動(dòng)物行為學(xué)研究中八臂迷宮實(shí)驗(yàn)的改良方法
實(shí)驗(yàn)介紹
八臂迷宮是一種研究動(dòng)物空間記憶的迷宮模型，主要用于不同藥物處理以及疾病模型下動(dòng)物學(xué)習(xí)、記憶、覓食策略、空間認(rèn)知等多方面的研究。它由八邊形中央?yún)^(qū)和與其連接的八條工作臂組成。實(shí)驗(yàn)者通過在特定食餌臂末端放入食餌作為對(duì)進(jìn)入該臂的獎(jiǎng)賞，而在其余臂內(nèi)不放食餌或通過刺激手段懲罰實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行迷宮覓食訓(xùn)練。動(dòng)物在饑餓驅(qū)使下探索迷宮尋找食餌，通過一定時(shí)間的訓(xùn)練后，可對(duì)迷宮各臂進(jìn)行自由探索并成功躲避沒有食餌的工作臂完成覓食。通過水，電等刺激 - 應(yīng)答模塊建立完整的條件、非條件環(huán)境刺激，配合視頻采集系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)動(dòng)物覓食或逃避策略，提供靈敏且易于操作的技術(shù)以分析不同藥物處理或疾病模型損傷對(duì)記憶相關(guān)腦區(qū)的影響，用于評(píng)估發(fā)育神經(jīng)損傷處理對(duì)嚙齒類動(dòng)物空間學(xué)習(xí)記憶認(rèn)知的影響。
目前大多文獻(xiàn)采用的傳統(tǒng)八臂迷宮實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)際操作中的訓(xùn)練周期長達(dá) 2~4周。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物成功躲避無誘餌臂端快速找到食餌臂端概率較低，且單次探索時(shí)間長或是訓(xùn)練次數(shù)過多，不能在短時(shí)間合理訓(xùn)練頻率下有效評(píng)估空間學(xué)習(xí)記憶能力，無法方便服務(wù)于實(shí)驗(yàn)者快速有效完成實(shí)驗(yàn)。為此
本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用改良電加熱條件刺激八臂迷宮裝置探索新型八臂迷宮實(shí)驗(yàn)方法。
箱體: 標(biāo)準(zhǔn)大鼠八臂迷宮箱體，尺寸為單臂長 425 mm，寬145 mm，高 225 mm;
獎(jiǎng)勵(lì)食餌: 經(jīng)輻照滅菌的市售生瓜子仁;
懲罰裝置: 4 個(gè)電輔熱裝置，尺寸 100 mm × 100 mm，
參考物: 各臂內(nèi)貼不同形狀參考物(以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)物對(duì)周圍環(huán)境的記憶) 。
實(shí)驗(yàn)方法
第1日：讓大鼠適應(yīng)迷宮環(huán)境。將禁食 12h的2組大鼠隨機(jī)各再分為5組，每組2只。將迷宮閘門同時(shí)打開并在各臂末端及中央?yún)^(qū)域各投放5個(gè)瓜子仁作為食餌，2只大鼠同時(shí)放入迷宮中央?yún)^(qū)域, 讓其自由攝食、探究10min，每日訓(xùn)練 2 次。以大鼠后肢完全進(jìn)入臂門記為進(jìn)入該臂1次。
第2日：重復(fù)第1日的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)人員于訓(xùn)練開始前輕柔安撫動(dòng)物5~10 min，使其放松地自由探索迷宮環(huán)境。
第3日：迷宮及食餌位置保持不變，每只大鼠單獨(dú)進(jìn)入迷宮訓(xùn)練，使其大膽?yīng)氉蕴剿髅詫m環(huán)境。每只鼠在單次訓(xùn)練結(jié)束后用體積分?jǐn)?shù) 75% 酒精噴灑擦拭箱體以去除氣味滯留。
第4日：為對(duì)照組大鼠設(shè)定特定食餌臂以及空食餌臂，例如1號(hào)動(dòng)物食餌臂1，3，5，6; 空食餌臂為 2 ，4 ，7 ，8 。實(shí)驗(yàn)組大鼠設(shè)定固定食餌臂及電加熱懲罰臂，例如: 1號(hào)動(dòng)物食餌臂為2，4，5，8；電加熱懲罰臂為 1，3，6，7。在每個(gè)食餌臂投放1顆瓜子仁作為食餌。電加熱懲罰裝置溫度設(shè)定為 60 ℃。電加熱懲罰臂末只放置電加熱裝置而不放食餌。實(shí)驗(yàn)者將大鼠輕柔地放入至八臂迷宮中央，適應(yīng)環(huán)境 30 s 后同時(shí)打開閘門讓其自由探究直至吃完食餌或總探索時(shí)間達(dá)10min結(jié)束訓(xùn)練，每日訓(xùn)練2次。
