Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)原理

Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)

原理：一種小鼠、大鼠能夠?qū)W會(huì)在水箱內(nèi)游泳并找到藏在水下逃避平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)方法。由于沒(méi)有任何可接近的線索以標(biāo)志平臺(tái)的位置，所以動(dòng)物的有效定位能力需應(yīng)用水箱外的結(jié)構(gòu)作為線索。

組成:

ZH-3000型迷宮圓形水池;

Morris視頻分析系統(tǒng);

計(jì)算機(jī);

動(dòng)物入水后啟動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置4大部分組成.

檢測(cè)指標(biāo)：實(shí)驗(yàn)程序包括：（1）定位航行實(shí)驗(yàn)（place navigation），用于測(cè)量小鼠對(duì)水迷宮學(xué)習(xí)和記憶的獲取能力。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)4天，上、下午各訓(xùn)練1次，共計(jì)8次。實(shí)驗(yàn)觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺(tái)的路線圖及所需時(shí)間，即記錄其潛伏期和游泳速度。（2）空間搜索實(shí)驗(yàn)（spatial probe test），用于測(cè)量學(xué)會(huì)尋找平臺(tái)后，對(duì)平臺(tái)空間位置記憶的保持能力。定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，撤去平臺(tái)，從同一個(gè)入水點(diǎn)放入水中，測(cè)其第一次到達(dá)原平臺(tái)位置的時(shí)間、穿越原平臺(tái)的次數(shù)。

優(yōu)缺點(diǎn)：Morris水迷宮是目前世界公認(rèn)的較為客觀的學(xué)習(xí)記憶功能評(píng)價(jià)方法。利用Morris水迷宮檢測(cè)空間記憶學(xué)習(xí)能力。水迷宮與放射臂狀迷宮相比較的主要優(yōu)越性在于①在水迷宮中，動(dòng)物訓(xùn)練所需的時(shí)間較短（1周），而臂形迷宮則需要幾周的訓(xùn)練時(shí)間；②迷宮內(nèi)的線索，例如氣味可以被消除掉；③大的劑量-效應(yīng)研究可以在一周內(nèi)進(jìn)行；④可以利用計(jì)算機(jī)建立圖像自動(dòng)采集和分析系統(tǒng)，這就能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，制成相應(yīng)的直方圖和運(yùn)行軌跡圖，便于研究者對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作進(jìn)一步分析和討論，用來(lái)研究有關(guān)大鼠運(yùn)動(dòng)或動(dòng)機(jī)問(wèn)題；⑤動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)中可以不禁食。從理論上講，水迷宮實(shí)驗(yàn)是一個(gè)厭惡驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)而臂形迷宮實(shí)驗(yàn)是食欲驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)由美國(guó)科學(xué)家Richard GMMorris于1981年建立。最初用于研究腦內(nèi)結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)作用，后來(lái)逐步發(fā)展成為目前最為常用的評(píng)價(jià)動(dòng)物學(xué)習(xí)與記憶的模型。這一實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)是，嚙齒類動(dòng)物在水中有強(qiáng)烈的逃避水環(huán)境的動(dòng)機(jī)，并以最快、最直接的途徑逃離水環(huán)境。學(xué)會(huì)逃避水環(huán)境的過(guò)程體現(xiàn)動(dòng)物的學(xué)習(xí)能力；根據(jù)周?chē)h(huán)境進(jìn)行空間定位，有目的地游往水中安全的地方（平臺(tái)），體現(xiàn)動(dòng)物的空間記憶能力。

• （一） 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用大鼠或小鼠進(jìn)行。大鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括一個(gè)灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；、一臺(tái)跟蹤攝像機(jī)以及攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)（圖25-1）。池內(nèi)盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺(tái)置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水?dāng)嚋喴悦庾寗?dòng)物看清水下平臺(tái)。攝像機(jī)位于水池中央上方200cm，可記錄動(dòng)物的位置、游泳距離和時(shí)間（從而可計(jì)算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周?chē)鷫Ρ谏腺N上色彩鮮明、形狀不同的圖畫(huà)用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。

