摘 要:本文介紹了部分行為學(xué)相關(guān)的儀器及其使用方法，以學(xué)習(xí)記憶為中心從儀器的構(gòu)造組成、實(shí)驗(yàn)原理、使用方法、研究領(lǐng)域等方面對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)。文章從以上幾個(gè)方面對(duì)部分行為學(xué)儀器進(jìn)行了進(jìn)一步探討，為其在學(xué)習(xí)記憶等相關(guān)研究提供近一步證據(jù)。
關(guān) 鍵 詞:學(xué)習(xí)記憶;行為學(xué);研究;應(yīng)用
學(xué)習(xí)和記憶是腦的高ji功能，是各種認(rèn)知功能形 成的基礎(chǔ)。隨著科技的發(fā)展，為了進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)記憶的機(jī)制，不斷涌現(xiàn)出各種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。本文將重點(diǎn)探討目前常用的生物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器相關(guān)的行為記憶研究實(shí)驗(yàn)方法及其應(yīng)用，對(duì)部分行為學(xué)儀器及使用方法作一簡(jiǎn)要的綜述，以期為相關(guān)方面研究人員提供一些相關(guān)信息。
1 開場(chǎng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱
開場(chǎng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱( Open field test) 可用于評(píng)價(jià)抑 郁模型、黑質(zhì)損傷、下丘腦垂體腎上腺軸的研究、中醫(yī) 的電針療法研究等［1］。開場(chǎng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱是由長(zhǎng) 62． 5 cm、寬 74 cm、高 51 cm 的黑色不透明塑料板長(zhǎng) 方體構(gòu)成，其中一側(cè)板上有 2 個(gè)透明帶，下面的用于小鼠的行為學(xué)觀察，上面的用于大鼠的行為學(xué)觀察，在這一側(cè)面外配有反光鏡。區(qū)域中央?yún)^(qū)頂部裝有 2 個(gè)燈管，上面配有視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以通過攝像頭觀 察動(dòng)物的活動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)通常設(shè)定單次總時(shí)間，系 默認(rèn)為 300 s，實(shí)驗(yàn)人員可自行設(shè)定，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間應(yīng)大于等于 3 s。本儀器能精que定量，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)動(dòng)物活動(dòng)，對(duì)動(dòng)物的自發(fā)活動(dòng)進(jìn)行二維測(cè)定，能定量測(cè)定藥wu對(duì)中qu神經(jīng)系統(tǒng)的興奮與鎮(zhèn)jin作用、對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)能力、評(píng)估動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)能力、 焦慮前后及給藥前后行為學(xué)變化，廣泛應(yīng)用于藥wu、 藥理學(xué)、生物生理學(xué)、行為生物學(xué)等的研究中［2］。
2 Y 迷宮實(shí)驗(yàn)
Y 迷宮主要應(yīng)用于動(dòng)物的辨別性學(xué)習(xí)、工作記憶 及參考記憶的測(cè)試［3］。Y 迷宮由 3 個(gè)完全相同的臂組成: 臂長(zhǎng) 30 cm、臂寬 6 cm、臂高 15 cm。每個(gè)臂盡頭有食物提供裝置
，同時(shí)每個(gè)臂的末端安有光信號(hào)，每個(gè)臂的下面由電柵作為地板，刺激方式為程控隨機(jī)模式，
刺激電壓通常在 24 ～ 180 V 之間。實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)分析動(dòng)物取食的策略，即進(jìn)入各臂的次數(shù)、
