动物行为学研究中八臂迷宫实验的改良方法
2022-05-23 来源:本站 点击次数:1348
实验介绍
八臂迷宫是一种研究动物空间记忆的迷宫模型，主要用于不同药物处理以及疾病模型下动物学习、记忆、觅食策略、空间认知等多方面的研究。它由八边形中央区和与其连接的八条工作臂组成。实验者通过在特定食饵臂末端放入食饵作为对进入该臂的奖赏，而在其余臂内不放食饵或通过刺激手段惩罚实验动物的方式对实验动物进行迷宫觅食训练。动物在饥饿驱使下探索迷宫寻找食饵，通过一定时间的训练后，可对迷宫各臂进行自由探索并成功躲避没有食饵的工作臂完成觅食。通过水，电等刺激 - 应答模块建立完整的条件、非条件环境刺激，配合视频采集系统记录实验动物觅食或逃避策略，提供灵敏且易于操作的技术以分析不同药物处理或疾病模型损伤对记忆相关脑区的影响，用于评估发育神经损伤处理对啮齿类动物空间学习记忆认知的影响。
目前大多文献采用的传统八臂迷宫实验方法在实际操作中的训练周期长达 2~4周。实验动物成功躲避无诱饵臂端快速找到食饵臂端概率较低，且单次探索时间长或是训练次数过多，不能在短时间合理训练频率下有效评估空间学习记忆能力，无法方便服务于实验者快速有效完成实验。为此
本实验应用改良电加热条件刺激八臂迷宫装置探索新型八臂迷宫实验方法。
箱体: 标准大鼠八臂迷宫箱体，尺寸为单臂长 425 mm，宽145 mm，高 225 mm;
奖励食饵: 经辐照灭菌的市售生瓜子仁;
惩罚装置: 4 个电辅热装置，尺寸 100 mm × 100 mm，
参考物: 各臂内贴不同形状参考物(以加强实验过程中动物对周围环境的记忆) 。
实验方法
第1日：让大鼠适应迷宫环境。将禁食 12h的2组大鼠随机各再分为5组，每组2只。将迷宫闸门同时打开并在各臂末端及中央区域各投放5个瓜子仁作为食饵，2只大鼠同时放入迷宫中央区域, 让其自由摄食、探究10min，每日训练 2 次。以大鼠后肢完全进入臂门记为进入该臂1次。
第2日：重复第1日的训练。实验人员于训练开始前轻柔安抚动物5~10 min，使其放松地自由探索迷宫环境。
第3日：迷宫及食饵位置保持不变，每只大鼠单独进入迷宫训练，使其大胆独自探索迷宫环境。每只鼠在单次训练结束后用体积分数 75% 酒精喷洒擦拭箱体以去除气味滞留。
第4日：为对照组大鼠设定特定食饵臂以及空食饵臂，例如1号动物食饵臂1，3，5，6; 空食饵臂为 2 ，4 ，7 ，8 。实验组大鼠设定固定食饵臂及电加热惩罚臂，例如: 1号动物食饵臂为2，4，5，8；电加热惩罚臂为 1，3，6，7。在每个食饵臂投放1颗瓜子仁作为食饵。电加热惩罚装置温度设定为 60 ℃。电加热惩罚臂末只放置电加热装置而不放食饵。实验者将大鼠轻柔地放入至八臂迷宫中央，适应环境 30 s 后同时打开闸门让其自由探究直至吃完食饵或总探索时间达10min结束训练，每日训练2次。
第5至第7日；重复第4日的训练。
第8日：连接VisuTrack视频轨迹跟踪采集系统，设定大鼠编号及采集信息，只在对应编号的食饵臂放置1颗瓜子仁作为食饵，而在其他臂中不做任何处理。每只鼠在实验结束后用体积分数75%乙醇喷洒擦拭箱体以去除气味滞留。实验者轻柔地将大鼠放置于迷宫中央，适应环境30s后同时打开闸门并开始记录其自由探究运动轨迹。软件分析2组大鼠移动距离、移动速度、总体耗时、参考记忆错误以及工作记忆错误等实验指标，以评估两种方法对大鼠空间学习记忆探索能力。工作记忆错误(working memory errors)，即在同一次实验中大鼠再次进入已经吃过食饵的臂; 参考记忆错误(reference memory errors), 即在一次实验中动物进入非食饵臂。
运动轨迹图
通过VisuTrack视频轨迹跟踪系统轨迹可见，对照组大鼠在传统方式训练7d后无法达到八臂迷宫实验追踪测试标准，而实验组大鼠在改良实验方法训练7日后均达到八臂迷宫实验追踪测试标准。
