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技术支持

Morris水迷宫实验优缺点

时间:2016-12-13来源:本站作者:玉研仪器

1、原理和意义
1981年,英国心理学家Morris首次设计应用了这种水迷宫来研究大鼠大脑学习记忆机制。1984年,Morris对原实验程序进行了充实、改进,实现了对大鼠游泳路径的自动化追踪和分析,变化了训练程序以检测空间记忆的不同方面,发展了非空间界定学习的程序。虽然起初的实验对象为大鼠,但此后该迷宫系统成为评估啮齿类动物空间学习和记忆能力的经典程序,广泛运用于神经生物学、药学等领域的基础和应用研究中。
2、优点
①由于对年龄相关性空间记忆损害有可靠的敏感性,Morris水迷宫是判断老年小鼠空间学习记忆能力的特别有用的工具。

②驱动动物逃避的是水刺激,而不需要食物和水的剥夺。因此,避免了剥夺食物和水后给实验动物带来的新陈代谢方面的问题,而这方面问题对某些品系的动物来说可能是危险的。

③动物不必接受电击,这在那些食欲促进任务(appetitive tasks)如辐射状迷宫和T迷宫中是常规的要求。

④可以消除气味线索。

⑤能提供较多的实验参数,系统全面地考察实验动物空间认知加工的过程,客观地反映其认知水平。

⑥将实验动物的学习记忆障碍和感觉、运动缺陷等分离开来,减少它们对学习记忆过程检测的干扰。

⑦既可以检测空间参考记忆又可以检测空间工作记忆。在用固定平台测试小鼠的空间参考记忆后再将平台的位置改为不固定,就可检测它们的工作记忆能力。显然,寻找不固定平台的认知过程要复杂一些,需要动物对时间和空间上的分离信息加以整合和判断。

⑧操作简便,数据误差较小。
3、不足
①由于需要监视系统及分析软件,只有少数装备较好的实验室可以开展工作。

②实验程序的设计需要考虑的因素较多,同时需要实验者具备一定的神经生理学、认知生理学和数理统计方面的知识,给实验的开展和结果的解释带来困难,同时也限制了该迷宫的深入广泛的应用。

③由于体力消耗太大,体温也丧失过多,年老体弱鼠完成任务较困难。

④并非所有鼠株都适合于Morris迷宫测试,如BALB/c不能学会该任务(成绩并不随天数的增加而进步),129/SvJ的学习成绩也偏差。

⑤个体间的成绩差异巨大。

⑥某些株,如129/SvJ株的小鼠由于有年龄相关性视路病变(visual pathology),在衰老时完成以视觉为基础的学习记忆任务时就会出现困难。在C57BL/6株,由于严重的秃头症(alopecia)存在,可能使某些小鼠产生抑郁,加上溃疡性皮炎,最终可能影响小鼠的游泳能力而影响实验成绩。

