Y型迷宮實(shí)驗(yàn)和Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的比較
[摘要] 為了更合理運(yùn)用
Morris 水迷宮和Y 型迷宮對(duì)動(dòng)物進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶能力測(cè)試,本研究系統(tǒng)分析了Morris 水迷宮和Y型迷宮的原理、測(cè)試方法、觀察指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)的影響因素和現(xiàn)存問(wèn)題等,并提出相應(yīng)看法。
[關(guān)鍵詞] 學(xué)習(xí)記憶;Morris 水迷宮;
Y 型迷宮 現(xiàn)在對(duì)動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)和記憶能力的研究多采用建立條件反射的方法,各種各樣的方法均由此衍化,如跳臺(tái)法、避暗法、迷津等,而 Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)和 Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)是目前應(yīng)用比較廣泛的 2 種迷宮實(shí)驗(yàn)。為了更**了解和合理應(yīng)用這 2種方法,現(xiàn)查閱近幾年文獻(xiàn),對(duì)其原理、測(cè)試方法、優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行比較。
1 實(shí)驗(yàn)原理
動(dòng)物的記憶過(guò)程屬于陳述性記憶。空間辨別性學(xué)習(xí)記憶是檢測(cè)空間定向、反應(yīng)時(shí)間、視覺(jué)和結(jié)構(gòu)應(yīng)用等能力,從而評(píng)價(jià)其認(rèn)知水平的 1 種行為模式,是一類(lèi)關(guān)于場(chǎng)景和事件的學(xué)習(xí)記憶。簡(jiǎn)單地說(shuō),需要?jiǎng)游锇芽臻g方位周?chē)奈矬w作為參照物,經(jīng)過(guò)反復(fù)識(shí)認(rèn),從而在其腦內(nèi)將參照物同空間方位聯(lián)系起來(lái),借助參照物來(lái)獲得辨別該空間方位的能力。Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)的基本原理是利用老鼠喜陰暗的天性,給予電擊刺激,使其逃離陰暗區(qū),即此處是傷害源(電擊),從而避開(kāi),趨向一個(gè)**的正性刺激(光亮區(qū))。Y 型迷宮的電擊程度和時(shí)間是可控的,但對(duì)于老鼠來(lái)說(shuō)電擊畢竟是一種傷害管,使動(dòng)物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)而影響學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)。在筆者近期做的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中曾出現(xiàn)有小鼠低電壓下沒(méi)反應(yīng),而電壓稍高就疼痛**的情況。在目前 Y 迷宮多用于**篩選。
Morris 水迷宮是利用動(dòng)物急于逃離水淹的本能反應(yīng)為刺激,讓老鼠在多次的訓(xùn)練中,學(xué)會(huì)尋找固定位置的隱蔽平臺(tái),形成穩(wěn)定的空間位置認(rèn)知。雖然老鼠天生會(huì)游泳,但是它們卻厭惡處于水中,所以它們會(huì)本能的尋找水中的休息場(chǎng)所。這種行為機(jī)制主要涉及邊緣系統(tǒng)(如海馬)以及大腦皮層有關(guān)腦區(qū)。該行為模型是一種空間辨別性學(xué)習(xí)記憶的模型,與海馬結(jié)構(gòu)功能有關(guān)。所以在以大鼠海馬和齒狀回為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)驗(yàn),水迷宮法要比其他方法優(yōu)越得多。并且重復(fù) Morris 水迷宮訓(xùn)練可以提高動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)能力,不影響空間記憶能力。
2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求
Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的要求較為簡(jiǎn)單,一般安靜、光線(xiàn)較暗的環(huán)境較為適宜,需在 1?6?9 d 中的某個(gè)固定時(shí)間進(jìn)行。另外儀器內(nèi)的氣味、糞便等要消除掉,儀器電壓強(qiáng)度適宜。Morris 水迷宮對(duì)環(huán)境的要求相對(duì) Y 型迷宮來(lái)說(shuō)比較苛刻,它要求迷宮周?chē)奈锲返瓤臻g線(xiàn)索必須保持固定不變,即認(rèn)知的“參照系”要一致。盡量控制室內(nèi)光線(xiàn),使其趨于穩(wěn)定;室內(nèi)物品不應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)反光;各種光源(如攝像頭等)不能在水中形成強(qiáng)烈的倒影;實(shí)驗(yàn)者盡量在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物視野之外,否則有可能被當(dāng)做實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所記憶的參照物之一;對(duì)水溫嚴(yán)格控制,現(xiàn)多為 21 ~ 22℃ ;整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,水的渾濁度盡量保持一致。