八臂迷宫是一种研究动物空间记忆的迷宫模型，主要用于不同药物处理以及疾病模型下动物学习、记忆、觅食策略、空间认知等多方面的研究。它由八边形中央区和与其连接的八条工作臂组成。实验者通过在特定食饵臂末端放入食饵作为对进入该臂的奖赏，而在其余臂内不放食饵或通过刺激手段惩罚实验动物的方式对实验动物进行迷宫觅食训练。动物在饥饿驱使下探索迷宫寻找食饵，通过一定时间的训练后，可对迷宫各臂进行自由探索并成功躲避没有食饵的工作臂完成觅食。通过水，电等刺激 - 应答模块建立完整的条件、非条件环境刺激，配合视频采集系统记录实验动物觅食或逃避策略，提供灵敏且易于操作的技术以分析不同药物处理或疾病模型损伤对记忆相关脑区的影响，用于评估发育神经损伤处理对啮齿类动物空间学习记忆认知的影响。
本实验应用改良电加热条件刺激八臂迷宫装置探索新型八臂迷宫实验方法。
箱体: 标准大鼠八臂迷宫箱体，尺寸为单臂长 425 mm，宽145 mm，高 225 mm;
奖励食饵: 经辐照灭菌的市售生瓜子仁;
惩罚装置: 4 个电辅热装置，尺寸 100 mm × 100 mm，
参考物: 各臂内贴不同形状参考物(以加强实验过程中动物对周围环境的记忆) 。
实验方法
第1日：让大鼠适应迷宫环境。将禁食 12h的2组大鼠随机各再分为5组，每组2只。将迷宫闸门同时打开并在各臂末端及中央区域各投放5个瓜子仁作为食饵，2只大鼠同时放入迷宫中央区域, 让其自由摄食、探究10min，每日训练 2 次。以大鼠后肢完全进入臂门记为进入该臂1次。
第2日：重复第1日的训练。实验人员于训练开始前轻柔安抚动物5~10 min，使其放松地自由探索迷宫环境。
第3日：迷宫及食饵位置保持不变，每只大鼠单独进入迷宫训练，使其大胆独自探索迷宫环境。每只鼠在单次训练结束后用体积分数 75% 酒精喷洒擦拭箱体以去除气味滞留。
第4日：为对照组大鼠设定特定食饵臂以及空食饵臂，例如1号动物食饵臂1，3，5，6; 空食饵臂为 2 ，4 ，7 ，8 。实验组大鼠设定固定食饵臂及电加热惩罚臂，例如: 1号动物食饵臂为2，4，5，8；电加热惩罚臂为 1，3，6，7。在每个食饵臂投放1颗瓜子仁作为食饵。电加热惩罚装置温度设定为 60 ℃。电加热惩罚臂末只放置电加热装置而不放食饵。实验者将大鼠轻柔地放入至八臂迷宫中央，适应环境 30 s 后同时打开闸门让其自由探究直至吃完食饵或总探索时间达10min结束训练，每日训练2次。
第5至第7日；重复第4日的训练。
第8日：连接VisuTrack视频轨迹跟踪采集系统，设定大鼠编号及采集信息，只在对应编号的食饵臂放置1颗瓜子仁作为食饵，而在其他臂中不做任何处理。每只鼠在实验结束后用体积分数75%乙醇喷洒擦拭箱体以去除气味滞留。实验者轻柔地将大鼠放置于迷宫中央，适应环境30s后同时打开闸门并开始记录其自由探究运动轨迹。软件分析2组大鼠移动距离、移动速度、总体耗时、参考记忆错误以及工作记忆错误等实验指标，以评估两种方法对大鼠空间学习记忆探索能力。工作记忆错误(working memory errors)，即在同一次实验中大鼠再次进入已经吃过食饵的臂; 参考记忆错误(reference memory errors), 即在一次实验中动物进入非食饵臂。
运动轨迹图
通过VisuTrack视频轨迹跟踪系统轨迹可见，对照组大鼠在传统方式训练7d后无法达到八臂迷宫实验追踪测试标准，而实验组大鼠在改良实验方法训练7日后均达到八臂迷宫实验追踪测试标准。
八臂迷宫又称放射性迷宫，该装置已广泛应用于检测药物作用或疾病模型损伤下啮齿类动物大脑空间学习记忆能力。八臂迷宫实验准确敏感地反映脑空间学习记忆功能，使其成为检测啮齿类动物空间记忆的重要实验方法之一。空间记忆又分为参考记忆和工作记忆。工作记忆属于程序性记忆范畴，是在皮层 -纹状体系统调控下完成的对进行中工作任务的重要信息的短期存储；参考记忆则是空间定位物体本身以及物体与食饵的相对关系。海马结构在短期记忆向长期记忆转变和空间学习记忆功能中发挥至关重要作用。
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