時(shí)間、正確次數(shù)、錯(cuò)誤次數(shù)路線等參數(shù)，可以反映出實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的空間記憶能力。本儀器廣泛用于行為學(xué)和認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中測(cè)試動(dòng)物的空間記憶能力，可以全自動(dòng)探測(cè)動(dòng)物指定的時(shí)間內(nèi)，動(dòng)物主動(dòng)逃避和被動(dòng)逃避次數(shù)［4］。該儀器可用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、智力與衰老、新藥開發(fā)/篩選/評(píng)價(jià)的研究，廣泛應(yīng)用在藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、動(dòng)物心理學(xué)及行為生物學(xué)等多 個(gè)學(xué)科及計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等領(lǐng)域，是醫(yī)學(xué)院校開展行為學(xué)研究尤其是學(xué)習(xí)與記憶研究的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
3 T 迷宮實(shí)驗(yàn)
T 迷宮通過食物誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶的實(shí)驗(yàn)［5］。T 迷宮與 Y 迷宮非常相似
，也是由 3 個(gè)臂組成，分別為: 選擇臂( 臂長(zhǎng) 26． 6 cm、臂寬 7． 6 cm、 臂高 15 cm) 、
起始臂( 臂長(zhǎng) 36． 4 cm、臂寬 7． 6 cm、臂 高 15 cm) 和準(zhǔn)備區(qū)( 臂長(zhǎng) 9． 8 cm
、臂寬 7． 6 cm、臂高 15 cm) ，每個(gè)臂盡頭有食物提供裝置，直徑 2 cm，深 度 1． 2 cm。但與 Y 迷宮的主要區(qū)別是 T 迷宮未提供獎(jiǎng)懲條件，完全利用動(dòng)物探索的天性，因此能zui大可 能地減少影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的混雜因素。T 迷宮通過食物誘導(dǎo)進(jìn)行動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶實(shí)驗(yàn)，采用視覺相關(guān)的分析 方法對(duì)動(dòng)物的行為進(jìn)行分析，獲得動(dòng)物根據(jù)誘導(dǎo)后的 行為數(shù)據(jù)［6］，是醫(yī)學(xué)院校研究行為學(xué)、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、學(xué) 習(xí)記憶、藥理學(xué)、毒性作用等較好的實(shí)驗(yàn)方法。
4 高架十字迷宮
高架十字迷宮( High plus maze) 是利用動(dòng)物對(duì)新 奇環(huán)境的探究性和對(duì)高懸敞開臂的恐懼形成矛盾沖 突行為，來考察動(dòng)物的焦慮狀態(tài)。高架十字迷宮是由 兩條相對(duì)開放臂( 臂長(zhǎng) 30 cm、臂寬 6 cm、臂高15 cm) 和兩條相對(duì)閉合臂( 臂 長(zhǎng) 30 cm、臂 寬 6 cm、臂 高 0． 6 cm) 及中央?yún)^(qū)( 6 cm × 6 cm) 連接而成，高架十字 迷宮高架高度為 50 cm。嚙齒類動(dòng)物由于嗜暗性會(huì) 傾向于在閉臂中活動(dòng)，但出于好奇心和探究性又會(huì)在 開臂中活動(dòng)，在面對(duì)新奇刺激時(shí)，動(dòng)物同時(shí)產(chǎn)生探究的沖動(dòng)與恐懼，這就造成了探究與回避的沖突行為，從而產(chǎn)生焦慮心理。而抗抑郁藥wu能明顯增加進(jìn)入開臂的次數(shù)與時(shí)間［7］。高架十字迷宮廣泛應(yīng)用于新藥研發(fā)、藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)、動(dòng)物心理學(xué)及行為生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)研究領(lǐng)域
，是開展行為學(xué)研究尤其是焦慮抑郁研究的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
5 高架零迷宮
高架零迷宮是在高架十字迷宮的基礎(chǔ)上發(fā)展而 來的裝置，它結(jié)合了傳統(tǒng)和革新的行為學(xué)檢測(cè)方式用于焦慮分析［8］。高架零迷宮是一個(gè)高架的環(huán)形平 臺(tái)，平臺(tái)上相對(duì)稱地設(shè)置了兩處圍欄和兩處開放區(qū)， 其跑 道 寬 度 為 6 cm、外直徑為 45 cm、內(nèi) 直 徑 為 33 cm、高架高度為 50 cm。高架零迷宮的這種設(shè)計(jì) 方式消除了傳統(tǒng)高架十字迷宮的平臺(tái)區(qū)，不用計(jì)算動(dòng)物在平臺(tái)上的時(shí)間，相對(duì)而言，可以讓動(dòng)物處于不間斷的探索中。本儀器用于測(cè)量動(dòng)物的焦慮程度，即動(dòng)物在閉臂停留時(shí)間與開臂停留時(shí)間的比值; 同時(shí)系統(tǒng) 還可以測(cè)量進(jìn)入各區(qū)域的次數(shù)、停留時(shí)間以及探頭次 數(shù)等重要的行為數(shù)據(jù)。高架零迷宮是醫(yī)學(xué)院校研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物抗焦慮、致焦慮藥wu藥理的重要實(shí)驗(yàn)手段。
