〔摘要〕目的探究不同的饑餓程度對(duì)大鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響。方法將84 只成年健康雄性SD 大鼠隨機(jī)分為8組,A-G 組分別饑餓處理6、18、24、30、36、42 h,H 組飽食處理作為對(duì)照組, 應(yīng)用Morris 水迷宮對(duì)SD 雄性大鼠進(jìn)行行為訓(xùn)練,評(píng)價(jià)其對(duì)大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響。
結(jié)果(1)A-G 組不同饑餓處理的各組大鼠定位航行實(shí)驗(yàn)潛伏期呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),饑餓24 h 組VS 對(duì)照組(22.58±4.44)s VS(29.23±6.81)s,P<0.01;饑餓36 h 組VS 對(duì)照組(35.58±4.89)s VS (29.23±6.81)s,P<0.05。空間探索實(shí)驗(yàn)穿越原平臺(tái)次數(shù),饑餓24 h 組VS 對(duì)照組:(3.18±0.72)次VS (2.33±0.67)次,P<0.05; 饑餓42 h 組VS 對(duì)照組:(1.64±0.64)次VS (2.33±0.67)次,P<0.05,呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);同樣,目標(biāo)象限滯留時(shí)間百分比也是呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),饑餓24 h 組VS 對(duì)照組(40.06±3.65)% VS (33.64±4.55)%,P<0.05;饑餓42 h 組VS 對(duì)照組(26.70±4.50)% VS (33.64±4.55)%,P<0.05。(2)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的G 組連續(xù)饑餓處理42 h 定位航行實(shí)驗(yàn)的潛伏期呈現(xiàn)減小后緩慢增加的趨勢(shì),連續(xù)饑餓處理時(shí)間6 h VS 連續(xù)饑餓處理時(shí)間24 h(28.74±5.24)s VS (20.88±4.3)s,P<0.01;連續(xù)饑餓處理時(shí)間6 h VS 連續(xù)饑餓處理時(shí)間30 h(28.74±5.24)s VS (19.97±6.14)s,P<0.01。結(jié)論短期的饑餓(18 h 和24 h)有助于大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的提高,長(zhǎng)期的饑餓(36 h 和42 h)處理使大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降。
〔關(guān)鍵詞〕饑餓;Morris 水迷宮;空間探索;定位航行;學(xué)習(xí)能力;記憶能力
學(xué)習(xí)和記憶是人類和動(dòng)物賴以生存不可或缺的重要功能,近年來以饑餓作為應(yīng)激刺激來研究學(xué)習(xí)記憶能力的研究逐漸受到重視,而研究的結(jié)果各有不同。總結(jié)歸納為以下兩種觀點(diǎn):饑餓導(dǎo)致大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降。胡志紅等[1]研究發(fā)現(xiàn)慢性間歇性饑餓可造成大鼠在水迷宮和跳臺(tái)實(shí)驗(yàn)中的早期被動(dòng)回避反應(yīng)能力和空間學(xué)習(xí)記憶能力下降;王群等[2]研究發(fā)現(xiàn)反復(fù)饑餓可導(dǎo)致大鼠在Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)中早期空間學(xué)習(xí)記憶能力下降; 另一方面,饑餓能提高學(xué)習(xí)和記憶能力。Sabrina D 等研究報(bào)道人在饑餓時(shí),胃黏膜會(huì)產(chǎn)生一種名為“ghrelin”的**,它會(huì)借助血液循環(huán)進(jìn)入大腦,起到改善大腦功能的效果, 即饑餓會(huì)提高人的學(xué)習(xí)能力和記憶力,讓人更聰明;邵鄰相等[4]的研究中發(fā)現(xiàn):在短期饑餓的應(yīng)激狀態(tài)下,小鼠學(xué)習(xí)能力提高,增強(qiáng)延緩機(jī)體衰退的生理功能,這些應(yīng)激反應(yīng)有利于小鼠在逆境下的生存。