第5至第7日；重復(fù)第4日的訓(xùn)練。
第8日：連接VisuTrack視頻軌跡跟蹤采集系統(tǒng)，設(shè)定大鼠編號(hào)及采集信息，只在對(duì)應(yīng)編號(hào)的食餌臂放置1顆瓜子仁作為食餌，而在其他臂中不做任何處理。每只鼠在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用體積分?jǐn)?shù)75%乙醇噴灑擦拭箱體以去除氣味滯留。實(shí)驗(yàn)者輕柔地將大鼠放置于迷宮中央，適應(yīng)環(huán)境30s后同時(shí)打開閘門并開始記錄其自由探究運(yùn)動(dòng)軌跡。軟件分析2組大鼠移動(dòng)距離、移動(dòng)速度、總體耗時(shí)、參考記憶錯(cuò)誤以及工作記憶錯(cuò)誤等實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，以評(píng)估兩種方法對(duì)大鼠空間學(xué)習(xí)記憶探索能力。工作記憶錯(cuò)誤(working memory errors)，即在同一次實(shí)驗(yàn)中大鼠再次進(jìn)入已經(jīng)吃過食餌的臂; 參考記憶錯(cuò)誤(reference memory errors), 即在一次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物進(jìn)入非食餌臂。
運(yùn)動(dòng)軌跡圖
通過VisuTrack視頻軌跡跟蹤系統(tǒng)軌跡可見，對(duì)照組大鼠在傳統(tǒng)方式訓(xùn)練7d后無法達(dá)到八臂迷宮實(shí)驗(yàn)追蹤測試標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)組大鼠在改良實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練7日后均達(dá)到八臂迷宮實(shí)驗(yàn)追蹤測試標(biāo)準(zhǔn)。
八臂迷宮是一種研究動(dòng)物空間記憶的迷宮模型，主要用于不同藥物處理以及疾病模型下動(dòng)物學(xué)習(xí)、記憶、覓食策略、空間認(rèn)知等多方面的研究。它由八邊形中央?yún)^(qū)和與其連接的八條工作臂組成。實(shí)驗(yàn)者通過在特定食餌臂末端放入食餌作為對(duì)進(jìn)入該臂的獎(jiǎng)賞，而在其余臂內(nèi)不放食餌或通過刺激手段懲罰實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行迷宮覓食訓(xùn)練。動(dòng)物在饑餓驅(qū)使下探索迷宮尋找食餌，通過一定時(shí)間的訓(xùn)練后，可對(duì)迷宮各臂進(jìn)行自由探索并成功躲避沒有食餌的工作臂完成覓食。通過水，電等刺激 - 應(yīng)答模塊建立完整的條件、非條件環(huán)境刺激，配合視頻采集系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)動(dòng)物覓食或逃避策略，提供靈敏且易于操作的技術(shù)以分析不同藥物處理或疾病模型損傷對(duì)記憶相關(guān)腦區(qū)的影響，用于評(píng)估發(fā)育神經(jīng)損傷處理對(duì)嚙齒類動(dòng)物空間學(xué)習(xí)記憶認(rèn)知的影響。
本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用改良電加熱條件刺激八臂迷宮裝置探索新型八臂迷宮實(shí)驗(yàn)方法。
箱體: 標(biāo)準(zhǔn)大鼠八臂迷宮箱體，尺寸為單臂長 425 mm，寬145 mm，高 225 mm;
獎(jiǎng)勵(lì)食餌: 經(jīng)輻照滅菌的市售生瓜子仁;
懲罰裝置: 4 個(gè)電輔熱裝置，尺寸 100 mm × 100 mm，
參考物: 各臂內(nèi)貼不同形狀參考物(以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)物對(duì)周圍環(huán)境的記憶) 。
實(shí)驗(yàn)方法
第1日：讓大鼠適應(yīng)迷宮環(huán)境。將禁食 12h的2組大鼠隨機(jī)各再分為5組，每組2只。將迷宮閘門同時(shí)打開并在各臂末端及中央?yún)^(qū)域各投放5個(gè)瓜子仁作為食餌，2只大鼠同時(shí)放入迷宮中央?yún)^(qū)域, 讓其自由攝食、探究10min，每日訓(xùn)練 2 次。以大鼠后肢完全進(jìn)入臂門記為進(jìn)入該臂1次。
