學(xué)習(xí)記憶中的行為學(xué)方法

學(xué)習(xí)記憶中的行為學(xué)方法

科學(xué)的發(fā)展繼續(xù)揭示著人們不知道的幾個(gè)領(lǐng)域。這是21世紀(jì)被認(rèn)為是腦科學(xué)的一個(gè)世紀(jì)。目前，腦科學(xué)研究的重點(diǎn)是澄清學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制。各種先進(jìn)的科技手段不斷的應(yīng)用于該領(lǐng)域,從整體到微觀、從行為到基因,不同層次的研究被廣泛的展開,而行為學(xué)方法在學(xué)習(xí)記憶研究過程中起到了很重要的作用,是觀察學(xué)習(xí)和記憶變化的主要方式。本文就學(xué)習(xí)和記憶中主要的行為學(xué)方法作以簡(jiǎn)要論述,希望能為該研究領(lǐng)域的學(xué)者提供一些信息。1動(dòng)物的過充反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置為30cm×30cm×30cm的有機(jī)玻璃箱,底面是銅柵,間距為0.18cm,可以通電,電壓由變壓器控制。箱子左后角置一高5cm、直徑為8cm的橡膠平臺(tái)。動(dòng)物在反應(yīng)箱內(nèi)適應(yīng)環(huán)境3min,然后通36V交流電,動(dòng)物受到電擊,正常反應(yīng)是跳上平臺(tái)以躲避傷害性刺激。多數(shù)動(dòng)物可能會(huì)再次或多次跳至銅柵上,受到電擊后又迅速跳回平臺(tái),如此訓(xùn)練5min。動(dòng)物受到電擊的次數(shù)為錯(cuò)誤次數(shù)。24h后重做測(cè)驗(yàn),將動(dòng)物置于平臺(tái)上,通電并記時(shí),記錄5min內(nèi)的錯(cuò)誤次數(shù)。錯(cuò)誤次數(shù)反映動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶的情況。2觀察動(dòng)物的行為特征又稱敞箱法試驗(yàn),主要是觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)象在開放區(qū)域中的活動(dòng)情況。試驗(yàn)裝置的大小可根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不同進(jìn)行調(diào)整,試驗(yàn)箱周壁為黑色的曠場(chǎng),曠場(chǎng)底面被分成面積相等的25塊正方形格子,沿墻格稱外周格,其余為中央格。將動(dòng)物放在正中央格,用固定于曠場(chǎng)上方的攝象機(jī)記錄動(dòng)物一段時(shí)間內(nèi)的行為活動(dòng)情況。試驗(yàn)時(shí)間多為3min或5min。觀察指標(biāo):方格間穿行次數(shù)、豎起或修飾次數(shù)、中央格停留時(shí)間。以穿越底面的格數(shù)作為水平積分,以兩前肢同時(shí)離地的次數(shù)作為垂直積分,兩者之和為曠場(chǎng)試驗(yàn)積分。也有文獻(xiàn)制定了相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)以動(dòng)物1/2以上身體進(jìn)入相鄰方格記1分,后肢性站立記1分,合計(jì)為其總分。試驗(yàn)中記錄5min內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)象經(jīng)過的格子數(shù)、后肢性站立的次數(shù)以及排出糞便的粒數(shù)。研究認(rèn)為,經(jīng)過的格子數(shù)的得分反映動(dòng)物的興奮性;后肢性站立的次數(shù)代表動(dòng)物對(duì)陌生環(huán)境的適應(yīng)能力;排出糞便的粒數(shù)提示動(dòng)物的緊張程度。3周圍布及測(cè)試指標(biāo)由兩個(gè)相對(duì)的開放臂、兩個(gè)相對(duì)的封閉臂和連接四只臂的中央平臺(tái)組成。迷宮由有機(jī)玻璃制作,除四個(gè)臂的底板及中央平臺(tái)為黑色外,其余均為無色透明。該裝置整體固定于距實(shí)驗(yàn)室地面50cm等長(zhǎng)寬的“十”可升降底座組成的支架上。