【柏仁医学】动物行为实验专题：大小鼠T迷宫实验

一、实验介绍：

  半个世纪前，国外学者证明了大鼠能够辨别T-形迷宫（T-maze，后简称T迷宫）两臂颜色的变化：他们将雄性大鼠置于T迷宫的主干臂，使其视力能够识别、但不能进入黑白两臂15-30分钟后，改变其中一个臂的颜色，让两臂同为黑或白色，再由大鼠自由选择T-形臂，实验结果显示，大鼠总是选择被改变颜色的那个臂（新异臂），而这一过程主要依靠大鼠的记忆来完成。

由此发展而成的T迷宫实验，目前已然成为了用于评价空间记忆的最常用的动物模型之一。同时，依据动物探索天性（倾向于每次探索未知方向），检测动物在T型迷宫中不同臂的探索情况，结合行为学记录分析软件，可以绘制运动轨迹，并分析运动速度，穿梭次数等。

  相关实验的方法有很多，目前已有使用食物奖励、加入气味/声音作为诱饵，或加入delay延迟期的，同样用于作为动物探究的动力。

  通常，人们使用T迷宫模型来研究动物的空间工作记忆（spatial working memory），即测定动物只在当前操作期间有用的信息，经改进后的T迷宫，也用来评价参考记忆（reference memory），即是记录在这一实验中任何一天、任何一次的测试都有用的信息。

二、实验设备：

迷宫设置：

1、由两个长46cm、宽10cm、高10cm的目标臂（goal arms）和一个与之垂直的长71cm、同样宽度和高度的主干臂（stem）或起始臂（approach alley）组成；

2、主干臂内置一个16cm*16cm的起始箱，并有一闸门与主干臂的另一部分相联。

实验用鼠：

1、雄性成年大鼠；

2、饮水不限，但进食控制在每天16~20g，以使体重保持在非进食大鼠体重的85%，在整个训练和测试期间，大鼠体重每周增加不超过5g；

3、分析软件：VisuTrack动物行为高端分析软件

三、实验方法：

主要介绍传统T迷宫实验和T迷宫自主交替实验两种：

1、传统T迷宫实验

（1）适应训练：

在T-形迷宫臂内分撒6粒食丸（45g），让大鼠适应迷宫5min，每天1次，连续5天。

（2）强迫选择训练：

将大鼠放入主干臂的起始箱，打开闸门，让大鼠进入迷宫的主干臂，随机、交替选择左右两臂之一放入4粒食丸，同时关闭另一臂，使动物被迫选择食物强化臂并完成摄食；每天6次，连续4天。

（3）延迟位置匹配训练（delayed matching-to-position,DMP）

①将大鼠放入闸门关闭的起始箱，打开闸门，大鼠进入主干臂;

②关闭一侧目标臂，强迫动物进入另一侧开放臂以获得2粒食丸奖赏;

③迅速（最短延迟，5秒以内）将大鼠放回主干臂，开始匹配训练中的第二次训练，此时两个目标臂均开放；动物将两前肢和至少两后肢的一部分置于一个目标臂时为“完成一次选择”。动物返回到强迫选择训练时进入过的臂则获得食物奖赏（4粒食丸），记录一次正确选择，若动物进入另一臂，则没有食物奖赏，并且将其限制在该臂内10秒，记录一次错误选择；

④一次匹配训练结束后将动物放回笼内5-10分钟（与此同时训练其他动物），再重复下一次匹配训练，每天8次；

注：动物连续两天的正确选择次数达到15/16次，则认为达到标准，可以开始实验。如动物经过30天训练仍然达不到标准，则予以淘汰。

⑤动物训练达标后第一天，给予一次匹配训练。与之前不同的是：强迫选择训练后，将T迷宫旋转180度，再进行上述开放臂的训练。

注：旋转迷宫的目的，是评价动物是否为定位性操作（有赖于迷宫外信号）或反应性操作（不依赖迷宫外信号）。

⑥接着两天，每天给予10次匹配训练，每次训练间隔为60秒，用以评价动物的工作记忆操作。记录进入食物强化臂的次数和再次进入非强化臂的次数。后者被认为是工作记忆错误。正常健康年轻的大鼠几乎每次均能准确操作。当操作稳定、且选择准确率高（工作记忆错误少于10%）时，可进行药物测试或脑区毁损后的操作实验。

