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動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)之Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)(MWM)的原理、詳細(xì)步驟及注意事項(xiàng)
Morris水迷宮（Morris water maze, MWM）實(shí)驗(yàn)是一種強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（大鼠、小鼠）游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中平臺(tái)的一種實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)由美國(guó)科學(xué)家Richard GMMorris于1981年建立。最初用于研究腦內(nèi)結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)作用，后來(lái)逐步發(fā)展成為目前最為常用的評(píng)價(jià)動(dòng)物學(xué)習(xí)與記憶的模型。Morris水迷宮被廣泛被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、藥效評(píng)價(jià)、藥理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科。
實(shí)驗(yàn)原理
水是嚙齒類動(dòng)物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（大鼠、小鼠）在水池中就會(huì)急于尋找逃路。它們的習(xí)性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的水下平臺(tái)可提供鼠棲身的場(chǎng)所。但在巨大的水面上，強(qiáng)迫游泳的動(dòng)物不能看見平臺(tái)。它們?nèi)粢焖僬业狡脚_(tái)而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進(jìn)行定位。從而檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物記住環(huán)境中的線索及其與平臺(tái)位置關(guān)系而對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定位的能力（學(xué)習(xí)、記憶以及空間認(rèn)知等能力）。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備
賽昂斯Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括一個(gè)灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺(tái)跟蹤攝像機(jī)以及攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)。池內(nèi)盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺(tái)置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水?dāng)嚋喴悦庾寗?dòng)物看清水下平臺(tái)。攝像機(jī)位于水池中央上方200cm，可記錄動(dòng)物的位置、游泳距離和時(shí)間（從而可計(jì)算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實(shí)驗(yàn)方法
分為獲得性訓(xùn)練、探查和對(duì)位訓(xùn)練3個(gè)過程。
1、 獲得性訓(xùn)練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個(gè)象限，站臺(tái)置于其中一個(gè)象限區(qū)的中央。
1）將動(dòng)物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機(jī)取東、西、南、北四個(gè)起始位置之一。記錄動(dòng)物找到水下平臺(tái)的時(shí)間（s）。在前幾次訓(xùn)練中，如果這個(gè)時(shí)間超過60s，則引導(dǎo)動(dòng)物到平臺(tái)。讓動(dòng)物在平臺(tái)上停留10s。
2）將動(dòng)物移開、擦干。必要時(shí)將動(dòng)物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內(nèi)。每只動(dòng)物每天訓(xùn)練4次，兩次訓(xùn)練之間間隔15~20min,連續(xù)訓(xùn)練5d。
2、 探查訓(xùn)練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，將平臺(tái)撤除，開始60s的探查訓(xùn)練。將動(dòng)物由原先平臺(tái)象限的對(duì)側(cè)放入水中。記錄動(dòng)物在目標(biāo)象限（原先放置站臺(tái)的象限）所花的時(shí)間和進(jìn)入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測(cè)指標(biāo)。
3、 對(duì)位訓(xùn)練（reveral phase）
測(cè)定動(dòng)物的工作記憶（workingmemory）。探查訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，開始維持4天的對(duì)位訓(xùn)練。將平臺(tái)放在原先平臺(tái)所在象限的對(duì)側(cè)象限，方法與獲得性訓(xùn)練相同。每天訓(xùn)練4次。每次記錄找到平臺(tái)的時(shí)間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對(duì)位探查訓(xùn)練（probe trial 2）
最后一次對(duì)位訓(xùn)練的第二天進(jìn)行。方法與上述探查訓(xùn)練類似。記錄動(dòng)物60s內(nèi)動(dòng)物在目標(biāo)象限（平臺(tái)第二次所在區(qū)）所花時(shí)間和進(jìn)入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項(xiàng)
1．對(duì)比食物驅(qū)動(dòng)的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)物具有更大的、逃離水環(huán)境的動(dòng)機(jī)。而且不必禁食，特別適合老年動(dòng)物的測(cè)試。加上它對(duì)衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動(dòng)物記憶的研究。
2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外，平臺(tái)直徑也較少（7.5cm）。實(shí)驗(yàn)方法與大鼠類似，但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓(xùn)練，第五、六天為對(duì)位訓(xùn)練，每天訓(xùn)練六次，第七天為第二次探查訓(xùn)練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗(yàn)過程中試驗(yàn)著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時(shí)間測(cè)試。操作輕柔，避免不必要的應(yīng)激刺激。
