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学习记忆及认知功能

大小鼠行为学实验 | T迷宫实验方法

实验简介

T迷宫为水平放置的T字形装置,可以是高架式或者封闭式。动物从T字的基部出发,可选择T字另一端两个目标臂中的任意一支,当连续快速开展两次试验时,啮齿动物第二次试验倾向选择上次没有去过的臂,该行为反映动物探索环境、寻找食物、水源、配偶、庇护所等资源的动机,取决于第一次选择的记忆,不需要剥夺资源即可出现,称为自发交替行为。如果对动物进行食物限食,交替后给予偏好食物作为奖赏,可以强化该倾向。

自发交替与奖赏性交替对海马功能损伤高度敏感,同时也涉及其他脑结构。选择自发交替还是奖赏交替取决于实验需求:样本量大、时间紧张优先选奖赏交替,动物未饱食状态下每日可完成 ≥ 20试次,自发交替速度慢,动物经过2-3次试验后跑动积极性下降,适合分多天完成。

不论是自发交替还是奖赏交替,单次试验应在2  min以内完成,包含两个阶段:样本阶段(信息采集阶段),动物进入迷宫其中一个目标臂,形成该事件的记忆痕迹。选择阶段,动物可以选择刚刚去过的臂或者没有去过的臂。


实验装置

T迷宫可以是高架迷宫和封闭式迷宫,啮齿动物能很快适应封闭式迷宫,高架迷宫需要更长适应期消除焦虑。啮齿类动物厌恶狭小空间,但通道过宽接近旷场环境,啮齿动物又会回避开阔区域,因此通道过窄或过宽均会诱发焦虑;且啮齿动物趋壁行为明显,通道过宽会使动物在选择点偏离中线,干扰选择行为;建议迷宫通道宽度约为动物躯体宽度2倍。

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核心原理

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


实验方法

(一)实验前准备

1. 抓取适应:将手伸入饲养笼,缓慢让动物熟悉人手触碰,间隔开展多次,每次约5  min,期间双手合围轻柔限制动物,反复抓取放下,但不要长时间束缚。

2. 限食:每日称重,逐步限食,每日约5 g食物 / 100 g体重,直至动物体重在正常进食体重的85%-90%,训练测试期间固定时段称重检测动物体重;若实验周期>1周,且动物尚未成年,要保证体重随生长曲线正常上升,不可固定维持初始自由采食体重的百分比。

3. 环境适应:动物需要合适唤醒度,实验前将动物转移至测试房间后静置5-10  min。若立刻测试动物过度兴奋,无法集中;静置超过1 h,动物困倦,行为出错。

(二)正式实验

1. 奖赏交替范式

a. 奖赏交替测试前迷宫适应:封闭式迷宫全部闸门升起,奖赏槽加满;将一笼经过限食的动物全部放入迷宫约3 min。奖赏耗尽及时补充,重复4次,间隔≥10 min。

b. 个体训练:单只动物自起始臂出发,其中一侧目标臂被闸门阻挡,动物只能去往另一侧目标臂取食;该阶段注意左右次数均衡。

c. 样本阶段:样本臂与选择臂均放置奖赏,选择臂用闸门阻断。将动物置于起始区,允许动物跑入样本臂,吃掉全部奖赏。人站在起始区后方正中,避免身体偏向干扰动物臂选择。

d. 选择阶段:动物吃完奖赏后,放回起始臂,移开闸门。动物背对目标臂放置,允许自由选择。选择正确,吃掉奖赏;选择错误,等待等同于取食奖赏的时间再移出。

注:单次试验总时长不得超过2  min。动物取食奖赏拖沓,表明适应、训练或者动机不足,很难区分结果来自认知缺陷还是动机问题。

2. 自发交替范式

a. 迷宫安装中央隔板,全部升降闸门抬起;动物放置于起始区,自由选择进入其中一个目标臂,进入后迅速落下闸门将动物限制在选中臂内。

b. 30  s之后,移除中央隔板;轻柔转移动物;

c. 升起样本臂闸门,动物背对目标臂放回起始区,自由在两个开放目标臂之间选择。

注:同奖赏交替,单次试验总时长≤2  min。

检测数据

·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。


优势和局限性

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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