部分学习记忆的行为学方法研究及其应用

万 朋，高俊涛，刘志洋，吕世杰

(吉林医药学院:1.生理学教研室，2.生物化学与分子生物学教研室，吉林吉林 132013)

部分学习记忆的行为学方法研究及其应用

Study on the behavioristicsmethod of partial learningmemory and its application

万 朋1，高俊涛1，刘志洋1，吕世杰2*

(吉林医药学院:1.生理学教研室，2.生物化学与分子生物学教研室，吉林吉林 132013)

本文介绍了部分行为学相关的仪器及其使用方法，以学习记忆为中心从仪器的构造组成、实验原理、使用方法、研究领域等方面对其进行了总结。文章从以上几个方面对部分行为学仪器进行了进一步探讨，为其在学习记忆等相关研究提供近一步证据。

学习记忆;行为学;研究;应用

学习和记忆是脑的高级功能，是各种认知功能形成的基础。随着科技的发展，为了进一步了解学习记忆的机制，不断涌现出各种先进的实验技术和方法。本文将重点探讨目前常用的生物机能学实验仪器相关的行为记忆研究实验方法及其应用，对部分行为学仪器及使用方法作一简要的综述，以期为相关方面研究人员提供一些相关信息。

1 开场活动实验箱

开场活动实验箱(Open field test)可用于评价抑郁模型、黑质损伤、下丘脑垂体肾上腺轴的研究、中医的电针疗法研究等［1］。开场活动实验箱是由长62.5 cm、宽74 cm、高51 cm的黑色不透明塑料板长方体构成，其中一侧板上有2个透明带，下面的用于小鼠的行为学观察，上面的用于大鼠的行为学观察，在这一侧面外配有反光镜。区域中央区顶部装有2个灯管，上面配有视频监测系统，可以通过摄像头观察动物的活动情况。实验通常设定单次总时间，系统默认为300 s，实验人员可自行设定，实验的数据采集时间应大于等于3 s。本仪器能精确定量，在设定的时间内自动监测动物活动，对动物的自发活动进行二维测定，能定量测定药物对中枢神经系统的兴奋与镇静作用、对新环境的适应能力、评估动物的运动能力、焦虑前后及给药前后行为学变化，广泛应用于药物、药理学、生物生理学、行为生物学等的研究中［2］。

2 Y迷宫实验

Y迷宫主要应用于动物的辨别性学习、工作记忆及参考记忆的测试［3］。Y迷宫由3个完全相同的臂组成:臂长30 cm、臂宽6 cm、臂高15 cm。每个臂尽头有食物提供装置，同时每个臂的末端安有光信号，每个臂的下面由电栅作为地板，刺激方式为程控随机模式，刺激电压通常在24～180 V之间。实验时根据分析动物取食的策略，即进入各臂的次数、时间、正确次数、错误次数路线等参数，可以反映出实验动物的空间记忆能力。本仪器广泛用于行为学和认知实验中测试动物的空间记忆能力，可以全自动探测动物指定的时间内，动物主动逃避和被动逃避次数［4］。该仪器可用于学习记忆、老年痴呆、智力与衰老、新药开发/筛选/评价的研究，广泛应用在药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科及计算机辅助教学等领域，是医学院校开展行为学研究尤其是学习与记忆研究的经典实验。

3 T迷宫实验

T迷宫通过食物诱导实验方式进行动物学习记忆的实验［5］。T迷宫与Y迷宫非常相似，也是由3个臂组成，分别为:选择臂(臂长26.6 cm、臂宽7.6 cm、臂高15 cm)、起始臂(臂长36.4 cm、臂宽7.6 cm、臂高15 cm)和准备区(臂长9.8 cm、臂宽7.6 cm、臂高15 cm)，每个臂尽头有食物提供装置，直径2 cm，深度1.2 cm。但与Y迷宫的主要区别是T迷宫未提供奖惩条件，完全利用动物探索的天性，因此能最大可能地减少影响实验结果的混杂因素。T迷宫通过食物诱导进行动物学习记忆实验，采用视觉相关的分析方法对动物的行为进行分析，获得动物根据诱导后的行为数据［6］，是医学院校研究行为学、认知实验、学习记忆、药理学、毒性作用等较好的实验方法。

