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通過(guò)比較五種迷宮的實(shí)驗方法、注意事項、評價(jià)指標、應用特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)，為更好利用迷宮實(shí)驗評價(jià)大小鼠學(xué)習記憶能力提供參考。檢索中國知網(wǎng)和PubMed，搜集 Morris 水迷宮、Y迷宮、八臂迷宮、T迷宮、Barnes迷宮實(shí)驗的相關(guān)文獻，比較它們的實(shí)驗方法、注意事項、評價(jià)指標、應用特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)。結果發(fā)現Morris水迷宮實(shí)驗的評價(jià)指標多，結果更可靠； Y迷宮操作簡(jiǎn)便，但電Y迷宮對動(dòng)物影響大； 八臂迷宮無(wú)水和電刺激，操作簡(jiǎn)便； T迷宮無(wú)水和電刺激，依靠動(dòng)物探索天性完成任務(wù)； Barnes迷宮以光和聲音刺激動(dòng)物完成任務(wù)，局限性大。評價(jià)大小鼠空間學(xué)習和記憶能力時(shí)五種迷宮均適合，但 Morris水迷宮實(shí)驗結果準確性更高。評價(jià)工作記憶能力時(shí)Morris水迷宮、Y迷宮、T迷宮、八臂迷宮均適合，但Y迷宮自主交替實(shí)驗和T迷宮對動(dòng)物應激小，結果更可靠。
動(dòng)物行為實(shí)驗儀器的相關(guān)性能、規格、技術(shù)參數，可以在線(xiàn)咨詢(xún)我們的工程師：
Morris水迷宮是利用大小鼠會(huì )游泳又怕水的天性，強迫其在水中游泳，依靠空間參考標志判定平 臺的位置擺脫水環(huán)境。實(shí)驗模式有三種： 定位航行模式、空間探索模式、工作記憶模式。定位航行實(shí)驗時(shí)，動(dòng)物從不同象限的中點(diǎn)放入迷宮，記錄其登上平臺的時(shí)長(cháng)( 潛伏期) ?？臻g探索實(shí)驗考察其對平臺位置的記憶，記錄動(dòng)物的穿臺次數。工作記憶模式是定位航行實(shí)驗后，每天改變平臺位置，給予動(dòng)物5～10s的觀(guān)察時(shí)間，檢測動(dòng)物在短時(shí)間內對平臺新位置的記憶( 即工作記憶) 。
(1) 實(shí)驗人員勿隨意走動(dòng)，室內物品位置勿變動(dòng)。
(2) 小鼠實(shí)驗時(shí)水溫維持在20℃ ～ 23℃，水溫過(guò)高，則小鼠不愛(ài)游動(dòng)。大鼠因體積大， 耗能多，水溫在24℃ ～ 26℃之間。
(3) 實(shí)驗前水中加入墨汁或牛奶、無(wú)毒的涂料，更好地隱匿平臺。
(4) 實(shí)驗前后，將動(dòng)物置于平臺上休息一段時(shí)間，使動(dòng)物觀(guān)察迷宮四周環(huán)境，幫助記憶。
(5) 防止動(dòng)物 因視覺(jué)問(wèn)題影響尋臺，可在水迷宮實(shí)驗前或后進(jìn)行 可視平臺實(shí)驗。
(6) 平臺應放置在象限的中間，不要放置在水池邊緣，避免動(dòng)物按邊緣式搜索策略無(wú) 意找到平臺。
Y迷宮可進(jìn)行兩種實(shí)驗: 電Y迷宮實(shí)驗，Y迷宮自主交替實(shí)驗。
電Y迷宮實(shí)驗是利用鼠類(lèi)避明趨暗的習性設計的一種條件反射實(shí)驗裝置，其三條臂內均裝有燈泡和電網(wǎng)，燈亮的臂無(wú)電，而暗臂有電，隨機更換安全臂訓練動(dòng)物的空間辨別學(xué)習能力。實(shí)驗分為三個(gè)階段，先是訓練期，當動(dòng)物主動(dòng)逃避次數達到 80% 以上，則可進(jìn)入測試階段，最后還可進(jìn)行記憶再現階段。訓練期記錄動(dòng)物達到學(xué)會(huì )標準進(jìn)行的電 擊總數和動(dòng)物出錯總數，作為學(xué)習的評定指標。測試期統計動(dòng)物足底電擊中的出錯總數，作為記憶的評定指標。記憶保持是考察動(dòng)物經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后再放入迷宮，以評價(jià)動(dòng)物記憶力的高低。建議使用軟件：VisuTrack動(dòng)物行為分析軟件。
