本方案采用巴恩斯迷宫测量空间学习和记忆能力。通过一种新颖的“危难中的少女”范式来评估小鼠的运动活动性和亲社会行为。
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本文内容
摘要
摘要
巴恩斯迷宫是一种可靠的测量空间学习和记忆的方法，无需食物限制或施加极度应激刺激。巴恩斯迷宫还可评估其他小鼠行为，例如逃离迷宫平台的一般动机以及探索行为。该迷宫可用于检测基因突变或环境变量是否会影响空间记忆的获得与保持，并提供有关小鼠所采用搜索策略的信息。本文中，我们利用巴恩斯迷宫检测成年小鼠在单次发育期乙醇暴露后是否出现记忆缺陷。“困境中的少女”范式（Damsel-in-Distress paradigm）使雄性小鼠暴露于一只被困在开放场地中央区域小室中的雌性小鼠。该范式为小鼠提供了对被困雌性做出社会性反应并表现出亲社会行为的机会。“困境中的少女”范式也可用于研究小鼠在新型场地中的行为，并测量其运动活动性。巴恩斯迷宫和“困境中的少女”实验方案均无需高昂经费投入，且大部分实验装置可利用常见的实验室耗材构建。这些灵活且易于获取的工具还可用于检测发育过程中行为的变化。
引言
本实验方案的目的是利用巴恩斯迷宫检测小鼠的空间学习和记忆能力，同时采用“困境中的少女”范式评估其社交反应性和运动能力。常用于啮齿类动物的空间学习和记忆测试包括放射臂迷宫，该迷宫通过测量小鼠在多臂装置中寻找某一臂内隐藏食物的能力来评估认知功能；以及莫里斯水迷宫，该方法将小鼠置于盛有大量水的水槽或水池中，记录其找到隐藏于水下的平台所需的时间。通常，这些实验范式需要进行多次训练试验，能够通过短期和长期记忆测试来评估学习获得速度以及记忆保持能力。
尽管放射臂迷宫和莫里斯水迷宫是检测啮齿类动物记忆的可靠方法，但对某些研究者而言存在操作上的困难。这两种迷宫均依赖剥夺手段或强烈的厌恶刺激作为强化方式1。放射臂迷宫通过食物剥夺来确保啮齿类动物有足够动机去寻找食物奖励。而在莫里斯水迷宫中，被迫游泳所引起的压力效应可能会影响小鼠的行为结果2。
Barnes迷宫是一种替代性的空间感知任务，要求啮齿类动物学会识别一个洞的位置，以便逃离明亮且开阔的迷宫表面3。通过施加较弱的厌恶刺激（如光线或声音），可提高小鼠逃离平台的可能性。Barnes迷宫不需要食物剥夺，因此动物准备的工作量较放射臂迷宫更少。对于研究与进食行为、激素调节或下丘脑通路相关行为或分子的研究人员而言，该方法可在无干扰的情况下使用。
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方案
本文所述所有方法均经汉普登-悉尼学院或兰道夫-马康学院的机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准（部分工作此前在这些机构完成）。
1. 小鼠的基本饲养
- 将小鼠饲养在底部和侧面为塑料材质的笼子中，笼内铺有柔软的垫料和筑巢材料（如碎纸屑）。使用由粉碎的玉米芯或木屑制成的垫料，并确保定期更换垫料以保持卫生。
- 提供自由摄取的食物和水（ad libitum）。塑料笼盖上设有饲料槽，通过饲料槽 提供配制合适的小鼠颗粒饲料，并配备饮水瓶。确保笼盖装有空气过滤器，以保护小鼠免受外界污染物侵染。
- 维持饲养环境中的自然昼夜节律，采用12小时光照-12小时黑暗的循环周期。行为学测试应在每天相同的时间进行，最好在动物的黑暗周期内，例如傍晚时段。
注意：应采取措施区分饲养中的小鼠个体。可采用多种区分方法，例如耳孔标记、耳标或尾部标记。
2. 巴恩斯迷宫测试：构建
- 准备一个直径为 120 cm 的圆形木板。
- 在圆周边缘周围切割 20 个直径为 4.5 cm 的圆形孔洞。每个孔洞距离迷宫边缘 2.5 cm，相邻孔洞之间相距 13 cm。
- 打磨表面并涂上亮白色油漆（建议使用明亮的颜色）。
- 在迷宫板的一侧，为每个圆形孔洞附近约 2–3 cm 处安装小号....