第2日：重復(fù)第1日的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)人員于訓(xùn)練開始前輕柔安撫動(dòng)物5~10 min，使其放松地自由探索迷宮環(huán)境。
第3日：迷宮及食餌位置保持不變，每只大鼠單獨(dú)進(jìn)入迷宮訓(xùn)練，使其大膽?yīng)氉蕴剿髅詫m環(huán)境。每只鼠在單次訓(xùn)練結(jié)束后用體積分?jǐn)?shù) 75% 酒精噴灑擦拭箱體以去除氣味滯留。
第4日：為對(duì)照組大鼠設(shè)定特定食餌臂以及空食餌臂，例如1號(hào)動(dòng)物食餌臂1，3，5，6; 空食餌臂為 2 ，4 ，7 ，8 。實(shí)驗(yàn)組大鼠設(shè)定固定食餌臂及電加熱懲罰臂，例如: 1號(hào)動(dòng)物食餌臂為2，4，5，8；電加熱懲罰臂為 1，3，6，7。在每個(gè)食餌臂投放1顆瓜子仁作為食餌。電加熱懲罰裝置溫度設(shè)定為 60 ℃。電加熱懲罰臂末只放置電加熱裝置而不放食餌。實(shí)驗(yàn)者將大鼠輕柔地放入至八臂迷宮中央，適應(yīng)環(huán)境 30 s 后同時(shí)打開閘門讓其自由探究直至吃完食餌或總探索時(shí)間達(dá)10min結(jié)束訓(xùn)練，每日訓(xùn)練2次。
第5至第7日；重復(fù)第4日的訓(xùn)練。
第8日：連接VisuTrack視頻軌跡跟蹤采集系統(tǒng)，設(shè)定大鼠編號(hào)及采集信息，只在對(duì)應(yīng)編號(hào)的食餌臂放置1顆瓜子仁作為食餌，而在其他臂中不做任何處理。每只鼠在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用體積分?jǐn)?shù)75%乙醇噴灑擦拭箱體以去除氣味滯留。實(shí)驗(yàn)者輕柔地將大鼠放置于迷宮中央，適應(yīng)環(huán)境30s后同時(shí)打開閘門并開始記錄其自由探究運(yùn)動(dòng)軌跡。軟件分析2組大鼠移動(dòng)距離、移動(dòng)速度、總體耗時(shí)、參考記憶錯(cuò)誤以及工作記憶錯(cuò)誤等實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，以評(píng)估兩種方法對(duì)大鼠空間學(xué)習(xí)記憶探索能力。工作記憶錯(cuò)誤(working memory errors)，即在同一次實(shí)驗(yàn)中大鼠再次進(jìn)入已經(jīng)吃過食餌的臂; 參考記憶錯(cuò)誤(reference memory errors), 即在一次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物進(jìn)入非食餌臂。
運(yùn)動(dòng)軌跡圖
通過VisuTrack視頻軌跡跟蹤系統(tǒng)軌跡可見，對(duì)照組大鼠在傳統(tǒng)方式訓(xùn)練7d后無法達(dá)到八臂迷宮實(shí)驗(yàn)追蹤測試標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)組大鼠在改良實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練7日后均達(dá)到八臂迷宮實(shí)驗(yàn)追蹤測試標(biāo)準(zhǔn)。
八臂迷宮又稱放射性迷宮，該裝置已廣泛應(yīng)用于檢測藥物作用或疾病模型損傷下嚙齒類動(dòng)物大腦空間學(xué)習(xí)記憶能力。八臂迷宮實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確敏感地反映腦空間學(xué)習(xí)記憶功能，使其成為檢測嚙齒類動(dòng)物空間記憶的重要實(shí)驗(yàn)方法之一。空間記憶又分為參考記憶和工作記憶。工作記憶屬于程序性記憶范疇，是在皮層 -紋狀體系統(tǒng)調(diào)控下完成的對(duì)進(jìn)行中工作任務(wù)的重要信息的短期存儲(chǔ)；參考記憶則是空間定位物體本身以及物體與食餌的相對(duì)關(guān)系。海馬結(jié)構(gòu)在短期記憶向長期記憶轉(zhuǎn)變和空間學(xué)習(xí)記憶功能中發(fā)揮至關(guān)重要作用。
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八臂迷宮 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
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