不同形状平台对大鼠水迷宫学习记忆能力的影响

　　水迷宫已成为评价动物学习记忆功能的重要手段，在神经科学领域广为应用。研究表明，水迷宫隐蔽平台与水迷宫水池的直径比值对动物学习记忆过程的形成有明显影响，大鼠和小鼠可能需要不同规格水池及平台。不同形状平台对动物学习记忆能力是否有影响，尚未见报道。目前常见平台有圆柱形和杆状两种，本实验比较两种平台对 SD大鼠水迷宫学习记忆能力获得和保持的影响，为水迷宫规范使用提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1． 1 材料

　　1． 1． 1 实验动物 健康雄性 SD 大鼠 44 只，体质量 200 ～250 g，由北京华阜康生物科技股份有限公司提供，根据随机数字表分为 2 组: 圆柱平台组和杆状平台组，每组 22 只。各组动物分笼饲养，每笼 4只，饲养期间动物自由进食饮水，动物房光照节律为12 h∶12 h。动物适应性饲养 1 周后开始实验。实验采取双盲法。

　　1． 1． 2 实验装置 Morris 水迷宫装置由中国医学科学院药物研究所提供。整套装置包括圆形水池、隐蔽平台、摄像机和计算机。水池直径 150 cm，高45 cm，池壁为黑色，水池周围由黑色窗帘遮挡，避免可视参照物影响。隐蔽平台直径 9． 5 cm。摄像机记录实验中动物运动轨迹，并传送到计算机，由计算机分析处理。

　　两种形状平台见图 1。杆状平台顶部为一个圆形平板( 尺寸同圆形平台) ，底部圆形面积增大，中间由一个细杆连接( 图 1 左) ; 圆柱平台为上下直径均一的圆柱体，底部面积增大以增加稳定性( 图 1右) 。实验中将水注入水池，水面高于平台 1． 5 cm，加入墨水使水面模糊，水温保持在( 23 ± 1) ℃。池壁平均分为 4 个假想点: 东( E) 、南( N) 、西( W) 、北( N) ，将水池分成 4 个象限。隐蔽平台置于西南( SW) 象限。实验期间周围环境维持不变，保持安静，以免干扰动物学习。

　　1． 2 方法
　　
　　水迷宫行为测定分为隐蔽平台获得实验和空间探索实验两部分。两种平台实验流程相同，交替进行。

　　1． 2． 1 隐蔽平台获得实验 共进行 5 d，每天每只大鼠进行 4 次训练。每次以半随机方式选择入水点( 表 1) ，将大鼠面向池壁，轻轻放入水中，开始计时。如果大鼠在 120 s 内能找到并爬上平台，则记录其爬上平台所需要的时间，即逃避潜伏期。若大鼠不能在 120 s 内找到平台，则由实验者将其引导至平台，逃避潜伏期记为 120 s。大鼠登上平台后，让其在平台上停留 15 s。4 次训练结束后，用干毛巾将大鼠擦干并放回鼠笼。各组大鼠潜伏期用于统计分析。【表1】

　　
　　1． 2． 2 空间探索实验 实验第 6 天，将隐蔽平台撤掉。将动物从东北( NE) 入水点放入水中，动物在水中游 60 s，实验只进行 1 次。记录以下指标: 动物第1 次通过平台时间、动物通过平台次数、动物在原平台象限( 目标象限) 时间百分比、动物游泳总路程和平均速度。

　　1． 3 统计学处理
　　
　　采用 SPSS 18． 0 软件。隐蔽平台实验中的逃避潜伏期采用重复测量方差分析; 空间探索实验中第 1 次通过平台时间、目标象限百分比、游泳总路程和平均速度采用 t 检验，动物通过平台次数采用秩和检验分析。P ＜0． 05 为差异有统计学意义。

　　2 结 果

　　2． 1 隐蔽平台获得实验
　　
　　两组大鼠在第 1 天训练时潜伏期分别为( 72． 38 ±5． 37) s、( 68． 60 ±6． 62) s，差异无统计学意义( P = 0． 66) 。在训练过程中，两组大鼠潜伏期均明显缩短。在 3 d 后，潜伏期缩短到30 s 左右，且比较稳定。重复测量方差分析显示，两组潜伏期差异无统计学意义( P =0． 85) 。见图 2。【图略】
　　
　　2． 2 空间探索实验 t 检验结果显示，两种平台大鼠在空间探索实验中各检测指标差异无统计学意义( 表 2) 。秩和检验结果也表明，大鼠通过平台次数差异无统计学意义( P =0． 78) 。【表2】

