干式巴恩斯迷宫被广泛用于测量动物在轻度厌恶刺激下的空间导航能力。在连续数天的测试中，对照组受试动物的表现（例如 找到逃生笼所需的时间）会逐渐改善，表明其具有正常的學習與記憶能力。大鼠與小鼠之間的差異需要對儀器和方法進行相應調整，本文將詳細介紹這些改動。
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摘要
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实验室啮齿类动物的空间学习和记忆能力通常通过迷宫中的导航能力来评估，其中最常用的迷宫是水迷宫和干迷宫（巴恩斯迷宫）。在多次训练或试验中表现的改善被认为反映了动物对逃生笼/平台位置的学习与记忆。与水迷宫相比，巴恩斯迷宫被认为应激性较低，其结构相对简单，由一个圆形平台顶部构成，平台边缘等距分布着多个孔洞。除其中一个孔通向逃生笼外，其余孔均为盲端或假底。轻度厌恶性刺激（例如 头顶明亮的光线）可促使动物寻找逃生笼。在实验过程中可记录动物找到逃生笼的潜伏期；然而，其他终点指标通常需要视频记录。通过这些视频记录，使用自动追踪软件可生成多种类似于水迷宫实验所得的指标（例如 移动距离、速度/速率、在正确象限停留的时间、运动/静止时间，以及潜伏期的确认）。搜索策略类型（即 随机型、序列型或直接型）也可进行分类。针对小体型啮齿类动物（如小鼠）和大体型啮齿类动物（如大鼠），巴恩斯迷宫的构建和测试方法可能有所不同。例如，对于大鼠有效的迷宫外线索，可能不适用于较小的野生啮齿类动物，后者可能需要依赖迷宫内部线索，并在迷宫周围设置视觉屏障。必须确定合适的刺激因素，以促使动物主动寻找逃生笼。无论是巴恩斯迷宫还是水迷宫，测试过程通常较为耗时，一般需要进行4至7次试验才能检测到学习记忆能力的改善（例如 找到逃生平台或笼子的潜伏期或路径长度缩短）和/或实验组之间的差异。尽管如此，巴恩斯迷宫仍被广泛用于行为学评估，以测量空间导航能力及其可能受到的遗传、神经行为学操作或药物/毒物暴露的影响。
引言
实验室啮齿类动物的空间学习与记忆最初是通过让食物剥夺的大鼠在迷宫通道中寻找食物强化物来进行评估的1。几十年后，研究者提出了空间参考记忆系统2。与指单次测试会话或试验内记忆的工作记忆不同，参考记忆指的是跨测试会话或试验的记忆，更接近于长期记忆。
已开发出多种迷宫，用于对小型和大型啮齿类动物依赖海马的空间学习和记忆能力进行非侵入性评估（例如 水迷宫、多T形迷宫、放射臂迷宫和旱地迷宫3-6此处，我们重点介绍由卡罗尔·巴恩斯博士于1979年首次描述的圆形平台，即巴恩斯迷宫。7该迷宫已被广泛用于测试多种啮齿类动物模型的空间导航学习和记忆能力，包括大鼠（Rattus norvegicus），小鼠（小家鼠），鹿鼠（Peromyscus maniculatus bairdii），加州小鼠（Peromyscus californicus）和豪猪型啮齿类动物（例如 八齿鼠Octodon degus])8-13. 使用巴恩斯迷宫进行评估的其他物种包括美洲蟑螂（Periplaneta americana)14，玉米蛇（Elaphe guttata guttata)15,....
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方案
1. 小型啮齿类动物的 Barnes 迷宫实验步骤
- 打开迷宫上方的顶灯并放置 "禁止进入" 实验室门外的标识
- 将小鼠连同其常规饲养笼一起提前约30分钟移至测试房间，以适应环境。若房间内安静，可不使用白噪声；否则，可考虑采取此预防措施。
- 设置追踪程序。
- 轻轻将第一只小鼠从其饲养笼中取出，放入高而带盖的塑料箱中。将其逃生用（清洁的）聚丙烯饲养笼（29 cm x 19 cm x 13 cm）置于指定的逃生孔下方。
- 确保移除堵塞管路的纸片，并堵住该逃生孔及其他所有孔洞。
- 在迷宫周围拉上帘子。
- 将装有小鼠的塑料盒置于迷宫中央，约8秒后，轻轻将动物从盒中取出并放置于迷宫上。
- 将动物放置于迷宫中央后，安静地移至计算机区域（距离迷宫约150 cm处）。
- 启动相应的追踪软件程序，该程序应已预先打开，以确保从动物被放置到迷宫上到程序开始记录其行为表现之间的时间最短（在几秒内）。
- 从计算机显示器观察动物的表现，记录孔位编号、试验次数、搜索策略以及错误次数。错误定义为嗅探错误的孔位。搜索策略的评估可实时进行，也可根据追踪轨迹在后期完成。
- 检索策略被归类为 直接 （直接进入逃生笼，且错误次数不超过3次） ....
