水迷宮實驗的方法步驟介紹

做水迷宮實驗的正確姿勢

Richard G. Morris于1981年和1984年連續(xù)發(fā)表的兩篇文獻使水迷宮實驗名動天下，三十多年來已然成為學習記憶研究中不可或缺的評價實驗。前文中小白鼠BB-8依次經歷了實驗的四個階段，本文我們就認真介紹一下水迷宮實驗的攻略。既然是攻略，那實驗目的啊實驗原理啊什么的就不提了，一句話，為了評價實驗鼠的空間方位學習與記憶能力。先八卦一下，這個實驗本來是為大鼠設計的，后來因為轉基因技術的成熟，小鼠成為實驗主角，但與大鼠相比，小鼠真心笨啊！

1.裝備篇

實驗的裝備說起來很簡單，一個水盆，一套圖像分析系統(tǒng)，That’s it!

1.1 水盆

雖然名字叫水迷宮，實際上就是一大盆水，與我們熟悉的繞來繞去的迷宮沒毛線關系。Morris 在1981年用的盆直徑1.3米，深60厘米；而到了1984年他老人家又改了主意，用了一個2.1米的大盆，可是深度只有40厘米。這個頭開得不好，所以直到現在對于水盆的大小也沒有個一定之規(guī)。目前通行的做法是做小鼠和大鼠用不同直徑的水盆，小鼠最小有用到直徑0.8米的，常見的是1.2米直徑；大鼠最大的一般也不超過2米，常見的是1.6米直徑。至于深度，一般都在60厘米。對于實驗鼠來說，盆越小任務越簡單，越大越難。

說是水盆，還是有點要求的。首先是顏色。因為實驗鼠典型的分為黑色與白色，所以早期的水盆會分成白盆和黑盆（別想錯了，當然是白盆做黑鼠，黑盆做白鼠，否則鬼知道老鼠游到哪去了），但那樣太麻煩，所以目前一般都提供中性顏色（如藍色，灰色）的水盆，以適應各種顏色的實驗鼠。

其次是給排水。別小看這一盆水，輕輕松松就是一噸，給排水絕對是要考慮的。給水還算方便，水龍頭接根管子到盆里就好了。排水一般是在盆底開口接排水管到下水口。所以安裝水迷宮的地點要求有上下水口，否則給排水的管路會非常非常長……。對水溫控制的要求其實不是剛性的，因為很多時候實驗所需水溫（20-27℃）和室溫是很接近的，把一盆水放過夜就行了。但鑒于我們的祖國幅員遼闊氣候各異，所以一般都會要求附帶水溫控制設備。好在溫控的要求并不高，否則就尷尬了。一般來說，偏低的水溫一方面會引起實驗鼠的厭惡情緒而加快游動以尋找站臺，另一方面也會導致實驗鼠因失溫而降低游動速度。對于溫度，小鼠比大鼠更為敏感，所以正如前文BB-8所經歷的，把出水后的實驗鼠放到暖墊上不失為一種有效的恢復體溫的策略。

第三是一個重要的配件，站臺。這東西相當于迷宮的出口，整個實驗就是考察實驗鼠是否記得站臺的位置。BB-8的經歷已經告訴我們，這東西有時候要高出水面，有時候要低于水面（通常0.5-2cm），還要能變換位置。不過別擔心，目前所有市售產品都能輕松滿足這個要求。站臺的直徑比較統(tǒng)一，10-12cm，實驗鼠能站上去就行。當然，從原理上來說，站臺直徑與水盆直徑的比例影響到實驗任務的難度，但通常大家更在意水盆的直徑。

既然是攻略，少不得要說說怎么挑，雖然真心沒啥可說的。跟挑手機一樣，挑個順眼的就行了。只有一點，對金屬盆的要慎重，要確定是不銹鋼的，否則做一次實驗放兩天就生銹，整個人都會覺得不好了……

1.2 圖像分析系統(tǒng)

