脑声问答（33）期丨如何选择合适的动物迷宫实验？

评价大小鼠学习和记忆能力时，迷宫类实验是最经典、最常用的检测手段，根据实验原理一般可分为水迷宫、电迷宫、食物迷宫等。迷宫最早出现于19世纪末，后来逐渐发展，出现了其他各式各样的迷宫。

Morris水迷宫

Morris水迷宫是利用大小鼠会游泳又怕水的天性，强迫其在水中游泳，依靠空间参考标志判定平台的位置摆脱水环境。实验模式有三种:定位航行模式、空间探索模式、工作记忆模式。定位航行实验时，动物从不同象限的中点放入迷宫，记录其登上平台的时长。空间探索实验考察其对平台位置的记忆，记录动物的穿台次数。工作记忆模式是定位航行实验后，每天改变平台位置，给予动物5～10s的观察时间，检测动物在短时间内对平台新位置的记忆。

注意事项:

(1)实验人员勿随意走动，室内物品位置勿变动。

(2)小鼠实验时水温维持在20℃～23℃，水温过高，则小鼠不爱游动。大鼠因体积大，耗能多，水温在24℃～26℃之间。

(3)实验前水中加入墨汁或牛奶、无毒的涂料，更好地隐匿平台。

(4)实验前后，将动物置于平台上休息一段时间，使动物观察迷宫四周环境，帮助记忆。

(5)防止动物因视觉问题影响寻台，可在水迷宫实验前或后进行可视平台实验。

(6)平台应放置在象限的中间，不要放置在水池边缘，避免动物按边缘式搜索策略无意找到平台。

Y迷宫

Y迷宫可进行两种实验:电Y迷宫实验，Y迷宫自主交替实验。电Y迷宫实验是利用鼠类避明趋暗的习性设计的一种条件反射实验装置，其三条臂内均装有灯泡和电网，灯亮的臂无电，而暗臂有电，随机更换安全臂训练动物的空间辨别学习能力。实验分为三个阶段，先是训练期，当动物主动逃避次数达到80%以上，则可进入测试阶段，最后还可进行记忆再现阶段。训练期记录动物达到学会标准进行的电击总数和动物出错总数，作为学习的评定指标。测试期统计动物足底电击中的出错总数，作为记忆的评定指标。记忆保持是考察动物经过一段时间后再放入迷宫，以评价动物记忆力的高低。

Y迷宫自主交替实验，完全利用啮齿类动物对新奇环境探索的天性，动物必须依靠前一次的记忆做出正确的进臂选择，可有效地评价动物的空间工作记忆能力。实验时将动物放入一条臂的末端，让其自由探索几分钟，一段时间后将动物再次放入迷宫进行正式检测。记录动物进入各臂的顺序和总次数，当连续三次进入不同的臂时，记为一次正确交替反应，统计正确交替反应次数，计算自主交替率。

注意事项：

对于电Y迷宫，应选择合适的电压。

T迷宫

T迷宫是依靠觅食动机诱导动物完成任务的一种迷宫，检测前需对动物进行禁食。实验中，动物对目标臂的选择基于记住上次探索过的目标臂，即空间工作记忆，动物对目标臂的正确交替选择是完整工作记忆能力的体现。T迷宫包括自发连续交替实验和交替选择实验两种模式，自发连续交替实验模式时，动物不用禁食，完全借助其爱探索的天性。先让动物完全适应迷宫后，进行一次初始强制实验和六次选择实验，即关闭其中一条目标臂，动物从起始箱放入，使其探索另一条开放的目标臂，待进入目标臂后，又重新放回起始箱。10s后开放闸门，让其自由探索两条目标臂，待其进入其中一条臂后，关闭另一条臂，再次放回起始箱，10s后进入下一次选择实验，循环进行六次。而交替选择实验模式是动物禁食后，进行7～8d的适应性训练和1d的正式训练，即适应迷宫后，在两条目标臂中随机选择一条臂末端放入食饵，关闭另一条臂。将动物放入起始箱，使其进入目标臂获取食饵，连续训练一段时间后进入正式实验阶段。先是强迫训练，选择一条臂开放并放入食饵，另一条臂关闭，当动物进入有食饵的臂获得奖励后，将其马上放回主干臂，而后让其自由探索左右两臂，此前强迫训练时放食饵的臂中无食饵，其对侧臂有食饵。动物若进入无食饵的臂，记为一次“错误次数”，反之为“正确次数”，重复测试多次。统计总的正确率，正确率越高，潜伏期越短，表明动物工作记忆越好。