• （二） 實(shí)驗(yàn)方法

分獲得性訓(xùn)練、探查和對(duì)位訓(xùn)練3個(gè)過(guò)程。
1．獲得性訓(xùn)練（Acquisition phase）理論上將水池分為4個(gè)象限，平臺(tái)置于其中一個(gè)象限區(qū)的中央。
（1） 將動(dòng)物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機(jī)取東、西、南、北四個(gè)起始位置之一。記錄動(dòng)物找到水下平臺(tái)的時(shí)間（s）。在前幾次訓(xùn)練中，如果這個(gè)時(shí)間超過(guò)60s，則引導(dǎo)動(dòng)物到平臺(tái)。讓動(dòng)物在平臺(tái)上停留10s.
（2） 將動(dòng)物移開(kāi)、擦干。必要時(shí)將動(dòng)物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內(nèi)。每只動(dòng)物每天訓(xùn)練4次，兩次訓(xùn)練之間間隔15~20min,連續(xù)訓(xùn)練5d。
2．探查訓(xùn)練(probe trial1) 最后一次獲得性訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，將平臺(tái)撤除，開(kāi)始60s的探查訓(xùn)練。將動(dòng)物由原先平臺(tái)象限的對(duì)側(cè)放入水中。記錄動(dòng)物在目標(biāo)象限（原先放置平臺(tái)的象限）所花的時(shí)間和進(jìn)入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測(cè)指標(biāo)。
3．對(duì)位訓(xùn)練（reveral phase） 測(cè)定動(dòng)物的工作記憶（workingmemory）。探查訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，開(kāi)始維持4天的對(duì)位訓(xùn)練。將平臺(tái)放在原先平臺(tái)所在象限的對(duì)側(cè)象限，方法與獲得性訓(xùn)練相同。每天訓(xùn)練4次。每次記錄找到平臺(tái)的時(shí)間和游泳距離以及游泳速度。
4．對(duì)位探查訓(xùn)練（probetrial2）最后一次對(duì)位訓(xùn)練的第二天進(jìn)行。方法與上述探查訓(xùn)練類似。記錄動(dòng)物60s內(nèi)動(dòng)物在目標(biāo)象限（平臺(tái)第二次所在區(qū)）所花時(shí)間和進(jìn)入該區(qū)的次數(shù)。

• （三） 注意事項(xiàng)

1．對(duì)比食物驅(qū)動(dòng)的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)物具有更大的、逃離水環(huán)境的動(dòng)機(jī)。而且不必禁食，特別適合老年動(dòng)物的測(cè)試。加上它對(duì)衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動(dòng)物記憶的研究。
2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外，平臺(tái)直徑也較少（7.5cm）。實(shí)驗(yàn)方法與大鼠類似，但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓(xùn)練，第五、六天為對(duì)位訓(xùn)練，每天訓(xùn)練六次，第七天為第二次探查訓(xùn)練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時(shí)間測(cè)試。操作輕柔，避免不必要的應(yīng)激刺激。
5．當(dāng)與其他同類實(shí)驗(yàn)相比較時(shí)，要注意到動(dòng)物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。此外，當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時(shí)，要考慮到動(dòng)物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對(duì)游泳速度可能造成影響。
6．用老年動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)動(dòng)物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺(tái)露出水面以使動(dòng)物能夠看見(jiàn)平臺(tái)。動(dòng)物放入泳池后如毫無(wú)困難地直接游向平臺(tái)，說(shuō)明動(dòng)物的游泳能力和視力均正常，可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
7．游泳對(duì)動(dòng)物是一個(gè)較大的應(yīng)激刺激，可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。對(duì)老年動(dòng)物，嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)心血管疾病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此，必要時(shí)可將動(dòng)物多次放入泳池或適當(dāng)延長(zhǎng)其游泳時(shí)間以增加動(dòng)物對(duì)游泳的適應(yīng)能力。
8．當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時(shí)，要定期換水以免水腐敗變質(zhì)；

結(jié)語(yǔ)

目前對(duì)于學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展十分迅速，各種學(xué)習(xí)記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設(shè)計(jì)的動(dòng)物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)如神經(jīng)電生理技術(shù)的LTP、ERP和腦成像技術(shù)的fMRI都被應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中，給學(xué)習(xí)記憶的研究開(kāi)辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學(xué)研究方法和最新的研究技術(shù)相結(jié)合，為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。