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学习记忆

大小鼠行为学实验 | 巴恩斯迷宫实验方法

实验简介

巴恩斯迷宫(Barnes Maze)是一种经典的空间学习与记忆行为学检测方法,由美国神经科学家 Carol A. Barnes 于 1979 年设计建立。其核心优势在于非侵入性、低应激性—— 无需对动物进行食物 / 水剥夺或施加电击等厌恶刺激,仅利用啮齿类动物(大鼠、小鼠为主)“避光、喜暗、偏好狭小安全空间” 的本能,结合空间线索引导,精准评估动物的空间参考记忆能力,广泛应用于神经科学、药理学及心理学研究(如阿尔茨海默病模型、脑损伤后记忆功能评估、药物对记忆的改善作用等)。

 

实验装置

迷宫主体为一个圆形平台,平台边缘均匀分布 20个相同的 “逃生孔”,孔下方连接避光、封闭的 “安全盒”(动物的目标逃避场所)。1 个逃生孔与安全盒相通(“正确孔”),其余孔均为 “盲孔”(无安全盒,动物无法进入),且平台表面通常为浅色(如白色),与深色安全盒形成视觉对比,强化动物的逃避动机。


核心原理

以轻度厌恶刺激为驱动,利用动物的空间认知本能,通过观察其对 “远端视觉线索 - 目标位置” 的关联学习与记忆提取行为,量化评估其空间学习与记忆能力,是研究海马体等脑区功能、认知障碍机制的重要工具。


实验方法

每次试验前,必须彻底清洁设备,以避免残留刺激(如果有)的影响影响受试者的表现。

巴恩斯迷宫的预训练

设备设置完毕,视觉提示被放置在各自的位置。在所有训练和测试试验中,提示保持不变。受试者(通常)被放置在圆形平台中间的圆柱形黑暗启动室中,并在 10 秒后释放。

受试者被轻轻地引导到逃生孔,避免任何力,以防止对动物造成不必要的压力。允许受试者在逃生室中停留 2 分钟。

使用巴恩斯迷宫评估空间记忆

清洁设备以去除先前运行中残留的嗅觉线索,并绕其中心轴旋转平台以控制任何剩余的嗅觉线索。调整逃生室使其处于同一位置。

视频录制开始,10 秒后受试者从平台中心从圆柱形腔室中释放出来。试用期约3分钟,期间受试者自由探索平台。每次受试者将头探入非目标孔的孔时都会记录错误,潜伏时间确定为受试者到达目标孔所需的时间。当受试者进入逃脱室或 3 分钟过去时,审判结束。如果受试者未能找到逃生室,它会被轻轻引导到逃生室并允许在其中停留 1 分钟。受试者被送回其家笼子,直到下一次试验。

每只动物应在四个测试日中的每一天进行四次试验,试验间隔约为十五分钟。

使用巴恩斯迷宫评估参考记忆

在第五个测试天,关闭目标孔,或移除逃生室。如前所述,试验启动并持续 90 秒。记录错误数和延迟时间。90 秒过去后,对象将离开迷宫。

7 天后,即第十二天重复该过程。


检测数据

  1. 探索时间:记录动物在迷宫中的探索时间, 以评估其空间学习和记忆能力。

  2. 错误次数记录动物进入错误小孔的次数, 以评估其空间学习和记忆能力。

  3. 搜索策略观察动物在迷宫中使用的搜索策略(随机、串行、空间),以了解其学习过程。


优势和局限性

优势

1、低应激性。与 Morris 水迷宫(依赖 “强迫游泳” 的强物理应激)、穿梭箱(依赖 “电击” 的疼痛应激)不同,它仅通过明亮光照 + 开阔空间触发啮齿类动物的本能焦虑(偏好黑暗封闭环境),属于 “轻度心理应激”

2、明确依赖 “远端视觉线索”,而非 “局部线索”(如气味、声音、洞口材质差异)


局限

1、在没有厌恶刺激来激励受试者寻找封闭的目标室的情况下,受试者可能只是探索迷宫而不是完成任务

2、高度依赖 “视觉线索稳定性”:环境变动直接导致结果偏差

3、对 “工作记忆”(即每次实验目标位置变化,需记住当前实验的临时位置)的评估能力较弱

4、对 “动物体型与行为习惯” 有特定要求



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