睡眠剥夺对小鼠学习记忆能力及焦虑行为的影响初探

唐子涵

摘要：睡眠对动物的生理活动具有不可忽视的重要作用，睡眠剥夺（sleep deprivation SD）被认为是对动物脑认知能力有明显的损害，但是其具体效果却各有不同的说法。中华行为医学与脑科学杂志上的《睡眠剥夺对小鼠学习记忆和海马pCREB水平的影响》[1]一文中所用的睡眠剥夺方法是“轻触法”，而本实验所用的睡眠剥夺方法是“转轮法”，并且该文中睡眠剥夺历时三十天，本研究由于学业的紧张，时间不是很充裕，所以只是睡眠剥夺了一天；此外，由于实验设备有限，本研究中所用的迷宫为自制迷宫，多数文献中所用到的检测学习记忆能力的装置都是水迷宫，本研究运用另一种不同的迷宫想要找出其中是否会有差异。另外，有实验表明，慢性不完全剥夺睡眠导致小鼠的空间学习记忆能力明显下降，出现该结果的原因是动物睡眠剥夺后出现代谢紊乱，这时的脑组织出现慢性缺氧状态，智能活动所需要的血液供应和能量供应相应减少而致使记忆获得功能受损[2]。本实验通过运用转轮装置完全剥夺睡眠一天观察睡眠剥夺对小鼠学习记忆能力以及焦虑行为的影响，探讨睡眠剥夺对小鼠正常生理活动的影响。经实验以及对文献的阅读，在本研究中，关注指标分别为小鼠的学习记忆能力和焦虑行为的改变。

本文旨在研究以小鼠受到睡眠剥夺后的身体状况并由此进行推测。

关键词：睡眠剥夺；学习；记忆；焦虑行为

引言

夜间睡眠对于维持人体的正常生理活动有着极大的作用，作为影响人类日常工作学习的重要因素，“熬夜会对人体产生负面影响”的说法也在社会上广为流传。尽管负面影响的说法的确与事实相符，而其具体效果却众说纷纭。身为中学生，身边也有许多同学总是熬夜，第二天在学校的时候就会表现出不同的反应，有些同学认为熬夜对自己的学习生活影响不大，而另外一些同学认为熬夜会很大程度地影响自己第二天的在校的学习生活，在这些人当中有些人认为熬夜直接对自己的学习记忆能力有所影响，还有一些同学认为熬夜对学习生活的不良影响其实是来源于它对人心情的不好的影响，有可能会使我们的情绪低落、心情烦闷，容易急躁。但许多研究多注重于长时间的剥夺睡眠，短时间不持续的睡眠剥夺研究得很少，为此，本文通过设计一种短时间完全剥夺睡眠的实验探讨睡眠不足对小鼠学习记忆能力和焦虑行为的影响。

由于学业压力和实验器材、设备的限制，本研究无法选取足够的小鼠样本来进行数据基础充足的研究，也无法做多组实验排除个体因素的干扰，故而实验数据不够多，无法进行系统的统计學处理，只能做一些简要的分析。谨望得到各位读者的谅解。

一、材料与方法

（一）材料

选取八只小毛足鼠，体质量初始值为（20±5）g，三只为雄性，五只为雌性，在书房挑选小鼠时没有发现其中一只雌性小毛足鼠发炎了，所以这只小鼠的实验数据可参考性有待考察。将这八只小毛足鼠随机分为两组，四只为一组，两组分别为普通对照组（CC组）和睡眠剥夺组（SD组）。在实验后期，并未测量发炎了的小毛足鼠的学习记忆能力以及焦虑行为，所以舍弃该小毛足鼠不进行测定，并在另一组中随机放弃一只小毛足鼠的测定以保持两组小鼠数量相等。实验中所用的小毛足鼠由中国科学院动物研究所动物中心提供。

（二）方法

1.动物模型制备：通过转轮（如图）改变实验组的睡眠时间（昼夜节律）一天。当天剥夺睡眠由20：00到次日8：00共十二个小时，模拟中学生某天突然熬夜的情况。转轮持续转动，使得实验组小鼠无法保持稳定的姿势进入睡眠，如若进入睡眠，将会被转轮带起，然后落下摔倒底部，以此来使小毛足鼠保持清醒。对照组小鼠仍饲养在其原来的鼠笼中，始终可以自由睡眠，设为对照组。一天的睡眠剥夺后，对动物再次称重，并且进行学习能力和焦虑行为的测试，记录实验数据并分析实验结果。

2.学习记忆能力的测试；采用自制迷宫（如图）测试。

（1）测试装置：迷宫使用自制迷宫（内部场地大小为20cm×40cm，高28cm），在食物正前方与小鼠之间放置一块透明的薄玻璃板。

（2）测试步骤：在玻璃板一侧放置一定量的食物来吸引小鼠，在箱子的另一侧放小鼠，记录小鼠在三分钟内碰撞玻璃的次数。每次实验后清理箱子，防止小鼠气味对下组实验的干扰。并对两组小鼠的数据进行比较。