講真，這個是重點。雖然一般一個實驗只有6分鐘，但好多只老鼠加在一起，時間也蠻長的，如果都需要我們一只一只用眼看用手去掐秒表，很快人就頹了，而且也無法繪出實驗鼠的軌跡，進而無法精細地評價它的尋找過程。所以 一套好用的圖像跟蹤與分析系統(tǒng)必不可少。什么是好用的？套用鄧爺爺的一句名言：不管白貓黑貓，能抓住老鼠就是好貓。一點沒錯，只要能“抓”住老鼠，就是好的系統(tǒng)，“抓”得越仔細，越好！這方面的評判其實也很容易，去看國際頂級神經科學相關期刊的文章，上面提到的系統(tǒng)都不會差。

那為什么會有可能“抓”得不好呢？首先是因為實際情況可能很復雜，最典型的干擾來自水波晃動導致的影像變化，很多低端產品會把晃動的光點誤判為實驗鼠而對真實的實驗鼠“置之不理”。其次是圖像識別的底層技術有差異，高端的產品會識別實驗鼠的多（達4）個部位，這樣就不便能描繪實驗鼠的運動軌跡，還能實時判斷出實驗鼠的頭部朝向、是否在原地轉圈尋找這樣的精細指標，而低端產品甚至會只把實驗鼠看成一個質點單純地描繪其運動軌跡，這會導致實驗結果過于粗糙從而淹沒了客觀差異。當然，和所有的好東西一樣，一分價錢一分貨，最明智的決策永遠是根據自己的實際需求進行選擇。

2 步驟篇

一個完整的水迷宮實驗包括 提示（Cue Trials）, 習得（Response acquisition trials）, 檢驗與消退（Probe and extinction trials） 這樣三個階段，“增強”版水迷宮實驗會在消退后進行新（位置）的提示與習得實驗。

2.1 提示（Cue Trials）

正如BB-8所經歷的，小鼠在下水后沿著盆壁游動是很常見的現像，這時使站臺高出水面是為了便于實驗動物發(fā)現站臺。這一步就是在告訴實驗鼠：別瞎折騰了，上臺才是硬道理。使站臺高出水面是最常用的方式，也有實驗者在盆壁放置醒目的標識來實現這種“告知”功能。這對于實驗鼠區(qū)別不大，都屬于近距標識。對于實驗鼠來講，這一步所需要的技能是最基礎的定向游動能力，如果這個能力缺失，會被淘汰出實驗。

2.2 習得（Response acquisition trials）

這一步才是關鍵，要讓實驗鼠根據遠距標識習得并記憶站臺的方位，相當于要讓實驗鼠自己腦補出地圖，無論在哪個位置被放下水，都能快速確認站臺方位。很多時候在這一步就已經出現差異，習得的速度與質量已經是一個很好的指標。這一步耗時可能比較長，加上變換實驗鼠入水位置，有可能需要反復持續(xù)幾天。

2.3 檢驗與消退（Probe and extinction trials）

這一步算是“進階”，當實驗鼠習得站臺方位后，撤去站臺，檢驗實驗鼠是否仍然記得站臺的位置。這時實驗鼠的“正確”態(tài)度是就算沒有站臺也在原來的站臺位置上停留，即所謂的“空間偏好”。如果不進行新的實驗，檢驗部分進行一個批次就可以了。如果反復進行這一步驟，實驗鼠原來的記憶會消退，為下一步的實驗做出準備。

2.4 新定位實驗

這一步幾乎就是重復提示與習得實驗，最關鍵的不同在于變更了站臺的位置，這就要求實驗鼠根據原有的遠距標識生成新的站臺方位地圖，是對認知可塑性的良好檢驗。話說這里就能看到大小鼠的差異，大鼠通常會很快通過新的搜索策略在新位置找到站臺，而小鼠的表現就差多啦，受前攝記憶的影響非常明顯。

結語：到這里實驗的部分就完成啦，其實真做起來還有很多需要注意的細節(jié)，而且后面還有比實驗辛苦百倍的工作，分析與統(tǒng)計，這里面的道道，你懂的，絕對需要另外一篇長文章才能講清楚，還是且聽下回分解吧！