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动物行为学评估在神经科学的多个领域应用广泛，特别是在认知功能障碍相关疾病的动物模型评估、生理机制研究等方面发挥着重要的作用。学习记忆力受损是认知功能障碍中较为常见的一种表现，在众多的行为学实验中，评估学习记忆功能的实验最为常见。其中工作记忆与参考记忆常用于实验动物的认知功能评估。工作记忆包括注意力、短时记忆和对信息的处理;参考记忆则被认为是一种长期的、永久的记忆或习惯，比工作记忆的容量更大、持续时间更长、抗干扰能力更强。 Morris水迷宫(Morris water maze，MWM) Morris水迷宫由英国心理学家Morris于1981年报道，是目前行为神经科学中最常用的评估方法之一，广泛用于多种神经系统疾病的模型评估及药物干预研究。海马是与空间学习记忆密切相关的大脑区域，MWM也被证明是与海马突触可塑性和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体功能密切相关的测试方法。实验动物被放置在一个圆形水池中，水中加入不透明的、无毒的白色颜料或奶粉，水池中包含一个隐藏的逃生平台。实验内容包括定位航行和空间探索。定位航行是随机的将动物从水迷宫的四个象限中放入，使其在水中游泳并找到逃生平台，用视频跟踪软件记录动物寻找到隐藏平台的时间(逃避潜伏期)及路径。空间探索是定位航行后撤去逃生平台，观察动物穿过原平台位置的次数和时间，考查动物对原平台的记忆。
MWM主要用于评估啮齿类动物的空间学习记忆能力，评估对象大多为成年动物。MWM的评价效能受实验动物的种类、性别、年龄、营养状态及是否感染等情况的影响;水池大小、温度、隐藏平台的直径也是影响因素。Singh等提出采用游泳路径的分形维数来评价MWM的空间学习和记忆，相较于逃避潜伏期的评价更加可靠，逃避潜伏期评价MWM存在游泳速度等非认知因素的影响。 MWM不需要进行额外的训练，对动物数量的要求也不高，没有嗅觉信息的干扰，实验时不需要电击及食物剥夺。但动物在水中游泳存在压力的影响，且MWM对工作记忆的测试也不敏感。 放射臂迷宫与放射臂水迷宫 1、放射臂迷宫(radial arm maze，RAM) RAM是由Olton和Samuelson在1976年报道，由一个中央枢纽和周围的放射臂组成，标准臂的数量有8个(八臂迷宫)。为避免动物逃跑，迷宫一般在地面上方。在实验前训练动物并限制饮食，在迷宫中央及周围臂中放入食物使其自由摄取及探索周围环境。实验开始后在每个臂末端或随机的4个臂末端放入诱饵(食物)，记录动物进入每臂的次数、时间及路线等参数。每个臂只进入一次为完美的表现，进入之前访问过的臂则被认为错误。 RAM可以评估工作记忆和参考记忆。与MWM相比，RAM表现更多的是基于动物的选择进入装有诱饵或食物的臂，该方法比较容易评估及操作，不需要跟踪软件。但RAM的动物必须要进行食物剥夺，以充分刺激它们在迷宫内觅食。由于使用了食物作为诱饵，动物可以利用嗅觉线索来探索迷宫。 2、放射臂水迷宫(radial arm water maze，RAWM) 为了避免RAM中食欲以及嗅觉信息的影响，利用RAM和MWM相结合建立了RAWM。实验在一个圆形水池中进行，池中有一个开放的中心向外辐射的八个臂或游泳路径。将其中一个臂作为目标臂，臂中有一个隐藏在水下的逃生平台。动物被随机放入其余的7个游泳臂中，允许最多120s来找到逃生平台，若未能逃脱则将其引导到逃生平台。实验数据用跟踪软件记录，包括找到逃生平台的时间、错误的次数及时间等。 RAWM可用于测试工作记忆和参考记忆。它结合了复杂的空间环境，避免了嗅觉信息的干扰，无需食物剥夺。但一些动物在水中没有进行有效的搜索，且水中游泳存在压力的影响。 