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行為學(xué)各類迷宮實(shí)驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)比較
閱讀：2417 發(fā)布時(shí)間：2022-4-6通過比較五種迷宮的實(shí)驗(yàn)方法、注意事項(xiàng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、應(yīng)用特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)，為更好利用迷宮實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)大小鼠學(xué)習(xí)記憶能力提供參考。檢索中國(guó)知網(wǎng)和PubMed，搜集 Morris 水迷宮、Y迷宮、八臂迷宮、T迷宮、Barnes迷宮實(shí)驗(yàn)的相關(guān)文獻(xiàn)，比較它們的實(shí)驗(yàn)方法、注意事項(xiàng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、應(yīng)用特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)多，結(jié)果更可靠； Y迷宮操作簡(jiǎn)便，但電Y迷宮對(duì)動(dòng)物影響大； 八臂迷宮無水和電刺激，操作簡(jiǎn)便； T迷宮無水和電刺激，依靠動(dòng)物探索天性完成任務(wù)； Barnes迷宮以光和聲音刺激動(dòng)物完成任務(wù)，局限性大。評(píng)價(jià)大小鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力時(shí)五種迷宮均適合，但 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性更高。評(píng)價(jià)工作記憶能力時(shí)Morris水迷宮、Y迷宮、T迷宮、八臂迷宮均適合，但Y迷宮自主交替實(shí)驗(yàn)和T迷宮對(duì)動(dòng)物應(yīng)激小，結(jié)果更可靠。
動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)儀器的相關(guān)性能、規(guī)格、技術(shù)參數(shù)，可以在線咨詢我們的工程師：
01 Morris水迷宮
實(shí)驗(yàn)方法
Morris水迷宮是利用大小鼠會(huì)游泳又怕水的天性，強(qiáng)迫其在水中游泳，依靠空間參考標(biāo)志判定平 臺(tái)的位置擺脫水環(huán)境。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ接腥N： 定位航行模式、空間探索模式、工作記憶模式。定位航行實(shí)驗(yàn)時(shí)，動(dòng)物從不同象限的中點(diǎn)放入迷宮，記錄其登上平臺(tái)的時(shí)長(zhǎng)( 潛伏期) ?？臻g探索實(shí)驗(yàn)考察其對(duì)平臺(tái)位置的記憶，記錄動(dòng)物的穿臺(tái)次數(shù)。工作記憶模式是定位航行實(shí)驗(yàn)后，每天改變平臺(tái)位置，給予動(dòng)物5～10s的觀察時(shí)間，檢測(cè)動(dòng)物在短時(shí)間內(nèi)對(duì)平臺(tái)新位置的記憶( 即工作記憶) 。
注意事項(xiàng)
(1) 實(shí)驗(yàn)人員勿隨意走動(dòng)，室內(nèi)物品位置勿變動(dòng)。
(2) 小鼠實(shí)驗(yàn)時(shí)水溫維持在20℃ ～ 23℃，水溫過高，則小鼠不愛游動(dòng)。大鼠因體積大， 耗能多，水溫在24℃ ～ 26℃之間。
(3) 實(shí)驗(yàn)前水中加入墨汁或牛奶、無毒的涂料，更好地隱匿平臺(tái)。
(4) 實(shí)驗(yàn)前后，將動(dòng)物置于平臺(tái)上休息一段時(shí)間，使動(dòng)物觀察迷宮四周環(huán)境，幫助記憶。
(5) 防止動(dòng)物 因視覺問題影響尋臺(tái)，可在水迷宮實(shí)驗(yàn)前或后進(jìn)行 可視平臺(tái)實(shí)驗(yàn)。
(6) 平臺(tái)應(yīng)放置在象限的中間，不要放置在水池邊緣，避免動(dòng)物按邊緣式搜索策略無 意找到平臺(tái)。
02 Y迷宮
實(shí)驗(yàn)方法
Y迷宮可進(jìn)行兩種實(shí)驗(yàn): 電Y迷宮實(shí)驗(yàn)，Y迷宮自主交替實(shí)驗(yàn)。