Y迷宮自主交替實(shí)驗，*利用嚙齒類(lèi)動(dòng)物對新奇環(huán)境探索的天性，動(dòng)物必須依靠前一次的記憶做出正確的進(jìn)臂選擇，可有效地評價(jià)動(dòng)物的空間工作記憶能力。實(shí)驗時(shí)將動(dòng)物放入一條臂的末端，讓其自由探索幾分鐘，一段時(shí)間后將動(dòng)物再次放入迷宮進(jìn)行正式檢測。記錄動(dòng)物進(jìn)入各臂的順序和總次數，當連續三次進(jìn)入不同的臂時(shí)，記為一次正確交替反應，統計正確交替反應次數，計算自主交替率。
對于電Y迷宮，應選擇合適的電壓。
T 迷宮是依靠覓食動(dòng)機誘導動(dòng)物完成任務(wù)的一 種迷宮，檢測前需對動(dòng)物進(jìn)行禁食。實(shí)驗中，動(dòng)物對目標臂的選擇基于記住上次探索過(guò)的目標臂，即空間工作記憶，動(dòng)物對目標臂的正確交替選擇是完整工作記憶能力的體現。T迷宮包括自發(fā)連續交替實(shí)驗和交替選擇實(shí)驗兩種模式：
自發(fā)連續交替實(shí)驗模式時(shí)，動(dòng)物不用禁食，*借助其愛(ài)探索的天性。先讓動(dòng)物*適應迷宮后，進(jìn)行一次初始強 制實(shí)驗和六次選擇實(shí)驗，即關(guān)閉其中一條目標臂， 動(dòng)物從起始箱放入，使其探索另一條開(kāi)放的目標臂，待進(jìn)入目標臂后，又重新放回起始箱。10s后開(kāi)放閘門(mén)，讓其自由探索兩條目標臂，待其進(jìn)入其中 一條臂后，關(guān)閉另一條臂，再次放回起始箱，10s后進(jìn)入下一次選擇實(shí)驗，循環(huán)進(jìn)行六次。
交替選擇實(shí)驗模式是動(dòng)物禁食后，進(jìn)行7～8d的適應性訓練和1d的正式訓練，即適應迷宮后，在兩條目標臂中隨機選擇一條臂末端放入食餌，關(guān)閉另一條臂。將動(dòng)物放入起始箱，使其進(jìn)入目標臂獲取食餌，連續訓練一段時(shí)間后( 保證左右兩臂放食餌的次數相 等) 進(jìn)入正式實(shí)驗階段。先是強迫訓練，選擇一條臂開(kāi)放并放入食餌，另一條臂關(guān)閉，當動(dòng)物進(jìn)入有食餌的臂獲得獎勵后，將其馬上放回主干臂，而后讓其自由探索左右兩臂，此前強迫訓練時(shí)放食餌 的臂中無(wú)食餌，其對側臂有食餌。動(dòng)物若進(jìn)入無(wú)食餌的臂，記為一次“錯誤次數”，反之為“正確次數”， 重復測試多次。統計總的正確率，正確率越高，潛伏期越短，表明動(dòng)物工作記憶越好。
當為交替選擇模式時(shí)，動(dòng)物須禁食，至體重減輕為原來(lái)的85%～90% ，促使動(dòng)物覓食。
八臂迷宮以動(dòng)物尋覓不同臂中的食餌來(lái)評價(jià) 其空間學(xué)習記憶能力，實(shí)驗分為訓練期和檢測期。 訓練期: 將食餌放入八條臂末端食盒內，動(dòng)物從中央區放入，讓其自由尋覓食餌。重復訓練多天，使用VisuTrack軟件（上海欣軟）記錄動(dòng)物進(jìn)臂次數，訓練期反映的是依賴(lài)海馬有關(guān)的 陳述性記憶。檢測期: 隨機在4條臂中放入食餌，另外4條臂關(guān)閉，動(dòng)物限定時(shí)間內探索4條開(kāi)放臂，待動(dòng)物獲得全部食餌后將其放回中央區等待一 段時(shí)間后，開(kāi)放迷宮八條臂進(jìn)行測試( 之前沒(méi)放食餌的臂放入食餌) 。檢測期主要反映了依賴(lài)紋狀體的習慣性記憶。
注意事項
(1) 每天訓練完后， 將整個(gè)迷宮旋轉180°，防止動(dòng)物依靠反向記憶記住空間位置。
(2) 迷宮周?chē)乃形锲肺恢眯璞３植蛔?，防止?dòng)物定位不準確。
Barnes迷宮是利用嚙齒動(dòng)物喜暗避明的習性設計，通過(guò)強光照射與噪聲刺激迫使動(dòng)物在規定時(shí)間內尋找某個(gè)位置孔洞下的暗箱。實(shí)驗分為訓練期和測試期，連續訓練幾天后測試，記錄動(dòng)物進(jìn)入暗盒的時(shí)間、總路程、速度等，以及進(jìn)入錯誤洞口的次數以反映動(dòng)物空間參考記憶能力，也可以通過(guò)VisuTrack軟件記錄動(dòng)物重復進(jìn)入錯誤洞口次數來(lái)測量動(dòng)物的工作記憶。
注意事項
每次訓練后要隨機轉動(dòng)迷宮，保 證連續兩天迷宮位置不同，但目標箱位置不改變。 當動(dòng)物在其他洞旁徘徊時(shí)，其頭部伸入洞內，眼睛 低于平臺邊緣時(shí)，判斷為逃生錯誤。
