(好資料)10_morris水迷宮實驗

十、Morris水迷宮實驗（一）目的和原理為了研究在疾病條件下空間記憶（Spatial memory）,工作記憶（Working memory）和空間辨別能力（Spatial diariminability）的變化，可采用Morris水迷宮。Morris水迷宮是一種訓練大鼠在水箱中游泳并找藏在水下逃避平臺的實驗方法。由于沒有任何可接近的線索以標志平臺位置，所以動物的定位能力需應用水迷宮外的結(jié)構(gòu)作為線索。學會是指動物能夠在短時間內(nèi)找到平臺。盡管嚙齒類動物可以通過非空間策略發(fā)現(xiàn)平臺，但采用空間策略最有方式，只需少量的實驗，就可培養(yǎng)年輕動物的空間策略。（二）實驗裝置應用于Morris水迷宮的水池是一個圓柱體，大小有兩種：一種是Morris最初設(shè)計的“經(jīng)典”水池。這種水池的直徑為1.32m,高度為0.60m。第二種為目前改進的水池，直徑為2.14 m,高為0.40 m。前一種水池水深為0.40 m，后一種為0.25 m，水池的內(nèi)部為均勻的乳白色，不得有任何的標記。采用適當?shù)暮銣卦O(shè)備使水溫保持在261。這兩種水池均在各國實驗室廣泛使用，研究者可根據(jù)具體情況，選擇其一。水池應放在堅固的平臺上，并且有良好的注水和排水設(shè)備。一般將水池置于堅固的、可移動支架較好。這樣不僅僅便于水迷宮的安置，而且有利于攝像頭位置的調(diào)整。但是，一旦水迷宮的位置確定，就不要輕易變動，尤其在一輪水迷宮的測試中，位置絕對不能改變。沿水箱邊緣相等分布的四個點作為起始點，這樣水箱就被分四個相同象限（四分之一園），一個小的平臺位于某一個象限的中央。在進行訓練（參照記憶）時間（數(shù)天），平臺必須放在絕對相同的位置。根據(jù)實驗的不同，平臺可以是藏于水面下（水面下1 cm）而不可見（Hidden platfarm），也可以露出水面上（水面上1cm）而可見（Cueing produce），也有采用兩個平臺（Two platform task），其中一個平臺可提供逃避，另外一個一觸即下沉，這兩個平臺都是可見平臺，而且外觀和高度完全一樣。因此,Hidden platform通常采用乳白色，與水池、水（加有牛奶）顏色的一致，使平臺藏于水面下而完全看不見。與此相反的是，Cueing produce和Two platform task為黑色或黑白相間的條紋，使平臺露于水面之上而醒目。圖10-14為示意圖。圖10-14 Morris水迷宮示意圖現(xiàn)代化的Morris水迷宮系統(tǒng)可進行圖像的自動采集和分析。這種系統(tǒng)有多種型號，但工作原理和流程大致相似：電視攝像頭采集大鼠游泳圖像（模擬信號）圖像輸入到電腦中的圖像采集卡圖像采集卡進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，大鼠游泳的模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像數(shù)字圖像儲存于硬盤中將數(shù)字圖像進行圖像分析，得到有關(guān)的測試參數(shù)。研究者可根據(jù)實際情況自行配置，也可購買成套的水迷宮系統(tǒng)。采購這類系統(tǒng)時應注意：（1）系統(tǒng)應當提供足夠的參數(shù)，至少要包括大鼠找到平臺所需要的總時間（潛伏期）、總路徑的長度、在各個象限所停留的時間和路徑、大鼠的初始夾角，最后還能繪出大鼠游泳的軌跡。（2）由于電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，軟、硬件迅速被更新，以至于用于當初開發(fā)水迷宮系統(tǒng)的電腦平臺已經(jīng)被淘汰，因此，相對陳舊的水迷宮系統(tǒng)可能不被購買者所使用的主流電腦所兼容。特別是水迷宮的圖像采集卡和電腦的顯卡的兼容性是系統(tǒng)兼容的關(guān)鍵。關(guān)于水迷宮所處的環(huán)境也非常的重要。應當有專門的實驗室用于水迷宮測試。水迷宮實驗室的物品和水池的位置要固定不動，投放大鼠的實驗人員投放完成后，也要待在固定的位置，因為它們都可能作為空間信息（spatial cue）而被大鼠用于作業(yè)之中。電腦操作者應當在另外的房間，以減少干擾。水迷宮實驗室應當保持安靜，光線柔和而均勻。這里特別要強調(diào)的是房間的照明布置極為重要。因為光線不僅可作為空間信息被受試大鼠用于作業(yè)中，而且可影響觀察者記錄特別是對圖像的自動采集和分析影響極大。