游泳訓練次數對大鼠空間學習記憶能力的作用論文

Morris 水迷宮（ Morris water maze,MWM） 是英國心理學家 Morris 於 20 世紀 80 年代初設計並應用於大鼠學習記憶機制研究的[1],經過不斷改進及完善，目前已成爲國內外評價動物空間學習記憶能力最常用的實驗方法之一，廣泛應用於神經藥理學、神經生理學、老年病學等基礎和應用研究中。

實驗動物通常經過一天數次連續數天的訓練，可對水下站臺產生空間定位記憶，但在具體的操作過程中，訓練時程及每天具體的訓練次數並沒有統一的標準[2].在既往研究中，每天訓練次數爲 2- 12 次不等，訓練時程爲 5 - 7 d[3 -9],每天訓練的次數對空間學習、記憶的結果有何影響，目前尚沒有報道。因此，本實驗選取水迷宮實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習記憶能力的影響，爲MWM 實驗的進一步完善提供依據。

1 材料與方法

1. 1 實驗動物

健康 SD 雄性清潔級大鼠 36 只，體重 190 -230g ,由河南科技大學動物中心提供。動物房室溫控制在（ 22 ± 2） ℃，12 h 光照/黑暗週期，動物自由飲水、攝食，大鼠在動物房適應一週後，隨機分爲每天訓練 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 水迷宮實驗系統由水迷宮裝置、水迷宮圖像自動採集和處理分析系統組成（ 成都泰盟科技有限公司研製） .圓形水迷宮水池直徑 150 cm,高50 cm,池壁以 4 個等距離點，即東（ E） 、南（ S） 、西（ W） 、北（ N） 將水池分爲 4 個象限，分別在 4 個象限的中心沿池壁設定 4 個入水點。圓柱形平臺放置於SW 象限的中心位置，並沒於水面下約 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、顏色的圖形作爲標記。大鼠頭部染黑。訓練時將大鼠分別從 4 個入水點頭朝池壁輕輕放入，水池上方 1. 5 m 處安放着連接顯示系統的攝像機，透過處理分析系統分析可提供動物游泳的潛伏期（ 動物自入水到找到站臺後四肢爬上站臺時所需的時間） 、游泳距離、游泳軌跡等參數。

1. 3 實驗方法

定位航行實驗（ 隱藏平臺實驗） ,連續 6 d.4次/d 組： 每天訓練 4 次，隨機分別從 4 個入水點入水。8 次/d 組的訓練： 每天訓練 8 次，每天分 2 個時間段，中間間隔 1 h,每個時間段訓練 4 次，分別從 4個入水點入水。在以上大鼠的訓練中，每隻大鼠每次游泳的時限爲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間（ 即潛伏期） .若大鼠在入水後 60 s 內未能找到站臺，則由測試者引至站臺，並在站臺上停留 15 s,潛伏期記爲 60 s.

空間探索試驗，實驗第 7 天，撤去隱藏平臺，從目標象限對面入水點將大鼠面向池壁放於水中，記錄 60 s 內大鼠跨越原平臺位置的次數、平臺所在象限的時間百分比、首次透過平臺時間及游泳軌跡等參數。實驗過程中應儘量保持實驗環境的穩定性，包括測試者、大鼠行爲測試時間等，儘量減少可引起大鼠行爲改變的干擾因素。

1. 4 統計學分析

每組動物的潛伏期用 x珋 ± s 表示，使用 SPSS16. 0統計軟件進行分析，定位航行實驗中的潛伏期比較採用重複測量數據的方差分析，游泳平均速度、平臺象限時間百分比、跨越平臺次數、第1 次透過平臺時間採用單因素方差分析，P<0.05 爲差異有統計學意義。

