一种在事件场景中模拟啮齿类动物“日常记忆”的行为任务，以促进其以环境为中心表征的形成

摘要

在事件场景中，此优化的“日常记忆”方案旨在采用稳定的家庭基点，以促进动物使用以外部环境为参照的异位空间表征。该动物模型为未来利用行为学与生理学技术研究事件记忆的形成与保持提供了一个有效的实验平台。

摘要

事件场地为研究学习与记忆提供了理想的平台。本文所述的趋利性日常记忆任务为研究啮齿类动物的情节性记忆和空间记忆提供了一种可靠的实验方案，该方案特别有助于促进以环境为中心（allocentric）的记忆表征。在编码阶段，大鼠被训练去寻找并挖掘食物；经过一段时间延迟后，再让大鼠选择在正确位置寻找奖励用的食物颗粒。本方案中有两个关键要素可促进大鼠采用以环境为中心的空间策略：1）大鼠在每次实验内及实验间均从不同的起始位置出发；2）设置一个稳定的“家基地”，大鼠必须将食物带回该处进食。通过这些改进，我们有效地促使啮齿类动物在执行任务时依赖以环境为中心的空间表征。此外，该任务为被试内实验设计提供了良好的范式，允许实验者操控不同条件以减少个体差异。结合行为学与生理学技术，该啮齿类动物模型为未来关于记忆形成与保持的研究提供了一个有效的实验平台。

引言

为了研究学习与记忆的神经生物学机制，需要采用侵入性技术，而这类技术在人类中通常难以实施。因此，一个多世纪以来，研究人员为实验动物设计了各种行为学实验方案，以模拟多种形式的人类记忆。任务和实验装置的设计与选择，对于成功建立有效的人类记忆模型至关重要。目前已开发出多种复杂程度各异的实验范式，从简单的经典条件反射和操作式条件反射实验^1,2,3，到诸如T型迷宫⁴、放射臂迷宫⁵、Barnes迷宫⁶、水迷宫⁷以及奶酪板迷宫⁸等迷宫类实验。然而，尽管这些任务能够反映联想学习和空间导航的某些方面，却无法明确用于研究瞬时事件的记忆表征（即类似情节性记忆）。此外，尽管新物体识别⁹及其衍生的自发性记忆任务（如物体-位置记忆¹⁰）为识别记忆的研究提供了重要见解，但它们并不能检测对事件的明确回忆。为满足这一研究需求，事件场域（event arena）被专门开发出来，其应用已实现了对长期成对关联记忆的编码与回忆

方案

本文所述方法已获得爱丁堡大学伦理审查委员会批准，符合英国《1986年动物（科学程序）法》以及欧洲共同体理事会1986年11月24日指令（86/609/EEC）中关于实验动物饲养和用于科学实验的相关法律规定。

注意：以下方案的实验对象为 Lister-hooded 大鼠，但也可根据需要调整用于其他啮齿类品系。

1. 动物操作、饲养与食物控制

1. 大鼠到达后，给予1周时间适应环境。在此期间，每天在笼内轻轻抚摸和搔痒的方式对Lister-Hooded雄性大鼠进行 Handling 操作。待其适应环境后，开始每天将其抓起，持续约5分钟。
2. 在大鼠到达时记录其体重，并此后每周每2-3天记录一次体重。调整其食物摄入量，使每只大鼠的体重逐渐降至自由进食状态下体重的约85%-90%；该目标体重可根据自由进食大鼠的标准生长曲线进行估算。在整个实验过程中，维持大鼠体重于该食物限制范围之内。
3. 将大鼠饲养于12小时光照/12小时黑暗的光周期环境中，并在光照阶段（上午7点至晚上7点）内进行所有实验操作。

2. 设置实验装置

1. 实验房间、控制室和事件场地
   1. 实验房间和控制室可以是一个被分隔成两部分的房间，或由窗帘....

结果

这种稳定的“家基”实验方案已成功用于训练大鼠学习这一日常记忆任务，并利用以环境为中心的表征（allocentric representations）进行导航。本方案包含两个关键要素。首先，动物在单次实验以及不同实验会话之间，从不同的黑色起始箱（例如东、南、西）出发（图7A）。每次会话包含两次编码试验和一次回忆选择试验（在某些情况下，选择试验被探测试验替代），所有试验均从不同的起始箱开始。这种设计促使动物进入实验 arena 时，必须同时关注 arena 内部和外部的线索。由于从每个起始箱到达正确沙井位置所需的路径各不相同，动物无法仅依赖自身运动线索（idiothetic path integration）完成任务。其次，动物能够快速学会在位于北方的稳定“家基”处进食食物奖励颗粒。在编码试验和回忆选择试验中，大鼠会挖掘并获取食物奖励，随后非常自然地跑回北方的“家基”处食用第一颗食物颗粒（图7A）。在吃完第一颗颗粒后，它们从北侧箱体中出来，开始寻找第二颗颗粒。这是一条与前往第一颗颗粒不同的路径，大鼠必须重新定向自身位置，才.......

讨论

人类会自动编码日常生活中的单个事件。我们容易回忆起某些事件，而遗忘其他事件。上述描述的类情景性日常记忆实验方案为研究人员提供了一种研究啮齿类动物此类记忆（情景记忆）的可靠方法。由于该任务涉及每天从特定位置寻找并获取食物颗粒的行为，因此利用了啮齿类动物觅食的自然本能。该任务基于一个合理的假设：大鼠每天在特定但不断变化的位置发现并挖掘食物的行为，对其而言即为一次事件。

情景记忆被认为是对特定时间和地点发生的事件的整合性记忆。继自发性新物体识别被引入作为研究识别记忆的方法之后⁹，Dix 和 Aggleton 的研究²³进一步深化了该领域，将位置和背景作为额外的关联属性纳入其中。此后又出现了进一步的发展，包括 Langston 与 Wood 的研究²⁴，将物体-位置-背景视为三重关联。这些方法都具有重要意义，但它们均依赖于识别记忆。事件场域（event arena）则代表了一种概念上不同的发展，因为它是一种回忆任务，而非仅依赖识别记忆。当动物需要记.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
相机	CCTVFirst	N/A
事件实验场	爱丁堡大学（自主设计与建造）	爱丁堡大学（自主设计与建造）	用于日常记忆任务的实验场
Lister-hooded 大鼠	Charles River UK	603
Multitimer Labview	爱丁堡大学（自主设计与建造）	爱丁堡大学（自主设计与建造）
事件实验场的气动装置、框架、螺丝	RS Components Ltd.	爱丁堡大学（P. Spooner）	用于搭建事件实验场的工具
砂井板	Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk)	爱丁堡大学（P. Spooner）	实验场用砂井板
起始箱	Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk)	爱丁堡大学（P. Spooner）
视频记录	配备 OBS 软件的 Windows 10 计算机，Blackmagic Decklink Mini Recorder 采集卡	N/A