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结果
性成熟的雄性鹿鼠依赖于增强的空间导航能力来寻找遍布环境中的潜在交配对象。产前和成年期暴露于睾酮对于组织和激活成年雄性这一行为至关重要。53因此，推测雄性个体在早期接触内分泌干扰物可能会对其后期的这一性状产生干扰。为验证这一假设，对雄性和雌性鹿鼠进行了发育阶段的暴露处理 通过 在无植物雌激素饮食中给予母体多种环境相关剂量的双酚A（BPA），或在无植物雌激素饮食中给予阳性雌激素对照物（炔雌醇[EE2]），或给予基础对照的无植物雌激素精制饮食，成年后评估其在巴恩斯迷宫中的表现。 图1 展示了该物种使用的巴恩斯迷宫装置。暴露于两种较高剂量（而非最低剂量）BPA 的雄性在空间学习能力上表现出相当的缺陷，表现为实验期间潜伏期延长、错误率增加，以及无法转变为直接搜索策略。图7-9）。然而，暴露于EE2和中等剂量BPA的雌性个体表现出空间学习与记忆的雄性化模式，而其他BPA剂量组则未出现该现象（即 潜伏期缩短以及直接搜索策略使用频率增加9,13.
与一.......
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讨论
Barnes迷宫测试程序中的关键步骤包括：1）提供适当的轻度厌恶刺激，以促使动物寻找逃生箱；2）确保在动物实验过程中保持条件的一致性例如 测试时间、测试人员、外部噪音控制及其他可能影响表现的刺激），3）若进行视频录制，需优化并确保视频录制正常及文件备份妥善，4）每次试验间使用70%乙醇清洁迷宫以去除嗅觉线索。
确定最佳刺激以促使实验动物寻找逃生笼可能需要进行一些调整和/或故障排除。通常采用的刺激是上方明亮的照明。然而，这种刺激对某些物种可能并不充分。尽管我们仅以轶事方式观察到，但经过广泛行为评估（因此被频繁抓握处理）的大鼠在标准巴恩斯迷宫条件下似乎动机较弱，可能是因为它们变得更加温顺，并对不同的仪器和/或环境产生了习惯化。可以考虑使用听觉刺激（例如 捕食者声音），但这会限制同时让其他动物适应测试房间的能力。其他已被成功使用的刺激包括在迷宫上方使用风扇向迷宫顶部吹风57,58 ，或将巴恩斯迷宫改为以奖赏驱动而非厌恶驱动的模式56。
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披露
本文档已根据美国食品药品监督管理局（FDA）政策进行审查并获准发表。批准并不意味着其内容必然反映 FDA 的立场或观点，提及商品名称或商业产品亦不构成 FDA 对其使用的认可或推荐。本报告中的研究结果和结论均为作者观点，不一定代表 FDA 的立场。作者无任何利益冲突，无可披露事项。
致谢
作者感谢密苏里大学的 Eldin Jašarević 先生、Scott Williams 先生、Roger W. Meissen 先生、Sarah A. Johnson 、R. Michael Roberts 博士、Mark R. Ellersieck 博士和 David C. Geary 博士，以及国家毒理学研究中心/美国食品药品监督管理局的 C. Delbert Law 先生和动物护理团队。本研究得到了美国国立卫生研究院挑战基金（RC1 ES018195，资助 CSR）、Mizzou Advantage 基金（资助 CSR 和 DCG）、密苏里大学兽医学院教员奖（资助 CSR）以及国家毒理学研究中心/美国食品药品监督管理局方案 E7318 的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 注意：仅适用于小型啮齿类动物的项目以**粗体**标出。仅适用于大型啮齿类动物的项目以*斜体*标出。既未加粗也未斜体的项目适用于两者. | |||
| 12 或 20 个逃生孔的巴恩斯迷宫平台，每 30 度一个°对于大鼠，每个孔的直径为10.5 cm，距迷宫边缘顶部4 cm。若需配合自动追踪程序使用，白化啮齿类动物应采用黑色顶面，而有色啮齿类动物则应采用白色顶面。该圆形顶面的直径，小鼠用为95 cm，大鼠用为122 cm。 | 美国塑料公司，利马，俄亥俄州 | 42625 | 这是 Barnes 迷宫的顶部，也是实验啮齿类动物所处的表面。该平台可由多种材料制成（例如聚甲基丙烯酸甲酯），但在内分泌干扰物相关研究中，使用无双酚 A 的聚丙烯材料最为理想。其中一个孔通向逃生笼，其余所有孔均为盲端或假底。在大鼠使用的迷宫中，平台底面设有小型滑轨，便于逃生笼和假底滑入。 |