2 結果

2. 1 空間學習能力比較

採用定位航行實驗中的平均逃避潛伏期及游泳軌跡來評價兩組大鼠的空間學習能力，結果顯示： 4 次/d 組和 8 次/d 組大鼠在第 1 天訓練時的平均 逃 避 潛 伏 期 分 別 爲 （ 51. 68 ± 17. 67） s 和（ 48. 29 ± 12. 55） s,差 異 無 統 計 學 意 義 （ P >0. 05） .隨着訓練次數的增加，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後，8 次/d 組大鼠在 3 d 後均穩定在 10 s 左右，8次/d 組大鼠的平均潛伏期在 6 d 的定位航行實驗中短於 4 次/d 組大鼠，但差異無統計學意義（ P >0. 05） .根據行爲學分析軟件計算兩組大鼠的游泳速度，差異無統計學意義，說明兩組大鼠的游泳能力無明顯差異。兩組大鼠第 6 天的游泳軌跡均爲直線式（ 見圖 1） .提示隨着訓練次數的增加，兩組大鼠的空間學習能力均明顯增加。

2. 2 空間記憶能力比較

採用空間探索實驗中的跨越平臺次數、目標象限時間百分比、首次到達平臺的時間及游泳軌跡來評價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統計學意義（ P > 0. 05,見表 2） .兩組大鼠在空間探索實驗中的游泳軌跡顯示，兩組大鼠均有明顯的目標象限偏好（ 見圖 2） .

3 討論

Morris 水迷宮實驗是評價動物空間學習記憶能力的重要手段，實驗裝置[10]、訓練時程[11]、實驗時間[12]、游泳時間[13]、水溫[14]等因素對水迷宮成績的影響均已有報道，但水迷宮訓練次數對其影響尚沒有報道。在水迷宮實驗中，動物可透過一定時程的多次訓練而獲得空間認知，訓練次數對空間學習記憶能力的形成非常關鍵。但在此過程中每天訓練次數、訓練時程並沒有統一的要求，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，本實驗採用每天訓練 4 次或 8 次，共訓練 6 d,探討訓練次數對空間學習記憶的影響。

定位航行實驗主要反映動物空間記憶的獲得情況（ 即學習獲取能力） .在排除運動障礙的情況下，逃避潛伏期是最爲常用且相對穩定的參數[13].在定位航行實驗中大鼠透過多次訓練尋找平臺可以提高大鼠的空間學習能力，同時透過此學習過程建立了空間記憶。本實驗兩組大鼠的游泳速度無統計學差異，可排除運動能力的影響。定位航行實驗結果顯示： 每天訓練 4 次組大鼠和每天訓練 8 次組大鼠隨着訓練次數的`增加，逃避潛伏期均越來越短，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，但無統計學差異，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習能力。8 次組大鼠在水迷宮訓練3 d 後，及4 次組大鼠在訓練5 d 後，逃避潛伏期穩定在 10 s 左右，提示隨着訓練次數的增加至 20 -24 次，空間學習能力可以達到飽和，呈現較穩定的狀態，而且每天訓練次數增加，會使實驗動物學習能力提升較快，可以較快達到穩定狀態。

空間探索實驗測量的是動物的記憶保持能力。空間探索實驗結果顯示，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透過平臺的時間無明顯差異，且均表現出明顯的目標象限偏好，在目標象限停留的時間均明顯高於其他象限，提示兩組大鼠的空間記憶能力無明顯差異，說明大鼠只要經過“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期記憶的影響及作用機制還應進一步探討。

空間學習與記憶是腦的進階神經生理活動之一，大腦皮層聯絡區、海馬、紋狀體、基底前腦、小腦等多個腦區參與其過程，組成一個功能完整的神經網絡[15].海馬的完整性對於空間學習記憶至關重要[16],但是海馬牽涉其中的神經機制並不十分清楚。海馬對於空間資訊的獲得、提取及對記憶的鞏固和儲存起着關鍵的作用[17].文獻報道，海馬損傷大鼠需要增加訓練次數纔可以達到相對穩定的狀態，而正常大鼠經過短期的訓練足以達到穩定的學習狀態。