由此可知,饑餓對(duì)學(xué)習(xí)記憶有影響是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。但是究竟饑餓會(huì)提高大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力還是使其下降,以及不同程度的饑餓對(duì)大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力影響程度的變化,目前還沒有定論。本文從不同饑餓程度的大鼠饑餓模型入手,通過對(duì)大鼠的動(dòng)物行為學(xué)的觀察和分析,探索饑餓對(duì)大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響。
1 材料與方法
1.1 動(dòng)物及儀器
1.1.1 動(dòng)物健康成年SD 大鼠(雄性)84 只,體質(zhì)量為230~250 g, 由湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司提供, 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量許可證號(hào):SCXK (湘)2011-0003。分籠飼養(yǎng)于湖南中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心SPF 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房。室溫為22~25 ℃,濕度約為50%,自由攝水。
1.1.2 主要儀器XR-XM101 Morris 水迷宮視頻跟蹤分析測(cè)試系統(tǒng),上海欣軟信息科技有限公司;XR-XZ301曠場(chǎng)反應(yīng)箱,上海欣軟信息科技有限公司。
1.2 方法
1.2.1 曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)適應(yīng)性飼養(yǎng)4 d 后,讓每只大鼠接受一次曠場(chǎng)試驗(yàn),獲得數(shù)據(jù)后,通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,以中央?yún)^(qū)域運(yùn)動(dòng)距離(110±5) cm 為參考依據(jù),剔除行為差異性較大的個(gè)體,減少個(gè)體差異對(duì)結(jié)果造成的影響。
1.2.2 動(dòng)物造模及分組將已經(jīng)訓(xùn)練的(連續(xù)訓(xùn)練5 d,每天1 次)SD 大鼠通過隨機(jī)數(shù)表分為A~H8 個(gè)小組,數(shù)量分別為9、11、11、11、11、11、11、9 只。A、B、C、D、E、F、G 組分別進(jìn)行饑餓6、12、18、24、30、36、42 h 處理,H 組為飽食對(duì)照組。
1.2.3 Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)(1)將已經(jīng)分別饑餓處理6、12、18、24、30、36、42 h 的A、B、C、D、E、F、G 組以及飽食的H 組于正式實(shí)驗(yàn)當(dāng)天19:00 進(jìn)行定位航行實(shí)驗(yàn)和空間搜索實(shí)驗(yàn)。在定位航行實(shí)驗(yàn)中,將大鼠從不同象限的面壁置入池內(nèi),測(cè)量大鼠尋找隱匿平臺(tái)的潛伏期,大鼠登上站臺(tái)2 s 后終止記錄,*長(zhǎng)記錄時(shí)間為60 s。在空間探索實(shí)驗(yàn)中,撤去原平臺(tái), 將大鼠從不同象限的面壁置入池內(nèi),60 s 后終止實(shí)驗(yàn)。(2)在**種實(shí)驗(yàn)處理結(jié)束之后,G 組繼續(xù)保持連續(xù)42 h 的饑餓處理,與飽食組H 形成對(duì)照,兩組大鼠同時(shí)在實(shí)驗(yàn)的(饑餓/飽食)6、12、18、24、30、36 h 每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別進(jìn)行1 次定位航行實(shí)驗(yàn)和空間探索實(shí)驗(yàn)。
1.3 觀察指標(biāo)
將小鼠放入直徑為150 cm 的圓形水池中,恐水的本能迫使小鼠會(huì)盡快尋找水中隱蔽的平臺(tái)。訓(xùn)練時(shí)將小鼠從槽壁4 個(gè)不同方位依次放入。每次待小鼠找到平臺(tái)后讓其在平臺(tái)上休息30 s,再進(jìn)行下一次訓(xùn)練。水中尋找平臺(tái)的時(shí)限為60 s。即60 s 內(nèi)未找到平臺(tái)則視為尋找失敗。
1.3.1 測(cè)量定位航行實(shí)驗(yàn)中大鼠的平臺(tái)逃避潛伏期,將大鼠放入水中到其找到平臺(tái)的時(shí)間為潛伏期通過與對(duì)照組比較以評(píng)判大鼠的空間學(xué)習(xí)能力。
1.3.2 測(cè)量空間探索實(shí)驗(yàn)中在60 s 內(nèi)大鼠的穿越原平臺(tái)位置次數(shù)和大鼠在目標(biāo)象限滯留時(shí)間百分
比,通過與對(duì)照組比較以評(píng)判大鼠的空間記憶保持能力。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