4 高架十字迷宫

高架十字迷宫(High plusmaze)是利用动物对新奇环境的探究性和对高悬敞开臂的恐惧形成矛盾冲突行为，来考察动物的焦虑状态。高架十字迷宫是由两条相对开放臂(臂长30 cm、臂宽6 cm、臂高15 cm)和两条相对闭合臂(臂长30 cm、臂宽6 cm、臂高0.6 cm)及中央区(6 cm×6 cm)连接而成，高架十字迷宫高架高度为50 cm。啮齿类动物由于嗜暗性会倾向于在闭臂中活动，但出于好奇心和探究性又会在开臂中活动，在面对新奇刺激时，动物同时产生探究的冲动与恐惧，这就造成了探究与回避的冲突行为，从而产生焦虑心理。而抗抑郁药物能明显增加进入开臂的次数与时间［7］。高架十字迷宫广泛应用于新药研发、药理学、毒理学、预防医学、神经生物医学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学研究领域，是开展行为学研究尤其是焦虑抑郁研究的经典实验。

5 高架零迷宫

高架零迷宫是在高架十字迷宫的基础上发展而来的装置，它结合了传统和革新的行为学检测方式用于焦虑分析［8］。高架零迷宫是一个高架的环形平台，平台上相对称地设置了两处围栏和两处开放区，其跑道宽度为6 cm、外直径为45 cm、内直径为33 cm、高架高度为50 cm。高架零迷宫的这种设计方式消除了传统高架十字迷宫的平台区，不用计算动物在平台上的时间，相对而言，可以让动物处于不间断的探索中。本仪器用于测量动物的焦虑程度，即动物在闭臂停留时间与开臂停留时间的比值;同时系统还可以测量进入各区域的次数、停留时间以及探头次数等重要的行为数据。高架零迷宫是医学院校研究实验动物抗焦虑、致焦虑药物药理的重要实验手段。

6 水迷路实验箱

水迷路实验分析系统是一种强迫实验动物(大鼠、小鼠)游泳，学习寻找隐藏在水中平台的一种实验。水迷路实验箱是由高级医用有机板制作而成，外形尺寸长为80 cm、宽为60 cm、高为22.5 cm，迷路路径宽度为7.6 cm，终点台阶高度为9 cm。水迷路实验箱实现了水迷路学习记忆自动探测法，可自动测定小鼠在水迷宫中进入盲区的错误次数和达到终点所需时间。经实验证明，小鼠连续训练4 d，80%的动物可学会辨别反映，在短时间内可抵达终点。如药物引起记忆障碍，则到达终点所需时间明显延长，错误次数增多。水迷路实验分析系统主要用于测试实验动物对空间位置感和方向感(空间定位)的学习记忆能力，被广泛应用于学习记忆、老年痴呆、海马研究、智力与衰老、新药研发、药理学、神经生物学等研究领域，在世界上已经得到广泛认可，是研究学习记忆的经典实验。

7 八臂迷宫

八臂迷宫(8-Arm Maze)用来检测药物或大脑受损状态下学习和记忆方面的表现，它由8个完全相同的臂组成，这些臂从一个中央平台放射出来，所以又被称为放射迷宫(Radial Maze)［9］。八臂迷宫实验箱是由高级医用有机板制作而成，外形尺寸:各臂长度为30 cm、宽度为6 cm、高度为15 cm，喂食槽直径为2 cm、深度为1.2 cm。实验时根据分析动物取食的策略即进入每臂的次数、时间、正确次数、错误次数、路线等参数，可以反映出实验动物的空间记忆能力。相对而言，八臂迷宫操作简便、可行，而且运用计算机视觉分析原理，自动侦测完成时间、工作臂记忆错误次数、参考臂记忆错误次数，现已被广泛用于学习记忆认知实验功能评价。

8 Morris水迷宫

Morris水迷宫是英国心理学家Morris于20世纪80年(1981)代初设计，并应用于脑学习记忆机制研究的一种实验手段，在阿尔茨海默病(AD)研究中的应用非常普遍［10］。Morris水迷宫实验装置为一个盛满水的圆形水池，其直径大鼠1.2～2 m、小鼠0.8～1.6 m，水池分成4个象限，在其中一个象限的液面下隐藏着一个直径8～12 cm的平台，平台距离液面1～2 cm，实验时水温一般控制在24℃左右。Morris水迷宫实验主要分为定位航行实验(Place navigation)和空间探索实验(Spatial probe)两个阶段。本仪器主要根据实时跟踪大小鼠运动轨迹，可以统计分析实验动物在4个象限内、中、外环经过的路径和时间，6个时段有效率，朝向角，平均运动速度，经过虚拟平台次数，虚拟平台停留的时间等参数来分析动物的学习记忆能力［11］。自从Morris水迷宫发明以来，被广泛应用于学习记忆、老年痴呆、海马研究、智力与衰老、新药研发、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学等多个学科的科学研究中。

