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行为学各类迷宫实验方法、评价指标、优缺点比较
点击次数:466 发布时间:2022-04-06

通过比较五种迷宫的实验方法、注意事项、评价指标、应用特点以及优缺点,为更好利用迷宫实验评价大小鼠学习记忆能力提供参考。检索中国知网和PubMed,搜集 Morris 水迷宫、Y迷宫、八臂迷宫、T迷宫、Barnes迷宫实验的相关文献,比较它们的实验方法、注意事项、评价指标、应用特点以及优缺点。结果发现Morris水迷宫实验的评价指标多,结果更可靠; Y迷宫操作简便,但电Y迷宫对动物影响大; 八臂迷宫无水和电刺激,操作简便; T迷宫无水和电刺激,依靠动物探索天性完成任务; Barnes迷宫以光和声音刺激动物完成任务,局限性大。评价大小鼠空间学习和记忆能力时五种迷宫均适合,但 Morris水迷宫实验结果准确性更高。评价工作记忆能力时Morris水迷宫、Y迷宫、T迷宫、八臂迷宫均适合,但Y迷宫自主交替实验和T迷宫对动物应激小,结果更可靠。

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01 Morris水迷宫

实验方法

Morris水迷宫是利用大小鼠会游泳又怕水的天性,强迫其在水中游泳,依靠空间参考标志判定平 台的位置摆脱水环境。实验模式有三种: 定位航行模式、空间探索模式、工作记忆模式。定位航行实验时,动物从不同象限的中点放入迷宫,记录其登上平台的时长( 潜伏期) 。空间探索实验考察其对平台位置的记忆,记录动物的穿台次数。工作记忆模式是定位航行实验后,每天改变平台位置,给予动物5~10s的观察时间,检测动物在短时间内对平台新位置的记忆( 即工作记忆) 。

 

Morris水迷宫,型号:XR-XM101 ,上海欣软

 

注意事项

(1) 实验人员勿随意走动,室内物品位置勿变动。

(2) 小鼠实验时水温维持在20℃ ~ 23℃,水温过高,则小鼠不爱游动。大鼠因体积大, 耗能多,水温在24℃ ~ 26℃之间。

(3) 实验前水中加入墨汁或牛奶、无毒的涂料,更好地隐匿平台。

(4) 实验前后,将动物置于平台上休息一段时间,使动物观察迷宫四周环境,帮助记忆。

(5) 防止动物 因视觉问题影响寻台,可在水迷宫实验前或后进行 可视平台实验。

(6) 平台应放置在象限的中间,不要放置在水池边缘,避免动物按边缘式搜索策略无 意找到平台。

02 Y迷宫

实验方法

Y迷宫可进行两种实验: 电Y迷宫实验,Y迷宫自主交替实验

电Y迷宫实验是利用鼠类避明趋暗的习性设计的一种条件反射实验装置,其三条臂内均装有灯泡和电网,灯亮的臂无电,而暗臂有电,随机更换安全臂训练动物的空间辨别学习能力。实验分为三个阶段,先是训练期,当动物主动逃避次数达到 80% 以上,则可进入测试阶段,最后还可进行记忆再现阶段。训练期记录动物达到学会标准进行的电 击总数和动物出错总数,作为学习的评定指标。测试期统计动物足底电击中的出错总数,作为记忆的评定指标。记忆保持是考察动物经过一段时间后再放入迷宫,以评价动物记忆力的高低。建议使用软件:VisuTrack动物行为分析软件。

 

上海欣软,Y迷宫,XR-XY1032 ,上海欣软

 

Y迷宫自主交替实验,完全利用啮齿类动物对新奇环境探索的天性,动物必须依靠前一次的记忆做出正确的进臂选择,可有效地评价动物的空间工作记忆能力。实验时将动物放入一条臂的末端,让其自由探索几分钟,一段时间后将动物再次放入迷宫进行正式检测。记录动物进入各臂的顺序和总次数,当连续三次进入不同的臂时,记为一次正确交替反应,统计正确交替反应次数,计算自主交替率。

注意事项

对于电Y迷宫,应选择合适的电压。

03 T迷宫

实验方法

T 迷宫是依靠觅食动机诱导动物完成任务的一 种迷宫,检测前需对动物进行禁食。实验中,动物对目标臂的选择基于记住上次探索过的目标臂,即空间工作记忆,动物对目标臂的正确交替选择是完整工作记忆能力的体现。T迷宫包括自发连续交替实验和交替选择实验两种模式:

