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Y型迷宮實驗和Morris水迷宮實驗的比較

Y型迷宮實驗和Morris水迷宮實驗的比較
[摘要]   為了更合理運用 Morris 水迷宮和Y 型迷宮對動物進行學(xué)習(xí)記憶能力測試,本研究系統(tǒng)分析了Morris 水迷宮和Y型迷宮的原理、測試方法、觀察指標(biāo)、實驗的影響因素和現(xiàn)存問題等,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)在對動物的空間學(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,如跳臺法、避暗法、迷津等,而 Morris 水迷宮實驗和 Y 型迷宮實驗是目前應(yīng)用比較廣泛的 2 種迷宮實驗。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,對其原理、測試方法、優(yōu)缺點等方面進行比較。
1   實驗原理
     動物的記憶過程屬于陳述性記憶??臻g辨別性學(xué)習(xí)記憶是檢測空間定向、反應(yīng)時間、視覺和結(jié)構(gòu)應(yīng)用等能力,從而評價其認(rèn)知水平的 1 種行為模式,是一類關(guān)于場景和事件的學(xué)習(xí)記憶。簡單地說,需要動物把空間方位周圍的物體作為參照物,經(jīng)過反復(fù)識認(rèn),從而在其腦內(nèi)將參照物同空間方位聯(lián)系起來,借助參照物來獲得辨別該空間方位的能力。Y 型迷宮實驗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,趨向一個**的正性刺激(光亮區(qū))。Y 型迷宮的電擊程度和時間是可控的,但對于老鼠來說電擊畢竟是一種傷害管,使動物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng),進而影響學(xué)習(xí)記憶活動。在筆者近期做的相關(guān)實驗中曾出現(xiàn)有小鼠低電壓下沒反應(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)會尋找固定位置的隱蔽平臺,形成穩(wěn)定的空間位置認(rèn)知。雖然老鼠天生會游泳,但是它們卻厭惡處于水中,所以它們會本能的尋找水中的休息場所。這種行為機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驗對象的實驗,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)練可以提高動物的空間學(xué)習(xí)能力,不影響空間記憶能力。
2   實驗環(huán)境的要求
     Y 型迷宮實驗對環(huán)境的要求較為簡單,一般安靜、光線較暗的環(huán)境較為適宜,需在 1?6?9 d 中的某個固定時間進行。另外儀器內(nèi)的氣味、糞便等要消除掉,儀器電壓強度適宜。Morris 水迷宮對環(huán)境的要求相對 Y 型迷宮來說比較苛刻,它要求迷宮周圍的物品等空間線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,使其趨于穩(wěn)定;室內(nèi)物品不應(yīng)當(dāng)有強反光;各種光源(如攝像頭等)不能在水中形成強烈的倒影;實驗者盡量在實驗動物視野之外,否則有可能被當(dāng)做實驗動物所記憶的參照物之一;對水溫嚴(yán)格控制,現(xiàn)多為 21 ~ 22℃ ;整個實驗過程中,水的渾濁度盡量保持一致。
 