　　
　　3 讨 论

　　Morris 水迷宫实验作为一种经典的检测学习记忆能力的神经行为学方法，广泛用于各个领域，如动物模型评价、药物研究等。水迷宫操作简单，但仍受很多因素，如种属、性别、年龄、营养状态、训练方式等的影响，因此，不同学者进行研究时根据需要对水迷宫方法做了改进。

　　水迷宫中的隐蔽平台也是水迷宫装置中很关键的一个组成部分。有研究比较隐蔽平台直径分别为5 cm 和 10 cm 时动物的学习记忆能力，发现尽管在经过训练后动物仍然能找到隐蔽平台，但是平台直径小明显延长了潜伏期，认为隐蔽平台直径与水池直径比值是水迷宫实验的一个影响因素。不同形状隐蔽平台对水迷宫影响的研究很少，目前市场上常见的平台为圆柱形和杆状，本实验比较这两种平台对大鼠水迷宫学习记忆能力的影响。

　　潜伏期是隐藏平台实验中一个相对稳定的评价指标。研究发现，不同实验室之间水迷宫实验设备、训练方法、动物种类及周围环境等存在差异，但逃避潜伏期受这些因素影响较小，检测结果差别不大。隐蔽平台获得实验主要训练动物找到平台，各研究训练时长不尽相同。有的认为 3 d 即可，有的训练次数较多。本实验中，潜伏期在训练3 d后达到稳定水平。第 1 天两组大鼠逃避潜伏期并无统计学差异，具有可比性。在随后的 5 d 训练中，两组大鼠逃避潜伏期均随着训练次数增加迅速缩短，表明两组大鼠均具有良好的学习记忆能力。

　　两种平台组间比较无统计学差异，说明这两种平台对大鼠学习记忆能力的获得无显著影响。

　　空间探索实验是在一系列隐蔽平台实验训练后撤掉平台进行的，通过多次训练，动物学会利用环境等外界因素形成稳定的空间认识，反映大鼠的空间参考记忆能力。实验中可供分析的指标较多: 第1 次通过平台时间、目标象限所占时间百分比、穿越平台次数、游泳总路程、平均速度、原平台象限游泳距离与总距离之比、圆形域分析等，其结果很大程度上与隐蔽平台训练模式有关，如 Markowska 等在动物学习阶段将平台设计为间歇地出现，能够更有效地检测其空间参考记忆能力。本研究采用前 5 种指标评价记忆能力。实验中大鼠第 1 次通过平台时间和通过平台次数两组均无统计学差异，考虑到通过平台次数具有很大的随机误差，因此本研究采用目标象限所占时间百分比来表示大鼠记忆能力，能够更准确反映大鼠记忆状态。结果显示，目标象限时间百分比也无统计学差异。两种不同形状的隐蔽平台对于 SD 大鼠水迷宫测试无明显影响，游泳总路程和平均速度也无明显差异。其中游泳速度还可以作为评判大鼠运动能力的一个指标，排除大鼠由于运动障碍导致的假阳性结果。

　　学习记忆是一个复杂的过程，许多脑区参与水迷宫学习记忆能力检测，其中报道最多的是海马。

　　一般认为，海马的整合功能对于空间学习很重要，海马损伤时大鼠表现为明显的学习记忆障碍，但具体作用机制还不清楚。其他脑区，如纹状体、基底前脑、小脑以及一些新皮层脑区也参与到水迷宫测试过程中。不同脑区之间的协调合作对于学习记忆的获得非常关键。目前认为突触改变是水迷宫记忆形成的神经生物学基础，纹状体可能控制反应灵活性和运动，基底前脑提供海马与新皮层之间的胆碱能支配，小脑的主要作用可能是调控认知功能，新皮层主要影响学习中的规划和执行能力。

　　动物在水中游泳时，借助全身各种感觉，如嗅觉、触觉等进行定位参照，然后通过感觉传导通路将这些信息传送到大脑中进行信息整合，最终形成记忆，表现为找到水中隐蔽平台时间缩短。本研究所用平台差别在于: 杆状平台比圆柱平台表面积小，大鼠在水池中游泳接近平台时，可能所感受到的体表压力不同，传入脑中信息不同，最终导致水迷宫检测结果不同。从本实验结果来看，这种差异并未影响学习记忆能力的获得和维持。