行為學(xué)實(shí)驗(yàn)手冊(cè) | 學(xué)習(xí)記憶之T／Y迷宮實(shí)驗(yàn)方法

背景
1930年，Tolman 和 Honzik 應(yīng)用14個(gè)單元Ｔ型迷宮，研究大鼠的潛伏學(xué)習(xí)（Latent Learning）。隨著研究深入，多單元迷宮演變?yōu)槟壳皯?yīng)用的Ｔ迷宮。1939年，Dennis首次定義了大鼠在Ｔ迷宮中的自發(fā)交替（Spontaneous Alternation）行為，認(rèn)為大鼠能夠?qū)μ剿鬟^(guò)的臂產(chǎn)生內(nèi)起抑制（Internal Inhibition），而進(jìn)入沒(méi)有探索過(guò)的臂，從而增加發(fā)現(xiàn)食物的機(jī)會(huì)。

 

T/Y迷宮是一種評(píng)價(jià)空間記憶能力的行為實(shí)驗(yàn)方法，主要應(yīng)用于動(dòng)物的辨別性學(xué)習(xí)、工作記憶和參考記憶的測(cè)試。在本實(shí)驗(yàn)中，工作記憶主要指短期記憶，而參考記憶主要指長(zhǎng)期記憶。工作記憶能力下降，可出現(xiàn)空間定位困難等癥狀，參考記憶能力下降可出現(xiàn)新知識(shí)學(xué)習(xí)能力下降等癥狀。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，動(dòng)物對(duì)目標(biāo)臂的選擇基于動(dòng)物記住上次探索過(guò)的目標(biāo)臂，以及對(duì)整體實(shí)驗(yàn)流程的熟悉程度；可以通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)試動(dòng)物工作記憶和參考記憶的完整情況。

T迷宮、Y迷宮、Smart 3.0

01.自發(fā)連續(xù)交替選擇實(shí)驗(yàn)

此實(shí)驗(yàn)為運(yùn)用T/Y迷宮進(jìn)行的最簡(jiǎn)單最基礎(chǔ)的行為學(xué)測(cè)試，主要用于研究動(dòng)物空間工作記憶的完整程度。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)周期短，僅一天即可完成全部實(shí)驗(yàn)。

• 時(shí)間

每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間不高于2分鐘，每只動(dòng)物試驗(yàn)連續(xù)重復(fù)10次。

• 適應(yīng)期

實(shí)驗(yàn)開始前（自己繁育小鼠 Handle 3天，外購(gòu)動(dòng)物 Handle 7天），每天抓取、輕撫動(dòng)物，讓其熟悉實(shí)驗(yàn)人員手，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)處于應(yīng)激狀態(tài)。

• 方法

關(guān)閉主臂門閘，將動(dòng)物放在主臂10秒，打開主臂門閘開始計(jì)時(shí)，待動(dòng)物四肢全部進(jìn)入一個(gè)目標(biāo)臂后，結(jié)束計(jì)時(shí)， 將動(dòng)物放回主臂，關(guān)閉主臂門閘，進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)；2分鐘內(nèi)沒(méi)有進(jìn)入任何臂，記錄實(shí)驗(yàn)失敗，進(jìn)行取出放回操作，進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)。

• 記錄數(shù)據(jù)

（1）進(jìn)入左右臂的潛伏期（從主臂進(jìn)入左右臂所需的時(shí)間），每次進(jìn)入的臂；

（2）潛伏期主要用于判斷動(dòng)物對(duì)此實(shí)驗(yàn)的積極性；

（3）動(dòng)物連續(xù)進(jìn)入不同臂N次（N≥3），記為N-2次成功；

（4）實(shí)際成功次數(shù)/最大成功次數(shù) 計(jì)算出動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功率，以此判斷動(dòng)物自發(fā)連續(xù)交替選擇的程度 百分比越高，說(shuō)明動(dòng)物工作記憶能力越強(qiáng)。

• 注意事項(xiàng)

（1）此實(shí)驗(yàn)為連續(xù)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)完成一只動(dòng)物試驗(yàn)后再開展另一只動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)；

（2）每只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行環(huán)境清理，盡可能去除上一只動(dòng)物的氣味；