3 測(cè)試方法的選擇
Y 迷宮所采用的訓(xùn)練方法和選取的測(cè)試指標(biāo)各不相同,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果差異很大,現(xiàn)常用的有 4 種測(cè)試方法:①固定次數(shù)隨機(jī)法;②固定次數(shù)順序法;③固定次數(shù)隨機(jī)不休息法;④不固定次數(shù)隨機(jī)法。根據(jù)王躍春研究,固定次數(shù)隨機(jī)不休息法是一種相對(duì)準(zhǔn)確而簡(jiǎn)便的 Y 型迷宮測(cè)試法。Morris 水迷宮:①不同的入水象限,不同的入水次序?qū)orris 水迷宮檢測(cè)大鼠記憶力都有影響。在 Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量避免采用目標(biāo)象限的入水成績(jī)作為評(píng)價(jià)大鼠記憶力的指標(biāo),建議采用遠(yuǎn)離目標(biāo)的象限入水成績(jī)作為評(píng)價(jià)指標(biāo);②建議采用每天第 1 次訓(xùn)練的成績(jī)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),這樣反映出的才是大鼠對(duì)前**的記憶力;③在 Morris 水迷宮定位航行實(shí)驗(yàn)中多次訓(xùn)練大鼠尋找站臺(tái)可以提高大鼠在 Morris水迷宮定位航行實(shí)驗(yàn)中多次訓(xùn)練大鼠尋找站臺(tái)可以提高大鼠的空間學(xué)習(xí)能力;④在 Morris 水迷宮定位航行實(shí)驗(yàn)中每天至少訓(xùn)練 3 次(除目標(biāo)象限外的其他 3 個(gè)象限分別作為 1 次入水點(diǎn))以培養(yǎng)大鼠的學(xué)習(xí)能力。
4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取Y型迷宮實(shí)驗(yàn)和Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的比較
目前 Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)人的主觀操作進(jìn)行,通過(guò)記錄每只老鼠達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)所用的日數(shù),或在一定時(shí)間內(nèi)的正誤次數(shù)。均達(dá)標(biāo)所需的日數(shù)越多,表示達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)所需時(shí)間越長(zhǎng),則表明動(dòng)物學(xué)習(xí)、記憶成績(jī)下降。錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)日大鼠完成所有反應(yīng)中錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù),而全天總反應(yīng)時(shí)間是一個(gè)實(shí)驗(yàn)日動(dòng)物完成所有反應(yīng)(包括正確反應(yīng)和錯(cuò)誤反應(yīng))所需時(shí)間。所以在錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)的判定和全天總反應(yīng)時(shí)間測(cè)定上容易存在主觀誤差。
Morris 水迷宮系統(tǒng)則是對(duì)進(jìn)行圖像的自動(dòng)采集和分析:
攝像頭采集大鼠游泳圖像(模擬信號(hào))通過(guò)圖像輸入到電腦中的圖像采集卡進(jìn)行圖像采集卡進(jìn)行模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換,將大鼠游泳的模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像,然后數(shù)字圖像儲(chǔ)存于硬盤(pán)中對(duì)其進(jìn)行進(jìn)行圖像分析,得到有關(guān)的測(cè)試參數(shù)。其中平均潛伏期、平均運(yùn)行時(shí)間、正確率這 3 項(xiàng)指標(biāo)是一個(gè)互相關(guān)聯(lián)、互相滲透的整體綜合標(biāo)準(zhǔn),能基本上對(duì)記憶能力做出評(píng)測(cè)。因此,從數(shù)據(jù)的獲取方法來(lái)看,Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)人的主觀判斷,而 Morris 水迷宮則主要通過(guò)儀器完成,主觀性的誤差要小一些。5 兩者各自的優(yōu)缺點(diǎn)