采用SPSS 10.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)以均值“x±s”表示,以P<0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 饑餓對(duì)大鼠學(xué)習(xí)能力的影響
2.1.1 饑餓處理對(duì)大鼠水迷宮潛伏期的影響隨著饑餓程度的加深,大鼠在定位航行實(shí)驗(yàn)中的潛伏期呈現(xiàn)了先減小后增加的趨勢(shì),C 組(饑餓18 h 組)和D 組(饑餓24 h 組)大鼠尋找隱匿平臺(tái)潛伏期明顯比對(duì)照組大鼠縮短(P=0.048,P=0.023),說明一定程度的饑餓使大鼠的學(xué)習(xí)能力有所增加;而F 組(饑餓36 h 組)和G 組(饑餓42 h 組)大鼠尋找隱匿平臺(tái)潛伏期明顯比對(duì)照組大鼠增加(P=0.034,P=0.0004),說明較長(zhǎng)時(shí)間的饑餓使大鼠的學(xué)習(xí)能力下降,A、B、E 組分別與飽食組大鼠比較, 其潛伏期無顯著性差異。
2.1.2 連續(xù)饑餓處理對(duì)大鼠水迷宮潛伏期的影響對(duì)G 組進(jìn)行連續(xù)饑餓處理,H 組與G 組在每個(gè)實(shí)驗(yàn)處理時(shí)間點(diǎn)上形成對(duì)照,同時(shí),兩組各組內(nèi)在每個(gè)實(shí)驗(yàn)處理時(shí)間點(diǎn)上形成組內(nèi)對(duì)照。G 組在連續(xù)饑餓過程中,定位航行實(shí)驗(yàn)的潛伏期呈現(xiàn)先減小后緩慢增加的趨勢(shì),H 組飽食組的定位航行潛伏期呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。在H 組內(nèi),H6 與H42 潛伏期差異顯著(P=0.001),說明隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加,飽食組大鼠的學(xué)習(xí)能力不斷提高。在G 組內(nèi),G6 與G24 以及G6 與G30 的潛伏期差異顯著(P=0.003) 且在24 h 內(nèi)G 組潛伏期低于H 組,說明在24 h 內(nèi)隨著練習(xí)次數(shù)的增加以及饑餓程度的加深,連續(xù)饑餓組大鼠的學(xué)習(xí)能力不斷提高。兩組間結(jié)果比較,發(fā)現(xiàn)G42 與H42 的潛伏期差異顯著(P<0.01),連續(xù)饑餓42 h 的定位航行潛伏期顯著高于飽食組,說明在練習(xí)次數(shù)相同的情況下,較長(zhǎng)時(shí)間的饑餓使大鼠的學(xué)習(xí)能力下降。
2.2 饑餓對(duì)大鼠記憶保持能力的影響
2.2.1 饑餓處理對(duì)大鼠水迷宮空間探索的影響對(duì)分別接受了不同饑餓程度處理的各組和飽食組進(jìn)行組間分析, 發(fā)現(xiàn)大鼠在空間探索實(shí)驗(yàn)中穿越原平臺(tái)次數(shù)和目標(biāo)象限滯留時(shí)間百分比都呈現(xiàn)出一定程度的上升繼而下降的趨勢(shì),H 組與D 組以及G 組的穿越原平臺(tái)次數(shù)差異顯著(P=0.019;P=0.037),同時(shí)H組與D 組以及G 組的目標(biāo)象限滯留時(shí)間百分比差異顯著(P=0.004;P=0.005),H 組大鼠的記憶保持能力顯著高于G 組,同時(shí)顯著低于D 組,表明隨饑餓程度的加深,大鼠的記憶保持能力有所提高,但較長(zhǎng)時(shí)間的饑餓處理使大鼠的記憶保持能力明顯下降。
2.2.2 連續(xù)饑餓處理對(duì)大鼠水迷宮空間探索的影響連續(xù)饑餓處理組與飽食組在各時(shí)間點(diǎn)結(jié)果分析, 發(fā)現(xiàn)隨練習(xí)次數(shù)增加,H 組飽食組的穿越原平臺(tái)次數(shù)和目標(biāo)象限滯留時(shí)間持續(xù)增加,G 組的穿越原平臺(tái)次數(shù)和目標(biāo)象限滯留時(shí)間有先緩慢上升后下降的趨勢(shì); 在第42 h,G 組的穿越原平臺(tái)次數(shù)顯著低于H組(P=0.042),目標(biāo)象限滯留時(shí)間也存在顯著性差異(P=0.011),表明較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)饑餓處理,使大鼠的空間記憶保持能力下降。
3 討論
