淺析Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)在小鼠行為學(xué)表現(xiàn)中的應(yīng)用

引言
Morris水迷宮(Morris water maze,MWM)實(shí)驗(yàn)是1981年由Morris建立的，用強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(大鼠、小鼠)游泳并學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中平臺(tái)的方法來(lái)測(cè)試實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)空間位置覺(jué)和方向覺(jué)(空間定位)的學(xué)習(xí)記憶能力。實(shí)驗(yàn)基本原理：鼠類(lèi)天生會(huì)游泳且會(huì)本能地尋找水中的休息場(chǎng)所。此活動(dòng)會(huì)涉及到一個(gè)復(fù)雜的學(xué)習(xí)記憶過(guò)程，鼠類(lèi)會(huì)根據(jù)水池壁上的標(biāo)志對(duì)其所在位置進(jìn)行空間定位，目的是能成功地找到隱藏平臺(tái)，最終從水中逃脫。而根據(jù)鼠類(lèi)在MWM實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)可以研究其對(duì)空間導(dǎo)航任務(wù)的信息采集和記憶能力。繼而，研究者對(duì)MWM實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了修改，可以用來(lái)研究工作記憶、參考記憶和任務(wù)策略。

MWM實(shí)驗(yàn)的空間導(dǎo)航任務(wù)與海馬結(jié)構(gòu)及功能的完整性密切相關(guān)，但值得注意的是該任務(wù)的完成還依賴(lài)紋狀體、基底前腦、小腦、新皮質(zhì)等腦區(qū)不同腦區(qū)之間的協(xié)調(diào)合作對(duì)于該任務(wù)的完成是非常重要的。目前認(rèn)為長(zhǎng)效突觸改變是MWM實(shí)驗(yàn)中記憶形成的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)，而海馬的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)作用(long-term potentiation,LTP)對(duì)突觸可塑性的影響最大。紋狀體和MWM的固有記憶形成有關(guān)，可能控制反應(yīng)靈活性和運(yùn)動(dòng)�；�底前腦提供了海馬與新皮質(zhì)之間的膽堿能神經(jīng)支配。小腦可以調(diào)控認(rèn)知功能從而對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。而新皮質(zhì)影響小鼠在執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)對(duì)任務(wù)的規(guī)劃和執(zhí)行能力。

MWM由于在N-甲基天冬氨酸受體(N-methyl-d-aspartate receptor,NMDA receptor)功能研究、突觸可塑性和學(xué)習(xí)能力研究上具有顯著的優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、藥理學(xué)、毒理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科研究中。

1.材料與方法

1.1試劑和儀器

鈦白粉、動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)(上海欣軟信息科技有限公司）。它包括一個(gè)直徑1.2m的圓形ABS水池，目標(biāo)象限中央水面下0.8 cm處放置圓形隱藏逃生平臺(tái)，直徑9 cm,整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間位置保持不變。因本實(shí)驗(yàn)所研究小鼠毛色分別為黑色(C57)和灰色(129Sv),將鈦白粉按125g/L濃度以溫水沖開(kāi)以隱藏平臺(tái)并令其攝像時(shí)與小鼠顏色保持鮮明對(duì)比。水池內(nèi)有加熱裝置將水溫保持在22~24℃。水池中央上方安置有攝像機(jī)，并與記錄系統(tǒng)相聯(lián)接。水迷宮系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由Morris水迷宮記錄和采集相關(guān)軟件分析記錄。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

健康C57小鼠19只，129Sv小鼠20只，均為雄性，10周齡，體重23~28 g。小鼠飼養(yǎng)在恒溫(21~22℃)房間，每隔12 h光暗循環(huán)。非實(shí)驗(yàn)期間小鼠自由進(jìn)食標(biāo)準(zhǔn)鼠糧及飲水。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

自發(fā)明以來(lái)，研究者出于不同的實(shí)驗(yàn)月的建立了多種MWM實(shí)驗(yàn)方案,而一個(gè)最基本的MWM實(shí)驗(yàn)分為空間記憶采集實(shí)驗(yàn)和空間搜索實(shí)驗(yàn)兩部分。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮動(dòng)物性別、年齡、種屬、背景及健康狀態(tài)等影響因素。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，起止時(shí)間應(yīng)保持一致，并保證環(huán)境因素的一致性。實(shí)驗(yàn)室需保持安靜，實(shí)驗(yàn)人員不得使用香水或者其他有刺激性氣味的物品。池壁標(biāo)記物體的位置在同一實(shí)驗(yàn)中保持固定，不要隨意改變實(shí)驗(yàn)室中物品的位置。實(shí)驗(yàn)人員將小鼠放入水池后，立即離開(kāi)所站立的位置，防止小鼠將實(shí)驗(yàn)人員誤認(rèn)為標(biāo)記物。

1.3.1 空間記憶采集實(shí)驗(yàn)(acquisition trial)

用于測(cè)量小鼠在水迷宮中的學(xué)習(xí)和記憶能力。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)6天。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前半小時(shí)將小鼠置水迷宮所在房間以適應(yīng)環(huán)境。每天每只小鼠訓(xùn)練4次，每次以半隨機(jī)(semi-random)方式選擇入水點(diǎn)(見(jiàn)表1),實(shí)驗(yàn)者將小鼠以手托起令其面向池壁，輕輕放入水中。小鼠在60s內(nèi)能尋找到平臺(tái)，則記錄其搜尋并登上平臺(tái)所需要的時(shí)間，即潛伏期(latency)。若小鼠在60s內(nèi)未能找到平臺(tái)，則由實(shí)驗(yàn)者用手將其引導(dǎo)至平臺(tái)，潛伏期記為60s。小鼠登上平臺(tái)后，讓其在平臺(tái)上停留30 s,以讓其根據(jù)4個(gè)象限的參照物(圖1,*所示)來(lái)進(jìn)行空間學(xué)習(xí)和記憶，并減少小鼠緊張。每次訓(xùn)練完成后，用干毛巾將小鼠擦干，并用加熱器將小鼠烘干，以防低體溫造成的應(yīng)激，每只小鼠總計(jì)訓(xùn)練24次。計(jì)算每天各組小鼠潛伏期、游泳距離、平均游泳速度和探索模式。