Morris水迷宫

Neuroscience

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Summary

Morris水迷宫是用于研究空间学习和记忆的最广泛使用的行为学测试之一。在这个任务的初始阶段,老鼠要从水池中出来,必须游到一个平台上。该平台随后被隐藏在水面下,这样该动物需要记住平台的位置才能出来。这个简单但功能强大的迷宫设计可用于测定认知功能,研究神经退行性疾病的动物模型,和测试潜在的药物疗法。

本短片介绍了Morris水迷宫和使用它的基本原则,包括讨论在迷宫中测试不同类型的记忆,设计和进行实验时要考虑的关键因素,以及准备和操作实验的步骤。短片还分析了迷宫的几个应用,比如研究放射治疗如何可能导致记忆障碍的。最后,介绍了其他类型的水迷宫,如八臂迷宫,以显示这个迷宫是如何能适用于研究不同类型的记忆的。

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JoVE Science Education Database. 神经科学的基本知识. Morris水迷宫. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Morris水迷宫是用啮齿动物研究学习和记忆的宝贵工具。这些小动物水性好,但却通常喜欢呆在陆地上。水迷宫利用它们这种喜好来训练动物使用小平台从水池中逃出。训练结束后,将该平台隐藏在水面下,老鼠需要根据远处的视觉线索来记住平台的位置。本短片将综述Morris水迷宫测试的基本原则,介绍准备和操作该测试的实验过程,并重点讲述该测试和其他水实验在实验室研究中的一些运用。

让我们从Morris水迷宫实验背后的一些基本概念开始!如前所述,老鼠会参照视觉线索,如房间周围放置的高对比度的画报,来找到通往隐藏平台的路径。这取决于大脑的特定区域,包括海马,它们的功能对记忆的形成很重要。老鼠在一系列后续测试中找到平台所花费的时间的变化可用于衡量空间学习和记忆。

为了对记忆进行量化,水池被定性分成四个象限,这样就能对动物探寻平台附近区域的倾向性进行评估。

划分的象限在探测实验中也很有用,其中的动物是在没有平台的池子里进行测试。如果测试是在结束训练至少24小时后进行,那么动物探寻原来正确象限的倾向性,是长期记忆或“参考”记忆形成的象征。

与此类似,逆转测试中平台的位置会有变化,用于衡量动物的认知灵活性,当意识到平台不见了会去寻找其他地方。由于所有的这些数据是通过许多测试,用许多动物收集得到的,测试之间以及研究对象之间的差异将会对您的结果造成很大影响。

影响动物表现的因素包括温度,湿度,或实验时间。此外,在测试中看见的实验人员能成为无意的视觉线索,因此实验人员在测试屋子的存在和可见是重要的考虑因素。

动物之间也存在差异,并且会是误差的来源。因此必须小心匹配实验组之间老鼠的年龄和性别。最后,对行动不便,受伤或视力差的动物进行的测量将不能准确地反映学习情况,因此它们不适合用于水迷宫测试。

现在,您考虑了重要的实验因素,让我们开始准备测试。首先将池子装满凉水,不能是冷水。池子的大小可根据您使用的是大鼠还是小鼠有所不同。接下来,在房间周围放置固定的视觉线索,每个象限中至少放一个线索。

要开始学习测试,首先将一个逃生平台放入水池中。接着,轻轻将研究对象放入水中,小心不要淹没其头部。让动物在迷宫中探寻并记录下它找到平台的时间。如果老鼠在约60秒内还不能找到平台,就将它指引到那里,停留10到20秒后,将其取出,擦干,放回温暖的笼子里。

为完成训练,重复该过程数次,让动物在每个后续测试中都从不同的入口开始。

现在可以开始测试动物找到一个隐藏平台的能力了。首先将水位升高至超出平台顶部约一英寸并向水中加入奶粉或无毒的染料。在这些测试中,记录下老鼠在每个象限所待的时间以及它找到隐藏平台所需要的时间。

同样,如果动物未能在60秒内获得成功,将它指引到平台上,并短暂待上一会后取出。一天重复此过程至少两次以上,在每个后续测试中都让动物从不同的位置开始。

在完成隐藏平台测试24小时后,将平台拿走进行探测实验。让动物在迷宫内探寻60秒。监测和记录它在每个象限花费的时间。

您已经学习了Morris水迷宫的基础知识,让我们再来讨论它是如何被应用到行为神经生物学实验中的。

首先,行为学测试如水迷宫对于研究学习和记忆的分子生物学极其有用。例如,科学家可使用如立体定位手术的技术来操纵特定基因在大脑中的表达,并直接测试它对学习造成的影响。此外,检测如阿尔茨海默氏症等影响记忆的遗传性疾病的老鼠模型,能用来鉴定疾病的危险因子或潜在治疗靶位的生物分子。

行为测试对研究由于头部创伤,缺氧,或特定大脑区域的病变造成的大脑损伤对学习和记忆的影响非常重要。例如,某些药物治疗,如辐射,会损伤大脑并对记忆产生负面影响。在这个实验中,与对照相比,受到辐射的动物在水迷宫中表现不佳。通过同时测试不同的治疗方法,研究人员可以探索防止人体接受放射治疗时造成认知障碍的干预措施。

由于水对促使老鼠探索迷宫非常有效,有许多不同形式的水迷宫存在就一点也不奇怪。有些形式是为了减少动物在测试中的压力,如这个划桨迷宫,它减少了游泳的需要,并将出口设计在边缘,那是老鼠天生喜欢待的地方。其他的游泳迷宫形式,如八臂迷宫,有着更复杂的构造,需要老鼠整合更多的信息来找到出口。这种布局使得能同步测试参考记忆和短期工作记忆。

您刚刚观看的是JoVE对Morris水迷宫的介绍。水迷宫是我们测试动物如何学习和记忆的一种方法,它帮助我们了解生物学和行为之间的关系。感谢观看!

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