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部分學習記憶的行為學方法研究及其應(yīng)用
閱讀：1179 發(fā)布時間：2021-3-18摘 要:本文介紹了部分行為學相關(guān)的儀器及其使用方法，以學習記憶為中心從儀器的構(gòu)造組成、實驗原理、使用方法、研究領(lǐng)域等方面對其進行了總結(jié)。文章從以上幾個方面對部分行為學儀器進行了進一步探討，為其在學習記憶等相關(guān)研究提供近一步證據(jù)。
關(guān) 鍵 詞:學習記憶;行為學;研究;應(yīng)用
學習和記憶是腦的高級功能，是各種認知功能形 成的基礎(chǔ)。隨著科技的發(fā)展，為了進一步了解學習記憶的機制，不斷涌現(xiàn)出各種先進的實驗技術(shù)和方法。本文將重點探討目前常用的生物機能學實驗儀器相關(guān)的行為記憶研究實驗方法及其應(yīng)用，對部分行為學儀器及使用方法作一簡要的綜述，以期為相關(guān)方面研究人員提供一些相關(guān)信息。
1 開場活動實驗箱
開場活動實驗箱( Open field test) 可用于評價抑 郁模型、黑質(zhì)損傷、下丘腦垂體腎上腺軸的研究、中醫(yī) 的電針療法研究等［1］。開場活動實驗箱是由長 62． 5 cm、寬 74 cm、高 51 cm 的黑色不透明塑料板長 方體構(gòu)成，其中一側(cè)板上有 2 個透明帶，下面的用于小鼠的行為學觀察，上面的用于大鼠的行為學觀察，在這一側(cè)面外配有反光鏡。區(qū)域中央?yún)^(qū)頂部裝有 2 個燈管，上面配有視頻監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過攝像頭觀 察動物的活動情況。實驗通常設(shè)定單次總時間，系 默認為 300 s，實驗人員可自行設(shè)定，實驗的數(shù)據(jù)采集時間應(yīng)大于等于 3 s。本儀器能精que定量，在設(shè)定的時間內(nèi)自動監(jiān)測動物活動，對動物的自發(fā)活動進行二維測定，能定量測定藥物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮與鎮(zhèn)靜作用、對新環(huán)境的適應(yīng)能力、評估動物的運動能力、 焦慮前后及給藥前后行為學變化，廣泛應(yīng)用于藥物、 藥理學、生物生理學、行為生物學等的研究中［2］。
2 Y 迷宮實驗
Y 迷宮主要應(yīng)用于動物的辨別性學習、工作記憶 及參考記憶的測試［3］。Y 迷宮由 3 個*相同的臂組成: 臂長 30 cm、臂寬 6 cm、臂高 15 cm。每個臂盡頭有食物提供裝置
，同時每個臂的末端安有光信號，每個臂的下面由電柵作為地板，刺激方式為程控隨機模式，
刺激電壓通常在 24 ～ 180 V 之間。實驗時根據(jù)分析動物取食的策略，即進入各臂的次數(shù)、
時間、正確次數(shù)、錯誤次數(shù)路線等參數(shù)，可以反映出實驗動物的空間記憶能力。本儀器廣泛用于行為學和認知實驗中測試動物的空間記憶能力，可以全自動探測動物zhi定的時間內(nèi)，動物主動逃避和被動逃避次數(shù)［4］。該儀器可用于學習記憶、老年癡呆、智力與衰老、新藥開發(fā)/篩選/評價的研究，廣泛應(yīng)用在藥理學、毒理學、預(yù)防醫(yī)學、神經(jīng)生物學、動物心理學及行為生物學等多 個學科及計算機輔助教學等領(lǐng)域，是醫(yī)學院校開展行為學研究尤其是學習與記憶研究的經(jīng)典實驗。
3 T 迷宮實驗
T 迷宮通過食物誘導(dǎo)實驗方式進行動物學習記憶的實驗［5］。T 迷宮與 Y 迷宮非常相似
，也是由 3 個臂組成，分別為: 選擇臂( 臂長 26． 6 cm、臂寬 7． 6 cm、 臂高 15 cm) 、
起始臂( 臂長 36． 4 cm、臂寬 7． 6 cm、臂 高 15 cm) 和準備區(qū)( 臂長 9． 8 cm
