游泳訓練次數對大鼠空間學(xué)習記憶能力的作用論文
Morris 水迷宮（ Morris water maze,MWM） 是英國心理學(xué)家 Morris 于 20 世紀 80 年代初設計并應用于大鼠學(xué)習記憶機制研究的[1],經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)及完善，目前已成為國內外評價(jià)動(dòng)物空間學(xué)習記憶能力最常用的實(shí)驗方法之一，廣泛應用于神經(jīng)藥理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、老年病學(xué)等基礎和應用研究中。
實(shí)驗動(dòng)物通常經(jīng)過(guò)一天數次連續數天的訓練，可對水下站臺產(chǎn)生空間定位記憶，但在具體的操作過(guò)程中，訓練時(shí)程及每天具體的訓練次數并沒(méi)有統一的標準[2].在既往研究中，每天訓練次數為 2- 12 次不等，訓練時(shí)程為 5 - 7 d[3 -9],每天訓練的次數對空間學(xué)習、記憶的結果有何影響，目前尚沒(méi)有報道。因此，本實(shí)驗選取水迷宮實(shí)驗中應用較多的每天訓練4 次及8 次方法，連續訓練6 d,探討訓練次數對大鼠空間學(xué)習記憶能力的影響，為MWM 實(shí)驗的進(jìn)一步完善提供依據。
1 材料與方法
1. 1 實(shí)驗動(dòng)物
健康 SD 雄性清潔級大鼠 36 只，體重 190 -230g ,由河南科技大學(xué)動(dòng)物中心提供。動(dòng)物房室溫控制在（ 22 ± 2） ℃，12 h 光照/黑暗周期，動(dòng)物自由飲水、攝食，大鼠在動(dòng)物房適應一周后，隨機分為每天訓練 4 次組（ 4 次/d 組） 和每天訓練 8 次組（ 8 次/d組） ,每組 18 只。
1. 2 Morris 水迷宮
Morris 水迷宮實(shí)驗系統由水迷宮裝置、水迷宮圖像自動(dòng)采集和處理分析系統組成（ 成都泰盟科技有限公司研制） .圓形水迷宮水池直徑 150 cm,高50 cm,池壁以 4 個(gè)等距離點(diǎn)，即東（ E） 、南（ S） 、西（ W） 、北（ N） 將水池分為 4 個(gè)象限，分別在 4 個(gè)象限的中心沿池壁設置 4 個(gè)入水點(diǎn)。圓柱形平臺放置于SW 象限的中心位置，并沒(méi)于水面下約 2 cm.用脫脂奶粉將水攪渾，水溫（ 21 ± 1） ℃。用遮光簾將水池圍起，布簾上貼有不同形狀、顏色的圖形作為標記。大鼠頭部染黑。訓練時(shí)將大鼠分別從 4 個(gè)入水點(diǎn)頭朝池壁輕輕放入，水池上方 1. 5 m 處安放著(zhù)連接顯示系統的攝像機，通過(guò)處理分析系統分析可提供動(dòng)物游泳的潛伏期（ 動(dòng)物自入水到找到站臺后四肢爬上站臺時(shí)所需的時(shí)間） 、游泳距離、游泳軌跡等參數。
1. 3 實(shí)驗方法
定位航行實(shí)驗（ 隱藏平臺實(shí)驗） ,連續 6 d.4次/d 組： 每天訓練 4 次，隨機分別從 4 個(gè)入水點(diǎn)入水。8 次/d 組的訓練： 每天訓練 8 次，每天分 2 個(gè)時(shí)間段，中間間隔 1 h,每個(gè)時(shí)間段訓練 4 次，分別從 4個(gè)入水點(diǎn)入水。在以上大鼠的訓練中，每只大鼠每次游泳的時(shí)限為60 s,若大鼠在60 s 內找到平臺，則記錄其從入水到爬上平臺的時(shí)間（ 即潛伏期） .若大鼠在入水后 60 s 內未能找到站臺，則由測試者引至站臺，并在站臺上停留 15 s,潛伏期記為 60 s.
空間探索試驗，實(shí)驗第 7 天，撤去隱藏平臺，從目標象限對面入水點(diǎn)將大鼠面向池壁放于水中，記錄 60 s 內大鼠跨越原平臺位置的次數、平臺所在象限的時(shí)間百分比、首次通過(guò)平臺時(shí)間及游泳軌跡等參數。實(shí)驗過(guò)程中應盡量保持實(shí)驗環(huán)境的穩定性，包括測試者、大鼠行為測試時(shí)間等，盡量減少可引起大鼠行為改變的干擾因素。
1. 4 統計學(xué)分析
每組動(dòng)物的潛伏期用 x珋 ± s 表示，使用 SPSS16. 0統計軟件進(jìn)行分析，定位航行實(shí)驗中的潛伏期比較采用重復測量數據的方差分析，游泳平均速度、平臺象限時(shí)間百分比、跨越平臺次數、第1 次通過(guò)平臺時(shí)間采用單因素方差分析，P<0.05 為差異有統計學(xué)意義。
2 結果
2. 1 空間學(xué)習能力比較
采用定位航行實(shí)驗中的平均逃避潛伏期及游泳軌跡來(lái)評價(jià)兩組大鼠的空間學(xué)習能力，結果顯示： 4 次/d 組和 8 次/d 組大鼠在第 1 天訓練時(shí)的平均 逃 避 潛 伏 期 分 別 為 （ 51. 68 ± 17. 67） s 和（ 48. 29 ± 12. 55） s,差 異 無(wú) 統 計 學(xué) 意 義 （ P >0. 05） .隨著(zhù)訓練次數的增加，兩組大鼠的平均逃避潛伏期均明顯縮短，4 次/d 組大鼠潛伏期在 5 d后，8 次/d 組大鼠在 3 d 后均穩定在 10 s 左右，8次/d 組大鼠的平均潛伏期在 6 d 的定位航行實(shí)驗中短于 4 次/d 組大鼠，但差異無(wú)統計學(xué)意義（ P >0. 05） .根據行為學(xué)分析軟件計算兩組大鼠的游泳速度，差異無(wú)統計學(xué)意義，說(shuō)明兩組大鼠的游泳能力無(wú)明顯差異。兩組大鼠第 6 天的游泳軌跡均為直線(xiàn)式（ 見(jiàn)圖 1） .提示隨著(zhù)訓練次數的增加，兩組大鼠的空間學(xué)習能力均明顯增加。
2. 2 空間記憶能力比較
采用空間探索實(shí)驗中的跨越平臺次數、目標象限時(shí)間百分比、首次到達平臺的時(shí)間及游泳軌跡來(lái)評價(jià)兩組大鼠的空間記憶能力。結果顯示各項監測指標差異均無(wú)統計學(xué)意義（ P > 0. 05,見(jiàn)表 2） .兩組大鼠在空間探索實(shí)驗中的游泳軌跡顯示，兩組大鼠均有明顯的目標象限偏好（ 見(jiàn)圖 2） .