本實(shí)驗(yàn)采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)處理,探究大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力。在**種實(shí)驗(yàn)處理中,不同時(shí)間饑餓處理的各組大鼠定位航行實(shí)驗(yàn)潛伏期呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),空間探索實(shí)驗(yàn)穿越原平臺(tái)次數(shù)和目標(biāo)象限滯留時(shí)間百分比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),表明隨饑餓程度的逐漸加深,大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力有先提高后降低的趨勢(shì)。在**種實(shí)驗(yàn)處理中,連續(xù)饑餓組與飽食組比較分析發(fā)現(xiàn):飽食組隨每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上練習(xí)次數(shù)的增加,大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力不斷提高;連續(xù)饑餓組在練習(xí)次數(shù)的增加和持續(xù)的饑餓刺激下,學(xué)習(xí)和記憶能力有緩慢提高繼而降低的趨勢(shì),且在饑餓初期的時(shí)間點(diǎn)上連續(xù)饑餓組大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力高于飽食組,推測(cè)在練習(xí)次數(shù)相同的情況下,初期的連續(xù)饑餓促進(jìn)了大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力;在饑餓后期的時(shí)間點(diǎn)上連續(xù)饑餓組大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力顯著低于飽食組,表明較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)饑餓使大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力下降。
近年來由于腦腸肽概念的提出,“脾藏意”的中醫(yī)藏象理論重新被重視。有人通過實(shí)驗(yàn)制造脾虛小、大鼠模型來研究脾胃功能與大腦學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系,其結(jié)論為脾胃功能與認(rèn)知功能之間有著密切的關(guān)聯(lián):脾胃健則思維敏捷,注意力集中,脾胃虛則健忘,腦力下降。然而在脾胃功能正常的狀態(tài)之下,饑飽對(duì)學(xué)習(xí)記憶有何影響的研究較少。以往研究通過對(duì)大鼠進(jìn)行慢性間歇性饑餓處理、全饑餓處理、反復(fù)饑餓處理等方式研究大鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力,通常以周或天為單位對(duì)大鼠進(jìn)行Morris 水迷宮訓(xùn)練, 而以6 h 為一單位對(duì)大鼠開展行為訓(xùn)練的研究較為少見, 本實(shí)驗(yàn)通過這一量化處理能更加細(xì)致深入地觀察不同程度的饑餓刺激下大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的整體變化趨勢(shì)。本研究分別探討了脾胃功能正常的大鼠在不同程度的單獨(dú)饑餓處理和連續(xù)饑餓處理狀態(tài)下學(xué)習(xí)記憶能力的變化趨勢(shì)。
結(jié)果表明:短期的饑餓有助于大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的提高, 較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)饑餓處理使大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降。該結(jié)論與邵鄰相等、安翠紅等的研究結(jié)果大致相同。對(duì)比以往研究結(jié)果,胡志紅等人的研究發(fā)現(xiàn)慢性間歇性饑餓導(dǎo)致大鼠早期學(xué)習(xí)記憶能力下降,王群等人發(fā)現(xiàn)反復(fù)饑餓可導(dǎo)致大鼠早期空間學(xué)習(xí)記憶能力下降,與本研究結(jié)果不一致的原因可能在于實(shí)驗(yàn)處理方法上的差異, 本研究對(duì)大鼠進(jìn)行持續(xù)的饑餓處理, 并未對(duì)大鼠進(jìn)行饑餓后再恢復(fù)喂食的間歇性饑餓處理和反復(fù)的饑餓處理。以往研究發(fā)現(xiàn),在慢性應(yīng)激刺激下大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力增強(qiáng),多項(xiàng)研究表明饑餓有助于記憶力更長(zhǎng)久,本文通過連續(xù)跟蹤發(fā)現(xiàn),短期的饑餓(18 h 和24 h)有助于大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的提高, 長(zhǎng)期的饑餓(36 h 和48 h)處理使大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降,充分說明了饑餓應(yīng)激狀態(tài)與學(xué)習(xí)記憶的相關(guān)性。