视觉四臂迷宫（ViS4M，亦称视觉X迷宫）是行为神经科学研究中一种精密的整合性实验装置。它通过精确控制的光学刺激，可在一个实验中同时评估动物的视觉功能（如色觉、对比敏感度）和认知功能（如空间工作记忆），尤其适合研究神经系统疾病早期的非认知症状（如视觉缺陷）。

实验核心原理

自发交替行为：啮齿类动物在探索新环境时，天生倾向于访问与最新到访过的地点不同的地方，这需要正常的工作记忆功能。

视觉线索导航：动物利用视觉线索（如颜色、亮度、对比度）进行空间定向和记忆。当视觉系统受损时，动物依赖视觉线索进行交替探索的能力会下降。

实验通过操纵LED光源或灰度物体，创建出在颜色、亮度或对比度上存在差异的四个“视觉空间”。动物必须在辨别这些视觉线索的基础上，记住自己刚探索过的臂（工作记忆），并选择探索另一个不同的臂（自发交替）。因此，交替行为表现的下降，可以特异性地归因于视觉辨别能力受损、工作记忆受损，或两者的共同作用。

常见应用场景

• 阿尔茨海默病（AD）的早期生物标志物研究。在AD转基因小鼠出现显著的海马依赖的空间记忆缺陷之前，就可以在ViS4M中检测到其色觉（特别是蓝-黄轴）和对比敏感度的特异性缺陷；

• 衰老相关研究：用于剖析正常衰老过程中，视觉功能衰退与认知功能衰退各自的作用与相互关系；

• 其他神经退行性疾病；

• 治疗干预效果评估：可作为一种灵敏的行为学终点指标，用于评估药物或疗法对视觉及认知功能的改善效果。

实验前准备

■ 实验动物：

● 根据研究目的选择合适品系的啮齿动物。注意不同品系、年龄、性别可能存在基线差异。需选择身体健康状况良好的动物。较常使用的实验鼠如Cg-Tg(APPSWE/PSEN1∆E9)85Dbo/Mmjax hemizygous（AD）小鼠

● 标准饲养笼，自由进食饮水。

● 提前30分钟将实验动物从饲养房间带到测试室，安静适应黑暗房间。

■ 实验环境：

饲养期间为稳定的12：12反向明/暗循环（早上8:00点亮灯、晚上8:00关灯），每次测试的时间需固定，如光周期最后三分之一（下午四点至八点）。实验时关闭装置周边照明设备，保持迷宫周边的黑暗环境，唯一的光源仅来自迷宫的照明臂。

室温恒温22±1摄氏度，湿度（50±20）%。

保持室内安静，控制无关噪声。

用酒精擦拭整个实验装置，去除脏污及气味。

■ 实验装置：

○ 主要实验场地为视觉四臂迷宫（ViS4M）

       （视觉十字迷宫  品牌：拉夫海思，型号：LH4106）

视觉四臂迷宫整体外形为X/+形，由四条臂以及一个中央平台组成，每条臂与相邻的两条臂垂直。每条臂长45cm，宽10cm，墙高15cm。

每条臂配置透明底板，可通过臂墙上安装的轨道支架安装在臂内

迷宫顶部有透明塑料盖，既防止动物逃逸，又不遮挡外部相机采集画面。盖上带孔，不会造成动物窒息。

迷宫每条臂提供LED光源用于色彩模式任务，可散发红光、绿光、蓝光和白光，且亮度可调。

提供四个形状完全一致的类三角形物体用于对比模式测试，四者色调不同，分别为黑色（B）、灰色（G）、透明（C）和白色（W）。

○  实验画面采集：

在电脑端安装行为分析软件（如拉夫海思的TOP-ATP、TOP-BEHAV3D），将摄像机架于装置正上方，调整角度和画面参数，保证画面清晰无变形，设置需分析的实验区域、分析区域与探索区域。

PROTOCOL

适应阶段（可选）

• 将所有臂的LED光源设置为相同的、柔和的白色或中性光。

• 将小鼠轻柔地放置于迷宫的中心区，让其自由探索整个迷宫5-10分钟。

• 此阶段不收集数据，目的是让动物熟悉迷宫环境，减少新奇感带来的焦虑。

测试阶段

一、确定实验模式

1、色彩模式任务

四条臂分别调成红、绿、蓝、白光

在五天内分别测试五组强度（低L、中M、高H、红高RH和均等的E）。

                （五种光强条件下的各臂照度值）

2、对比度模式任务

开启暗红光照明（照度为0.1cd/m²）

将四个类三角形物体分别放置在每条臂内，距离臂入口22.5cm，斜边朝向臂末端。

二、打开迷宫顶部透明盖，将老鼠逐一放置在迷宫中央，每只老鼠每次朝向均一致，然后盖上透明盖。

三、视频分析系统自动开启录制，并追踪实验动物主体。

四、允许动物自由探索迷宫5分钟。

五、测试时间到后将动物送回饲养笼。

参数分析

1、移动距离：测试时间内动物活动的总距离

单臂停留时间：身体完全进入（不含尾巴）某条臂并在内活动的总时间

2、入臂次数：老鼠整个身体（不含尾巴）进入迷宫臂的总次数（一般首次入臂不算入内，因为小鼠会自然进入朝向的那条臂）

3、单臂百分比：单臂进入次数占总入臂次数的百分比

4、交替百分比：不同臂的顺序访问次数相对于四个臂的序列总数（臂条目总数减去2）而不返回先前访问的臂。

交替可分为4臂、3臂、2/3臂和2臂交替

四臂交替有三种路径，如以R为起点（包含顺向和逆向），则三种路径分别为RBGW、RGBW、RBWG。

三臂交替对应于连续探索三条不同的臂，随后在序列的第一臂重新进入，如ABCA.

2/3臂交替对应于3个不同臂的访问，但不是连续的，如ABAC

双臂交替是指在四臂序列中仅探索两只手臂，如ABAB

5、臂间转移（不必连续）：分为单向及双向。单向转移定义为从一只手臂到下一只手臂的连续运动；双向转移是指两个臂之间在两个方向上的过渡。

注意事项

总结