| 名稱(chēng) | Morris水迷宮 | Y迷宮 | T迷宮 | 八臂迷宮 | Barnes迷宮 |
|---|---|---|---|---|---|
| 實(shí)驗方法( 設 備規格、檢測 時(shí)間) | 規格: 小鼠水迷宮直徑90～100 cm，平臺直徑6cm，平臺在水下1.5cm; 大鼠 水迷宮直徑120～180cm，平 臺直徑9～10 cm，平臺在水 下 2cm。 檢測時(shí)間: 60～ 120s，其中120s 居多，一般訓練3次，定位航行模式5～6d，空間探索模式1d。 | 規格: 大鼠Y迷宮臂長(cháng)45～48 cm，小鼠Y迷 宮臂長(cháng)30cm。 檢測時(shí)間: 自由交替實(shí)驗時(shí)間 5～10min。部 分大鼠實(shí)驗電刺激訓練20次，每 次刺激后給大鼠 10s做出反應， 連續 7 ～ 9d。 | 規 格: 主干臂71cm，長(cháng)40～50cm，寬10 ～15 cm的目標臂，裝置高于 地面50～90cm。 檢測時(shí)間: 每天訓練5次，間隔10 ～15min，連續3d。 | 規格: 臂長(cháng)50 ～ 65cm，中央區 直徑25cm，小 鼠臂長(cháng)32 cm。 檢測時(shí)間: 適應期每天10～12 min， 連續2天; 訓練期3min，連續 4 ～10d，每天一次。 | 規格: 小鼠直徑 91～105 cm，大鼠為100～ 122 cm。 圓臺周?chē)鶆蚍植加?2、20或 40個(gè)孔洞，其 中20個(gè)孔洞常見(jiàn)。 檢測時(shí)間: 小鼠熟悉期一般每 次30s，每天 2 ～ 4次，連續 3 ～5天。訓練期間每次5min，檢測期 90 s。大鼠熟悉期為 2 min，檢測期3 ～5min 連續3 ～4d，每天3 次，間隔10～ 15min。 |
| 評價(jià)指標 | 1． 潛伏期: 動(dòng)物從入水到成功登上平臺的總時(shí)間，如有多次重復則需取其平均值。 2． 穿臺次數: 動(dòng)物穿過(guò)原平臺的次數。 3． 實(shí)臺象*比率 4． 總游程 5． 實(shí)臺象限游程比率 | 1． 正確交替反應次數自發(fā)交替反應率: 自發(fā) 交替反應率 ( % ) = ［正確交替反應次數/ ( N-2) ］×100。 2． 動(dòng)物進(jìn)臂正確率 3． 部分大鼠實(shí)驗以 20次中正確反應次數作 為學(xué)習記憶成績(jì)。 | 1． 正確次數: 動(dòng)物進(jìn)入有食 餌的臂次數。 2． 錯誤次數: 動(dòng)物進(jìn)入未放 食餌的臂次數。 | 1． 參考記憶錯誤次 數 ( RME ) : 進(jìn)入未放食餌的臂次數反映動(dòng)物的長(cháng)時(shí)記憶能力。 2． 工作記憶錯 誤次 數 ( WME ) : 重 復進(jìn) 入 已 經(jīng)探索過(guò)的臂次 數。反映動(dòng) 物 的短時(shí)記憶能力。 | 1． 探索目標洞的潛伏期: 第一次將鼻子或前肢探向目標洞的時(shí)間。 2． 錯誤次數: 動(dòng)物將鼻子探向 非目標洞或前肢進(jìn)入任何一個(gè) 非目標洞。 |
| 應用特點(diǎn) | 評價(jià)空間參考記憶，空間學(xué)習記憶和工作記憶。 | 評價(jià)工作記憶。 | 評價(jià)空間工作記憶。 | 評價(jià)空間學(xué)習記 憶、工作記憶和參考記憶。 | 評價(jià)空間參考記憶能力和工作記憶。 |
| 名稱(chēng) | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|
| Morris水迷宮 | 1． 能消除前一只動(dòng)物遺留的氣味，避免動(dòng)物間的干擾。 2． 應用在轉基因小鼠上更敏感。3． 實(shí)驗設備包含整套計算機處理分析系統，實(shí)時(shí)記錄動(dòng)物行為，較客觀(guān)反映認知水平。 4． 能提供較多的實(shí)驗指標，能全面考察實(shí)驗動(dòng)物。 | 1． 需要較高的實(shí)驗條件，復雜的監視記錄系統且統計繁瑣。 2．水刺激對實(shí)驗動(dòng)物的應激性大。3． 實(shí)驗動(dòng)物體能消耗大，無(wú)法*避免動(dòng)物體能不足帶來(lái)的影響。 4． 實(shí)驗訓練時(shí)間較長(cháng)。 |