、臂寬 7． 6 cm、臂高 15 cm) ，每個臂盡頭有食物提供裝置，直徑 2 cm，深 度 1． 2 cm。但與 Y 迷宮的主要區(qū)別是 T 迷宮未提供獎懲條件，*利用動物探索的天性，因此能大可 能地減少影響實驗結(jié)果的混雜因素。T 迷宮通過食物誘導(dǎo)進行動物學習記憶實驗，采用視覺相關(guān)的分析 方法對動物的行為進行分析，獲得動物根據(jù)誘導(dǎo)后的 行為數(shù)據(jù)［6］，是醫(yī)學院校研究行為學、認知實驗、學 習記憶、藥理學、毒性作用等較好的實驗方法。
4 高架十字迷宮
高架十字迷宮( High plus maze) 是利用動物對新 奇環(huán)境的探究性和對高懸敞開臂的恐懼形成矛盾沖 突行為，來考察動物的焦慮狀態(tài)。高架十字迷宮是由 兩條相對開放臂( 臂長 30 cm、臂寬 6 cm、臂高15 cm) 和兩條相對閉合臂( 臂 長 30 cm、臂 寬 6 cm、臂 高 0． 6 cm) 及中央?yún)^(qū)( 6 cm × 6 cm) 連接而成，高架十字 迷宮高架高度為 50 cm。嚙齒類動物由于嗜暗性會 傾向于在閉臂中活動，但出于好奇心和探究性又會在 開臂中活動，在面對新奇刺激時，動物同時產(chǎn)生探究的沖動與恐懼，這就造成了探究與回避的沖突行為，從而產(chǎn)生焦慮心理。而抗抑郁藥物能明顯增加進入開臂的次數(shù)與時間［7］。高架十字迷宮廣泛應(yīng)用于新藥研發(fā)、藥理學、毒理學、預(yù)防醫(yī)學、神經(jīng)生物醫(yī)學、動物心理學及行為生物學等多個學科的科學研究領(lǐng)域
，是開展行為學研究尤其是焦慮抑郁研究的經(jīng)典實驗。
5 高架零迷宮
高架零迷宮是在高架十字迷宮的基礎(chǔ)上發(fā)展而 來的裝置，它結(jié)合了傳統(tǒng)和革新的行為學檢測方式用于焦慮分析［8］。高架零迷宮是一個高架的環(huán)形平 臺，平臺上相對稱地設(shè)置了兩處圍欄和兩處開放區(qū)， 其跑 道 寬 度 為 6 cm、外直徑為 45 cm、內(nèi) 直 徑 為 33 cm、高架高度為 50 cm。高架零迷宮的這種設(shè)計 方式消除了傳統(tǒng)高架十字迷宮的平臺區(qū)，不用計算動物在平臺上的時間，相對而言，可以讓動物處于不間斷的探索中。本儀器用于測量動物的焦慮程度，即動物在閉臂停留時間與開臂停留時間的比值; 同時系統(tǒng) 還可以測量進入各區(qū)域的次數(shù)、停留時間以及探頭次 數(shù)等重要的行為數(shù)據(jù)。高架零迷宮是醫(yī)學院校研究實驗動物抗焦慮、致焦慮藥物藥理的重要實驗手段。
6 水迷路實驗箱
水迷路實驗分析系統(tǒng)是一種強迫實驗動物( 大 鼠、小鼠) 游泳，學習尋找隱藏在水中平臺的一種實驗。水迷路實驗箱是由高級醫(yī)用有機板制作而成，外形尺寸長為 80 cm、寬為 60 cm、高為 22． 5 cm，迷路路 徑寬度為 7． 6 cm，終點臺階高度為 9 cm。水迷路實驗箱實現(xiàn)了水迷路學習記憶自動探測法，可自動測定 小鼠在水迷宮中進入盲區(qū)的錯誤次數(shù)和達到終點所需時間。經(jīng)實驗證明，小鼠連續(xù)訓(xùn)練 4 d，80% 的動物可學會辨別反映，在短時間內(nèi)可抵達終點。如藥物引 起記憶障礙，則到達終點所需時間明顯延長，錯誤次數(shù)增多。水迷路實驗分析系統(tǒng)主要用于測試實驗動 物對空間位置感和方向感( 空間定位) 的學習記憶能力，被廣泛應(yīng)用于學習記憶、老年癡呆、海馬研究、智力與衰老、新藥研發(fā)、藥理學、神經(jīng)生物學等研究領(lǐng)域，在世界上已經(jīng)得到廣泛認可，是研究學習記憶的經(jīng)典實驗。
7 八臂迷宮
八臂迷宮( 8-Arm Maze) 用來檢測藥物或大腦受損狀態(tài)下學習和記憶方面的表現(xiàn)，它由 8 個*相同的臂組成，這些臂從一個中央平臺放射出來，所以又被稱為放射迷宮( Ｒadial Maze) ［9］。八臂迷宮實驗箱是由高級醫(yī)用有機板制作而成，外形尺寸: 各臂長度 為 30 cm