2、T迷宫自主交替实验（spontaneous altemation on a T-maze）
1925年，国外相关领域报道了一个有趣的发现：在迷宫实验中，大鼠极少重复进入迷宫的同一臂，并以这种重复交替的方式探究周围环境。所以得出结论：即使没有食物奖赏，大鼠仍然保留对所探究区域有一定的新奇感，正常的交替操作与完整的工作记忆能力相一致，用药理或解剖毁损的方法可改变这种交替操作行为。实验具体方法如下：

①充分抚摸大鼠 每天1-2分钟，连续5-7天，由于大鼠没有被剥夺进食，唯一对大鼠有驱动作用的是其探究迷宫的欲望，因此动物必须对实验者和实验环境完全适应，没有恐惧感，充分触摸大鼠尤为重要；

②将大鼠放入T迷宫的主干臂，打开闸门，让大鼠离开主干臂进入一个目标臂（四肢均进入臂内）；

③将大鼠放回主干臂，限制其在臂内一段时间（零倒数分钟，但开始时设定5秒较合适）；

④将第2和第3步的操作重复9次，记录进入每一臂的次数，对照大鼠在每一实验间期（共10次训练）内应交替选择两目标臂，实验结果表述为同一实验间期内交替次数除以总的选择次数，当使用药物或相关脑区毁损等方法减弱记忆力时，此比率下降。

（三） 注意事项

1、大鼠和小鼠具有良好的空间辨别功能，能很快学会并准确操作迷宫。因此，T迷宫和放射臂迷宫均被广泛用于测试动物的空间记忆能力。T迷宫用于研究不同脑区对空间记忆的影响。它对某些脑结构，尤其是海马的毁损作用敏感，此外，许多药物或毒素都可增强或削弱动物在T迷宫的空间记忆，实验所用的动物除大鼠和小鼠外，还包括猪、羊、乌龟和鸽子等。

2、动物选择的准确性与两次选择之间的间隔及每一训练间期内的选择训练次数等有关。正常动物经短时间的间隔（例如5秒），其选择准确性非常高，而经过极长时间的间隔（例如超过1h），其选择接近随机性操作。强迫选择训练后。如只给一次目标臂选择，准确性通常很高。但是，如给予多次选择，则选择次数越多，准确性越差。

3、啮齿类动物有单向偏爱的特性。这种单向偏爱与动物种属和品系有关。例如，C57BL/6J小鼠、ICR小鼠和Purdue-Wistar大鼠更偏爱左侧，而Spague-Dawley大鼠和Wistar大鼠更偏爱右侧。研究表明，超过2/3的雄性Spague-Dawley大鼠偏爱右侧，而偏爱左侧的不到1/5。这种单向偏爱可影响对动物学习记忆的评价。

4、主干臂的闸门是T-形迷宫的重要特征。它既可用于在两次选择之间将动物限制在起始箱内一定的时间，也可防止动物在两次选择训练之间探究迷宫。因此，两次选择训练之间应将动物迅速放回主干臂内的起始箱。这一点很重要，它可确保动物不会去探究对侧目标臂。

5、当动物对迷宫或实验者的应激恐惧超过其对探究和觅食的渴望程度时，动物对迷宫的探究减少，甚至呆在迷宫某处不动而不去探究迷宫。这种恐惧表现为动物在迷宫内排便和排尿；当抓它时，动物还会发出尖叫声。因此，足够的应激适应是必要的。否则，如果动物在迷宫内不进行臂的选择，就无从得知它的记忆力是正常还是减弱。

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