6 水迷路實(shí)驗(yàn)箱
水迷路實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)是一種強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物( 大 鼠、小鼠) 游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中平臺(tái)的一種實(shí)驗(yàn)。水迷路實(shí)驗(yàn)箱是由高ji醫(yī)用有機(jī)板制作而成，外形尺寸長(zhǎng)為 80 cm、寬為 60 cm、高為 22． 5 cm，迷路路 徑寬度為 7． 6 cm，終點(diǎn)臺(tái)階高度為 9 cm。水迷路實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)了水迷路學(xué)習(xí)記憶自動(dòng)探測(cè)法，可自動(dòng)測(cè)定 小鼠在水迷宮中進(jìn)入盲區(qū)的錯(cuò)誤次數(shù)和達(dá)到終點(diǎn)所需時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，小鼠連續(xù)訓(xùn)練 4 d，80% 的動(dòng)物可學(xué)會(huì)辨別反映，在短時(shí)間內(nèi)可抵達(dá)終點(diǎn)。如藥wu引 起記憶障礙，則到達(dá)終點(diǎn)所需時(shí)間明顯延長(zhǎng)，錯(cuò)誤次數(shù)增多。水迷路實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)主要用于測(cè)試實(shí)驗(yàn)動(dòng) 物對(duì)空間位置感和方向感( 空間定位) 的學(xué)習(xí)記憶能力，被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、海馬研究、智力與衰老、新藥研發(fā)、藥理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等研究領(lǐng)域，在世界上已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，是研究學(xué)習(xí)記憶的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
7 八臂迷宮
八臂迷宮( 8-Arm Maze) 用來檢測(cè)藥wu或大腦受損狀態(tài)下學(xué)習(xí)和記憶方面的表現(xiàn)，它由 8 個(gè)完全相同的臂組成，這些臂從一個(gè)中央平臺(tái)放射出來，所以又被稱為放射迷宮( Ｒadial Maze) ［9］。八臂迷宮實(shí)驗(yàn)箱是由高ji醫(yī)用有機(jī)板制作而成，外形尺寸: 各臂長(zhǎng)度 為 30 cm
、寬度為 6 cm、高度為 15 cm，喂食槽直徑為 2 cm、深度為 1． 2 cm。實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)分析動(dòng)物取食的策略即進(jìn)入每臂的次數(shù)、時(shí)間、正確次數(shù)、錯(cuò)誤次數(shù)、 路線等參數(shù)，可以反映出實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的空間記憶能力。 相對(duì)而言，八臂迷宮操作簡(jiǎn)便、可行，而且運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺分析原理，自動(dòng)偵測(cè)完成時(shí)間、工作臂記憶錯(cuò)誤次數(shù)、參考臂記憶錯(cuò)誤次數(shù)，現(xiàn)已被廣泛用于學(xué)習(xí)記
憶認(rèn)知實(shí)驗(yàn)功能評(píng)價(jià)。
8 Morris 水迷宮
Morris水迷宮是英國(guó)心理學(xué)家 Morris 于 20 世紀(jì) 80 年( 1981) 代初設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于腦學(xué)習(xí)記憶機(jī)制研究的一種實(shí)驗(yàn)手段，在阿爾茨海默病( AD) 研究中的應(yīng)用非常普遍［10］。Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)裝置為一個(gè)盛 滿水的圓形水池，其直徑大鼠 1． 2 ～ 2 m、小鼠0． 8 ～ 1． 6 m，水池分成 4 個(gè)象限，在其中一個(gè)象限的液面下 隱藏著一個(gè)直徑 8 ～ 12 cm