、寬度為 6 cm、高度為 15 cm，喂食槽直徑為 2 cm、深度為 1． 2 cm。實驗時根據(jù)分析動物取食的策略即進入每臂的次數(shù)、時間、正確次數(shù)、錯誤次數(shù)、 路線等參數(shù)，可以反映出實驗動物的空間記憶能力。 相對而言，八臂迷宮操作簡便、可行，而且運用計算機視覺分析原理，自動偵測完成時間、工作臂記憶錯誤次數(shù)、參考臂記憶錯誤次數(shù)，現(xiàn)已被廣泛用于學習記
憶認知實驗功能評價。
8 Morris 水迷宮
Morris水迷宮是英國心理學家 Morris 于 20 世紀 80 年( 1981) 代初設(shè)計，并應(yīng)用于腦學習記憶機制研究的一種實驗手段，在阿爾茨海默病( AD) 研究中的應(yīng)用非常普遍［10］。Morris 水迷宮實驗裝置為一個盛 滿水的圓形水池，其直徑大鼠 1． 2 ～ 2 m、小鼠0． 8 ～ 1． 6 m，水池分成 4 個象限，在其中一個象限的液面下 隱藏著一個直徑 8 ～ 12 cm
的平臺，平臺距離液面1 ～ 2 cm，實驗時水溫一般控制在 24 ℃ 左右。Morris 水迷宮實驗主要分為定位航行實驗( Place navigation) 和空間探索實驗( Spatial probe) 兩個階段
。本儀器主 要根據(jù)實時跟蹤大小鼠運動軌跡，可以統(tǒng)計分析實驗動物在 4 個象限內(nèi)、中、外環(huán)經(jīng)過的路徑和時間，6 個 時段有效率，朝向角，平均運動速度，經(jīng)過虛擬平臺次數(shù)，虛擬平臺停留的時間等參數(shù)來分析動物的學習記憶能力［11］。自從 Morris 水迷宮發(fā)明以來，被廣泛應(yīng) 用于學習記憶、老年癡呆、海馬研究、智力與衰老、新藥研發(fā)、藥理學、毒理學、預(yù)防醫(yī)學、神經(jīng)生物學、動物心理學等多個學科的科學研究中。
9 巴恩斯迷宮
巴恩斯迷宮( Barnes Maze) 是由美國學者 Carol A Barnes 1979 年發(fā)明的用于檢測動物空間記憶能力的裝置［12］。巴恩斯迷宮是由特制醫(yī)用有機板制成的一 個圓形平臺，可旋轉(zhuǎn)
，直徑為 75 cm。平臺周邊有 18 個等距離圓洞，分別用于大鼠和小鼠; 洞的直徑分別為 10 cm 和 5 cm。其中一個洞( 稱為目標洞) 與一個 暗箱( 即目標箱) 相連。為了防止實驗動物從迷宮中逃離，平臺距離地面至少應(yīng)該在50 cm 以上。Barnes 迷宮實驗系統(tǒng)利用嚙齒類動物避光喜暗且愛探究的特性而建立，動物獲得的記憶強化是從一個光亮、敞開的平臺上面，逃往位于平臺下面的一個黑暗、狹小的箱里，該箱稱為目標箱，動物通過訓(xùn)練學習并記憶目標箱的位置。該模型不需要食物剝奪和足底刺擊，對動物的應(yīng)激性刺激較小; 實驗對動物的體力要求很
小，能減少因年齡因素所致的體力下降對實驗結(jié)果的影響; 實驗需要的時間較少; 能更好的防止其他因素來影響實驗。因此，在記憶研究中較為常用，尤其適 用于與應(yīng)激相關(guān)的記憶研究，以及基因敲除小鼠的行為表型研究。
10 結(jié)論與展望
學習和記憶是大腦的重要功能之一，是人類思維 活動的基本環(huán)節(jié)。目前對學習記憶的研究進十分迅速，關(guān)于學習記憶測定的新方法和新技術(shù)更是層出不窮。尤其隨著研究的深入、實驗者設(shè)計的動物模型 不斷改良，對實驗的儀器和裝置要求也不斷提高。人 們將記憶一般分成 3 個階段，即獲得、鞏固和再現(xiàn)。 本文簡要闡述了部分行為學儀器的構(gòu)造和使用方法， 希望大家根據(jù)自己實驗的整體情況選擇簡便有效的 方法，為學習記憶的研究開辟新的途徑。如何把這些 行為學研究方法和醉新的研究技術(shù)有效的結(jié)合起來， 為學習記憶的研究提供更廣闊的思路，是今后學習記憶的行為學研究的發(fā)展方向。