自发连续交替实验模式时,动物不用禁食,完全借助其爱探索的天性。先让动物完全适应迷宫后,进行一次初始强 制实验和六次选择实验,即关闭其中一条目标臂, 动物从起始箱放入,使其探索另一条开放的目标臂,待进入目标臂后,又重新放回起始箱。10s后开放闸门,让其自由探索两条目标臂,待其进入其中 一条臂后,关闭另一条臂,再次放回起始箱,10s后进入下一次选择实验,循环进行六次。

 

上海欣软,T迷宫,型号:XR-XT111

 

交替选择实验模式是动物禁食后,进行7~8d的适应性训练和1d的正式训练,即适应迷宫后,在两条目标臂中随机选择一条臂末端放入食饵,关闭另一条臂。将动物放入起始箱,使其进入目标臂获取食饵,连续训练一段时间后( 保证左右两臂放食饵的次数相 等) 进入正式实验阶段。先是强迫训练,选择一条臂开放并放入食饵,另一条臂关闭,当动物进入有食饵的臂获得奖励后,将其马上放回主干臂,而后让其自由探索左右两臂,此前强迫训练时放食饵 的臂中无食饵,其对侧臂有食饵。动物若进入无食饵的臂,记为一次“错误次数”,反之为“正确次数”, 重复测试多次。统计总的正确率,正确率越高,潜伏期越短,表明动物工作记忆越好。

注意事项

当为交替选择模式时,动物须禁食,至体重减轻为原来的85%~90% ,促使动物觅食。

04 八臂迷宫

实验方法

八臂迷宫以动物寻觅不同臂中的食饵来评价 其空间学习记忆能力,实验分为训练期和检测期。 训练期: 将食饵放入八条臂末端食盒内,动物从中央区放入,让其自由寻觅食饵。重复训练多天,使用VisuTrack软件(上海欣软)记录动物进臂次数,训练期反映的是依赖海马有关的 陈述性记忆。检测期: 随机在4条臂中放入食饵,另外4条臂关闭,动物限定时间内探索4条开放臂,待动物获得全部食饵后将其放回中央区等待一 段时间后,开放迷宫八条臂进行测试( 之前没放食饵的臂放入食饵) 。检测期主要反映了依赖纹状体的习惯性记忆。

 

上海欣软,八臂迷宫,型号:XR-XB102

 

注意事项

(1) 每天训练完后, 将整个迷宫旋转180°,防止动物依靠反向记忆记住空间位置。

(2) 迷宫周围的所有物品位置需保持不变,防止动物定位不准确。

05 Barnes迷宫

实验方法

Barnes迷宫是利用啮齿动物喜暗避明的习性设计,通过强光照射与噪声刺激迫使动物在规定时间内寻找某个位置孔洞下的暗箱。实验分为训练期和测试期,连续训练几天后测试,记录动物进入暗盒的时间、总路程、速度等,以及进入错误洞口的次数以反映动物空间参考记忆能力,也可以通过VisuTrack软件记录动物重复进入错误洞口次数来测量动物的工作记忆。

 

Barnes迷宫,型号:XR-XB108 ,上海欣软

 