實(shí)驗(yàn)室保持安靜、光線適當(dāng),室溫20℃左右。周圍布以2m高黑色單調(diào)背景。測(cè)試指標(biāo):進(jìn)入開放臂次數(shù)(openarmentry,OE)、進(jìn)入開放臂時(shí)間(openarmtime,OT)、進(jìn)入封閉臂次數(shù)(closearmentry,CE)、進(jìn)入封閉臂時(shí)間(closearmtime,CT)、向下探究次數(shù)、封閉臂后腿直立次數(shù)。試驗(yàn)開始前使動(dòng)物適應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境,試驗(yàn)開始將動(dòng)物置于迷宮中央頭朝向閉臂區(qū),通過攝像監(jiān)視器垂直監(jiān)視記錄其活動(dòng)情況,每只動(dòng)物測(cè)試5min。中間用濕布擦拭迷宮,清除糞便,繼用干布擦凈后再進(jìn)行下一輪測(cè)試,以減少動(dòng)物之間的相互干擾。實(shí)驗(yàn)指標(biāo)以進(jìn)入開放臂的百分?jǐn)?shù)(OE%)和在開放臂停留時(shí)間的百分?jǐn)?shù)(OT%);開放臂和中央平臺(tái)區(qū)向下探究次數(shù)則反映在非保護(hù)區(qū)內(nèi)的探索行為,代表動(dòng)物對(duì)陌生環(huán)境的好奇探究或因恐懼而尋求逃避;進(jìn)入開放臂和封閉臂總次數(shù)反映動(dòng)物運(yùn)動(dòng)能力。4食物臂訓(xùn)練目前常用的為八臂放射迷宮,也有十二臂或十六臂迷宮。以八臂迷宮為例:由光滑塑料板制成,置于距地面75cm高,中央平臺(tái)直徑51.5cm,八臂的每臂長(zhǎng)60cm,寬11cm,臂側(cè)板高10cm,透明。每臂距遠(yuǎn)端3cm處,設(shè)1cm深、直徑2cm的餌食坑。開始3d在迷宮自由探尋、吃散在的食餌以適應(yīng)。每只動(dòng)物每天訓(xùn)練1次,每周訓(xùn)練6d。訓(xùn)練時(shí),只用4臂做食餌臂,同只動(dòng)物保持喂食方式直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。每只動(dòng)物訓(xùn)練完用酒精擦去其排泄物。動(dòng)物吃完4個(gè)食物臂或完成固定次數(shù)選擇,或10min結(jié)束訓(xùn)練。當(dāng)動(dòng)物連續(xù)訓(xùn)練4次最多只有1次錯(cuò)誤時(shí),視作達(dá)到工作記憶形成標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)記錄兩種錯(cuò)誤:進(jìn)入已吃過食物的臂為工作記憶錯(cuò)誤,進(jìn)入無食物臂為參考記憶錯(cuò)誤。5食物適應(yīng)測(cè)試由日本巖崎庸教授最早采用,并且在日本做學(xué)習(xí)記憶實(shí)驗(yàn)時(shí)得到廣泛的應(yīng)用。T-迷宮為木制,由中央通路(72cm×12cm)和兩條側(cè)臂(60cm×12cm)組成,距離中央通路開始部位20cm處和每個(gè)側(cè)臂的入口處各裝有一個(gè)可開關(guān)的閘門,迷路的壁高15cm,地板上鋪有黑色有機(jī)塑料板,便于每天清掃糞便,在每條側(cè)臂末端各設(shè)有一個(gè)直徑約3cm的圓形食物盒,內(nèi)置40mg食物。測(cè)試動(dòng)物在T-迷宮中進(jìn)行2d的覓食適應(yīng)后開始測(cè)試。測(cè)試分為預(yù)備和測(cè)試兩個(gè)階段。預(yù)備階段時(shí),任意選擇T-迷宮的一臂,用木閘門將之關(guān)閉,動(dòng)物只能進(jìn)入開放的臂內(nèi),并將食物吃完,然后將之放入起始臂內(nèi)15s后撤去閘門開始測(cè)試,在此階段,動(dòng)物的后肢進(jìn)入兩臂中的任一臂就認(rèn)為是作出了選擇,不準(zhǔn)再后退。如果動(dòng)物進(jìn)入預(yù)備階段未進(jìn)入的臂內(nèi),就允許其吃完食物后回籠;如果進(jìn)入已進(jìn)入過的臂內(nèi),將其在該臂內(nèi)關(guān)10s后回籠。每只動(dòng)物每日測(cè)試5次,每次間隔15min,連續(xù)4d。記錄每日測(cè)試的正確率。