5．當(dāng)與其他同類實(shí)驗(yàn)相比較時(shí)，要注意到動(dòng)物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。此外，當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時(shí)，要考慮到動(dòng)物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對(duì)游泳速度可能造成影響。
6．用老年動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)動(dòng)物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺(tái)露出水面以使動(dòng)物能夠看見平臺(tái)。動(dòng)物放入泳池后如毫無(wú)困難地直接游向平臺(tái)，說(shuō)明動(dòng)物的游泳能力和視力均正常，可以開始實(shí)驗(yàn)。
7．游泳對(duì)動(dòng)物是一個(gè)較大的應(yīng)激刺激，可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。對(duì)老年動(dòng)物，嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)心血管疾病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此，必要時(shí)可將動(dòng)物多次放入泳池或適當(dāng)延長(zhǎng)其游泳時(shí)間以增加動(dòng)物對(duì)游泳的適應(yīng)能力。
8．當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時(shí)，要定期換水以免水腐敗變質(zhì)。
檢測(cè)指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)程序包括：
1. 定位航行實(shí)驗(yàn)（place navigation），用于測(cè)量小鼠對(duì)水迷宮學(xué)習(xí)和記憶的獲取能力。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)4天，上、下午各訓(xùn)練1次，共計(jì)8次。實(shí)驗(yàn)觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺(tái)的路線圖及所需時(shí)間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實(shí)驗(yàn)（spatial probe test），用于測(cè)量學(xué)會(huì)尋找平臺(tái)后，對(duì)平臺(tái)空間位置記憶的保持能力。定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，撤去平臺(tái)，從同一個(gè)入水點(diǎn)放入水中，測(cè)其第一次到達(dá)原平臺(tái)位置的時(shí)間、穿越原平臺(tái)的次數(shù)。
結(jié)語(yǔ)
目前對(duì)于學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展十分迅速，各種學(xué)習(xí)記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設(shè)計(jì)的動(dòng)物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)如神經(jīng)電生理技術(shù)的LTP、ERP和腦成像技術(shù)的fMRI都被應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中，給學(xué)習(xí)記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學(xué)研究方法和最新的研究技術(shù)相結(jié)合，為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。
實(shí)驗(yàn)原理
水是嚙齒類動(dòng)物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（大鼠、小鼠）在水池中就會(huì)急于尋找逃路。它們的習(xí)性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的水下平臺(tái)可提供鼠棲身的場(chǎng)所。但在巨大的水面上，強(qiáng)迫游泳的動(dòng)物不能看見平臺(tái)。它們?nèi)粢焖僬业狡脚_(tái)而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進(jìn)行定位。從而檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物記住環(huán)境中的線索及其與平臺(tái)位置關(guān)系而對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定位的能力（學(xué)習(xí)、記憶以及空間認(rèn)知等能力）。
學(xué)習(xí)和記憶理論模型
實(shí)驗(yàn)設(shè)備
賽昂斯Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括一個(gè)灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺(tái)跟蹤攝像機(jī)以及攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)。池內(nèi)盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺(tái)置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水?dāng)嚋喴悦庾寗?dòng)物看清水下平臺(tái)。攝像機(jī)位于水池中央上方200cm，可記錄動(dòng)物的位置、游泳距離和時(shí)間（從而可計(jì)算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實(shí)驗(yàn)方法
分為獲得性訓(xùn)練、探查和對(duì)位訓(xùn)練3個(gè)過程。
1、 獲得性訓(xùn)練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個(gè)象限，站臺(tái)置于其中一個(gè)象限區(qū)的中央。
1）將動(dòng)物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機(jī)取東、西、南、北四個(gè)起始位置之一。記錄動(dòng)物找到水下平臺(tái)的時(shí)間（s）。在前幾次訓(xùn)練中，如果這個(gè)時(shí)間超過60s，則引導(dǎo)動(dòng)物到平臺(tái)。讓動(dòng)物在平臺(tái)上停留10s。