| Y迷宮 | 1． 簡(jiǎn)單方便。 2． 訓練時(shí)間時(shí)間短。 3． 利用嚙齒類(lèi)動(dòng)物自然的探索行為，干擾較小。 | 1． 數據分析受人為主觀(guān)因素影響較大。 2． 應用Y電迷宮時(shí)，由于動(dòng)物個(gè)體差異，對電擊耐受性差和對電擊不敏感的動(dòng)物需被淘汰。 |
| T迷宮 | 1． 設備要求簡(jiǎn)單，不需要自動(dòng)錄像系統( 需要實(shí)驗者不斷觀(guān)察) 。 2． 不提供懲罰條件，*利用動(dòng)物探索的覓食天性，因此能最大可能地減少影響實(shí)驗結果的混雜因素，如電擊對動(dòng)物機體的傷害及引發(fā)應激反應。 | 1. 迷宮只有一個(gè)選擇點(diǎn)到達目標臂，則選擇正確臂的概率默認為 50% ，增加了成功的可能性。 2．實(shí)驗前剝奪動(dòng)物進(jìn)食可能是 一個(gè)潛在的問(wèn)題。 |
| 八臂迷宮 | 1． 避免水和電刺激，動(dòng)物體力消耗較小，且對機體傷害較小。 2． 有效排除動(dòng)物由于自身運動(dòng)機 能障礙而對學(xué)習和記憶觀(guān)察指標的影響。 3．操作簡(jiǎn)便，可區分短期的工作記憶和長(cháng)期的參考記憶。 | 需剝奪進(jìn)食且前只動(dòng)物遺留的氣味線(xiàn)索可影響后面動(dòng)物的行為。 |
| Barnes迷宮 | 1． 利用嚙齒類(lèi)動(dòng)物喜暗避明的天性，不需要電和水刺激。 2． 操作簡(jiǎn)便。 | 1．容易受到實(shí)驗者的主觀(guān)意識影響。 2． 檢測指標在說(shuō)明動(dòng)物空 間認知能力的復雜性方面受到限制。3． 實(shí)驗中動(dòng)物有時(shí)會(huì )缺乏探索迷宮的動(dòng)力，如發(fā)現目標箱后沒(méi)有進(jìn)入或在目標箱周?chē)鴽](méi)有進(jìn)入。 |
中國比較醫學(xué)雜志，2018年12月第28卷第12期，楊玉潔，李玉姣，李杉杉，劉新民 ，王瓊 ，《用于評價(jià)大小鼠學(xué)習記憶能力的迷宮實(shí)驗方法比較》
上海欣軟是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售于一體的的高新技術(shù)企業(yè)，是專(zhuān)業(yè)的動(dòng)物行為視頻分析方案解決商。我司專(zhuān)注于動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)產(chǎn)品的研究且致力于向高校、科研機構等領(lǐng)域提供實(shí)驗室一體化方案，業(yè)務(wù)范圍遍布全國上百家實(shí)驗室。公司主營(yíng)產(chǎn)品均為自主開(kāi)發(fā), 擁有核心技術(shù)，同時(shí)公司擁有數位動(dòng)物行為學(xué)儀器行業(yè)從事10年以上的資深服務(wù)工程師，可為我們的產(chǎn)品提供全方案的售前及售后服務(wù)。
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動(dòng)物行為分析軟件：
1、VisuTrack軟件
2、SuperMaze軟件
3、FishTrack斑馬魚(yú)分析軟件
動(dòng)物行為儀器：
1、自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射（PPI）、跑步機、各類(lèi)經(jīng)典迷宮等
2、動(dòng)物抓撓分析儀、動(dòng)物震顫行為分析儀、動(dòng)物捕食行為分析儀
3、動(dòng)物主動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物被動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物自由步態(tài)分析（內測中）
4、睡眠剝奪儀、飲水偏好測試儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉棒疲勞儀、鼠尾光照測痛儀等
神經(jīng)電生理：
1、光遺傳、無(wú)線(xiàn)光遺傳
2、光纖記錄系統（單通道、多通道）
3、電生理信號采集系統（腦電、肌電等）
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