使用迷宫进行空间记忆测试

空间学习与记忆是神经系统功能，使我们能够记住与周围环境相关的事物。这些功能让我们能够完成一些简单任务，例如根据以往经验避开危险区域，并提醒我们物品的存放位置。对人类而言，这可能是一种优势或劣势，但在啮齿类动物中也观察到了类似的行为特征，因此它们成为研究这一现象的理想模型，行为科学家常借助迷宫来开展相关研究。

本视频将简要回顾空间学习与记忆的基本原理及其神经生物学基础，介绍使用不同类型迷宫进行实验的通用操作流程，以及当前神经行为学研究人员如何在实验室中应用这些工具。

首先简要介绍空间学习与记忆，以及啮齿类动物迷宫测试背后的一般原理。

当生物体在陌生环境中移动时，会获取有关地标、障碍物和兴趣点位置的信息。这些空间信息会暂时进入工作记忆，或更持久地进入参考记忆。海马体在存储这些信息方面具有独特作用。利用功能性磁共振成像（fMRI）的研究表明，在测试空间学习与记忆的任务中，海马体的部分区域呈现活跃状态。

行为研究人员通过迷宫来操控动物所处环境，从而研究啮齿类动物的空间学习与记忆能力。广义而言，迷宫是指啮齿类动物必须穿越以到达目标的任何人工环境。通常，这类迷宫会采用一种负性刺激（例如光线或水），促使动物移动并抵达特定位置。啮齿类动物完成该过程所经过的路径及其所需时间，可作为量化空间学习与记忆能力的参数。

现在您已经了解了空间学习与记忆背后的原理，接下来我们讨论涉及不同类型迷宫实验的一般操作流程。

首先来看莫里斯水迷宫（Morris water maze），这是一种用于评估空间学习和参考记忆的经典测试。该迷宫由一个装满水的圆形水箱组成。在迷宫周围设置视觉线索，使每个象限与特定符号相关联。然后引入一个平台，在训练阶段将其抬高至水面以上。尽管啮齿类动物会游泳，但它们并不喜欢待在水中，因此水作为一种负性刺激，促使它们尽快找到平台。啮齿动物应学会将平台的位置与某一特定视觉线索的位置关联起来。

在测试阶段，将动物放入盛有浑浊水的迷宫中，平台则完全浸没于水下。记录动物到达潜没平台所用的时间及其行进路径，以评估其空间学习能力。为了评估参考记忆，进行探测试验（probe trial），即移除潜没的平台，记录动物在原先放置平台的象限中停留的时间，以此评估其参考记忆。

接下来讨论的是放射状水迷宫（radial water maze），用于评估工作记忆和参考记忆。顾名思义，该迷宫由八个呈放射状排列的臂组成，置于一个注满水的水箱中。水再次作为负性刺激，促使动物寻找位于某臂末端的平台。通常在迷宫周围外围设置视觉线索。最初，潜没的平台随机放置在部分臂的末端；在训练试验中，将啮齿动物从一个无平台的起始臂放入。动物开始游泳，直至到达其中一个平台。该过程可重复多次，此阶段收集的数据可用于评估工作记忆或空间学习能力。

随后，移除训练中使用的平台以评估参考记忆。研究人员通过记录啮齿动物访问曾在训练阶段设有平台的臂的次数，来评估其参考记忆。

最后，我们讨论巴恩斯迷宫（Barnes maze），其原理与莫里斯水迷宫相同，但为干式迷宫，对这些陆生动物而言应激性更小。

该迷宫由一块圆形板组成，板的边缘分布有多个孔洞，上方安装有明亮的灯光。啮齿动物为夜行性动物，因此光线作为负性刺激。与其他迷宫类似，视觉线索分布在板的周围。在训练试验中，其中一个孔保持开放；这是迷宫的目标位置，因为它通向一个远离强光的黑暗箱体。

在训练过程中，啮齿动物需多次运行迷宫，通过观察其到达目标孔所用时间及行进路径的变化来评估空间学习能力。为评估参考记忆，将巴恩斯迷宫中原本开放的孔遮盖，记录动物在原先通向箱体孔所在象限停留的时间，是评估参考记忆的一种方法。

在回顾了不同类型的迷宫后，让我们探讨神经行为科学家如今如何使用这些迷宫。

为了将基因与空间学习和记忆联系起来，研究人员会进行基因操作，随后开展迷宫测试。在此项实验中，科学家借助立体定位手术抑制特定神经元基因的表达，然后进行莫里斯水迷宫测试。测试结果提供了有关靶向基因在空间学习和记忆中作用的信息。

迷宫还可用于评估脑损伤对空间记忆的影响。在此项实验中，研究人员分析了由低氧浓度引起的缺氧性脑损伤在放射臂水迷宫测试中对空间记忆的影响。科学家证明，此类损伤对工作记忆和参考记忆均产生负面影响。

最后，迷宫可与药物或化学物质联合使用，以评估其效应。在这项特定研究中，小鼠接受了浓度递增的双酚A（BPA）处理，并在巴恩斯迷宫中进行测试。结果表明，接受较高剂量BPA的小鼠表现出空间学习缺陷，表现为在连续试验中到达目标洞口的潜伏期延长。

您刚刚观看了 JoVE 关于利用迷宫测试空间学习与记忆的视频。本视频概述了空间学习与记忆的相关知识，讨论了不同类型的迷宫，并探讨了研究人员当前如何利用迷宫更深入地理解空间学习与记忆的遗传学与解剖学基础。一如既往，感谢观看！