9 巴恩斯迷宫

巴恩斯迷宫(Barnes Maze)是由美国学者Carol A Barnes 1979年发明的用于检测动物空间记忆能力的装置［12］。巴恩斯迷宫是由特制医用有机板制成的一个圆形平台，可旋转，直径为75 cm。平台周边有18个等距离圆洞，分别用于大鼠和小鼠;洞的直径分别为10 cm和5 cm。其中一个洞(称为目标洞)与一个暗箱(即目标箱)相连。为了防止实验动物从迷宫中逃离，平台距离地面至少应该在50 cm以上。Barnes迷宫实验系统利用啮齿类动物避光喜暗且爱探究的特性而建立，动物获得的记忆强化是从一个光亮、敞开的平台上面，逃往位于平台下面的一个黑暗、狭小的箱里，该箱称为目标箱，动物通过训练学习并记忆目标箱的位置。该模型不需要食物剥夺和足底刺击，对动物的应激性刺激较小;实验对动物的体力要求很小，能减少因年龄因素所致的体力下降对实验结果的影响;实验需要的时间较少;能更好的防止其他因素来影响实验。因此，在记忆研究中较为常用，尤其适用于与应激相关的记忆研究，以及基因敲除小鼠的行为表型研究。

10 结论与展望

学习和记忆是大脑的重要功能之一，是人类思维活动的基本环节。目前对学习记忆的研究进展十分迅速，关于学习记忆测定的新方法和新技术更是层出不穷。尤其随着研究的深入、实验者设计的动物模型不断改良，对实验的仪器和装置要求也不断提高。人们将记忆一般分成3个阶段，即获得、巩固和再现。本文简要阐述了部分行为学仪器的构造和使用方法，希望大家根据自己实验的整体情况选择简便有效的方法，为学习记忆的研究开辟新的途径。如何把这些行为学研究方法和最新的研究技术有效的结合起来，为学习记忆的研究提供更广阔的思路，是今后学习记忆的行为学研究的发展方向。

［1］ Panik A，Stefański R，Paejko W，et al.Accumbens GABA-ergic innervation contributes to the stressor-induced locomotor depression in rats［J］.Pol J Pharmacol Pharm，1992，44(1):5-14.

［2］ Stout JC，Weiss JM.An animalmodel formeasuring behavioral responses to anxiogenic and anxiolytic manipulations［J］.Pharmacol Biochem Behav，1994，47(3):459-465.

［3］ Dellu F，Contarino A，Simon H，et al.Genetic differences in response to novelty and spatial memory using a two-trial recognition task in mice［J］.Neurobiol Learn Mem，2000，73(1):31-48.

［4］ Mansour AA，Babstock DM，Penney JH，et al.Novel objects in a holeboard probe the role of the locus coeruleus in curiosity:support for twomodes of attention in the rat［J］.Behav Neurosci，2003，117(3):621-631.

［5］ Damato MR，Lachman R，Kivy P.Secondary reinforcement as affected by reward schedule and the testing situation［J］.JComp Physiol Psychol，1958，51(6):737-741.

［6］ Andrade C，Alwarshetty M，Sudha S，et al.Effect of innate direction bias on T-maze learning in rats:implications for research［J］.JNeurosciMethods，2001，110(1/2):31-35.

［7］ Pellow S，Johnston AL，File SE.Selective agonists and antagonists for 5-hydroxytryptamine receptor subtypes，and interactions with yohimbine and FG 7142 using the elevated plus-maze test in the rat［J］.JPharm Pharmacol，1987，39 (11):917-928.

［8］ Bell R，Duke AA，Gilmore PE，et al.Anxiolytic-like effects observed in rats exposed to the elevated zero-maze following treatmentwith 5-HT2/5-HT3/5-HT4 ligands［J］.Sci Rep，2014，4:3881.

［9］ Meck WH，Church RM，Olton DS.Hippocampus，time，and memory［J］.Behav Neurosci，2013，127(5):655-668.

［10］ Morris R.Spatial localization does not require the presence of local cues［J］.Learn Motiv，1981，12(2):239-260.

［11］ Mari S.Golub.Behavioral characteristics of a nervous system-specific erbB4 knock-out mouse［J］.Behav Brain Res，2004，153(1):159-170.

［12］ Barnes CA.Memory deficits associated with senescence:a neurophysiological and behavioral study in the rat［J］.J Comp Physiol Psychol，1979，93(1):74-104.

R33

A

1673-2995(2015)01-0057-04

2014-08-21)

吉林省科技厅科技发展计划项目(20130412002XH);吉林医药学院教学研究课题.

万 朋(1980－)，男(汉族)，讲师，博士.

吕士杰(1960－)，男(汉族)，教授，本科.