3   測試方法的選擇
     Y 迷宮所采用的訓(xùn)練方法和選取的測試指標(biāo)各不相同,導(dǎo)致測試結(jié)果差異很大,現(xiàn)常用的有 4 種測試方法:①固定次數(shù)隨機法;②固定次數(shù)順序法;③固定次數(shù)隨機不休息法;④不固定次數(shù)隨機法。根據(jù)王躍春研究,固定次數(shù)隨機不休息法是一種相對準(zhǔn)確而簡便的 Y 型迷宮測試法。Morris 水迷宮:①不同的入水象限,不同的入水次序?qū)orris 水迷宮檢測大鼠記憶力都有影響。在 Morris 水迷宮實驗過程中盡量避免采用目標(biāo)象限的入水成績作為評價大鼠記憶力的指標(biāo),建議采用遠(yuǎn)離目標(biāo)的象限入水成績作為評價指標(biāo);②建議采用每天第 1 次訓(xùn)練的成績作為評價指標(biāo),這樣反映出的才是大鼠對前**的記憶力;③在 Morris 水迷宮定位航行實驗中多次訓(xùn)練大鼠尋找站臺可以提高大鼠在 Morris水迷宮定位航行實驗中多次訓(xùn)練大鼠尋找站臺可以提高大鼠的空間學(xué)習(xí)能力;④在 Morris 水迷宮定位航行實驗中每天至少訓(xùn)練 3 次(除目標(biāo)象限外的其他 3 個象限分別作為 1 次入水點)以培養(yǎng)大鼠的學(xué)習(xí)能力。
4   實驗數(shù)據(jù)的獲取Y型迷宮實驗和Morris水迷宮實驗的比較
     目前 Y 型迷宮實驗主要通過人的主觀操作進行,通過記錄每只老鼠達到學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)所用的日數(shù),或在一定時間內(nèi)的正誤次數(shù)。均達標(biāo)所需的日數(shù)越多,表示達到學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)所需時間越長,則表明動物學(xué)習(xí)、記憶成績下降。錯誤反應(yīng)次數(shù)是一個實驗日大鼠完成所有反應(yīng)中錯誤反應(yīng)次數(shù),而全天總反應(yīng)時間是一個實驗日動物完成所有反應(yīng)(包括正確反應(yīng)和錯誤反應(yīng))所需時間。所以在錯誤反應(yīng)次數(shù)的判定和全天總反應(yīng)時間測定上容易存在主觀誤差。
     Morris 水迷宮系統(tǒng)則是對進行圖像的自動采集和分析:
攝像頭采集大鼠游泳圖像(模擬信號)通過圖像輸入到電腦中的圖像采集卡進行圖像采集卡進行模 / 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)字圖像儲存于硬盤中對其進行進行圖像分析,得到有關(guān)的測試參數(shù)。其中平均潛伏期、平均運行時間、正確率這 3 項指標(biāo)是一個互相關(guān)聯(lián)、互相滲透的整體綜合標(biāo)準(zhǔn),能基本上對記憶能力做出評測。因此,從數(shù)據(jù)的獲取方法來看,Y 型迷宮實驗主要是通過人的主觀判斷,而 Morris 水迷宮則主要通過儀器完成,主觀性的誤差要小一些。
5    兩者各自的優(yōu)缺點
5.1  Y型迷宮
      Y 型迷宮實驗對實驗者及實驗條件的要求比較低,價格便宜,操作簡單,不受氣候變化的影響等原因,而且數(shù)據(jù)相對Morris 水迷宮來說容易處理。但不足之處很多:①實驗過程由實驗者操作,對儀器的 3 路電燈及 3 條電柵電路的開關(guān)多采用手動控制,是一項費時費力的工作,且在錯誤次數(shù) (EN) 的判定和總反應(yīng)時間(TRT)測定上存在主觀誤差;②每只動物每天訓(xùn)練 20 次,通常至少要連續(xù)訓(xùn)練 4?6?9 d,實驗耗時長、儀器易損壞;③由于個體差異,對電擊耐受性差和對電擊不敏感的大鼠需被淘汰;④電擊刺激動物易引起排便增加,常導(dǎo)致迷宮底部銅棒出現(xiàn)短路,且其氣味對實驗動物也會產(chǎn)生影響等;⑤實驗準(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)實驗,其既可以檢測空間參考記憶又可以檢測空間工作記憶,操作簡便,數(shù)據(jù)誤差差異較小。其反映動物空間認(rèn)知功能方面較為簡單,動物更容易學(xué)習(xí)和記憶,檢測較靈敏。Morris 水迷宮還常常用來評價**對實驗動物學(xué)習(xí)記憶能力的損傷。所評價動物不必接受電擊,對動物損害較小,同時能提供較多的實驗參數(shù),系統(tǒng)**地考察實驗動物空間認(rèn)知加工的過程,客觀反映其認(rèn)知水平。由于它的標(biāo)準(zhǔn)及復(fù)雜性對實驗者有較高要求,其要求具備一定的生理及數(shù)理統(tǒng)計方面的知識,并且實驗程序比較復(fù)雜,對數(shù)據(jù)處理能力要求較高。并且對實驗室的條件要求較高,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 迷宮測試,如 BALB/c 不能學(xué)會該任務(wù),C57BL/6 株由于嚴(yán)重的禿頭癥存在而不適于進行試驗,個體間的成績差異巨大。
6     結(jié)論
     綜上所述,Y 型迷宮操作簡便,應(yīng)用范圍比較廣泛,在普通的實驗室可開展,雖然各實驗者所采用的測試方法多達十余種,但根據(jù)王躍春研究的結(jié)果,通過固定次數(shù)隨機不休息法可節(jié)約工作時間,同時又減少了儀器的損壞和對大鼠注意力的干擾,是一種相對簡便可靠的方法。但 Y 型迷宮對老鼠的傷害比較大,多用于**的篩選。Morris 水迷宮更具有先進性,可以進行癡呆及其相關(guān)模型的評價、關(guān)于睡眠剝奪及其相關(guān)模型的檢測、腦部**模型評價、毒理研究以及其他模型的研究。實驗數(shù)據(jù)**,對動物損害較小,能系統(tǒng)**地考察實驗動物空間認(rèn)知加工過程。但較高的實驗條件是制約其應(yīng)用的主要因素。如實驗條件允許,建議兩者同時實施,可以使實驗的準(zhǔn)確性大為提高。如條件不允許,Y 型電迷宮也可滿足要求。
Y型迷宮實驗和Morris水迷宮實驗的比較

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