2）將動(dòng)物移開、擦干。必要時(shí)將動(dòng)物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內(nèi)。每只動(dòng)物每天訓(xùn)練4次，兩次訓(xùn)練之間間隔15~20min,連續(xù)訓(xùn)練5d。
2、 探查訓(xùn)練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，將平臺(tái)撤除，開始60s的探查訓(xùn)練。將動(dòng)物由原先平臺(tái)象限的對(duì)側(cè)放入水中。記錄動(dòng)物在目標(biāo)象限（原先放置站臺(tái)的象限）所花的時(shí)間和進(jìn)入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測(cè)指標(biāo)。
3、 對(duì)位訓(xùn)練（reveral phase）
測(cè)定動(dòng)物的工作記憶（workingmemory）。探查訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，開始維持4天的對(duì)位訓(xùn)練。將平臺(tái)放在原先平臺(tái)所在象限的對(duì)側(cè)象限，方法與獲得性訓(xùn)練相同。每天訓(xùn)練4次。每次記錄找到平臺(tái)的時(shí)間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對(duì)位探查訓(xùn)練（probe trial 2）
最后一次對(duì)位訓(xùn)練的第二天進(jìn)行。方法與上述探查訓(xùn)練類似。記錄動(dòng)物60s內(nèi)動(dòng)物在目標(biāo)象限（平臺(tái)第二次所在區(qū)）所花時(shí)間和進(jìn)入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項(xiàng)
1．對(duì)比食物驅(qū)動(dòng)的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)物具有更大的、逃離水環(huán)境的動(dòng)機(jī)。而且不必禁食，特別適合老年動(dòng)物的測(cè)試。加上它對(duì)衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動(dòng)物記憶的研究。
2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外，平臺(tái)直徑也較少（7.5cm）。實(shí)驗(yàn)方法與大鼠類似，但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓(xùn)練，第五、六天為對(duì)位訓(xùn)練，每天訓(xùn)練六次，第七天為第二次探查訓(xùn)練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗(yàn)過程中試驗(yàn)著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時(shí)間測(cè)試。操作輕柔，避免不必要的應(yīng)激刺激。
5．當(dāng)與其他同類實(shí)驗(yàn)相比較時(shí)，要注意到動(dòng)物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。此外，當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時(shí)，要考慮到動(dòng)物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對(duì)游泳速度可能造成影響。
6．用老年動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)動(dòng)物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺(tái)露出水面以使動(dòng)物能夠看見平臺(tái)。動(dòng)物放入泳池后如毫無(wú)困難地直接游向平臺(tái)，說(shuō)明動(dòng)物的游泳能力和視力均正常，可以開始實(shí)驗(yàn)。
7．游泳對(duì)動(dòng)物是一個(gè)較大的應(yīng)激刺激，可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。對(duì)老年動(dòng)物，嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)心血管疾病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此，必要時(shí)可將動(dòng)物多次放入泳池或適當(dāng)延長(zhǎng)其游泳時(shí)間以增加動(dòng)物對(duì)游泳的適應(yīng)能力。
8．當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時(shí)，要定期換水以免水腐敗變質(zhì)。
檢測(cè)指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)程序包括：
1. 定位航行實(shí)驗(yàn)（place navigation），用于測(cè)量小鼠對(duì)水迷宮學(xué)習(xí)和記憶的獲取能力。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)4天，上、下午各訓(xùn)練1次，共計(jì)8次。實(shí)驗(yàn)觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺(tái)的路線圖及所需時(shí)間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實(shí)驗(yàn)（spatial probe test），用于測(cè)量學(xué)會(huì)尋找平臺(tái)后，對(duì)平臺(tái)空間位置記憶的保持能力。定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，撤去平臺(tái)，從同一個(gè)入水點(diǎn)放入水中，測(cè)其第一次到達(dá)原平臺(tái)位置的時(shí)間、穿越原平臺(tái)的次數(shù)。
結(jié)語(yǔ)
目前對(duì)于學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展十分迅速，各種學(xué)習(xí)記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設(shè)計(jì)的動(dòng)物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)如神經(jīng)電生理技術(shù)的LTP、ERP和腦成像技術(shù)的fMRI都被應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中，給學(xué)習(xí)記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學(xué)研究方法和最新的研究技術(shù)相結(jié)合，為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。
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