（3）每只動(dòng)物測(cè)量以及清理時(shí)間合計(jì)約25分鐘，如需對(duì)動(dòng)物進(jìn)行給藥，需要逐只給藥，確保藥物生效后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

02.獎(jiǎng)賞交替選擇實(shí)驗(yàn)（主要運(yùn)用于T迷宮）

此實(shí)驗(yàn)為運(yùn)用T迷宮進(jìn)行的較為常規(guī)的行為學(xué)測(cè)試，采用食物獎(jiǎng)賞誘導(dǎo)動(dòng)物完成相關(guān)行為，讓動(dòng)物逐漸學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)規(guī)定的迷宮探索方式。主要用于研究動(dòng)物參考記憶的完整程度。優(yōu)點(diǎn)在于利用食物形成獎(jiǎng)賞機(jī)制，動(dòng)物會(huì)更配合完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

適應(yīng)訓(xùn)練

• 時(shí)間

實(shí)驗(yàn)第一天和第二天，每日4次，每次間隔大于10分鐘。

• 方法

將多只動(dòng)物放入迷宮3分鐘，讓動(dòng)物進(jìn)行自行探索。

• 注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)前動(dòng)物需要限食，動(dòng)物體重降低至實(shí)驗(yàn)前85%-90%后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若動(dòng)物表現(xiàn)出不喜好探索的現(xiàn)象，可以利用少量食物誘導(dǎo)探索。

強(qiáng)迫選擇訓(xùn)練

• 時(shí)間
  實(shí)驗(yàn)第三至六天，每日6次。
• 方法

將動(dòng)物放入主臂，同時(shí)在左右臂隨機(jī)一臂中放入少量食丸（如4粒），關(guān)閉另一臂的進(jìn)入通道，使動(dòng)物被迫完成攝食強(qiáng)化。

• 記錄數(shù)據(jù)

主臂滯留時(shí)間。

• 注意事項(xiàng)

（1）每只動(dòng)物每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)間隔大于10分鐘；

（2）每只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行環(huán)境清理，盡可能去除上一只動(dòng)物的氣味；

（3）訓(xùn)練左臂與右臂獲得食丸數(shù)量，次數(shù)應(yīng)保持一致。

測(cè)試

• 時(shí)間
  實(shí)驗(yàn)第七天開始，至對(duì)照組動(dòng)物平均正確率達(dá)到85%結(jié)束。每天重復(fù)6次。
• 方法

（1）強(qiáng)迫動(dòng)物從主壁進(jìn)入一側(cè)實(shí)驗(yàn)臂，獲得更少量的食丸獎(jiǎng)勵(lì)（如2粒）；

（2）獲得食丸后立即將動(dòng)物移回主臂（總時(shí)間應(yīng)小于5秒），限制活動(dòng)10秒；

（3）同時(shí)開放兩側(cè)實(shí)驗(yàn)臂，動(dòng)物將四肢移動(dòng)進(jìn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)臂視為一次選擇，結(jié)束一次實(shí)驗(yàn)：

① 若進(jìn)入第一步進(jìn)入過(guò)的臂，則無(wú)獎(jiǎng)勵(lì)，限制活動(dòng)10s，記錄一次錯(cuò)誤選擇，

② 若進(jìn)入第一步未進(jìn)入過(guò)的臂，則給與少量獎(jiǎng)勵(lì)，記錄一次正確選擇。

• 記錄數(shù)據(jù)

正確選擇，錯(cuò)誤選擇次數(shù)，主臂滯留時(shí)間：

（1）主壁滯留時(shí)間主要用于判斷動(dòng)物對(duì)此實(shí)驗(yàn)的積極性；

（2）根據(jù)正確選擇，錯(cuò)誤選擇次數(shù)計(jì)算出每天的平均正確率；

（3）平均正確率提升越快，說(shuō)明動(dòng)物參考記憶能力越強(qiáng)。

• 注意事項(xiàng)

（1）每只動(dòng)物每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)間隔大于10分鐘；

（2）每只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行環(huán)境清理，盡可能去除上一只動(dòng)物的氣味；

