引言
Morris水迷宫实验最早由美国学者 Richard G. M. Morris 于1981年提出,最初用于探索大脑结构对学习和记忆的调控作用。随着研究的发展,该实验已成为神经科学领域评价动物学习与空间记忆最经典、最常用的实验范式。其实验原理在于:啮齿类动物对水环境存在天然的逃避动机,它们会努力寻找最短、最直接的路径离开水面。在这一过程中,动物的学习能力通过寻找平台的效率体现,而空间记忆则通过利用环境线索精准定位并游向隐藏平台来反映。
实验通常选用大鼠或小鼠。
水池:大鼠实验使用直径约200 cm、高100 cm的圆形灰色或黑色水池,小鼠实验设备约缩小一半;
平台:直径10 cm,置于水面下约2 cm(小鼠为1 cm);
水环境:水深约50 cm,温度维持在22–24 ℃,并加入牛奶或奶粉搅浑,避免动物直接看到平台;
记录系统:水池中央上方(约200 cm处)安装跟踪摄像头,连接计算机,用于记录动物位置、游泳轨迹、耗时及速度;
外部线索:实验室墙面张贴颜色鲜明、形状各异的图案,作为动物定位的重要参照物。
Morris水迷宫实验通常包括三个主要阶段:获得性训练、探查实验以及对位训练。
1. 获得性训练(Acquisition phase)将圆形水池划分为四个象限,平台固定在其中一个象限的中央;
动物由东、西、南、北四个起始点之一随机放入,头部朝向池壁;
记录其找到平台的时间。若在60 s内未能找到,则研究者引导其上平台,并在平台上停留约10 s;
每天训练4次,两次间隔15–20 min,连续进行5天。
训练结束后,动物会逐渐学会利用外部线索定位,并缩短寻找平台的时间。
在获得性训练最后一次结束后的次日进行;
移除平台,将动物从原平台象限的对侧放入水池;
观察60 s内动物在目标象限停留的时间及进入次数,用以评价空间记忆水平。
在探查实验后开始,持续4天;
平台移至原位置的对侧象限,训练方式与获得性训练相同;
每只动物每天训练4次,记录其逃避潜伏期、游泳路径及速度。
在对位训练最后一次结束后的次日进行;
方法同第一次探查实验,但目标象限改为平台第二次所在区域;
记录动物在该象限停留时间和进入次数,以检测工作记忆能力。
与食物驱动的模型(如放射臂迷宫)相比,水迷宫的优势在于动物有更强烈的动机去逃离水环境,且无需禁食,特别适合老年动物研究。
小鼠实验除水池与平台缩小外,训练周期更短:一般3天完成获得性训练,第4天为探查,第5–6天为对位训练,第7天进行二次探查。
实验过程中,观察者需始终固定在同一位置,以免外部干扰。
每天在固定时段进行操作,动作轻柔,避免应激。
影响实验结果的因素较多,包括性别、品系、水温和泳池大小等。在用游泳速度作为指标时,还需考虑体重、年龄及肌肉发育。
老年动物实验前,应确认其游泳能力和视力未受显著影响。可通过“可见平台测试”验证:若动物能迅速游向露出的平台,则说明能力正常。
游泳对动物而言是一种应激,应考虑其可能引起的神经内分泌改变。对于老年动物,还需警惕心血管风险。必要时可提前进行适应性训练。
若使用牛奶或奶粉混浊水池,应定期更换水,以防变质。
Morris水迷宫因其高度的敏感性与可靠性,被广泛用于学习与记忆研究,尤其是老年动物的记忆衰退模型。该方法已成为评价空间学习能力的“金标准”。在实验过程中,结合规范化的操作与科学的参数控制,可大幅提高实验的可重复性和可信度。