八臂迷宮、避暗實(shí)驗(yàn)對(duì)幼年大鼠學(xué)習(xí)與記憶的影響機(jī)制

【摘要】   探討八臂迷宮、避暗實(shí)驗(yàn)對(duì)幼年大鼠學(xué)習(xí)與記憶的影響機(jī)制。

【方法】 　孕SD雌鼠復(fù)制甲低仔鼠模型納入研究(n = 40) , 均為雄性, 隨機(jī)選20只于出生當(dāng)日起每天腹腔注射T42μgP100g至斷奶, 為T(mén)4 替代治療組, 余20只甲低仔鼠未予特殊處理, 另設(shè)正常對(duì)照組雄性仔鼠20只。對(duì)50日齡甲低組仔鼠行避暗及八臂實(shí)驗(yàn), 并與同日齡正常對(duì)照及治療組比較。結(jié)果 　50日齡甲低組仔鼠避暗實(shí)驗(yàn)中達(dá)到學(xué)會(huì)程度所犯錯(cuò)誤次數(shù)最多, 24 小時(shí)后記憶潛伏期縮短, 差異有顯著性; 50 日齡甲低組仔鼠八臂實(shí)驗(yàn)中參考記憶錯(cuò)誤無(wú)顯著性差異, 工作記憶錯(cuò)誤增多, 差異有顯著性, 跑迷宮時(shí)間無(wú)顯著性差異。

【結(jié)論】 　甲低引起仔鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降。

　　甲狀腺激素對(duì)哺乳動(dòng)物的腦發(fā)育起重要作用, 圍生期甲狀腺激素缺乏將造成不可逆的腦損傷, 引起嚴(yán)重的感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)障礙和智力低下, 且發(fā)病時(shí)間、嚴(yán)重程度及開(kāi)始甲狀腺激素治療的時(shí)間等因素均與腦損害的發(fā)生和恢復(fù)密切相關(guān)。我們?cè)谝酝�研究圍生期甲狀腺功能低�?甲低) 仔鼠海馬神經(jīng)元凋亡的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步采用避暗及八臂迷宮檢測(cè)發(fā)育期甲低仔鼠學(xué)習(xí)記憶變化。

【材料與方法】

　動(dòng)物模型制備及分組 　復(fù)制甲低仔鼠模型, SD 雄性仔鼠納入研究, 編號(hào), 隨機(jī)抽取甲低組仔鼠于出生當(dāng)日起每天腹腔注射甲狀腺素(T4) 2μgP100 g體重至21日齡斷奶, 為T(mén)4 替代治療組(20只) ; 余甲低組仔鼠未予特殊處理(20只) ; 另設(shè)正常對(duì)照組仔鼠(20只) 。21日齡仔鼠斷奶, 雄鼠每籠3～4只直至實(shí)驗(yàn)。自由進(jìn)水, 每天給12 h光照(光照時(shí)間: 8 : 00～20 : 00) 。室溫21±2℃, 相對(duì)濕度40 %～60 %。

【學(xué)習(xí)記憶研究】

1、避暗實(shí)驗(yàn) 　

測(cè)試50日齡各實(shí)驗(yàn)仔鼠。避暗測(cè)試箱(SFK2 I) 型分明、暗兩室, 其間有小門(mén)相通; 避暗習(xí)性使仔鼠本能地選擇進(jìn)入暗室, 進(jìn)入暗室的仔鼠即刻遭受電擊(35 mV) 而被動(dòng)地逃回安全的明室。5 min不進(jìn)入暗室則被認(rèn)為完成了學(xué)習(xí), 記錄仔鼠在完成學(xué)習(xí)前錯(cuò)誤地進(jìn)入暗室的次數(shù), 主要反映仔鼠近期學(xué)習(xí)的能力; 24h后再次放回明室, 記錄仔鼠由明室進(jìn)入暗室的時(shí)間, 即為記憶潛伏期,主要反映仔鼠近期記憶的能力。避暗實(shí)驗(yàn)、八臂迷宮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)型號(hào)為XR-XB102，由上海欣軟信息科技有限公司提供。