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结果
巴恩斯迷宫
为了说明如何使用巴恩斯迷宫，我们研究了单次早期乙醇暴露是否会在小鼠发育过程中引起学习能力的差异。在出生后第6天，C57Bl6/J小鼠分别接受两次间隔两小时的注射，注射物为2.5 g/kg乙醇溶液（n = 8）或生理盐水（n = 6）。我们在青春期（P30）对动物进行巴恩斯迷宫训练，然后在成年期（4个月）进行一次长期记忆测试。我们收集的数据可分为以下几个主要类别：1）随时间变化的准确性和错误率，2）目标洞口进入情况，以及3）探索路径的映射。
准确率随时间及错误率的变化：
时间测量包含多个重要方面：到达第一个洞的潜伏期（小鼠在试验开始后探索任一第一个洞所.......
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讨论
巴恩斯迷宫和落难少女实验是评估小鼠空间学习能力、运动活动性和亲社会行为的低成本、快速且相对简便的方法。其他优点包括无需对动物施加明显的应激源、疼痛或食物限制。与大多数学习/记忆范式类似，巴恩斯迷宫的一个缺点是动物需要经过多次试验才能学会目标孔的位置并进入其中。
数据收集：
在两种实验范式中观察小鼠活动和行为时，应持续一致地收集数据。对于巴恩斯迷宫实验，这包括记录小鼠首次到达孔洞的时间、探索错误孔洞（错误次数）的数量、到达目标孔洞的时间以及进入目标孔洞的时间。此外，研究人员应绘制每只小鼠在迷宫中的运动路径。可在小鼠运行迷宫的同时，使用巴恩斯迷宫的纸质图进行手动轨迹记录，并通过视频回放确认时间节点和孔洞编号。在手动追踪动物路径时，建议每隔一分钟更换一次笔的颜色，以便区分可能重叠的孔洞探索行为。目前已有多种计算机辅助追踪系统可用于提高数据的准确性和可靠性，例如 idTracker、Ctrax 或 tracktor，其中部分系统为免费或开源软件。
在“遇险少女”实验中，记录的数据.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们汉普登-悉尼学院对肖恩·沃尔登、扎克·莱特纳、亨特·李和安东·凯拉尼参与巴恩斯迷宫和困境中的少女实验方案的测试工作表示感谢和诚挚的谢意。我们还要感谢兰道夫-麦肯学院的詹姆斯·福斯特建造了巴恩斯迷宫，并感谢兰道夫-麦肯学院生物学系提供实验场地。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 困境中的少女 | |||
| 50 mL 圆锥形离心管 | Fisher Scientific | 14-432-22 | 任何品牌的 50 mL 圆锥形离心管均可使用 |
| 橡胶带 | Sprano 品牌 | n/a | 尺寸为 62，用于将盖子固定在胶合板上 |
| 锤子 | Grainger | 6R252 | 任何标准锤子均可使用 |
| 钉子（8D 规格） | Grainger | 4NFE3 | 类似尺寸的钉子同样适用 |
| 不透明、无顶塑料箱 | AcmePlastics | CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 | 不透明塑料，裁剪至合适尺寸（长 30 cm × 宽 19 cm × 高 3–6 cm）。可增加台阶结构，确保小鼠入口深度不超过 3.5 cm。 |
| 摄像机（智能手机） | N/A | N/A | 任何配备摄像头的智能手机均可使用 |
| 防咬手套 | Kent Scientific | GLVDYN02 | 任何能提供适当防护的品牌均可 |
| 透明胶片 | Staples | 954145 | 任何品牌的透明塑料片均可，用于评分 |
| 巴恩斯迷宫 | |||
| 培养皿 | Corning | 353025 | 喷漆后用作巴恩斯迷宫孔洞的盖子 |
| 胶合板（3/4 英寸） | LP Building Products | 22487 | 用于构建巴恩斯迷宫 |
| 喷漆 | Krylon | 1274937 | 用于将培养皿盖喷成黑色，白色喷漆用于涂刷胶合板 |
| 杯钩（5/8 英寸） | Ace Hardware | 5360615 | 在通气孔两侧各使用 2 个；橡胶带缠绕在钩子上以保持盖子平整 |
| 海报板 | Creatology | n/a | 置于迷宫边缘，作为额外的视觉线索 |
| 灯泡 | Phillips | n/a | 100 W 灯泡，用于实验过程中照明 |
| 橡胶带 | Sprano 品牌 | n/a | 尺寸为 62，用于将盖子固定在胶合板上 |
| 超声波发声器 | Victor mini PestChaser | M753SN | 用作厌恶刺激 |
参考文献
- Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. 2007, (2016).
- Vorhees, V., Williams, M. T. Assessing Spatial Learning and Memory in Rodents. ILAR Journal. 55 (2), 310-332 (2014).
- Barnes, C. A.
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重印与许可