電Y迷宮實(shí)驗(yàn)是利用鼠類避明趨暗的習(xí)性設(shè)計(jì)的一種條件反射實(shí)驗(yàn)裝置，其三條臂內(nèi)均裝有燈泡和電網(wǎng)，燈亮的臂無電，而暗臂有電，隨機(jī)更換安全臂訓(xùn)練動(dòng)物的空間辨別學(xué)習(xí)能力。實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，先是訓(xùn)練期，當(dāng)動(dòng)物主動(dòng)逃避次數(shù)達(dá)到 80% 以上，則可進(jìn)入測(cè)試階段，最后還可進(jìn)行記憶再現(xiàn)階段。訓(xùn)練期記錄動(dòng)物達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的電 擊總數(shù)和動(dòng)物出錯(cuò)總數(shù)，作為學(xué)習(xí)的評(píng)定指標(biāo)。測(cè)試期統(tǒng)計(jì)動(dòng)物足底電擊中的出錯(cuò)總數(shù)，作為記憶的評(píng)定指標(biāo)。記憶保持是考察動(dòng)物經(jīng)過一段時(shí)間后再放入迷宮，以評(píng)價(jià)動(dòng)物記憶力的高低。建議使用軟件：VisuTrack動(dòng)物行為分析軟件。
Y迷宮自主交替實(shí)驗(yàn)，*利用嚙齒類動(dòng)物對(duì)新奇環(huán)境探索的天性，動(dòng)物必須依靠前一次的記憶做出正確的進(jìn)臂選擇，可有效地評(píng)價(jià)動(dòng)物的空間工作記憶能力。實(shí)驗(yàn)時(shí)將動(dòng)物放入一條臂的末端，讓其自由探索幾分鐘，一段時(shí)間后將動(dòng)物再次放入迷宮進(jìn)行正式檢測(cè)。記錄動(dòng)物進(jìn)入各臂的順序和總次數(shù)，當(dāng)連續(xù)三次進(jìn)入不同的臂時(shí)，記為一次正確交替反應(yīng)，統(tǒng)計(jì)正確交替反應(yīng)次數(shù)，計(jì)算自主交替率。
注意事項(xiàng)
對(duì)于電Y迷宮，應(yīng)選擇合適的電壓。
03 T迷宮
實(shí)驗(yàn)方法
T 迷宮是依靠覓食動(dòng)機(jī)誘導(dǎo)動(dòng)物完成任務(wù)的一 種迷宮，檢測(cè)前需對(duì)動(dòng)物進(jìn)行禁食。實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)物對(duì)目標(biāo)臂的選擇基于記住上次探索過的目標(biāo)臂，即空間工作記憶，動(dòng)物對(duì)目標(biāo)臂的正確交替選擇是完整工作記憶能力的體現(xiàn)。T迷宮包括自發(fā)連續(xù)交替實(shí)驗(yàn)和交替選擇實(shí)驗(yàn)兩種模式：
自發(fā)連續(xù)交替實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，動(dòng)物不用禁食，*借助其愛探索的天性。先讓動(dòng)物*適應(yīng)迷宮后，進(jìn)行一次初始強(qiáng) 制實(shí)驗(yàn)和六次選擇實(shí)驗(yàn)，即關(guān)閉其中一條目標(biāo)臂， 動(dòng)物從起始箱放入，使其探索另一條開放的目標(biāo)臂，待進(jìn)入目標(biāo)臂后，又重新放回起始箱。10s后開放閘門，讓其自由探索兩條目標(biāo)臂，待其進(jìn)入其中 一條臂后，關(guān)閉另一條臂，再次放回起始箱，10s后進(jìn)入下一次選擇實(shí)驗(yàn)，循環(huán)進(jìn)行六次。
交替選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞莿?dòng)物禁食后，進(jìn)行7～8d的適應(yīng)性訓(xùn)練和1d的正式訓(xùn)練，即適應(yīng)迷宮后，在兩條目標(biāo)臂中隨機(jī)選擇一條臂末端放入食餌，關(guān)閉另一條臂。將動(dòng)物放入起始箱，使其進(jìn)入目標(biāo)臂獲取食餌，連續(xù)訓(xùn)練一段時(shí)間后( 保證左右兩臂放食餌的次數(shù)相 等) 進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)階段。先是強(qiáng)迫訓(xùn)練，選擇一條臂開放并放入食餌，另一條臂關(guān)閉，當(dāng)動(dòng)物進(jìn)入有食餌的臂獲得獎(jiǎng)勵(lì)后，將其馬上放回主干臂，而后讓其自由探索左右兩臂，此前強(qiáng)迫訓(xùn)練時(shí)放食餌 的臂中無食餌，其對(duì)側(cè)臂有食餌。動(dòng)物若進(jìn)入無食餌的臂，記為一次“錯(cuò)誤次數(shù)”，反之為“正確次數(shù)”， 重復(fù)測(cè)試多次。統(tǒng)計(jì)總的正確率，正確率越高，潛伏期越短，表明動(dòng)物工作記憶越好。
注意事項(xiàng)