2、八臂迷宮實(shí)驗(yàn) 　

測(cè)試50 (60) 日齡各實(shí)驗(yàn)仔鼠。在進(jìn)行八臂迷宮實(shí)驗(yàn)前限制仔鼠飲食, 使其體重維持在自由進(jìn)食體重的80 %～85 %。觀察在10 : 00～17 : 00進(jìn)行。采用放射狀八臂(四臂放食物) 迷宮。迷宮中央?yún)^(qū)直徑30 cm ,向四周以等角度和等長(zhǎng)度延伸八條臂(50 cm×12 cm , 圍以415 cm高的墻) 。整個(gè)迷宮高出地面40 cm。訓(xùn)練前仔鼠先在迷宮中適應(yīng)2 d , 每天1次。適應(yīng)時(shí)3至4只仔鼠同時(shí)置于迷宮中, 自由活動(dòng)和攝取食物10 min。適應(yīng)后進(jìn)行每天1次的訓(xùn)練, 共10 d。每次訓(xùn)練中, 八臂中只有四臂放置了食物(Bio2Serv , Frenchtown , NJ , USA) , 分別為1、3、5和6號(hào)臂; 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均維持此順序。仔鼠放在迷宮中央?yún)^(qū), 此時(shí)中央?yún)^(qū)四周用門(mén)關(guān)住, 15 s 后將門(mén)打開(kāi), 仔鼠可選擇進(jìn)入任意一臂, 以攝取食物。仔鼠進(jìn)入有食物的臂且攝取了食物為1次正確選擇, 否則為錯(cuò)誤選擇。記錄參數(shù)為錯(cuò)誤選擇的次數(shù)。重新進(jìn)入放食物臂稱(chēng)為工作記憶錯(cuò)誤(working memory error , WME) , 進(jìn)入不放食物臂稱(chēng)為參考記憶錯(cuò)誤(reference memory error , RME) 。

【結(jié)果】

1、避暗實(shí)驗(yàn) 　同正常對(duì)照組及治療組相比, 50 日齡甲低組仔鼠在達(dá)到學(xué)會(huì)程度時(shí)所犯錯(cuò)誤次數(shù)多, 差異有非常顯著性(P < 01001) , 治療組錯(cuò)誤次數(shù)較正常對(duì)照組增多, 但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P > 0105) 。24 h后甲低組仔鼠的記憶潛伏期最短, 同正常對(duì)照及治療組相比差異有非常顯著性(P <01001) , 治療組潛伏期較正常對(duì)照組縮短, 但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P > 0105) , 。

2、八臂迷宮實(shí)驗(yàn)

參考網(wǎng)站www.softmaze.com，與正常對(duì)照及治療組相比, 甲低組仔鼠RME無(wú)明顯變化(P < 0105) ; WME 明顯增加(P > 0105) ;總的錯(cuò)誤次數(shù)明顯增加(P < 0105) ; 總的跑迷宮時(shí)間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P > 0105)

【討論】

學(xué)習(xí)和記憶是大腦的高級(jí)功能之一, 學(xué)習(xí)是指經(jīng)驗(yàn)(行為習(xí)慣、感知、思維等) 的獲得或發(fā)展; 記憶則是經(jīng)驗(yàn)的保存和再現(xiàn)。它們是兩個(gè)不同而又密切聯(lián)系的神經(jīng)生物過(guò)程, 一方面是思維和認(rèn)知的基礎(chǔ), 另一方面又與腦的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)功能密切相關(guān); 這一復(fù)雜過(guò)程至少包含了獲得、鞏固和再現(xiàn)三個(gè)主要階段。由于大鼠學(xué)習(xí)汜憶能力和人類(lèi)學(xué)習(xí)認(rèn)知的可比性, 故常用來(lái)進(jìn)行人類(lèi)學(xué)習(xí)記憶方面的研究。

