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脑声常谈:经典的AD模型行为学实验--Morris水迷宫实验经典没有之一

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 发布时间:2022-07-01 07:47:07 来源:e星平台 作者:e星平台直播     浏览次数:5    

  原标题:脑声常谈:经典的AD模型行为学实验--Morris水迷宫实验,经典没有之一

  水迷宫是阿尔茨海默病(AD)研究中应用最广泛的行为实验方法,主要用于测试啮齿动物的空间记忆能力。这种方法是理查德莫里斯在1981年发明的,三年后其实验过程得到进一步改进。为了表示对发明者的纪念和尊敬,人们称这个实验为“莫瑞斯水迷宫(WMW)”。

  水迷宫自20世纪80年代初发明以来,逐渐成为AD认知记忆实验中的“主力军”。当我们同时以老年痴呆症和行为实验的名称进行搜索时,水迷宫搜索所获得的物品远远多于任何其他行为实验(图1A)。而且水迷宫在AD行为研究中的主导地位与日俱增。1995年以前,水迷宫实验占统计中列出的7种行为学文献总数的44%(图1B),但到了2020年,这一比例上升到了54%(图1C)。由此可见水迷宫在AD研究中的“主导地位”。

  但和很多动物行为实验一样,不同论文在设备规格、实验程序、数据统计等方面存在很大差异。水迷宫实验没有统一的标准,哪些参数可以改变,哪些参数需要慎重考虑,这往往令人费解。为了解答这些疑惑,我们计划从设备、主要过程、统计分析三个章节对水迷宫进行分析,希望能对水迷宫实验有一个大致的了解,知道影响水迷宫实验的各种因素。

  水迷宫实验主体为圆形水池,水池内径一般在120-130cm之间。 也有研究采用直径100cm或180cm规格的水池,但水池过大会增大小鼠需要探索的面积,学习时间过长,且小鼠矮小的体型不利于热量的保存,在水中烦躁游泳会进一步加剧热量的消耗另一方面,过大的池塘也很难操作。 特别是在引导未在池中完成任务的小鼠进入平台的过程中,小鼠位于池中央,是测试实验者手臂长度的时候了。 相反,池太小可能导致实验难度太低,不能有效区分神经系统损伤的小鼠和正常的小鼠,可以理解为试题太简单,可以做学习成绩差的学生和优等生。

  水池高度一般为50-60cm,其中水深30cm,可留出20-30cm边缘放置用于提示方位的标记(Cue )。 边缘不能太低。 因为如果小于10cm,小鼠可能会在游泳时跳出池塘,另一方面,贴标记的空间也不够。 池塘通常由支架支撑,高度便于实验人员操作。

  有条件时,水池宜有完整的温控系统,即温度检测和上升降温装置(主要是升温),将水温波动控制在最低水平。 另外,该温控系统的升温设备需要尽量均匀分布。 否则,水温的不均匀也会影响实验结果。

  水迷宫房间内的给排水系统可以大大提高实验的便利性,因此建议设置水迷宫实验专用房间,并直接在水池中安装供水龙头。

  在没有像实验用的水浴锅那样有自动温度控制装置的水槽的情况下,为了实验的连续性,蓄水量多的水池,即高度超过60cm,更多的水可以保持水温更长时间。 但是,必须用温度计进行监视,使水温在20-22度之间。 (其实22度是最好的,但是实际上没有自动温控系统很难维持,所以在温度低于20度之前请马上加热。 水温过低可能导致小鼠体温下降,机体功能下降,严重者体弱小鼠死亡,影响实验结果; 但是,水温高到一定程度后,小鼠体感温度会变得舒适,寻找平台的动力会变弱,也可能对实验不利。为了方便动物行为采集系统的工作,避免小鼠看到水下逃生平台,一般对白色小鼠,水池材质可以为深色,无需在水中添加颜料; 另一方面,白色钛白粉可用于黑色或灰色小鼠的行为实验。 有趣的是,一项研究表明,水的颜色不影响小鼠寻找平台。 这可能是因为小鼠游泳时昂首运动,光线折射。 但是,为了慎重起见,在深色动物实验的同时也加入了白色颜料,主要是为了提高对比度,提高视频分析系统的正确性。

  逃生平台一般是直径7-10厘米的圆形,如果小鼠能停下来不太滑就好了。 方形平台也经常被报道,但本人推荐圆形这样没有尖锐突出的平台。

  通常,我们通过调节水位来控制平台是否可见,但通常,如果平台高度可调,对于增加训练期间可见平台实验的方案将相当省力。 如果是专业的水迷宫设备,可以在水池底部设置定点卡,每次都可以将平台放置在一定的地方。 另外,还有可以远程操作平台高度的设备,便于实验人员使用。

  另外,平台的设置位置也很讲究,不能太依赖池边。 这样小鼠可能会学会绕道而行求生。 不能太靠近池塘中心。 这样,小鼠也不需要记住方向,只需要在池塘中心的小范围内搜索即可。 如果未选择方向,平台中心的位置将设置在半径2/3到半径1/2之间,即图3中红色圆和绿色圆之间的环形区域。

  这里需要注意的是,平台的直径变大,迷宫的难度就会降低,相反难度会增加。 个人推荐根据预实验的天花板效应或地板效应确定。 个人总结的标准比例是水池直径与平台直径之比约为12.65左右。 也就是说,池塘的面积是平台面积的160倍。 结合直径120cm的水池规格,平台应设置在直径9.5cm处。

  另外,关于平台的设置,有以下值得关注的地方。 那是隐藏平台的时期,平台顶部与水面的距离不得超过1cm。 这是因为,如果平台与水面距离过大,小鼠的大部分身体还浸在水中,就会远离平台寻找更干燥的环境,可能不利于平台的记忆。 此外,在可视平台期,平台可以位于水面以上1cm左右,过低可能不利于小鼠观察,过高则难以爬上小鼠平台。 如果想加快培训速度,还可以在平台上放置一面小旗,便于小鼠观察。 如果多次进行检查,则必须允许小鼠在每个trail末尾到达平台,但小鼠并不是还在水中游泳,实验人员会当面放入平台,因此自动化的水迷宫系统标记(Cue ) )。

  标记是动物进行空间定位的关键,因此相互区分尤为重要。 这些标记可以放置在迷宫外,也可以放置在迷宫中,目的是让小鼠在游泳时可以看到。 水迷宫内部的标记通常直径为15cm左右,但外部标记没有大小限制。 标记的数量一般在3个以上,彼此的形状区别要明显。

  另外,标记在池的内部直径10cm或边长即可,在外周需要相应增大。 另外,小鼠对颜色不敏感,与较强的形状相比,小鼠的区分能力较好,PS4手柄右侧的为较好的区分形状,通过增加实心和空心的区分,可以大大提高对这些形状的识别度。

  这些标记的方位与象限相对应。 通常,我用东南西北四个方位的简称(e,s,w,n )命名四个方位。 记号笔也悬挂或贴在与方向相应的位置,从此不再变动。 (当然,在某些实验中,动物不是通过气味等方法,而是通过改变Cue的方位来定位。 )但是,这里的名称只是为了区分,是经过严格设计的。

  视频采集系统的建立需要根据具体的实验环境进行设置,需要注意的主要是光的反射和边缘的畸变。 光的反射问题可以通过增加光源或调整相机的角度来实现,但如果边缘扭曲,则需要扩大拍摄范围,以免迷宫成为边缘。

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  1、自身给药、条件恐惧、斯金纳、震惊反射(PPI)、跑步机、各类经典迷宫等

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