當(dāng)為交替選擇模式時(shí)，動(dòng)物須禁食，至體重減輕為原來的85%～90% ，促使動(dòng)物覓食。
04 八臂迷宮
實(shí)驗(yàn)方法
八臂迷宮以動(dòng)物尋覓不同臂中的食餌來評(píng)價(jià) 其空間學(xué)習(xí)記憶能力，實(shí)驗(yàn)分為訓(xùn)練期和檢測(cè)期。 訓(xùn)練期: 將食餌放入八條臂末端食盒內(nèi)，動(dòng)物從中央?yún)^(qū)放入，讓其自由尋覓食餌。重復(fù)訓(xùn)練多天，使用VisuTrack軟件（上海欣軟）記錄動(dòng)物進(jìn)臂次數(shù)，訓(xùn)練期反映的是依賴海馬有關(guān)的 陳述性記憶。檢測(cè)期: 隨機(jī)在4條臂中放入食餌，另外4條臂關(guān)閉，動(dòng)物限定時(shí)間內(nèi)探索4條開放臂，待動(dòng)物獲得全部食餌后將其放回中央?yún)^(qū)等待一 段時(shí)間后，開放迷宮八條臂進(jìn)行測(cè)試( 之前沒放食餌的臂放入食餌) 。檢測(cè)期主要反映了依賴紋狀體的習(xí)慣性記憶。
注意事項(xiàng)
(1) 每天訓(xùn)練完后， 將整個(gè)迷宮旋轉(zhuǎn)180°，防止動(dòng)物依靠反向記憶記住空間位置。
(2) 迷宮周圍的所有物品位置需保持不變，防止動(dòng)物定位不準(zhǔn)確。
05 Barnes迷宮
實(shí)驗(yàn)方法
Barnes迷宮是利用嚙齒動(dòng)物喜暗避明的習(xí)性設(shè)計(jì)，通過強(qiáng)光照射與噪聲刺激迫使動(dòng)物在規(guī)定時(shí)間內(nèi)尋找某個(gè)位置孔洞下的暗箱。實(shí)驗(yàn)分為訓(xùn)練期和測(cè)試期，連續(xù)訓(xùn)練幾天后測(cè)試，記錄動(dòng)物進(jìn)入暗盒的時(shí)間、總路程、速度等，以及進(jìn)入錯(cuò)誤洞口的次數(shù)以反映動(dòng)物空間參考記憶能力，也可以通過VisuTrack軟件記錄動(dòng)物重復(fù)進(jìn)入錯(cuò)誤洞口次數(shù)來測(cè)量動(dòng)物的工作記憶。
注意事項(xiàng)
每次訓(xùn)練后要隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)迷宮，保 證連續(xù)兩天迷宮位置不同，但目標(biāo)箱位置不改變。 當(dāng)動(dòng)物在其他洞旁徘徊時(shí)，其頭部伸入洞內(nèi)，眼睛 低于平臺(tái)邊緣時(shí)，判斷為逃生錯(cuò)誤。
06 五種迷宮實(shí)驗(yàn)方法比較
| 名稱 | Morris水迷宮 | Y迷宮 | T迷宮 | 八臂迷宮 | Barnes迷宮 |
|---|---|---|---|---|---|
| 實(shí)驗(yàn)方法( 設(shè) 備規(guī)格、檢測(cè) 時(shí)間) | 規(guī)格: 小鼠水迷宮直徑90～100 cm，平臺(tái)直徑6cm，平臺(tái)在水下1.5cm; 大鼠 水迷宮直徑120～180cm，平 臺(tái)直徑9～10 cm，平臺(tái)在水 下 2cm。 檢測(cè)時(shí)間: 60～ 120s，其中120s 居多，一般訓(xùn)練3次，定位航行模式5～6d，空間探索模式1d。 | 規(guī)格: 大鼠Y迷宮臂長(zhǎng)45～48 cm，小鼠Y迷 宮臂長(zhǎng)30cm。 檢測(cè)時(shí)間: 自由交替實(shí)驗(yàn)時(shí)間 5～10min。部 分大鼠實(shí)驗(yàn)電刺激訓(xùn)練20次，每 次刺激后給大鼠 10s做出反應(yīng)， 連續(xù) 7 ～ 9d。 | 規(guī) 格: 主干臂71cm，長(zhǎng)40～50cm，寬10 ～15 cm的目標(biāo)臂，裝置高于 地面50～90cm。 檢測(cè)時(shí)間: 每天訓(xùn)練5次，間隔10 ～15min，連續(xù)3d。 | 規(guī)格: 臂長(zhǎng)50 ～ 65cm，中央?yún)^(qū) 直徑25cm，小 鼠臂長(zhǎng)32 cm。 檢測(cè)時(shí)間: 適應(yīng)期每天10～12 min， 連續(xù)2天; 訓(xùn)練期3min，連續(xù) 4 ～10d，每天一次。 | 規(guī)格: 小鼠直徑 91～105 cm，大鼠為100～ 122 cm。 圓臺(tái)周圍均勻分布有12、20或 40個(gè)孔洞，其 中20個(gè)孔洞常見。 檢測(cè)時(shí)間: 小鼠熟悉期一般每 次30s，每天 2 ～ 4次，連續(xù) 3 ～5天。訓(xùn)練期間每次5min，檢測(cè)期 90 s。大鼠熟悉期為 2 min，檢測(cè)期3 ～5min 連續(xù)3 ～4d，每天3 次，間隔10～ 15min。 |