目前, 從整體水平研究動(dòng)物學(xué)習(xí)和記憶能力的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀泻芏喾N, 穿梭箱實(shí)驗(yàn)是其中之一, 由于其操作簡(jiǎn)單、快捷, 在學(xué)習(xí)和記憶實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用。為了消除皮質(zhì)激素分泌節(jié)律性規(guī)律對(duì)學(xué)習(xí)記憶的影響, 每天的實(shí)驗(yàn)均在同一時(shí)間段進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 50 日齡甲低仔鼠學(xué)習(xí)時(shí)進(jìn)入暗室的錯(cuò)誤次數(shù)增加, 24 小時(shí)后的記憶潛伏期縮短, 說(shuō)明圍生期甲低影響仔鼠近期學(xué)習(xí)記憶能力。但是,實(shí)驗(yàn)中使用的電刺激可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物興奮、不安, 而且,動(dòng)物的自身運(yùn)動(dòng)量及對(duì)電刺激的敏感性等非學(xué)習(xí)記憶因素也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。動(dòng)物空間記憶測(cè)試是研究動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶的最常用方法之一, 由于水迷宮測(cè)試能有效地分離動(dòng)物空間辨認(rèn)與其它能力, 所以, 以往甲低對(duì)仔鼠空間記憶影響的研究多采用此方法。但是, 該實(shí)驗(yàn)測(cè)定的主要指標(biāo)為動(dòng)物在水迷宮中尋找安全平臺(tái)所花的時(shí)間(上臺(tái)潛伏期) , 它與動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)能狀態(tài)密切相關(guān), 凡能影響動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)能的藥物和動(dòng)物本身狀態(tài)均可能影響該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。甲狀腺激素不僅對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有影響, 也影響骨骼肌肉的發(fā)育, 可能影響測(cè)試的結(jié)果。此外, 動(dòng)物繞壁行走的天性也限制了它的應(yīng)用。

八臂迷宮測(cè)試是動(dòng)物通過(guò)觀察周?chē)�一些固定的參照物�?lái)學(xué)習(xí)和記憶自身與餌(置于迷宮臂末端的白色小食丸) 的相對(duì)位置, 該方法可以有效地排除動(dòng)物由于自身運(yùn)動(dòng)機(jī)能障礙而對(duì)學(xué)習(xí)和記憶觀察指標(biāo)的影響, 還可以同時(shí)分離和分析動(dòng)物WME與RME。為此, 本實(shí)驗(yàn)首次采用八臂迷宮測(cè)定圍生期甲低仔鼠的空間記憶再現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn), 與正常對(duì)照及治療仔鼠比較, 50 日齡甲低仔鼠WME增加, 而RME無(wú)明顯改變。這種空間記憶的分離現(xiàn)象也可見(jiàn)于服用抗膽堿能藥物降低鼠海馬神經(jīng)元乙酰膽堿含量的八臂迷宮測(cè)試中, 然而海馬功能明顯受損引起WME和RME均增加。有關(guān) 甲低八臂測(cè)試中空間記憶分離現(xiàn)象以及具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。學(xué)習(xí)記憶與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸結(jié)構(gòu)和功能的可塑性密切相關(guān)。甲狀腺激素可以通過(guò)調(diào)控多種腦結(jié)構(gòu)蛋白及信號(hào)蛋白的表達(dá), 影響神經(jīng)細(xì)胞的增殖、遷移、分化、突觸的發(fā)育及髓鞘的形成等, 影響了神經(jīng)元之間的信息傳遞,導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶等腦功能受損。本研究發(fā)現(xiàn)生后T4 替代治療仔鼠學(xué)習(xí)記憶較甲低仔鼠有明顯改善, 但驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果, 未達(dá)到正常同齡仔鼠水平, 說(shuō)明胎鼠甲低狀態(tài)已造成部分、不可逆腦損傷。