T迷宫及多重T迷宫 1、T迷宫(T-maze) T迷宫是由一个长的主干臂以及两个垂直的短臂组成的“T”型迷宫。首先对动物进行适应性训练1d，将其放入主干臂自由探索迷宫。随后3d对动物进行训练，在其中一个短臂中放入诱饵(食物)作为目标臂，动物进入目标臂为正确反应，反之为错误反应，并记录其进入目标臂的时间(潜伏期)。最后第5天和第12天进行探测实验，将迷宫旋转180°，其余条件保持不变。动物只允许进入一次诱饵臂或非诱饵臂，进入诱饵臂被认为使用“地方”的策略(有赖于迷宫外信号)，进入非诱饵臂被认为使用“反应”策略(不依赖迷宫外信号)。 T迷宫自发交替试验(spontaneous alternation test)用于评估空间工作记忆，实验原理是啮齿类动物具有探索陌生刺激环境的倾向。将动物放入T迷宫的主干臂，每次进入不同的短臂为一次交替，记为一次正确的选择，进入之前访问的臂为一次错误选择。试验后计算交替次数的百分比，低于50%被认为工作记忆受损。 T迷宫主要用于评估实验动物的工作记忆。设备要求简单，不需要自动录像系统(需要实验者不断观察)，可以反复实验。但由于T迷宫只有一个选择点到达目标臂(默认情况下选择正确臂的概率为50%)，增加了成功的可能性。 2、多重T迷宫(multiple-T-maze，MTM) MTM是几个T迷宫组合成的复合迷宫，比T迷宫多了更多的选择，其复杂性也增加。在实验的多次探索中，动物要学会一个复杂稳定的路线到达目标臂，该过程需要空间参考记忆的参与。在实验中对动物进行食物剥夺，并要求其在规定的时间内找到迷宫中隐藏的诱饵(食物)。实验数据用计算机跟踪系统记录，包括正确或错误决定、路径长度、到达目标箱的时间等，在不同时间进行测试可以评估短期与长期记忆。 MTM可用于测试工作记忆和参考记忆。其运用了更为复杂的选择系统，每次试验都包含有多个选择点。但对实验动物进行食物剥夺可能是一个潜在的问题。 巴恩斯迷宫(Barnes maze) 为了避免水迷宫中游泳压力的影响，Barnes在1979年建立了巴恩斯迷宫，是一个在地面上进行的迷宫实验。实验原理是啮齿类动物具有避光喜暗、逃避噪音的习性。实验由一个圆形平台构成，为防止动物逃脱，用支架将平台支撑到一定高度，在平台周边以一定间隔布满穿透平台的圆洞，其中一个洞与其下方的暗箱连接(目标箱)。实验前将动物放入平台中央使其自由探索5min，用强光或噪声刺激动物使其逃到圆洞下方的暗箱中，若没有找到目标箱则将其引导进入箱内停留1min。实验过程中用视频跟踪软件进行记录，记录动物找到正确洞口的时间(最多5min)、进入错误洞口的时间及次数等。 巴恩斯迷宫适用于偏好黑暗环境的啮齿类动物，可以评估短期和长期记忆。实验时没有游泳压力的影响，也不需要食物剥夺，尤其适用于小鼠。但在实验中小鼠有时会缺乏探索迷宫的动力，如发现目标箱后没有进入、或在目标箱周围而没有进入。针对上述问题Harrison等提出采用计算原始潜伏期、原始路径及原始错误次数来解决。 星迷宫(star maze) 星迷宫是一种评估实验动物空间导航能力的行为学方法。由五个臂和一个中心五边形环组成，臂内充满水以及不透明或惰性的无毒产品。实验动物不能从一个臂直接游泳到下一个臂，必须要在五边形周边游泳到达。实验包括训练阶段和探测阶段。在训练阶段，其中一个臂作为目标臂，有一个可见的逃生平台，迫使动物寻找逃生平台逃跑;随后进行探测实验，将逃生平台淹没，在每个臂的墙壁上装饰不同的设计以提供线索，当小鼠到达平台，允许其在上面待30s。若在规定游泳时间内(60s)没有找到逃生平台，将其放到平台上保持30s。实验数据通过视频数据采集系统收集，最后根据动物到达逃生平台的时间、路径及游泳速度等进行综合分析。 星迷宫主要用于小鼠空间导航能力的研究，实验中小鼠要通过学习来选择迷宫内的路线，其主要依赖于时间顺序记忆能力。