⑦对轻微的学习记忆能力的减退,该迷宫程序可能不敏感。

⑧将动物浸入水中可能引起内分泌或其它应激效应。后者与脑损害或药理学操作间的相互作用具有不确定性。

⑨经过自动监视系统的操作仍需要借助于手工才能完成,这可能使实验变得一些乏味。

⑩所占实验场地过大。
4、注意事项
①小鼠完成该任务的方式与大鼠不完全相同。所以,用于评价大鼠在该任务中的一些指标并不适用于评价小鼠。例如,在探索实验(probe trial)中,在原目标象限所游泳的距离或所花的时间(用于判断大鼠短期记忆力的典型指标)用于小鼠通常是不合适的。而代替的参数,穿过原平台位置的次数,可能就是一个更敏感的指标。
②比较而言,在Morris水迷宫中,小鼠(C57BL/6株)的成绩没有大鼠好(Long-Evans株)。这并不是因为小鼠的空间学习记忆能力差,而是在游泳池内小鼠的空间学习能力可能受到某些非空间因素的阻碍,如游泳的路径不直,游泳时昂头更剧。为此,有人认为:a. 在以水为基础的任务中,不要将小鼠的成绩与大鼠的成绩匹配(match),否则会引起混淆。但是,如果熟知了任务的局限性,该任务还是可用于小鼠的检测;b. 在陆地(dry-land)任务中,尤其是动物的运动性(locomotion)受到臂的限制的任务中,小鼠的成绩应该与大鼠的成绩匹配;c. 小鼠表现出的可以和大鼠比较的行为值得进一步研究,因为该差异有助于理解在空间行为中所使用的种属特异性策略的不同。
③就小鼠而言,在Morris水迷宫中不同株的小鼠的学习记忆成绩差异巨大。例如,C57BL/6J、CD-1和DBA/2小鼠是优秀的学习者,而BALB/c小鼠不能学会该任务,如图2。所以,事先要对自己所用的小鼠是否适合于Morris水迷宫检测进行评价。但各株在Morris水迷宫中学习成绩的好坏可能是相对的,要视所使用的程序而定。例如在C57BL/6J和129T2/Sv株小鼠间,在标准的空间参考记忆程序中(试验期平台的位置恒定),两株有同样好的成绩,但在逐步式学习(stepwise learning)程序中,C57BL/6J株在各学习阶段内的成绩都比129T2/Sv株差,而在集中空间学习(massed spatial learning)程序中(平台的位置每天改变),C57BL/6J株的成绩又要好于129T2/Sv株。
④对于水池的大小,Morris最初(1981年)用于大鼠的水池是直径1.32米、高为0.6米,但后来(1984年)改为直径2.14米、高0.4米[7a]。对于小鼠的实验水池,文献中介绍的迷宫直径差异巨大,小到0.6米, 大到2.0米[34]。一般而言,过小的水池使小鼠爬上平台的偶然性增加,任务难度减小。
⑤Morris用于大鼠的水温为26 ± 1℃[7a],但用于小鼠的水温一般较低(18~22℃)。近年来,文献中提及的水温有逐渐增加的趋势,一些已达到25℃或26℃甚至28℃。但过高的水温容易使小鼠产生漂浮(floating)而不急于游泳来寻找平台,至少对某些株是这样,如昆明小鼠和SAM小鼠。不过,过低的水温又可使小鼠体温丧失过快而对健康有害。我们对青年昆明小鼠进行了水温对迷宫成绩影响的观察,结果发现27~28℃组的小鼠成绩最差,而17~18℃组和21~22℃组小鼠的学习成绩没有区别,所以,我们推荐的水迷宫实验用21~22℃水。
⑥早期文献中几乎一致提到水中要加入牛奶等已使水混浊来掩盖平台,但近期文献很少提及这样,除非出于图像监视目的的需要。这是因为鼠在游泳时头上仰,其视野朝上,无论水是否透明,它都不能看到水下平台。再者,老年体弱动物在游泳过程中可能会溺水,加入水的物质可能增大小鼠游泳时的阻力。
⑦到目前为止,虽然文献中提到了纷繁复杂的评价指标,但对这些指标并没有进行很好的特征化。例如,游泳速度明显是运动能力的指标,路径长度又受游泳速度和游泳时间(潜伏期)的双重影响,理论上不应该是判断认知能力的很好指标。所以,对各项指标所反映的行为性质需要进行探讨,解释这些指标时要慎重。单用潜伏期作为指标也许不能提供有关空间学习的足够信息。因为游泳速度快也并非意味学习效率就高。所以,当判断株间空间学习能力的差异时,仅用潜伏期做指标可能会被误导。此外,用4株小鼠来比较它们在游泳距离、潜伏期和游泳速度之间的差异,发现C57BL小鼠的游泳距离最短,BALB/c小鼠的游泳速度和潜伏期并不随训练次数的增加而成绩提高,但它的游泳距离却有进行性下降,且与其它组间无明显差异。不过,最近的一项研究表明,与C57BL/6N小鼠相比,即使以游泳距离作为指标,BALB/c小鼠也不能学会该任务。但无论如何,游泳距离仍被视为是可能比潜伏期更可靠的参数。
⑧无论有无空间线索存在,在前几次训练中都可发现找到水下平台的潜伏期随实验次数的增加而下降。无空间线索组的下降可能是由于动物学会了远离池边游泳(克服了趋触性),从而增加了它们随机接触平台的机会。若动物不能即时克服趋触性,提示它可能过于焦虑或确实有学习记忆障碍。
⑨在反向空间任务中,动物的学习是非常快速的。按照Morris的观点,仅将平台移到对侧象限但不改变空间线索的位置并不能确切地称为反向(reversal)程序(象上面所称的那样)。因为当平台移动位置时,远处房间内线索的同中心(allocentric)空间关系并未改变。动物只要学习新的平台位置而不需要完全重排线索关系。
⑩标识平台任务是Morris为了确定脑损害或药物引起的大鼠定位航行损害不是由动机和感觉运动受累造成而设计的。应用于小鼠后,多用于测定小鼠确定位置变化的可见平台的能力(一种非空间学习记忆能力),实际上还可同时检测小鼠的视敏度及游泳能力。多数情况下被安排在定位航行试验结束的次日进行。我们认为安排在定位航行试验之前进行可以提供动物水中有供逃生平台的信息,从而加快了小鼠学会定位航行任务的进度,在某些要求动物行为要尽可能一致的情况下还可达到筛选动物的目的。

 

 

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