5.1 Y型迷宮
Y 型迷宮實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)者及實(shí)驗(yàn)條件的要求比較低,價(jià)格便宜,操作簡(jiǎn)單,不受氣候變化的影響等原因,而且數(shù)據(jù)相對(duì)Morris 水迷宮來(lái)說(shuō)容易處理。但不足之處很多:①實(shí)驗(yàn)過(guò)程由實(shí)驗(yàn)者操作,對(duì)儀器的 3 路電燈及 3 條電柵電路的開(kāi)關(guān)多采用手動(dòng)控制,是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作,且在錯(cuò)誤次數(shù) (EN) 的判定和總反應(yīng)時(shí)間(TRT)測(cè)定上存在主觀誤差;②每只動(dòng)物每天訓(xùn)練 20 次,通常至少要連續(xù)訓(xùn)練 4?6?9 d,實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、儀器易損壞;③由于個(gè)體差異,對(duì)電擊耐受性差和對(duì)電擊不敏感的大鼠需被淘汰;④電擊刺激動(dòng)物易引起排便增加,常導(dǎo)致迷宮底部銅棒出現(xiàn)短路,且其氣味對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物也會(huì)產(chǎn)生影響等;⑤實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度不是特別高,老鼠在受到電擊后出于本能逃竄的可能性比較大,影響結(jié)果。
5.2 Morris水迷宮
Morris 水迷宮是研究空間學(xué)習(xí)記憶的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),其既可以檢測(cè)空間參考記憶又可以檢測(cè)空間工作記憶,操作簡(jiǎn)便,數(shù)據(jù)誤差差異較小。其反映動(dòng)物空間認(rèn)知功能方面較為簡(jiǎn)單,動(dòng)物更容易學(xué)習(xí)和記憶,檢測(cè)較靈敏。Morris 水迷宮還常常用來(lái)評(píng)價(jià)**對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力的損傷。所評(píng)價(jià)動(dòng)物不必接受電擊,對(duì)動(dòng)物損害較小,同時(shí)能提供較多的實(shí)驗(yàn)參數(shù),系統(tǒng)**地考察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物空間認(rèn)知加工的過(guò)程,客觀反映其認(rèn)知水平。由于它的標(biāo)準(zhǔn)及復(fù)雜性對(duì)實(shí)驗(yàn)者有較高要求,其要求具備一定的生理及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方面的知識(shí),并且實(shí)驗(yàn)程序比較復(fù)雜,對(duì)數(shù)據(jù)處理能力要求較高。并且對(duì)實(shí)驗(yàn)室的條件要求較高,需要監(jiān)視系統(tǒng)及分析軟件及較好的設(shè)備,是制約其廣泛應(yīng)用的重要因素。且多需要年輕體壯的老鼠,年老體弱鼠完成任務(wù)較困難。并非所有鼠株都適合于 Morris 迷宮測(cè)試,如 BALB/c 不能學(xué)會(huì)該任務(wù),C57BL/6 株由于嚴(yán)重的禿頭癥存在而不適于進(jìn)行試驗(yàn),個(gè)體間的成績(jī)差異巨大。
6 結(jié)論
綜上所述,Y 型迷宮操作簡(jiǎn)便,應(yīng)用范圍比較廣泛,在普通的實(shí)驗(yàn)室可開(kāi)展,雖然各實(shí)驗(yàn)者所采用的測(cè)試方法多達(dá)十余種,但根據(jù)王躍春研究的結(jié)果,通過(guò)固定次數(shù)隨機(jī)不休息法可節(jié)約工作時(shí)間,同時(shí)又減少了儀器的損壞和對(duì)大鼠注意力的干擾,是一種相對(duì)簡(jiǎn)便可靠的方法。但 Y 型迷宮對(duì)老鼠的傷害比較大,多用于**的篩選。Morris 水迷宮更具有先進(jìn)性,可以進(jìn)行癡呆及其相關(guān)模型的評(píng)價(jià)、關(guān)于睡眠剝奪及其相關(guān)模型的檢測(cè)、腦部**模型評(píng)價(jià)、毒理研究以及其他模型的研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)**,對(duì)動(dòng)物損害較小,能系統(tǒng)**地考察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物空間認(rèn)知加工過(guò)程。但較高的實(shí)驗(yàn)條件是制約其應(yīng)用的主要因素。如實(shí)驗(yàn)條件允許,建議兩者同時(shí)實(shí)施,可以使實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性大為提高。如條件不允許,Y 型電迷宮也可滿(mǎn)足要求。
Y型迷宮實(shí)驗(yàn)和Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的比較