该实验不需要食物的限制，也没有嗅觉信息的干扰，但其在评估空间学习记忆及大鼠学习记忆等方面还有待深入的研究。 新物体识别(novel object recognition，NOR)实验 利用啮齿类动物喜欢探索陌生事物的天性，Ennaceur和Delacour于1988年报道了新物体与新位置识别实验，用于检测啮齿类动物的空间记忆能力。将动物放置在一个装置里使其探索两个相同的物体，在规定的时间间隔之后再返回到装置中，使其探索一个熟悉的物体和一个新的物体，记录探索每一个物体的时间。 目前对NOR实验对象的探索评分有视觉观察和计算机2D视频分析。但前者依赖于实验者的观察能力，后者容易受实验以外对象行为的影响。为了克服上述问题，Jumpei等人建立了一种3D计算机视频分析系统运用于NOR实验的探索评分，该系统为NOR实验提供了一个可重复性和比较准确的评估方法，并首次建立了实验对象探索线路的3D轨迹。 NOR实验主要用于评估工作记忆、注意力以及焦虑等。其设备简单，无需外部奖励或惩罚作为动力，试验时间短，也不需要进行食物剥夺。但NOR实验中每个动物的探索水平有时不一致。 条件性恐惧(fear conditioning，FC)实验 FC是一种基于经典的巴甫洛夫条件反射而建立起来的关联学习方法，通过对实验动物的训练将条件刺激与非条件刺激联系起来。其中情景恐惧实验用于评估啮齿类动物的恐惧学习记忆。冻结行为是动物在恐惧条件下常见的反应，是一种除了呼吸完全不动的状态，该行为也是衡量恐惧相关的学习记忆的指标。在FC实验中，首先将动物放入训练装置中使其适应环境;随后进行3次恐惧环境训练，将动物暴露于一个和听觉线索(条件刺激)配对的足部电击(非条件刺激)环境，使实验动物在听觉线索与电击之间、电击与环境之间学会关联记忆;训练完成48小时后将动物放入原训练室，动物产生情景恐惧记忆，通过表现出冻结行为来应对恐惧环境。记录一定时间内动物出现冻结行为的次数，实验数据用相关公式计算为冻结百分比。 FC实验的设备要求简单，动物训练时间少且不需要禁食。但电击刺激可能会对实验动物产生一定伤害。 主动回避任务与被动回避任务 1、主动位置回避任务(active place avoidance task) 主动位置回避任务是由位置回避任务改进而成，用于评估啮齿类动物的空间学习记忆。实验在一个干燥光滑的可旋转圆形舞台上进行，周围由有机玻璃包围避免动物逃跑。圆形舞台上有一个60°宽的避免区域，在舞台旋转时该区域位置保持不变，动物进入其中会有一个轻度的足部电击惩罚。舞台开始缓慢旋转后，动物为逃避电击而回避避免区域。实验数据由视频跟踪系统记录，包括进入避免区域的次数、回避所需的最大时间、第一次进入避免区域的时间及路径长度等。 主动位置回避任务可用于评估动物的短期变化，实验数据可以快速采集，动物不需要食物剥夺。但足部电击刺激可能会对动物身体产生伤害。类似的主动回避任务还有穿梭箱回避、爬杆法、跑道回避等。 2、抑制性回避任务(inhibitory avoidance task) 抑制性回避任务属于被动回避任务，利用啮齿类动物偏爱黑暗环境的天性而建立，常用于啮齿类动物学习和记忆的研究。在进行实验训练时将动物放入一个回避装置，该装置由一个暗隔间和一个亮隔间组成，中间有门连接。打开两个隔室之间的门，当动物由亮隔间进入暗隔间时，遭遇一次足部电击。在训练后间隔24或48小时测量动物从亮隔间到之前受到电击的暗隔间的时间(潜伏期)，潜伏期越长表示记忆越好。 抑制性回避任务只需要对动物进行短期训练，避免了记忆获取与巩固的重叠。但厌恶刺激会对动物产生一定伤害。类似的被动回避任务还有跳台实验、两室实验等。  找实验方法，上脑声常谈   欢迎加入 动物模型构建与行为评估交流群 扫码邀请入群 方法检索教程 |
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