正確率達(dá)到95%以上為學(xué)習(xí)記憶達(dá)標(biāo)。類似的迷宮實(shí)驗(yàn)還有Y-迷宮。6動(dòng)物學(xué)習(xí)和反應(yīng)記錄也稱被動(dòng)回避法,該裝置為木制暗環(huán)境回避穿梭箱,分隔成明暗兩室,由拱型小門(6cm×8cm)相通,兩室底布以直徑0.3cm,間距1.2cm銅柵,暗室銅柵可通以交流電(0.3mA,50Hz),作為非條件刺激,由微機(jī)控制銅柵的通電。實(shí)驗(yàn)時(shí)將動(dòng)物背對(duì)小門放入明室,由于動(dòng)物的趨暗習(xí)性,其可自動(dòng)進(jìn)入暗室當(dāng)其四足全部進(jìn)入暗室時(shí),暗室底銅柵自動(dòng)通電,動(dòng)物受電擊自動(dòng)逃回明室,間隔30s后再進(jìn)行下一輪訓(xùn)練,以此反復(fù),至動(dòng)物放入明箱后5min不進(jìn)暗室為學(xué)習(xí)完成。記錄每組動(dòng)物至學(xué)會(huì)為止需進(jìn)行多少次訓(xùn)練,以比較各組動(dòng)物的學(xué)習(xí)速度。將學(xué)習(xí)完成的動(dòng)物停止實(shí)驗(yàn)7d,于第8d分別再放入明室中,觀察并記錄動(dòng)物進(jìn)入暗室前在明室停留的時(shí)間,比較各組動(dòng)物記憶保持情況。亦有研究者采用雙向穿梭箱訓(xùn)練法,穿梭箱結(jié)構(gòu)類似,分為兩室由小門相通,箱底銅棒可通交流電(1mA,持續(xù)10s)產(chǎn)生足電震,兩室內(nèi)各裝有一個(gè)發(fā)光電源,以光信號(hào)作為條件刺激。實(shí)驗(yàn)在安靜、避光的環(huán)境中進(jìn)行,由電腦自動(dòng)控制操作和記錄數(shù)據(jù)。從光信號(hào)出現(xiàn)的開始電擊的潛伏期為10s,如動(dòng)物見到光信號(hào)就跑到對(duì)面暗室,則記錄為主動(dòng)回避反應(yīng)(activeavoidresponse,AV)1次;如動(dòng)物見到光信號(hào)后仍需電刺激才跑到暗室則記錄為被動(dòng)逃避反應(yīng)(passiveescaperesponse,ESC)1次;動(dòng)物主動(dòng)回避反應(yīng)所需時(shí)間稱為主動(dòng)回避潛伏期(activeavoidlatency,AVLAT);被動(dòng)逃避反應(yīng)所需時(shí)間被稱為被動(dòng)逃避潛伏期(passiveescaperesponselatency,ESCLAT)。依此法每天連續(xù)訓(xùn)練動(dòng)物40次,持續(xù)訓(xùn)練8d,記錄每天的成績(jī),繪制學(xué)習(xí)曲線。7休閑體驗(yàn)空間由英國(guó)心理學(xué)家RichardGM.Morris發(fā)明并應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中,由于其設(shè)計(jì)的合理性,目前已在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。Morris水迷宮由圓形水池(直徑120cm,高50cm)、攝像頭及分析系統(tǒng)組成。圓形水面被通過圓心的兩條假想垂線劃分為4個(gè)象限。在其中一個(gè)象限的正中水域內(nèi)放置一圓形透明平臺(tái)(直徑10cm,高28cm),平臺(tái)隱于水面下2cm處,水溫保持25℃左右。通常在水中加入牛奶等不透明劑,以避免實(shí)驗(yàn)對(duì)象直接觀察到平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)分為定位航行試驗(yàn)和空間探索試驗(yàn)兩個(gè)階段。定位航行試驗(yàn)時(shí)將動(dòng)物隨機(jī)從某個(gè)象限的中點(diǎn)面壁式放入水池,動(dòng)物入水后盡力逃避水患,當(dāng)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)后則棲身其上,每次的訓(xùn)練時(shí)間多為120s或180s,定為最大潛伏期,動(dòng)物找到平臺(tái)后允許其在平臺(tái)上停留10~30s,如果動(dòng)物在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法發(fā)現(xiàn)安全平臺(tái),則由試驗(yàn)者將其引至平臺(tái)并停留約30s,試驗(yàn)時(shí)間記為最大潛伏期。