| 2 英寸聚丙烯管塞（24） 2 在 90 中° 黑色聚丙烯弯头（12） 2 英寸 x 6 英寸聚丙烯管接头（1） | 美国塑料公司，利马，俄亥俄州 | 30724 32086 30712 | 这些仅在小型啮齿动物（如小鼠）的巴恩斯迷宫中需要。这些改装装置为盲端管/弯头，或其中一根管连接至管接头，再通向逃生笼。 |
| 大鼠巴恩斯迷宫的假底部 | 这些部件由ABS塑料定制而成，并采用真空成型工艺制作，用于大鼠迷宫装置。 | ||
| 迷宫周围环形铝制壁/屏障（50 cm高） | Ace Hardware，密苏里州哥伦比亚市 | 对于小型啮齿类动物（例如，小鼠）时，该屏障可防止它们从迷宫上跌落；而大鼠装置通常不需要这一结构。对于相对温顺的实验小鼠，可能也不需要该围壁。. | |
| 迷宫平台顶盖支撑架 | 美国塑料公司，利马，俄亥俄州 | 42625 | 支架用于支撑迷宫平台顶部，使其高于地面（通常为70-100 cm），以促使啮齿类动物寻找逃生笼。支架可由任意材料制成。 |
| 白噪声 | SleepMate 声音调节器， Marpac，北卡罗来纳州，罗基角 | 980A | 背景噪音可用于屏蔽可能在不同试验和动物间干扰 Barnes 迷宫测试的周围声音线索 |
| 带铝制外壳的灯具及300-500 W灯泡。例如，Utilitech 500 W卤素便携式工作灯。 | Ace Hardware 或 Lowes | 明亮的光线提供一种轻度厌恶刺激，促使啮齿类动物寻找逃生笼。光源通常悬挂在迷宫顶部上方约150 cm处。 | |
| 逃逸笼。对于小型啮齿动物，可以使用聚丙烯笼（27.8 cm x 7.5 cm x 13 cm）。 | Ancare，纽约州贝尔莫 | N40 PP | 此处的大鼠逃逸笼为定制，带有一个通向逃逸笼的斜坡。 |
| 不透明管（仅用于大鼠）（直径 27 cm；高 23 cm），配有一块厚纸板用于覆盖顶部。 | 将管道置于迷宫中央，从顶部将大鼠放入管道内，并用纸板盖住顶部。管道外侧设有把手，便于提起管道，从而开始实验。管道可由任意材料制成，但应为不透明材质。 | ||
| 高分辨率视频摄像机（例如，松下数码摄像机 | Panasonic，美国新泽西州塞考克斯 | ICV19458 | 视频摄像机置于上方，用于记录实验过程以供后续分析。 |
| 迷宫外或迷宫内的几何线索，由高质量的硬纸板卡纸制成 | 任何办公用品商店，例如 Staples | 这些视觉线索帮助动物在迷宫环境中定位，提供有关逃生笼空间位置的提示；在大鼠中，迷宫外墙壁上的线索效果良好，而在需要在迷宫周围设置围墙的小型啮齿类动物中，则必须使用迷宫内的线索。 | |
| 黑色窗帘（仅用于小型啮齿类动物） | 任何布料和手工用品商店，例如 Jo-Ann Fabrics | 使用黑色帘布适用于小型啮齿动物（尤其是野生种）， 例如 鹿鼠属以保持在迷宫范围内的注意力. | |
| 70% 乙醇 | Fisher Scientific | BP2818-4 | 每次试验后，需清洁迷宫平台表面和逃逸笼，以消除可能残留的气味线索，避免对后续测试的啮齿类动物造成干扰。 |
| 追踪软件程序（如 Ethovision）及配备适当视频卡和充足硬盘空间（1 TB 或以上）的计算机。或者，可使用 Win TV（Hauppauge Computer Works, Inc.）等程序将视频直接录制到计算机中，以供后续分析。 | Noldus（美国弗吉尼亚州利斯堡） | 分析实验所需的追踪软件可用来评估到达逃逸笼的潜伏期、速度、移动距离、静止时间、运动时间、在正确象限与错误象限停留的时间、在逃逸孔周围停留的时间、错误次数或进入错误孔的次数，以及寻找逃逸笼所采用的整体搜索策略。 | |
| 外置硬盘驱动器（如 Seagate 或 WD），至少 1-2 TB 内存 | 任何办公用品商店，例如 Staples。 | 视频记录应在至少一个独立的位置进行备份。 | |
| 视频录制程序， 例如 WinTV 程序 | 霍普吉计算机工程公司 纽约州霍普奇 | 如果测试时没有可用的追踪软件， 应将试验过程进行视频录制，以便后续分析 |
参考文献
- Tolman, E., Gleitman, H. Studies in spatial learning: place and response learning under different degrees of motivation. J. Exp. Psychol. 39, 653-659 (1949).
- Olton, D. S., Papas, B. C. Spatial memory and hippocampal function. Neuropsychologia. 17
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