| 評(píng)價(jià)指標(biāo) | 1． 潛伏期: 動(dòng)物從入水到成功登上平臺(tái)的總時(shí)間，如有多次重復(fù)則需取其平均值。 2． 穿臺(tái)次數(shù): 動(dòng)物穿過原平臺(tái)的次數(shù)。 3． 實(shí)臺(tái)象*比率 4． 總游程 5． 實(shí)臺(tái)象限游程比率 | 1． 正確交替反應(yīng)次數(shù)自發(fā)交替反應(yīng)率: 自發(fā) 交替反應(yīng)率 ( % ) = ［正確交替反應(yīng)次數(shù)/ ( N-2) ］×100。 2． 動(dòng)物進(jìn)臂正確率 3． 部分大鼠實(shí)驗(yàn)以 20次中正確反應(yīng)次數(shù)作 為學(xué)習(xí)記憶成績(jī)。 | 1． 正確次數(shù): 動(dòng)物進(jìn)入有食 餌的臂次數(shù)。 2． 錯(cuò)誤次數(shù): 動(dòng)物進(jìn)入未放 食餌的臂次數(shù)。 | 1． 參考記憶錯(cuò)誤次 數(shù) ( RME ) : 進(jìn)入未放食餌的臂次數(shù)反映動(dòng)物的長(zhǎng)時(shí)記憶能力。 2． 工作記憶錯(cuò) 誤次 數(shù) ( WME ) : 重 復(fù)進(jìn) 入 已 經(jīng)探索過的臂次 數(shù)。反映動(dòng) 物 的短時(shí)記憶能力。 | 1． 探索目標(biāo)洞的潛伏期: 第一次將鼻子或前肢探向目標(biāo)洞的時(shí)間。 2． 錯(cuò)誤次數(shù): 動(dòng)物將鼻子探向 非目標(biāo)洞或前肢進(jìn)入任何一個(gè) 非目標(biāo)洞。 |
| 應(yīng)用特點(diǎn) | 評(píng)價(jià)空間參考記憶，空間學(xué)習(xí)記憶和工作記憶。 | 評(píng)價(jià)工作記憶。 | 評(píng)價(jià)空間工作記憶。 | 評(píng)價(jià)空間學(xué)習(xí)記 憶、工作記憶和參考記憶。 | 評(píng)價(jià)空間參考記憶能力和工作記憶。 |
07 五種迷宮的優(yōu)缺點(diǎn)比較
| 名稱 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|
| Morris水迷宮 | 1． 能消除前一只動(dòng)物遺留的氣味，避免動(dòng)物間的干擾。 2． 應(yīng)用在轉(zhuǎn)基因小鼠上更敏感。3． 實(shí)驗(yàn)設(shè)備包含整套計(jì)算機(jī)處理分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄動(dòng)物行為，較客觀反映認(rèn)知水平。 4． 能提供較多的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，能全面考察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。 | 1． 需要較高的實(shí)驗(yàn)條件，復(fù)雜的監(jiān)視記錄系統(tǒng)且統(tǒng)計(jì)繁瑣。 2．水刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)激性大。3． 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體能消耗大，無法*避免動(dòng)物體能不足帶來的影響。 4． 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)。 |
| Y迷宮 | 1． 簡(jiǎn)單方便。 2． 訓(xùn)練時(shí)間時(shí)間短。 3． 利用嚙齒類動(dòng)物自然的探索行為，干擾較小。 | 1． 數(shù)據(jù)分析受人為主觀因素影響較大。 2． 應(yīng)用Y電迷宮時(shí)，由于動(dòng)物個(gè)體差異，對(duì)電擊耐受性差和對(duì)電擊不敏感的動(dòng)物需被淘汰。 |
| T迷宮 | 1． 設(shè)備要求簡(jiǎn)單，不需要自動(dòng)錄像系統(tǒng)( 需要實(shí)驗(yàn)者不斷觀察) 。 2． 不提供懲罰條件，*利用動(dòng)物探索的覓食天性，因此能最大可能地減少影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的混雜因素，如電擊對(duì)動(dòng)物機(jī)體的傷害及引發(fā)應(yīng)激反應(yīng)。 | 1. 迷宮只有一個(gè)選擇點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)臂，則選擇正確臂的概率默認(rèn)為 50% ，增加了成功的可能性。 2．實(shí)驗(yàn)前剝奪動(dòng)物進(jìn)食可能是 一個(gè)潛在的問題。 |
