淺析巴恩斯迷宮的實驗原理和實驗方案
一、實驗原理
在神經(jīng)科學研究中，有時科學家會開發(fā)新的技術(shù)來研究特定的認知結(jié)果。學習和記憶對于人類非常重要，特別是在腦損傷或阿爾茨海默病的背景下。因此，使用老鼠等非人類動物進行記憶測試，科學家可以更容易地測試新藥物是否能夠治療失憶癥。
巴恩斯迷宮就是這樣一種測試方法。這是一種行為學測試，因為老鼠或小鼠被放入迷宮中，它們的表現(xiàn)會被記錄下來。迷宮本身是一個大圓平臺，周圍有若干間隔均勻的孔，巴恩斯迷宮可能有二十到四十個孔。其中一個孔有一個與之相連的小隧道，允許動物離開迷宮。這就是出口。老鼠被放在巴恩斯迷宮的中間，記錄它的位置，并記錄它到達包含隧道的孔所需的時間。
在研究設計方面，迷宮上花費的時間被視為因變量。
動物還會看到一些視覺線索，這有助于動物將自己定位到周圍環(huán)境中。這些都可以從迷宮中心看到。其中一些視覺線索可能包括呈現(xiàn)不同顏色的形狀，如墻上的海報。
記憶是一種復雜的認知功能，有許多不同的形式。在巴恩斯迷宮中評估的主要記憶類型稱為空間或?qū)Ш接洃�。導航記憶是一種記憶類型，它允許動物將空間中的某個位置（相對于某些視覺線索，例如）與出口關(guān)聯(lián)起來。如果動物具有良好的空間導航記憶，它們將在迷宮上表現(xiàn)得更好（花費更少的時間直到出口）。
巴恩斯迷宮利用了小獵物哺乳動物（如老鼠和小鼠）固有的一種行為�？偟膩碚f，這些動物對開闊空間表現(xiàn)出自然的回避行為。在野外，開闊的空間（如空草地）對這些動物來說是非常危險的環(huán)境�？罩械牟妒痴撸琥椈蜇堫^鷹，更容易發(fā)現(xiàn)它們的獵物，如果周圍沒有掩護物。自然而然，老鼠和小鼠會被吸引到較暗或更封閉的空間，例如樹洞或地下隧道。
在巴恩斯迷宮中，這些自然行為受到測試。迷宮中心通常很亮，類似于草地。逃生隧道四面被圍繞，類似于地下隧道。因此，動物傾向于盡快找到隧道，因為這提供了安全感。因此，巴恩斯迷宮提供了很好的行為生態(tài)學效度，因為它模擬了動物在野外可能尋找的東西。
二、巴恩斯迷宮與莫里斯水迷宮的比較
巴恩斯迷宮與另一種用于評估導航記憶的行為測試——莫里斯水迷宮相似。在莫里斯水迷宮中，動物被放置在充滿不透明水的游泳池中，出口是隱藏在水面下的一個平臺。與巴恩斯迷宮類似，周圍環(huán)境包含各種視覺線索，幫助動物形成空間記憶。隨著時間和實踐的增加，動物開始更快地找到出口。
巴恩斯迷宮的優(yōu)勢在于它是一項干燥的陸地測試。一些實驗范式需要使用電子設備，如嵌入式刺激探針、顱窗攝像頭或微小的電生理設備。在這些實驗中，水會導致設備短路的風險。然而，由于巴恩斯迷宮完全是干燥的，對電子設備的損壞風險較小。
巴恩斯迷宮的另一個優(yōu)勢在于它不需要像游泳那樣高強度的身體素質(zhì)。莫里斯水迷宮要求動物能夠潛水潛在的幾分鐘，這可能引入另一個混雜變量。在巴恩斯迷宮中行走和探索較為簡單，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂诟信d趣的變量，即空間導航學習。
在巴恩斯迷宮和莫里斯水迷宮上的表現(xiàn)依賴于大腦結(jié)構(gòu)中的回環(huán)路，稱為海馬體。已知海馬體損傷會干擾空間記憶的形成。對海馬體進行手術(shù)切除會確切地影響這兩項任務的表現(xiàn)，導致老鼠或小鼠找到出口的速度較慢，即使進行了多次試驗后仍然如此。
三、 巴恩斯迷宮實驗方案
雖然不同的研究團隊可能采用略有不同的實驗方案，以下是Pitts等人（2015年）描述的其中一種。
在神經(jīng)科學研究中，有時科學家會開發(fā)新的技術(shù)來研究特定的認知結(jié)果。學習和記憶對于人類非常重要，特別是在腦損傷或阿爾茨海默病的背景下。因此，使用老鼠等非人類動物進行記憶測試，科學家可以更容易地測試新藥物是否能夠治療失憶癥。