3 討論
Morris 水迷宮實(shí)驗是評價(jià)動(dòng)物空間學(xué)習記憶能力的重要手段，實(shí)驗裝置[10]、訓練時(shí)程[11]、實(shí)驗時(shí)間[12]、游泳時(shí)間[13]、水溫[14]等因素對水迷宮成績(jì)的影響均已有報道，但水迷宮訓練次數對其影響尚沒(méi)有報道。在水迷宮實(shí)驗中，動(dòng)物可通過(guò)一定時(shí)程的多次訓練而獲得空間認知，訓練次數對空間學(xué)習記憶能力的形成非常關(guān)鍵。但在此過(guò)程中每天訓練次數、訓練時(shí)程并沒(méi)有統一的要求，文獻報道有每天訓練 3 次、5 d 共 15 次[3],每天訓練 4 次、6 d 共 24次[4],每天訓練6 次、6 d 共36 次[6],每天訓練8 次、5 d 共 40 次[7],及每天訓練 10 次[8]、12 次[9]等，應用較多的是每天訓練 4 次或 8 次。因此，本實(shí)驗采用每天訓練 4 次或 8 次，共訓練 6 d,探討訓練次數對空間學(xué)習記憶的影響。
定位航行實(shí)驗主要反映動(dòng)物空間記憶的獲得情況（ 即學(xué)習獲取能力） .在排除運動(dòng)障礙的情況下，逃避潛伏期是最為常用且相對穩定的參數[13].在定位航行實(shí)驗中大鼠通過(guò)多次訓練尋找平臺可以提高大鼠的空間學(xué)習能力，同時(shí)通過(guò)此學(xué)習過(guò)程建立了空間記憶。本實(shí)驗兩組大鼠的游泳速度無(wú)統計學(xué)差異，可排除運動(dòng)能力的影響。定位航行實(shí)驗結果顯示： 每天訓練 4 次組大鼠和每天訓練 8 次組大鼠隨著(zhù)訓練次數的增加，逃避潛伏期均越來(lái)越短，而 8次組的平均逃避潛伏期第 1 天至第 6 天均比 4 次組短，但無(wú)統計學(xué)差異，提示每天訓練 4 次共 24 次和每天訓練 8 次共 48 次均能明顯提高大鼠空間學(xué)習能力。8 次組大鼠在水迷宮訓練3 d 后，及4 次組大鼠在訓練5 d 后，逃避潛伏期穩定在 10 s 左右，提示隨著(zhù)訓練次數的.增加至 20 -24 次，空間學(xué)習能力可以達到飽和，呈現較穩定的狀態(tài)，而且每天訓練次數增加，會(huì )使實(shí)驗動(dòng)物學(xué)習能力提升較快，可以較快達到穩定狀態(tài)。
空間探索實(shí)驗測量的是動(dòng)物的記憶保持能力�？臻g探索實(shí)驗結果顯示，每天訓練 4 次組和每天訓練 8 次組大鼠跨越平臺的次數及首次通過(guò)平臺的時(shí)間無(wú)明顯差異，且均表現出明顯的目標象限偏好，在目標象限停留的時(shí)間均明顯高于其他象限，提示兩組大鼠的空間記憶能力無(wú)明顯差異，說(shuō)明大鼠只要經(jīng)過(guò)“足夠”次數的訓練，即可達到提取記憶的目的。但游泳訓練次數對大鼠長(cháng)期記憶的影響及作用機制還應進(jìn)一步探討。
空間學(xué)習與記憶是腦的高級神經(jīng)生理活動(dòng)之一，大腦皮層聯(lián)絡(luò )區、海馬、紋狀體、基底前腦、小腦等多個(gè)腦區參與其過(guò)程，組成一個(gè)功能完整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )[15].海馬的完整性對于空間學(xué)習記憶至關(guān)重要[16],但是海馬牽涉其中的神經(jīng)機制并不十分清楚。海馬對于空間信息的獲得、提取及對記憶的鞏固和儲存起著(zhù)關(guān)鍵的作用[17].文獻報道，海馬損傷大鼠需要增加訓練次數才可以達到相對穩定的狀態(tài)，而正常大鼠經(jīng)過(guò)短期的訓練足以達到穩定的學(xué)習狀態(tài)。
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