注意事项：当为交替选择模式时，动物须禁食，至体重减轻为原来的85%～90%，促使动物觅食。

八臂迷宫

八臂迷宫以动物寻觅不同臂中的食饵来评价其空间学习记忆能力，实验分为训练期和检测期。训练期:将食饵放入八条臂末端食盒内，动物从中央区放入，让其自由寻觅食饵。重复训练多天，记录动物进臂次数，训练期反映的是依赖海马有关的陈述性记忆。检测期:随机在4条臂中放入食饵，另外4条臂关闭，动物限定时间内探索4条开放臂，待动物获得全部食饵后将其放回中央区等待一段时间后，开放迷宫八条臂进行测试。检测期主要反映了依赖纹状体的习惯性记忆。注意事项：(1)每天训练完后，将整个迷宫旋转180°，防止动物依靠反向记忆记住空间位置。(2)迷宫周围的所有物品位置需保持不变，防止动物定位不准确。

Barnes迷宫

Barnes迷宫是利用啮齿动物喜暗避明的习性设计，通过强光照射与噪声刺激迫使动物在规定时间内寻找指定位置孔洞下的暗箱。实验分为训练期和测试期，连续训练几天后测试，记录动物进入暗箱的时间、总路程、速度等，以及进入错误洞口的次数以反映动物空间参考记忆能力，也可以通过记录动物重复进入错误洞口次数来测量动物的工作记忆。注意事项:每次训练后要随机转动迷宫，保证连续两天迷宫位置不同，但目标箱位置不改变。当动物在其他洞旁徘徊时，其头部伸入洞内，眼睛低于平台边缘时，判断为逃生错误。

五种迷宫的优缺点比较

重复Morris水迷宫训练能提高动物空间学习能力，但不提高动物空间记忆能力，这说明空间学习和空间记忆能力有不同的机制，两者之间无必然联系。此外，动物的品系、年龄、性别都会影响动物在水迷宫实验中的表现，C57BL/6小鼠的参考记忆能力和工作记忆能力均比昆明种小鼠和ICR小鼠表现稍好。雌性C57BL/6小鼠和昆明小鼠在参考记忆中的表现明显优于同品系雄性小鼠。而BALB/c小鼠不适合进行Morris水迷宫实验。此外，6月龄SD雌性大鼠比2月龄的寻台潜伏期短，而SD雄性大鼠的学习记忆能力也在6月龄时最好，6月龄之前呈现逐渐增强趋势，以后缓慢下降，至24月龄时降至1月龄水平，说明SD大鼠，不管雄性还是雌性，其学习记忆能力在6月龄时最强。

Y迷宫除了检测空间学习记忆外，还可检测动物对空间位置觉和方向觉的辨别能力、逃避条件反射能力、空间工作记忆和片段式记忆。

八臂迷宫用于评价实验动物的空间记忆和非空间记忆，能很好的区分参考记忆和工作记忆。在大量疾病动物模型研究中均有应用，包括长期高脂饮食模型、睡眠剥夺模型、脑创伤模型，尤其对多种发育毒性物质敏感，也有在猴子和人的研究中应用。

T迷宫既可以检测实验动物空间学习和记忆能力，也可利用自发交替实验检测动物空间工作记忆能力，自发交替是一个短期的记忆任务，评估动物对之前进入过迷宫臂的记忆能力，并在重新进入迷宫臂时选择另一条臂。在应用T迷宫和Barnes迷宫对脑缺血模型进行研究时，发现脑缺血引起的神经认知缺陷与工作记忆密切相关，而对长期参考记忆影响较小。Barnes迷宫是用于检测动物的视觉空间学习和记忆能力。

八臂水迷宫、Y型水迷宫等，这种多臂型水迷宫对检测轻度学习记忆能力下降的敏感性比Morris迷宫强，也避免了在Morris水迷宫中的趋触性行为。在评价海马依赖性的空间学习和记忆功能时，Morris水迷宫、Barnes迷宫均适合，它们具有一个共同的特点:在一个大的开放性的圆形空间内找到一个离散的目标。Morris迷宫是让动物在一个安静的环境中进行空间巡航任务，而Barnes迷宫使动物处于强光或噪音下去完成任务，这可能会分散动物寻找空间线索的注意力，影响实验的准确性，所以Morris水迷宫的实验结果更可靠。同时，有大量研究采用Morris水迷宫来评价动物的工作记忆，但有研究者指出Morris水迷宫在工作记忆能力检测上的不敏感性。

考虑到Y迷宫和T迷宫操作简便，用时少，更适合用于检测大小鼠的工作记忆。Y迷宫有多种实验模式，研究者们开始减少使用电刺激和饮食限制的实验方法，而采取利用啮齿类动物天生的探索心理去完成迷宫任务，可用于评价动物空间识别记忆能力。放射迷宫既可用于检测空间记忆能力，也可检测动物的工作记忆能力，其以动物觅食天性为原理，虽避免了厌恶刺激，但这种食物诱导动机可能导致结果的不可信，同样的其他食物迷宫也有相同的问题。