巴恩斯迷宮就是這樣一種測試方法。這是一種行為學測試，因為老鼠或小鼠被放入迷宮中，它們的表現(xiàn)會被記錄下來。迷宮本身是一個大圓平臺，周圍有若干間隔均勻的孔，巴恩斯迷宮可能有二十到四十個孔。其中一個孔有一個與之相連的小隧道，允許動物離開迷宮。這就是出口。老鼠被放在巴恩斯迷宮的中間，記錄它的位置，并記錄它到達包含隧道的孔所需的時間。
在研究設計方面，迷宮上花費的時間被視為因變量。
動物還會看到一些視覺線索，這有助于動物將自己定位到周圍環(huán)境中。這些都可以從迷宮中心看到。其中一些視覺線索可能包括呈現(xiàn)不同顏色的形狀，如墻上的海報。
記憶是一種復雜的認知功能，有許多不同的形式。在巴恩斯迷宮中評估的主要記憶類型稱為空間或?qū)Ш接洃�。導航記憶是一種記憶類型，它允許動物將空間中的某個位置（相對于某些視覺線索，例如）與出口關(guān)聯(lián)起來。如果動物具有良好的空間導航記憶，它們將在迷宮上表現(xiàn)得更好（花費更少的時間直到出口）。
巴恩斯迷宮利用了小獵物哺乳動物（如老鼠和小鼠）固有的一種行為�？偟膩碚f，這些動物對開闊空間表現(xiàn)出自然的回避行為。在野外，開闊的空間（如空草地）對這些動物來說是非常危險的環(huán)境�？罩械牟妒痴撸琥椈蜇堫^鷹，更容易發(fā)現(xiàn)它們的獵物，如果周圍沒有掩護物。自然而然，老鼠和小鼠會被吸引到較暗或更封閉的空間，例如樹洞或地下隧道。
在巴恩斯迷宮中，這些自然行為受到測試。迷宮中心通常很亮，類似于草地。逃生隧道四面被圍繞，類似于地下隧道。因此，動物傾向于盡快找到隧道，因為這提供了安全感。因此，巴恩斯迷宮提供了很好的行為生態(tài)學效度，因為它模擬了動物在野外可能尋找的東西。
二、巴恩斯迷宮與莫里斯水迷宮的比較
巴恩斯迷宮與另一種用于評估導航記憶的行為測試——莫里斯水迷宮相似。在莫里斯水迷宮中，動物被放置在充滿不透明水的游泳池中，出口是隱藏在水面下的一個平臺。與巴恩斯迷宮類似，周圍環(huán)境包含各種視覺線索，幫助動物形成空間記憶。隨著時間和實踐的增加，動物開始更快地找到出口。
巴恩斯迷宮的優(yōu)勢在于它是一項干燥的陸地測試。一些實驗范式需要使用電子設備，如嵌入式刺激探針、顱窗攝像頭或微小的電生理設備。在這些實驗中，水會導致設備短路的風險。然而，由于巴恩斯迷宮完全是干燥的，對電子設備的損壞風險較小。
巴恩斯迷宮的另一個優(yōu)勢在于它不需要像游泳那樣高強度的身體素質(zhì)。莫里斯水迷宮要求動物能夠潛水潛在的幾分鐘，這可能引入另一個混雜變量。在巴恩斯迷宮中行走和探索較為簡單，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂诟信d趣的變量，即空間導航學習。
在巴恩斯迷宮和莫里斯水迷宮上的表現(xiàn)依賴于大腦結(jié)構(gòu)中的回環(huán)路，稱為海馬體。已知海馬體損傷會干擾空間記憶的形成。對海馬體進行手術(shù)切除會確切地影響這兩項任務的表現(xiàn)，導致老鼠或小鼠找到出口的速度較慢，即使進行了多次試驗后仍然如此。
三、 巴恩斯迷宮實驗方案
雖然不同的研究團隊可能采用略有不同的實驗方案，以下是Pitts等人（2015年）描述的其中一種。
- TSE Systems的巴恩斯迷宮裝置是一個圓形的白色平臺，周圍有40個等距分布的孔。其中一個孔被設計為出口通道，這個出口通道不會改變。
- 將小鼠放置在平臺中央，觀察3分鐘內(nèi)動物找到出口所用的時間，并記錄下來。如果它們找不到出口，它們將被放置在出口處15秒鐘。
- 這一過程每天重復兩次，總共進行10天。
- 來自兩個不同組的數(shù)據(jù)使用雙向重復測量方差分析（ANOVA）進行分析。
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