| 八臂迷宮 | 1． 避免水和電刺激，動(dòng)物體力消耗較小，且對(duì)機(jī)體傷害較小。 2． 有效排除動(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。 3．操作簡(jiǎn)便，可區(qū)分短期的工作記憶和長(zhǎng)期的參考記憶。 | 需剝奪進(jìn)食且前只動(dòng)物遺留的氣味線索可影響后面動(dòng)物的行為。 |
| Barnes迷宮 | 1． 利用嚙齒類動(dòng)物喜暗避明的天性，不需要電和水刺激。 2． 操作簡(jiǎn)便。 | 1．容易受到實(shí)驗(yàn)者的主觀意識(shí)影響。 2． 檢測(cè)指標(biāo)在說明動(dòng)物空 間認(rèn)知能力的復(fù)雜性方面受到限制。3． 實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物有時(shí)會(huì)缺乏探索迷宮的動(dòng)力，如發(fā)現(xiàn)目標(biāo)箱后沒有進(jìn)入或在目標(biāo)箱周圍而沒有進(jìn)入。 |
文章來源
中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志，2018年12月第28卷第12期，楊玉潔，李玉姣，李杉杉，劉新民 ，王瓊 ，《用于評(píng)價(jià)大小鼠學(xué)習(xí)記憶能力的迷宮實(shí)驗(yàn)方法比較》
附：關(guān)于上海欣軟
上海欣軟是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的的高新技術(shù)企業(yè)，是專業(yè)的動(dòng)物行為視頻分析方案解決商。我司專注于動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)產(chǎn)品的研究且致力于向高校、科研機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域提供實(shí)驗(yàn)室一體化方案，業(yè)務(wù)范圍遍布全國(guó)上百家實(shí)驗(yàn)室。公司主營(yíng)產(chǎn)品均為自主開發(fā), 擁有核心技術(shù)，同時(shí)公司擁有數(shù)位動(dòng)物行為學(xué)儀器行業(yè)從事10年以上的資深服務(wù)工程師，可為我們的產(chǎn)品提供全方案的售前及售后服務(wù)。
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動(dòng)物行為分析軟件：
1、VisuTrack軟件
2、SuperMaze軟件
3、FishTrack斑馬魚分析軟件
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動(dòng)物行為儀器：
1、自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射（PPI）、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等
2、動(dòng)物抓撓分析儀、動(dòng)物震顫行為分析儀、動(dòng)物捕食行為分析儀
3、動(dòng)物主動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物被動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物自由步態(tài)分析（內(nèi)測(cè)中）
4、睡眠剝奪儀、飲水偏好測(cè)試儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉(zhuǎn)棒疲勞儀、鼠尾光照測(cè)痛儀等
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神經(jīng)電生理：
1、光遺傳、無線光遺傳
2、光纖記錄系統(tǒng)（單通道、多通道）
3、電生理信號(hào)采集系統(tǒng)（腦電、肌電等）
如果您也對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)感興趣，歡迎關(guān)注和推薦關(guān)注知乎：腦聲常談 和 微信公眾號(hào)：bioviewer（動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)），專注于動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)的方法傳播與分享交流，您可以推薦給您身邊的朋友、同學(xué)以及老師，我們會(huì)定期更新您需要的相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法的視頻和文章，希望能對(duì)大家?guī)韼椭?/p>