記錄動(dòng)物每次找到平臺(tái)所需時(shí)間、動(dòng)物游泳軌跡、游泳速度等?？臻g探索試驗(yàn)時(shí)撤去平臺(tái),讓動(dòng)物在水中自由游泳,記錄最大潛伏期內(nèi)各象限中的時(shí)間及經(jīng)過原平臺(tái)位置的次數(shù)。試驗(yàn)通過圖像采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄動(dòng)物找到平臺(tái)的潛伏期及游泳軌跡等參數(shù),試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用專業(yè)軟件進(jìn)行分析。8研究對(duì)象學(xué)習(xí)記憶能力的檢測(cè)T-迷宮、放射狀迷宮、Morris水迷宮常用于研究動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)記憶。跳臺(tái)實(shí)驗(yàn)、穿梭箱實(shí)驗(yàn)等屬于操作式條件反射,其中穿梭箱實(shí)驗(yàn)在行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為常用,此法可同時(shí)觀察被動(dòng)和主動(dòng)回避性反應(yīng)。T-迷宮、Y-迷宮用于辨別性學(xué)習(xí)試驗(yàn)。高架迷宮使動(dòng)物同時(shí)產(chǎn)生了探究的沖動(dòng)與恐懼,造成了“探究-回避”的沖突行為,能較好地反映動(dòng)物的焦慮情緒。曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)主要反映動(dòng)物的主動(dòng)行為、探究行為以及抑郁或警覺等情緒反應(yīng)。以上的行為學(xué)方法可以觀察研究對(duì)象的行為學(xué)變化、學(xué)習(xí)記憶的能力及變化,從整體上評(píng)估研究對(duì)象的學(xué)習(xí)記憶情況。然而,以上行為學(xué)方法由于設(shè)計(jì)之初的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)觀察目標(biāo)的局限性,已經(jīng)無法充分滿足不斷涌現(xiàn)的新的檢測(cè)理念。隨著對(duì)學(xué)習(xí)記憶的研究的進(jìn)展,各種學(xué)習(xí)記憶的新的理論不斷涌現(xiàn),新的試驗(yàn)?zāi)Ｐ图跋冗M(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于研究,給學(xué)習(xí)記憶的研究提出了新的挑戰(zhàn)。因此,如何將傳統(tǒng)的行為學(xué)方法與最新的技術(shù)手段相結(jié)合,為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更為科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀的數(shù)據(jù)成為今后行為學(xué)研究領(lǐng)域必須解決的問題。目前,我院神經(jīng)機(jī)能實(shí)驗(yàn)室與日本山形大學(xué)醫(yī)學(xué)部神經(jīng)機(jī)能研究室聯(lián)合研制開發(fā)的評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)記憶功能的4-PTT(4-pellettakingtest)實(shí)驗(yàn)裝置,經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明為行之有效的學(xué)習(xí)記憶測(cè)試工具。4-PTT迷宮可以同時(shí)評(píng)估參照記憶和工作記憶,根據(jù)原理我們用動(dòng)物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所用的實(shí)驗(yàn)次數(shù)(TRCS);每只動(dòng)物