学习记忆是脑的高级功能之一,不同类型的学习记忆有不同的神经生物学基础.空间辨别性学习记忆是联合型学习中的操作式条件反射,其记忆过程属于陈述性记忆.空间辨别性学习记忆是检测空间定向、反应时间、视知觉和结构应用等能力,从而评价其认知水平的一种行为模式,是一类关于场景和事件的学习记忆.简单地说,需要动物把空间方位周围的物体作为参照物,经过反复识认,从而在其脑内将参照物同空间方位联系起来,借助参照物来获得辨别该空间方位的能力.

Morris水迷宫实验设备，配VisuTrack软件，上海欣软

建立空间辨别性学习记忆动物模型的方法较多,如穿梭箱法、一次被动回避、跳台(爬杆)法、小鸡的一次性厌恶回避反应、循环平台和迷宫法,迷宫法又分多项选择迷宫、八臂迷宫、Y型迷宫和水迷宫.虽然装置各异,但基本原理多是让动物对利用空间信息作出正确的选择.其中大多装置以电击为刺激,使动物获知哪一方位是伤害源,从而避开.优点是简便易行,缺点是以电击为刺激因素,尽管其程度和时间是可控的,但毕竟是一种伤害,使动物产生应激反应,进而影响学习记忆活动.而迷宫法尤其是水迷宫法是利用动物急于逃离水淹的本能反应为刺激,与电击相比对动物的影响要小得多,而且该行为模型是一种空间辨别性学习记忆的模型,与海马结构功能有关.所以本实验采用水迷宫训练大鼠,以建立空间辨别性学习记忆的动物模型.

实验条件 水深25cm,水温(23±1).每一个训练日结束后,清洗泳路及侧壁以消除嗅觉提示.

实验方法 模型组:在每1个训练日,每1只动物被连续训练10次.即由起点处将动物放入水中,游至终点经平台出水为止.每次记录潜伏期,即由入水到开始游动的时间;运行时间,即由起点游到终点的时间;错误的次数,即改变游向或进入盲端的次数.然后计算平均潜伏期、平均运行时间、正确率(正确次数/总训练次数).游水组:每个训练日,将该组动物置于与模型组动物相同的水温和水深下,让其随意游动10次,每次10~15s,每次间隔5s左右.空白组实验动物不做任何处理.

成模指标 平均潜伏期小于5s;平均运行时间小于15s;正确率(正确次数/总训练次数)大于90%作为判定实验动物在水迷宫中已建立了空间辨别性学习记忆模型的标准.

结果

1. 平均潜伏期 用同一训练日全部模型组实验动物所用的潜伏期时间与训练次数的比值表示,见图1

由图1可见,平均潜伏期随着训练日的增加而逐渐下降,至第4个训练日结束时已达到小于5s的标准.

2. 平均运行时间 将同一训练日全部模型组实验动物所用的运行时间与训练次数的比值表示,见图2

由图2可见,随着训练日的增加平均运行时间在不断缩短,至第6天结束时即可以达到小于15s的规定标准.

3. 正确率 用训练时记录的错误次数与总训练次数的差作为正确次数,正确率即正确次数与总训练次数的比值.在训练过程中训练至第6,7天时,正确率已达所定标准.以前7d的指标为计,正确率包含不同训练日的正确率和不同训练次数的正确率,见图3和图4.

由图3,4可见,正确率随着训练次数和训练天数的增加而增加,至第7个训练日和每天的第7次时正确率均已超过90%.由此可见:1)正确率随着训练日的增加而增加;2)正确率随着训练次数的增加而呈上升趋势.本实验结果表明:用此水迷宫法可以建立空间辨别性学习记忆的动物模型.

讨论

1. 判定模型是否建立的标准 本实验参考有关文献规定:平均潜伏期小于5s,平均运行时间介于10~15s之间,正确率在90%以上作为判定动物模型建立的标准.实验结果证明此标准是可行而可靠的.在所训练的32只大鼠于第6,7个训练日结束时即达到此标准.

2. 3项标准各自的可靠性分析 宿宝贵认为,3项指标是一个整体综合标准而不可单一使用,但就其各自有效性来说又不完全相同.首先是正确率,它是用正确次数和总训练次数的比值来表示,而正确和错误是很容易判断的,较少受人为因素影响;其次是平均潜伏期,此项指标动物间的差异相当大,大部分动物在放入水中都要停留片刻再游动,也有少部分动物在放水时两后肢一蹬,立即泳动而无停留时间;最后是平均运行时间,若单独考虑此项指标应该说是最无力的,因为运行时间包括前两项指标内容,无论是潜伏期还是错误的次数任何一个发生改变都会影响到它的改变.也正因为3项指标是互相关联、互相渗透的,把3项指标作为整体使用是必需的,也是最有效的.

Morris水迷宫，XR-XM101，上海欣软

3. 建立空间辨别性学习记忆模型的方法 空间辨别性学习记忆属于联合型学习中的操作式条件反射,其记忆过程属于陈述性记忆.它是检测空间定向、反应时间、视觉和听觉及结构应用等能力,从而评价其认知水平的一种行为模式,是一类关于场景和事件的学习记忆.即需要动物把空间方位周围的物体作为参照物,经过反复识认,从而在其脑内将参照物与空间方位联系起来,借助参照物来获得辨别该空间方位的能力.目前建立空间辨别性学习记忆的行为模型的方法大致可归为4大类:1)经典条件反射和操作式条件反射;2)迷宫学习模型:又分八臂迷宫、Y型迷宫和水迷宫等;3)回避性条件反射,如一次性被动回避、避暗法、跳台(或爬杆)法和穿梭箱法;4)猴行为模型,如自由状态下分辨行为模型和限制活动条件下的GO/NOGO操作任务和视觉匹配操作任务等.由于经典条件反射主要是研究运动性学习记忆的神经回路,操作式条件反射用于研究行为动机.而回避性条件反射的建立多以电击为刺激,尽管电击的时间和强度是在可控的允许范围内,但电击是一种伤害性刺激,这种伤害性刺激肯定会引起动物一定的应激反应,进而影响学习记忆活动.而猴行为模型造价太昂贵,故只有水迷宫法最适于建立空间辨别性学习记忆的动物模型.其中的Y型迷宫多用于药物的筛选,八臂迷宫要求控制复杂,水迷宫法是利用动物的求生欲这一本能作为刺激,它对动物所引起的反应小,且操作方便,设施简易.而且Becher的损毁法、O’keefe的电生理记录及大量的实验证据均显示大鼠的空间辨别性学习记忆的中枢定位在海马结构,所以在以观察大鼠海马和齿状回为实验对象的实验,水迷宫法要比其他法优越得多.周丽华及宿宝贵等以往的结果还显示:大鼠在进行水迷宫训练时,其海马的形态结构也发生相应的可塑性.所以认为本水迷宫法要比其他法优越得多.

做水迷宫的实验动物要用迷宫外的物体作参照物来为其寻找目的地提供线索,所以水迷宫外的一切物品在实验的始终要保持不变,以便动物参照.实验环境一定要保持安静,尤其是实验的初期,动物一旦受到干扰会连续出现几次错误才能找到正确路线,这提示学习宜在安静的环境里进行.

文章转载于北华大学冯力民, 吴真, 佟也芒老师发表的《用水迷宫建立大鼠空间辨别性学习记忆模型》