的平臺(tái)，平臺(tái)距離液面1 ～ 2 cm，實(shí)驗(yàn)時(shí)水溫一般控制在 24 ℃ 左右。Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)主要分為定位航行實(shí)驗(yàn)( Place navigation) 和空間探索實(shí)驗(yàn)( Spatial probe) 兩個(gè)階段
。本儀器主 要根據(jù)實(shí)時(shí)跟蹤大小鼠運(yùn)動(dòng)軌跡，可以統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在 4 個(gè)象限內(nèi)、中、外環(huán)經(jīng)過的路徑和時(shí)間，6 個(gè) 時(shí)段有效率，朝向角，平均運(yùn)動(dòng)速度，經(jīng)過虛擬平臺(tái)次數(shù)，虛擬平臺(tái)停留的時(shí)間等參數(shù)來分析動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶能力［11］。自從 Morris 水迷宮發(fā)明以來，被廣泛應(yīng) 用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、海馬研究、智力與衰老、新藥研發(fā)、藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、動(dòng)物心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)研究中。
9 巴恩斯迷宮
巴恩斯迷宮( Barnes Maze) 是由美國(guó)學(xué)者 Carol A Barnes 1979 年發(fā)明的用于檢測(cè)動(dòng)物空間記憶能力的裝置［12］。巴恩斯迷宮是由特制醫(yī)用有機(jī)板制成的一 個(gè)圓形平臺(tái)，可旋轉(zhuǎn)
，直徑為 75 cm。平臺(tái)周邊有 18 個(gè)等距離圓洞，分別用于大鼠和小鼠; 洞的直徑分別為 10 cm 和 5 cm。其中一個(gè)洞( 稱為目標(biāo)洞) 與一個(gè) 暗箱( 即目標(biāo)箱) 相連。為了防止實(shí)驗(yàn)動(dòng)物從迷宮中逃離，平臺(tái)距離地面至少應(yīng)該在50 cm 以上。Barnes 迷宮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用嚙齒類動(dòng)物避光喜暗且愛探究的特性而建立，動(dòng)物獲得的記憶強(qiáng)化是從一個(gè)光亮、敞開的平臺(tái)上面，逃往位于平臺(tái)下面的一個(gè)黑暗、狹小的箱里，該箱稱為目標(biāo)箱，動(dòng)物通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)并記憶目標(biāo)箱的位置。該模型不需要食物剝奪和足底刺擊，對(duì)動(dòng)物的應(yīng)激性刺激較小; 實(shí)驗(yàn)對(duì)動(dòng)物的體力要求很
小，能減少因年齡因素所致的體力下降對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響; 實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間較少; 能更好的防止其他因素來影響實(shí)驗(yàn)。因此，在記憶研究中較為常用，尤其適 用于與應(yīng)激相關(guān)的記憶研究，以及基因敲除小鼠的行為表型研究。
10 結(jié)論與展望
學(xué)習(xí)和記憶是大腦的重要功能之一，是人類思維 活動(dòng)的基本環(huán)節(jié)。目前對(duì)學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)十分迅速，關(guān)于學(xué)習(xí)記憶測(cè)定的新方法和新技術(shù)更是層出不窮。尤其隨著研究的深入、實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)的動(dòng)物模型 不斷改良，對(duì)實(shí)驗(yàn)的儀器和裝置要求也不斷提高。人 們將記憶一般分成 3 個(gè)階段，即獲得、鞏固和再現(xiàn)。 本文簡(jiǎn)要闡述了部分行為學(xué)儀器的構(gòu)造和使用方法， 希望大家根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)的整體情況選擇簡(jiǎn)便有效的 方法，為學(xué)習(xí)記憶的研究開辟新的途徑。如何把這些 行為學(xué)研究方法和zui新的研究技術(shù)有效的結(jié)合起來， 為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路，是今后學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。