（3）如需對(duì)動(dòng)物進(jìn)行給藥，則僅在此測(cè)試階段進(jìn)行給藥。

03.空間識(shí)別（主要運(yùn)用于Y迷宮）

此實(shí)驗(yàn)為運(yùn)用Y迷宮進(jìn)行的較為常規(guī)的行為學(xué)測(cè)試，是根據(jù)嚙齒類動(dòng)物天生對(duì)未知事物有強(qiáng)烈的好奇心以及探索欲望的原理進(jìn)行的。優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)對(duì)動(dòng)物的參考記憶和工作記憶進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)方式簡(jiǎn)單。

• 時(shí)間

（1）測(cè)試工作記憶，探索期與測(cè)試期建議間隔2小時(shí)；

（2）測(cè)試參考記憶，探索期可設(shè)置1-2天，隔天進(jìn)行測(cè)試；

（3）同時(shí)測(cè)試參考與工作記憶，探索期與測(cè)試期間隔2小時(shí)，每天重復(fù)一次實(shí)驗(yàn)，持續(xù)進(jìn)行5-7天。

• 方法

（1）適應(yīng)期：實(shí)驗(yàn)開始前3-7天，每天抓取、輕撫動(dòng)物，讓其適應(yīng)被抓出的環(huán)境；

（2）探索期：將迷宮的一個(gè)臂封鎖，在一個(gè)臂遠(yuǎn)離中間的位置放置動(dòng)物，讓動(dòng)物在其它兩個(gè)臂自由探索3分鐘；

（3）測(cè)試期：將迷宮封鎖的臂打開，在與探索期相同的位置放置動(dòng)物，在讓動(dòng)物自由活動(dòng)3分鐘。

• 數(shù)據(jù)記錄

（1）總活動(dòng)路程，未開放臂進(jìn)入潛伏期，每個(gè)臂滯留時(shí)間及路程，進(jìn)入每個(gè)臂的次數(shù)；

（2）總活動(dòng)路程僅作為參考，排除一些無(wú)運(yùn)動(dòng)意愿動(dòng)物的數(shù)據(jù)；

（3）潛伏期越短，說(shuō)明動(dòng)物記憶力越好；

（4）進(jìn)入未開放臂的時(shí)間越久，運(yùn)動(dòng)路程越長(zhǎng)，進(jìn)入次數(shù)越多說(shuō)明動(dòng)物記憶力越強(qiáng)；

（5）同時(shí)測(cè)試參考與工作記憶時(shí)，每次試驗(yàn)中放置動(dòng)物的位置應(yīng)保持一致，記錄動(dòng)物在測(cè)試期進(jìn)入另外兩個(gè)臂的時(shí)間比例。正常動(dòng)物實(shí)驗(yàn)初期進(jìn)入未開放臂的時(shí)間比例可達(dá)到80%，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，比例逐漸降低至50%左右。工作記憶受損的動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)進(jìn)入未開放臂的時(shí)間比例就接近50%左右；參考記憶受損的動(dòng)物進(jìn)入未開放臂的時(shí)間比例則會(huì)一直維持在一個(gè)較高的水平。

• 注意事項(xiàng)

（1）每只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行環(huán)境清理，盡可能去除上一只動(dòng)物的氣味；

（2）如需對(duì)動(dòng)物進(jìn)行給藥，則需要在探索期就進(jìn)行給藥。

04.數(shù)據(jù)分析

常規(guī)方法是采用單因素方差分析（one way-ANOVA）；當(dāng)多組間有差異時(shí)，兩兩比較采用Fisher's LSD post hoc多重比較方法，P<0.05認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。

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【參考文獻(xiàn)】

1. Deacon Robert M J, Rawlins J Nicholas P, T-maze alternation in the rodent.[J]. Nat Protoc,2006 , 1 : 7 - 12. （IF：13.493）（自發(fā)交替和獎(jiǎng)賞交替）

2.Hughes Robert N,The value of spontaneous alternation behavior (SAB) as a test of retention in pharmacological investigations of memory.[J] .Neurosci Biobehav Rev, 2004, 28: 497-505. （IF：8.33）（自發(fā)交替與空間識(shí)別）