3.焦虑行为的测定：采用高架十字迷宫（如图）测试焦虑行为。

（1）测试装置：高架十字迷宫外型呈交叉十字，高于地 面72 cm，由2条对称的开放臂（长×宽为50cm×10cm，OA），2条对称的封闭臂（长×宽×高为50cm×10cm×40cm，CA）和1个联接四条臂的中心区域（central platform，10cm×10cm）组成，开放臂和中间区完全开放，而封闭臂仅有顶部和近中间区开放；正上方摄像机可见全部区域，开放臂边缘挡板高5mm（目的是为了防止动物在探究过程中不慎滑落）。实验前小鼠适应测试室的弱光安静环境1 h。

（2）实验步骤：将1只小鼠放入中间区（小鼠背向实验者而头朝向任一开放臂）开始实验录像记录，实验者迅速安静离开区域1m外，允许小鼠在其中自由探索，共历时5min；每次实验前后清洁迷宫（祛除小鼠遗留的气味避免干扰实验结 果），方可进行测试实验。观察并记录

①开放臂停留时间（OT）；

②进入封闭臂次数（CE），进入任一条封闭臂的次数，以鼠的4个爪子全部进入封闭臂内为准；

③封闭臂停留 时间（CT）

④经过中心区域的次数。记录实验数据并对两组小鼠的实验数据进行比较。[3]

二、结果与讨论

（一）睡眠剥夺对小毛足鼠学习记忆能力的影响

自制迷宫实验表明在经过一天的睡眠剥夺后，实验组小鼠撞击食物前的玻璃板次数比对照组小鼠的装机次数明显多，且差异显著，而且根据实验观察到实验组小鼠在装置内的活动更频繁，且会啃食箱子。具体实验数据见表1。

（二）睡眠剥夺对小毛足鼠焦虑行为的影响

高架十字迷宫实验表明在经过一天的睡眠剥夺后，实验组小鼠在开放臂的停留时间明显少于对照组小鼠在开放臂区域所停留的时间，相反的，实验组小鼠在封闭臂区域的停留时间明显长于对照组小鼠在封闭臂所停留的时间；实验组小鼠经过中心区域的次数比对照组小鼠经过中心区域的次数略多，但差距不明显，而且各组中小鼠的数据差异较大，参考价值有待商榷；实验组小毛足鼠在封闭臂的直立次数明显多于对照组小鼠在封闭臂的直立次数。由以上实验结果表明，在经过转轮睡眠剥夺后的小毛足鼠出现明显焦虑，且有显著差异。具体实验数据见表2。

睡眠剥夺即限制受试者的睡眠时间至正常需要量以下。睡眠是生命必需的过程，是一种生物节律。睡眠剥夺可引起动物或人产生疲劳、激惹等不良的情緒状态、思维紊乱、学习记忆受损，甚至抵抗力低下、累及儿童的生长发育。进一步的分子生物学研究结果显示，睡眠剥夺可扰乱脑内神经递质的正常分布，诱导某些异常基因的特异性表达，使脑内的神经网络结构偏离平衡状态。当前日益加快的生活节奏带来了一些不健康的生活方式，越来越多的人们处于一种潜在的睡眠剥夺状态，作为新兴的“睡眠医学”的一部分，睡眠剥夺已引起了全世界的极大关注。[4]

本实验表明，突然给予小鼠十二小时的睡眠剥夺，只持续一天，可导致小鼠的学习记忆能力显著下降，且睡眠剥夺后的小鼠焦虑行为明显，此实验结果显示睡眠剥夺可对小鼠的焦虑行为有着较大影响。本实验只是初探突然性的、短暂性的睡眠剥夺对小毛足鼠的学习记忆能力以及焦虑行为的影响，并未进行深层次的，有关其影响的具体作用的研究。经过分析，我们可以推测出睡眠剥夺对人体同样具有巨大的损害。由此看来，睡眠对于我们是十分重要的，尤其是对于每天学习量大的少年儿童以及忙于工作的中青年人，切不能因过量工作或贪图与手机玩耍而熬夜晚睡，改变作息时间。由此，我们类比中学生由于某种原因突然熬夜的情况，可得出若中学生在某一天突然熬夜，第二天会出现明显的学习记忆能力下降，并且会伴随着一定的焦虑，会导致第二天上学时听课效率的下降，而且由于明显的焦虑，可能会带来一些生活上、与人交往上的问题，可见保持规律的作息时间对中学生的学习生活是有很大的益处的。充足的睡眠会使人的大脑更加清醒，做事更有效率，也有利于成长期儿童的生长发育。对于长时间熬夜者，最好的建议也许并不是“今日事今日毕”，而是量力而为。

参考文献：

[1] 许志强 高长越 方传勤 周华东 蒋晓江.睡眠剥夺对小鼠学习记忆和海马pCREB水平的影响.《中华行为医学与脑科学杂志》2010年5月第19卷第5期

[2]郭红梅 陈秋霞 蔡立峰 彭燕华.睡眠剥夺对小鼠学习记忆和免疫功能的影响.《广东教育学院报》2005年10月第25卷第5期

[3] 潘集阳 田径 马文彬 黄俏庭 张继辉 Hiroshi Kurihara.REM睡眠剥夺对大鼠焦虑行为的影响及瘦素的作用.《实用医学杂志》 ， 2010 ， 26 （13） ：2292-2295

[4] 徐健 颜崇淮 沈晓明.睡眠剥夺损害学习记忆能力的研究.《中华预防医学杂志》2004 年 3 月 第 38 卷第 2 期