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技術支持

Morris水迷宮實驗優缺點

時間:2016-12-13來源:本站作者:玉研儀器

1、原理和意義
1981年,英國心理學家Morris首次設計應用了這種水迷宮來研究大鼠大腦學習記憶機制。1984年,Morris對原實驗程序進行了充實、改進,實現了對大鼠游泳路徑的自動化追蹤和分析,變化了訓練程序以檢測空間記憶的不同方面,發展了非空間界定學習的程序。雖然起初的實驗對象為大鼠,但此后該迷宮系統成為評估嚙齒類動物空間學習和記憶能力的經典程序,廣泛運用于神經生物學、藥學等領域的基礎和應用研究中。
2、優點
①由于對年齡相關性空間記憶損害有可靠的敏感性,Morris水迷宮是判斷老年小鼠空間學習記憶能力的特別有用的工具。

②驅動動物逃避的是水刺激,而不需要食物和水的剝奪。因此,避免了剝奪食物和水后給實驗動物帶來的新陳代謝方面的問題,而這方面問題對某些品系的動物來說可能是危險的。

③動物不必接受電擊,這在那些食欲促進任務(appetitive tasks)如輻射狀迷宮和T迷宮中是常規的要求。

④可以消除氣味線索。

⑤能提供較多的實驗參數,系統全面地考察實驗動物空間認知加工的過程,客觀地反映其認知水平。

⑥將實驗動物的學習記憶障礙和感覺、運動缺陷等分離開來,減少它們對學習記憶過程檢測的干擾。

⑦既可以檢測空間參考記憶又可以檢測空間工作記憶。在用固定平臺測試小鼠的空間參考記憶后再將平臺的位置改為不固定,就可檢測它們的工作記憶能力。顯然,尋找不固定平臺的認知過程要復雜一些,需要動物對時間和空間上的分離信息加以整合和判斷。

⑧操作簡便,數據誤差較小。
3、不足
①由于需要監視系統及分析軟件,只有少數裝備較好的實驗室可以開展工作。

②實驗程序的設計需要考慮的因素較多,同時需要實驗者具備一定的神經生理學、認知生理學和數理統計方面的知識,給實驗的開展和結果的解釋帶來困難,同時也限制了該迷宮的深入廣泛的應用。

③由于體力消耗太大,體溫也喪失過多,年老體弱鼠完成任務較困難。

④并非所有鼠株都適合于Morris迷宮測試,如BALB/c不能學會該任務(成績并不隨天數的增加而進步),129/SvJ的學習成績也偏差。

⑤個體間的成績差異巨大。

⑥某些株,如129/SvJ株的小鼠由于有年齡相關性視路病變(visual pathology),在衰老時完成以視覺為基礎的學習記憶任務時就會出現困難。在C57BL/6株,由于嚴重的禿頭癥(alopecia)存在,可能使某些小鼠產生抑郁,加上潰瘍性皮炎,最終可能影響小鼠的游泳能力而影響實驗成績。

