T 迷宫实验(T-Maze Test)是行为神经科学领域常用的空间学习与记忆评估范式,因实验装置呈 “T” 字形而得名。通过训练和测试,可以评估动物的空间辨别能力、工作记忆(短期记忆)及参考记忆(长期记忆),广泛应用于神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)、药物干预、脑区功能(如海马体、前额叶皮层)等研究领域。
T 迷宫的结构简洁但功能明确,主要由三部分组成,各区域功能分工清晰:
起始臂(Start Arm):位于 “T” 的竖端,是动物每次实验的起点。实验开始时,动物从该臂被放入,等待探索信号(如闸门打开)。
目标臂(Goal Arms):位于 “T” 的水平两端,共 2 个,通常为左右对称结构。根据实验设计,其中一个目标臂会设置奖赏(如食物颗粒、水,针对饥饿 / 口渴状态的动物)或无惩罚环境,另一个则可能无奖赏、设置轻微惩罚(如轻微电击)或仅作为 “错误臂”,引导动物通过空间线索区分二者。
中央区(Central Platform):连接起始臂与两个目标臂的过渡区域,动物在此处需做出 “向左” 或 “向右” 的选择,是决策行为的关键观察点。
围绕动物的本能行为驱动与记忆类型的精准区分展开,通过利用啮齿类动物(如大鼠、小鼠)的探索天性和对奖赏 / 惩罚的敏感性,结合空间线索的引导,实现对 “工作记忆”(短期记忆)和 “参考记忆”(长期记忆)的特异性评估
T-Maze 的预训练
啮齿动物往往对吃任何新东西持谨慎态度。因此,在测试之前,在熟悉的环境(笼子)内让受试者熟悉使用的食物奖励非常重要。食物奖励可以是固体(例如加糖早餐麦片)或液体(例如巧克力牛奶)。通常,在测试的情况下使用液体奖励,因为某些治疗可能会使吃固体食物对受试者来说是一种不愉快的体验。在整个训练和测试阶段,受试者通常保持在自由进食体重的 85% 至 95% 左右。
对于食物匮乏的任务,通过在测试前一天晚上剥夺受试者的食物来鼓励食物清除行为。受试者可能会成对(通常是笼友)熟悉迷宫,以减少探索初始阶段在新空间中的焦虑。适应通常是单独进行的,尽管这可能需要比配对熟悉更多的时间。迷宫中散落着食物奖励,受试者被放置在起始臂中,允许自由探索迷宫。食物奖励在消费时被替换。熟悉过程重复四次,每次曝光之间至少间隔十分钟。适应期通常持续 1 至 2 天。接下来,其中一只手臂被挡住,空位球门手臂被食物奖励作为诱饵。在这个强制试验中,受试者被放置在起始臂中并被迫访问张开臂。通过随机改变闭合臂来重复该试验,每组进行相同数量的试验,直到受试者熟悉任务。
在 T 迷宫中使用奖励交替评估空间记忆
选择试验首先诱饵双臂,并允许受试者仅访问一只手臂并消耗食物奖励。此过程是通过预先选择正确的选择并用门将其挡住来完成的。现在,未访问的手臂成为下一次试验的正确选择。对于立即试验,双臂张开,只有正确选择的手臂被诱饵。预计受试者将访问正确的选择臂。如果它做出了正确的选择,则允许它消耗食物奖励,如果它选择了错误的手臂,则允许它看到食物井是空的,然后将其从迷宫中移出。
每次试验持续约 2 分钟。每天对每只动物重复该过程,每天十次试验,最多十二个测试日。“正确选择”臂在整个测试过程中随机变化。
在 T 迷宫中使用自发交替进行空间学习的评估
自发交替任务基于迷宫的新颖性。因此,任务是在没有事先熟悉迷宫的情况下执行的。在试验期间,受试者可以自由选择其中任何一个诱饵手臂,这与奖励交替任务中其中一个手臂被阻挡不同。一旦受试者做出选择,通过关闭相应的门 30 秒,将其限制在该球门臂上。对象在吃完食物奖励并且迷宫中的门打开后,被从球门臂上移开。然后,受试者再次被放置在起始臂中,并期望与之前的选择交替选择。如果受试者访问了未访问的手臂,则允许它消耗食物奖励,或者,如果它访问了已经访问的手臂,则允许在食物井从迷宫中移出之前看到食物井是空的。
每次试验持续不超过 2 分钟,并且每天对每只动物重复该过程,每天进行 10 次试验,最多 12 个测试日。
·潜伏期:从起始区到目标臂的时间,反映学习速度。
·正确率与错误次数:评估记忆准确性,错误选择提示认知缺陷。
·交替率:自主交替进入不同支路的比例,衡量工作记忆能力。
·选择偏好:分析动物在选择左右臂时是否存在偏好,以排除非认知因素对实验结果的影响。
·学习曲线:绘制动物在训练过程中正确率随时间变化的曲线,评估其学习速度和学习效果。
优势
1、易于构建和使用的简单设备
2、使用封闭的 T 型迷宫,对实验动物的压力很小
3、经装置调整,可以适应与压力和焦虑相关的任务
局限
1、单点双选迷宫,选择成功率高
2、需始终保持实验动物的探索动力
3、需在训练和测试期间保持食物奖励的最小变异性
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