海马伞-穹窿损伤后大鼠嗅觉追踪保留但路径整合受损的视频演示

摘要

在一项初步的嗅觉追踪任务中，大鼠利用视觉和气味轨迹或在红外光下通过路径整合（即先前运动的综合记录）返回有食物的庇护所的能力表明，海马体对路径整合是必需的。

摘要

航位推算与路径导航策略所依赖的线索组合及计算过程截然不同（Darwin, 1873；Barlow, 1964；O’Keefe 和 Nadel, 1978；Mittelstaedt 和 Mittelstaedt, 1980；Landeau 等, 1984；Etienne, 1987；Gallistel, 1990；Maurer 和 Séguinot, 1995）。路径导航依赖于相对稳定的外部线索（如视觉、嗅觉、听觉）之间的关系，而航位推算则需要整合由自身运动所产生的线索。动物通过前庭感受器获取自身运动信息，也可能借助肌肉和关节感受器，以及产生运动的指令副本（efference copy）。此外，动物还可利用其运动所引起的视觉、听觉和嗅觉刺激流。采用路径导航策略时，动物可通过几何计算确定环境中各位置的方向与距离；而采用航位推算策略时，动物则可整合先前运动所产生的线索，以返回刚刚离开的位置。航位推算在日常语言中常被称为“方向感”和“距离感”。

尽管有大量证据表明海马体参与导航（piloting）（O’Keefe 和 Nadel，1978；O’Keefe 和 Speakman，1987），但也有来自行为学（Whishaw 等，1997；Whishaw 和 Maaswinkel，1998；Maaswinkel 和 Whishaw，1999）、建模（Samsonovich 和 McNaughton，1997）以及电生理学（O’Mare 等，1994；Sharp 等，1995；Taube 和 Burton，1995；Blair 和 Sharp，1996；McNaughton 等，1996；Wiener，1996；Golob 和 Taube，1997）研究的证据表明，海马结构也参与路径整合（dead reckoning）。然而，海马体对这两种导航方式的相对贡献仍不明确。通常很难确定动物使用的是导航策略还是路径整合策略，因为动物在策略和线索的使用上具有高度灵活性（Etienne 等，1996；Dudchenko 等，1997；Martin 等，1997；Maaswinkel 和 Whishaw，1999）。本视频演示的目标是解决线索特异性问题，以考察海马体在使用这些策略中的相对作用。大鼠被训练执行一项新任务，即沿着线性或折线形带气味的路径行走，以在开阔场地上找到隐藏的大块食物颗粒。由于大鼠倾向于将食物带回庇护所，因此返回家园基地的准确性以及所使用的线索成为因变量（Whishaw 和 Tomie，1997）。为了迫使动物在携带食物返回庇护所时使用路径整合策略，实验在大鼠被蒙眼或在红外光（一种它们无法看见的光谱波长）条件下进行；在部分实验中，当动物到达食物位置后，气味路径也被移除。为了考察海马体的相对贡献，采用了穹窿–伞（fimbria–fornix，FF）损毁方法，该方法可破坏海马结构中的信息传递（Bland，1986），损害记忆功能（Gaffan 和 Gaffan，1991），并导致空间能力缺陷（Whishaw 和 Jarrard，1995）。

方案

动物

12只成年雌性Long–Evans大鼠（来自莱斯布里奇大学动物饲养室），体重为250–300 g，在实验室中以金属网笼成组饲养，室温维持在20–21°C，光照周期为12小时明/12小时暗（上午8点至晚上8点）。其中6只大鼠接受假手术，另外6只在测试前接受穹窿–伞部损伤手术。

外科手术

进行无菌手术时，大鼠通过腹腔注射戊巴比妥钠（40 mg/kg，i.p.）和甲基硝酸阿托品（5 mg/kg，i.p.）进行麻醉。为制造穹窿–伞部病变，使用00号不锈钢昆虫针，其尖端裸露，其余部分用环氧漆绝缘，通过阴极电流1.5 mA，持续40秒。每侧半球进行两处病变，定位坐标参照前囟及硬脑膜表面：第一处为前囟后1.3 mm、外侧1.5 mm、腹侧3.6 mm；第二处为前囟后1.5 mm、外侧0.5 mm、腹侧3.3 mm（Whishaw 和 Jarrard，1996）。对照组大鼠仅接受麻醉处理，术后48小时内给予镇痛药物以控制疼痛。

所有动物使用均符合莱斯布里奇大学动物护理与使用委员会批准的方案。

喂养

限制喂食以维持大鼠体重为其预期体重的90%。行为测试期间使用大颗粒（750 mg）啮齿类动物饲料颗粒（Bio-Serv，Fre....

讨论

本实验通过利用一种新颖的任务范式，研究海马体在路径引导导航与路径积分导航中的作用，该任务要求大鼠沿着从藏身处到食物颗粒之间的带气味细绳完成外出行程后返回巢穴。对照组大鼠能够高效地运用空间策略和路径积分策略进行导航。而穹窿–伞部损伤的大鼠在使用空间策略时仍能成功导航，但在被迫依赖路径积分策略时则表现出导航能力受损。这些结果支持了海马结构的完整性对路径积分导航至关重要的假说。此外，这可能也是首次在犬类以外的动物中实现追踪行为的实验演示。

任务需求

本研究的新颖之处在于使用了一根带有气味的细绳，使实验动物能够沿着气味轨迹追踪到食物颗粒。这种追踪方法的运用在多个方面促进了对大鼠归巢行为的分析。首先，大鼠的外出路径和所依赖的线索是明确指定的。大鼠非常擅长利用表面的嗅觉线索（Maaswinkel 和 Whishaw，1999），因此使用带气味的细绳可迫使它们专注于特定的线索。其次，所有大鼠都可以经历完全相同的外出路径，从而消除了当它们为寻找随机分布的食物而采取随意且个体差异较大的外出路线时所产生的变异性。该实验程序的第三个重要特征是，能够确定.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
戊巴比妥钠	试剂	Sigma-Aldrich	p3761-25g
硫酸阿托品甲基硝酸盐	试剂	Sigma-Aldrich	a0382-5g
啮齿类动物颗粒饲料	动物饲料	BIO-SERV