⑦對輕微的學習記憶能力的減退,該迷宮程序可能不敏感。

⑧將動物浸入水中可能引起內分泌或其它應激效應。后者與腦損害或藥理學操作間的相互作用具有不確定性。

⑨經過自動監視系統的操作仍需要借助于手工才能完成,這可能使實驗變得一些乏味。

⑩所占實驗場地過大。
4、注意事項
①小鼠完成該任務的方式與大鼠不完全相同。所以,用于評價大鼠在該任務中的一些指標并不適用于評價小鼠。例如,在探索實驗(probe trial)中,在原目標象限所游泳的距離或所花的時間(用于判斷大鼠短期記憶力的典型指標)用于小鼠通常是不合適的。而代替的參數,穿過原平臺位置的次數,可能就是一個更敏感的指標。
②比較而言,在Morris水迷宮中,小鼠(C57BL/6株)的成績沒有大鼠好(Long-Evans株)。這并不是因為小鼠的空間學習記憶能力差,而是在游泳池內小鼠的空間學習能力可能受到某些非空間因素的阻礙,如游泳的路徑不直,游泳時昂頭更劇。為此,有人認為:a. 在以水為基礎的任務中,不要將小鼠的成績與大鼠的成績匹配(match),否則會引起混淆。但是,如果熟知了任務的局限性,該任務還是可用于小鼠的檢測;b. 在陸地(dry-land)任務中,尤其是動物的運動性(locomotion)受到臂的限制的任務中,小鼠的成績應該與大鼠的成績匹配;c. 小鼠表現出的可以和大鼠比較的行為值得進一步研究,因為該差異有助于理解在空間行為中所使用的種屬特異性策略的不同。
③就小鼠而言,在Morris水迷宮中不同株的小鼠的學習記憶成績差異巨大。例如,C57BL/6J、CD-1和DBA/2小鼠是優秀的學習者,而BALB/c小鼠不能學會該任務,如圖2。所以,事先要對自己所用的小鼠是否適合于Morris水迷宮檢測進行評價。但各株在Morris水迷宮中學習成績的好壞可能是相對的,要視所使用的程序而定。例如在C57BL/6J和129T2/Sv株小鼠間,在標準的空間參考記憶程序中(試驗期平臺的位置恒定),兩株有同樣好的成績,但在逐步式學習(stepwise learning)程序中,C57BL/6J株在各學習階段內的成績都比129T2/Sv株差,而在集中空間學習(massed spatial learning)程序中(平臺的位置每天改變),C57BL/6J株的成績又要好于129T2/Sv株。
④對于水池的大小,Morris最初(1981年)用于大鼠的水池是直徑1.32米、高為0.6米,但后來(1984年)改為直徑2.14米、高0.4米[7a]。對于小鼠的實驗水池,文獻中介紹的迷宮直徑差異巨大,小到0.6米, 大到2.0米[34]。一般而言,過小的水池使小鼠爬上平臺的偶然性增加,任務難度減小。
⑤Morris用于大鼠的水溫為26 ± 1℃[7a],但用于小鼠的水溫一般較低(18~22℃)。近年來,文獻中提及的水溫有逐漸增加的趨勢,一些已達到25℃或26℃甚至28℃。但過高的水溫容易使小鼠產生漂浮(floating)而不急于游泳來尋找平臺,至少對某些株是這樣,如昆明小鼠和SAM小鼠。不過,過低的水溫又可使小鼠體溫喪失過快而對健康有害。我們對青年昆明小鼠進行了水溫對迷宮成績影響的觀察,結果發現27~28℃組的小鼠成績最差,而17~18℃組和21~22℃組小鼠的學習成績沒有區別,所以,我們推薦的水迷宮實驗用21~22℃水。
⑥早期文獻中幾乎一致提到水中要加入牛奶等已使水混濁來掩蓋平臺,但近期文獻很少提及這樣,除非出于圖像監視目的的需要。這是因為鼠在游泳時頭上仰,其視野朝上,無論水是否透明,它都不能看到水下平臺。再者,老年體弱動物在游泳過程中可能會溺水,加入水的物質可能增大小鼠游泳時的阻力。
⑦到目前為止,雖然文獻中提到了紛繁復雜的評價指標,但對這些指標并沒有進行很好的特征化。例如,游泳速度明顯是運動能力的指標,路徑長度又受游泳速度和游泳時間(潛伏期)的雙重影響,理論上不應該是判斷認知能力的很好指標。所以,對各項指標所反映的行為性質需要進行探討,解釋這些指標時要慎重。單用潛伏期作為指標也許不能提供有關空間學習的足夠信息。因為游泳速度快也并非意味學習效率就高。所以,當判斷株間空間學習能力的差異時,僅用潛伏期做指標可能會被誤導。此外,用4株小鼠來比較它們在游泳距離、潛伏期和游泳速度之間的差異,發現C57BL小鼠的游泳距離最短,BALB/c小鼠的游泳速度和潛伏期并不隨訓練次數的增加而成績提高,但它的游泳距離卻有進行性下降,且與其它組間無明顯差異。不過,最近的一項研究表明,與C57BL/6N小鼠相比,即使以游泳距離作為指標,BALB/c小鼠也不能學會該任務。但無論如何,游泳距離仍被視為是可能比潛伏期更可靠的參數。
⑧無論有無空間線索存在,在前幾次訓練中都可發現找到水下平臺的潛伏期隨實驗次數的增加而下降。無空間線索組的下降可能是由于動物學會了遠離池邊游泳(克服了趨觸性),從而增加了它們隨機接觸平臺的機會。若動物不能即時克服趨觸性,提示它可能過于焦慮或確實有學習記憶障礙。
⑨在反向空間任務中,動物的學習是非常快速的。按照Morris的觀點,僅將平臺移到對側象限但不改變空間線索的位置并不能確切地稱為反向(reversal)程序(象上面所稱的那樣)。因為當平臺移動位置時,遠處房間內線索的同中心(allocentric)空間關系并未改變。動物只要學習新的平臺位置而不需要完全重排線索關系。
⑩標識平臺任務是Morris為了確定腦損害或藥物引起的大鼠定位航行損害不是由動機和感覺運動受累造成而設計的。應用于小鼠后,多用于測定小鼠確定位置變化的可見平臺的能力(一種非空間學習記憶能力),實際上還可同時檢測小鼠的視敏度及游泳能力。多數情況下被安排在定位航行試驗結束的次日進行。我們認為安排在定位航行試驗之前進行可以提供動物水中有供逃生平臺的信息,從而加快了小鼠學會定位航行任務的進度,在某些要求動物行為要盡可能一致的情況下還可達到篩選動物的目的。

 

 

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