注意事项

每次训练后要随机转动迷宫,保 证连续两天迷宫位置不同,但目标箱位置不改变。 当动物在其他洞旁徘徊时,其头部伸入洞内,眼睛 低于平台边缘时,判断为逃生错误。

06 五种迷宫实验方法比较

名称 Morris水迷宫 Y迷宫 T迷宫 八臂迷宫 Barnes迷宫
实验方法( 设
备规格、检测
时间)
规格: 小鼠水迷宫直径90~100 cm,平台直径6cm,平台在水下1.5cm; 大鼠 水迷宫直径120~180cm,平 台直径9~10 cm,平台在水
下 2cm。
检测时间: 60~ 120s,其中120s 居多,一般训练3次,定位航行模式5~6d,空间探索模式1d。
规格: 大鼠Y迷宫臂长45~48 cm,小鼠Y迷
宫臂长30cm。
检测时间: 自由交替实验时间 5~10min。部
分大鼠实验电刺激训练20次,每 次刺激后给大鼠 10s做出反应,
连续 7 ~ 9d。
规 格: 主干臂71cm,长40~50cm,宽10 ~15 cm的目标臂,装置高于 地面50~90cm。
检测时间: 每天训练5次,间隔10 ~15min,连续3d。
规格: 臂长50 ~ 65cm,中央区 直径25cm,小 鼠臂长32 cm。
检测时间: 适应期每天10~12 min,
连续2天; 训练期3min,连续 4 ~10d,每天一次。
规格: 小鼠直径 91~105 cm,大鼠为100~ 122 cm。
圆台周围均匀分布有12、20或
40个孔洞,其 中20个孔洞常见。
检测时间: 小鼠熟悉期一般每
次30s,每天 2 ~ 4次,连续 3 ~5天。训练期间每次5min,检测期 90 s。大鼠熟悉期为 2
min,检测期3 ~5min 连续3 ~4d,每天3 次,间隔10~
15min。
评价指标 1. 潜伏期: 动物从入水到成功登上平台的总时间,如有多次重复则需取其平均值。
2. 穿台次数: 动物穿过原平台的次数。
3. 实台象*比率
4. 总游程
5. 实台象限游程比率
1. 正确交替反应次数自发交替反应率: 自发
交替反应率 ( % ) = [正确交替反应次数/ ( N-2) ]×100。
2. 动物进臂正确率
3. 部分大鼠实验以 20次中正确反应次数作
为学习记忆成绩。
1. 正确次数: 动物进入有食 饵的臂次数。
2. 错误次数: 动物进入未放 食饵的臂次数。
1. 参考记忆错误次 数 ( RME ) : 进入未放食饵的臂次数反映动物的长时记忆能力。
2. 工作记忆错 误次 数 ( WME ) : 重 复进 入 已 经探索过的臂次 数。反映动 物 的短时记忆能力。
1. 探索目标洞的潜伏期: 第一次将鼻子或前肢探向目标洞的时间。
2. 错误次数: 动物将鼻子探向
非目标洞或前肢进入任何一个
非目标洞。
应用特点 评价空间参考记忆,空间学习记忆和工作记忆。 评价工作记忆。 评价空间工作记忆。 评价空间学习记
忆、工作记忆和参考记忆。
评价空间参考记忆能力和工作记忆。

07 五种迷宫的优缺点比较

名称 优点 缺点
Morris水迷宫 1. 能消除前一只动物遗留的气味,避免动物间的干扰。
2. 应用在转基因小鼠上更敏感。3. 实验设备包含整套计算机处理分析系统,实时记录动物行为,较客观反映认知水平。
4. 能提供较多的实验指标,能全面考察实验动物。
1. 需要较高的实验条件,复杂的监视记录系统且统计繁琐。
2.水刺激对实验动物的应激性大。3. 实验动物体能消耗大,无法完全避免动物体能不足带来的影响。
4. 实验训练时间较长。
Y迷宫 1. 简单方便。
2. 训练时间时间短。
3. 利用啮齿类动物自然的探索行为,干扰较小。
1. 数据分析受人为主观因素影响较大。
2. 应用Y电迷宫时,由于动物个体差异,对电击耐受性差和对电击不敏感的动物需被淘汰。
T迷宫 1. 设备要求简单,不需要自动录像系统( 需要实验者不断观察) 。
2. 不提供惩罚条件,完全利用动物探索的觅食天性,因此能最大可能地减少影响实验结果的混杂因素,如电击对动物机体的伤害及引发应激反应。
1. 迷宫只有一个选择点到达目标臂,则选择正确臂的概率默认为 50% ,增加了成功的可能性。
2.实验前剥夺动物进食可能是 一个潜在的问题。
八臂迷宫 1. 避免水和电刺激,动物体力消耗较小,且对机体伤害较小。
2. 有效排除动物由于自身运动机
能障碍而对学习和记忆观察指标的影响。
3.操作简便,可区分短期的工作记忆和长期的参考记忆。
需剥夺进食且前只动物遗留的气味线索可影响后面动物的行为。
Barnes迷宫 1. 利用啮齿类动物喜暗避明的天性,不需要电和水刺激。
2. 操作简便。
1.容易受到实验者的主观意识影响。
2. 检测指标在说明动物空
间认知能力的复杂性方面受到限制。3. 实验中动物有时会缺乏探索迷宫的动力,如发现目标箱后没有进入或在目标箱周围而没有进入。

文章来源

中国比较医学杂志,2018年12月第28卷第12期,杨玉洁,李玉姣,李杉杉,刘新民 ,王琼 ,《用于评价大小鼠学习记忆能力的迷宫实验方法比较》

附:关于上海欣软

上海欣软是一家集研发、生产、销售于一体的的高新技术企业,是专业的动物行为视频分析方案解决商。我司专注于动物神经科学与行为学产品的研究且致力于向高校、科研机构等领域提供实验室一体化方案,业务范围遍布全国上百家实验室。公司主营产品均为自主开发, 拥有核心技术,同时公司拥有数位动物行为学仪器行业从事10年以上的资深服务工程师,可为我们的产品提供全方案的售前及售后服务。
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1、光遗传、无线光遗传

2、光纤记录系统(单通道、多通道)

3、电生理信号采集系统(脑电、肌电等)

 

 

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