據(jù)筆者以及Morris等人的經(jīng)驗，水迷宮實驗室的照明布置應當有以下幾個特點：杜絕室外光線。室外光線的強度和方向無法有效控制，它對室內(nèi)的照明也無法控制，因此，應避免室外光線照明。室內(nèi)物品不應當有強反光，不要采用玻璃墻面；不要把光源直接放在水迷宮的正上方，因為這樣可能會在水中形成強烈的倒影；也不要把光源直接放在攝像頭的下方，因為這樣可能會在攝像頭中形成高亮度的影像；水迷宮的反光應當是柔和而均勻，不應當有強烈的倒影?？傊贿m當?shù)恼彰鞑贾?，可能在攝像頭中形成高亮度的影像，電腦可能將這種高亮度的影像當作是受試大鼠的作業(yè)軌跡，掩蓋了真正的作業(yè)軌跡，而使測試失敗。Morris等人提供的水迷宮布置方案可供參考。（三）訓練方法Morris水迷宮可用來考察大鼠的空間記憶、工作記憶和空間鑒別能力。有各種方法用于研究大鼠的這三種能力。但是，無論是那一種方法，引導大鼠找到平臺的線索都包括兩種：空間線索和非空間線索。研究者必須證明實驗設(shè)計已經(jīng)排除了非空間線索的干擾，大鼠采用的是空間策略發(fā)現(xiàn)平臺。研究大鼠的空間記憶是Morris水迷宮的基本功能?？赏ㄟ^一系列的訓練使大鼠可在10s以內(nèi)找到藏于水面下的不可見平臺。大鼠第一次游泳，一般不能找到平臺（60-90s游泳時間），這時可將大鼠直接置于平臺上30s，以平臺感受所在的空間位置。從二次開始，學習成績迅速提高，一般經(jīng)過20次左右的訓練，大鼠可在38s內(nèi)找到平臺。Morris等人證明，在訓練的早期（18次），大鼠可能采用非空間策略發(fā)現(xiàn)平臺，而在隨后的訓練中，大鼠會逐漸采用空間策略，因為這種方式最有效。大鼠一旦獲得這種“空間記憶”后，可研究各種因素對“空間記憶”的影響。最簡單的方法是比較大鼠接受某種刺激因素前后，潛伏期的改變。另一種常用的方法是考察大鼠的“空間偏好（spatial bias）”。即接受刺激之后的一段時間（數(shù)小時或數(shù)天），重新進行水迷宮實驗，但這時平臺已經(jīng)被移走，水迷宮內(nèi)不再有平臺，大鼠可能在原平臺所在象限停留的時間要長一些。這種“隱藏平臺”測試不能提供有關(guān)“空間辨別能力”的信息。因為在“隱藏平臺”操作中受試大鼠只有記住平臺所在空間的方位即可完成作業(yè)，因此，它反映的是“空間記憶”。所謂“空間辨別”則是要辨別兩個相似空間的差異?！半p平臺”實驗應運而生。所謂“雙平臺”實驗室，是在水迷宮中設(shè)置兩個外觀完全一致（排除“視覺辨別”），但位置不同（空間差異）的可見平臺。其中一個平臺不會沉沒（安全平臺），另一個平臺一觸即下沉（偽安全平臺）。大鼠要求學會找到安全平臺。Morris等人證明，大鼠同樣是采用空間策略進行作業(yè)，即通過比較兩個外觀完全一致的平臺所在空間的差異來辨別那一個是安全平臺。因此，“雙平臺”實驗可提供“空間辨別能力”的信息。研究者可記錄大鼠的“正確反映次數(shù)”來研究受試大鼠的“空間辨別能力”。所謂“正確反映次數(shù)”就是在一定的實驗次數(shù)中，大鼠不接觸偽安全平臺而到達安全平臺的次數(shù)。顯然，“正確反映次數(shù)”越高，“空間辨別”能力越好。Morris水迷宮同樣可用于“工作記憶”的研究。最簡單的程序就是訓練大鼠發(fā)現(xiàn)新平臺的位置，隨后檢測大鼠尋找平臺的成績。具體的程序是每天每只大鼠訓練兩次。第一次訓練平臺置于水池的任何一個象限中，并隱藏在水面下。大鼠通過游泳找到平臺，并且停留3060s。在第二次訓練中，平臺隱藏于與第一次訓練相同的位置，同樣要求大鼠通過游泳找到平臺。如果大鼠能從第一次的訓練中獲得經(jīng)驗（工作記憶），那么，第二次訓練的成績就會提高。比較兩次實驗的成績，就可以評價“工作記憶”的好壞。雖然在同一天的測試中，平臺的位置是相同的，但是，不同天的測試中，平臺的位置是隨機的，以保證每一天平臺的位置都是新的，不同于前一天平臺的位置。（四）注意事項Morris水迷宮實驗是一種行為實驗，多種影響動物行為的因素都可影響Morris實驗的結(jié)果。動物的情緒、實驗室的環(huán)境、實驗的強度等對結(jié)果都有影響。在測試以前，研究者應當與受試動物建立良好的感情，讓動物熟悉研究者的身體信息，如氣味、相貌等。特別是捕捉動物的動作要溫柔，不要刺激動物。特別忌諱用手抓大鼠的尾巴，因為這樣會極大的刺激動物。有人建議在實驗開始的兩、三天之前，與大鼠親密接觸（handing rat）。具體的做法是研究者將大鼠從一個籠子轉(zhuǎn)移到另一個籠子中，然后再轉(zhuǎn)移回去，每天一次。注意不要