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Morris Water Maze水迷宫行为学实验操作流程

更新时间:2023-05-27  |  点击率:530

Morris Water Maze水迷宫实验

Morris Water Maze水迷宫是一种主要用于测试啮齿类动物空间记忆获得的实验范式(Morris1984)。尽管MWM是以大鼠为中心设计的,但它也已成为小鼠行为神经科学测试的主要工具。大量研究表明MWM作为一种测试和评估空间认知的方法是非常可靠和准确的也有文献证实了该模型在研究认知受损的神经退行性和神经精神疾病(如阿尔茨海默,帕金森,精神分裂等)时的实用性水迷宫任务主要设计用于测量空间学习和记忆,已经在评估衰老、实验损伤和药物作用方面变得非常有用,特别是在啮齿类动物中

与其他行为学范式相比水迷宫实验具有以下优点

a. 动物不需要进行训练

b. 消除了嗅觉线索的干扰

c. 通过视频跟踪装置可以识别非记忆行为或运动缺陷

d. 通过改变平台的位置和高度灵活测试学习再学习、记忆消除等过程

e. 设备成本相对较低技术人员也易于掌握

1. 实验准备

a. 圆形水迷宫

理想直径1.2-1.8m,可以是深色塑料材质;水迷宫内含直径10~12cm平台(建议颜色和水迷宫内壁相同,使得平台对动物而言是不可见的,位于某一象限的中心;有些水迷宫有加热器。建议在水迷宫外周悬挂帘子(隐藏实验者和等待的动物)

b.

温度20~26℃的清水,可将水加至高度超过平台1cm最好将水迷宫安装在能连接水池的房间方便加水或放水

C. 空间定向的视觉提示

例如,使用A4纸打印的正方形、三角形、圆形、五角星等,贴在水迷宫周围动物可以看到的位置,如墙壁上。

d. 摄像机

一种能俯瞰迷宫的高分辨率视频记录装置,建议选择Basler单色/彩色工业相机。

e. 计算机和软件

使用Noldus EthoVision XT软件直接控制摄像机,并支持实时采集分析数据。软件从视频材料中识别大/小鼠,追踪其运动轨迹,分析统计运动时间、距离、速度等参数

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f. 实验动物

准备对照组不同处理组的大鼠or小鼠

2. 隐藏平台试验

每只大/鼠每天进行四次试验,连续四天

a. Noldus EthoVision XT软件中设置好测试流程如样本数量ID追踪时间截止时间等

b. 每次试验将大/小鼠从水迷宫的不同象限分别轻轻放入水迷宫中,此顺序是随机的,Q1-Q3-Q2-Q4保证每天四次试验的象限顺序不同。注意放入时应使得动物朝向迷宫壁,不要使其头部伸入水下。

c. 在每次试验中给予动物90s(此时间根据实验可修正)时间探索隐藏在水面下部的平台;若动物在90s内找到平台允许其在平台上休息30s,之后立即进行下一次试验;若动物在90s内未成功找到平台将其放到平台上休息30s,也立即进行下一次试验;

d. 每只动物进行四次试验后用毛巾擦干放回饲养笼之后三天重复同样的实验(共四天)

3. 探索试验

5将平台从迷宫中取出进行探索测试,此测试主要测量在四个象限中的每一个象限中游泳的时间和距离。提供了对先前平台位置记忆的强度和准确性的第二次估计。

a. 设置好计算机和EthoVision XT软件程序后将动物放入与平台所在象限相对的象限内,方法和注意事项同上。

b. 记录动物在90s内的运动轨迹,计算动物在各个象限的游动时间、距离,以及穿越原平台位置的次数等。将动物取出后重复一次,取两次的平均值。

有些实验会有不同的Protocol隐藏平台测试阶段:每天两次试验持续六或每天一次试验共持续十四天,如下图所示

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4. 可见平台试验(可选)

执行测试可以鉴别药物或其它实验操作是否导致视觉敏锐度的变化。这种改变可能会混淆依赖于视觉线索进行任务操作的数据分析

a. 探索测试之后立即将平台放置在原象限相对的象限内超出水面之上约1.5cm

b. 改变照明,使得视觉提示不再可见,而平台的照明度更高;

c. 从平台所在象限的对立象限放入动物让其定位平台,第一次试验没有时间限制动物找到平台后休息30s然后以同样的方式进行第二次试验记录找到平台的潜伏期

可以重复多次每次试验均需要将平台位置改变以避免动物使用其他视觉线索进行定位

5. 再学习试验(可选)

完成前面的测试经过一段时间的休息期(通常至少一周或更长),将平台位置改变到不同的象限,再次进行隐藏平台测试。然后比较每日表现。此步骤可用于在同一组动物中比较不同药物剂量或其他附加操作的作用。

6. 数据分析

使用EthoVision XT快速进行数据分析

藏平台试验阶段:将每只动物每天的数据(四次试验)取平均值,包括找到平台的潜伏期运动距离

探索试验阶段将每只动物的两次数据取平均值包括在目标象限内的时间百分比目标象限内的游动距离的百分比越过原平台位置的次数

可见平台试验阶段:每只动物找到可见平台的潜伏期。

再学习试验阶段:方法同隐藏平台试验阶段。

除以上经典Protocol水迷宫试验也有多种变体

地点记忆试验先进行隐藏平台试验之后对大/小鼠进行实验操作(如脑部损伤、药物处理或其他操作),然后用附加的隐藏平台测试或探索测试进行重新测试。本试验可研究实验操作对整个任务过程的影响。

平台识别试验:在水迷宫中两个象限内分别防止一个刚性平台(可承受动物的重量)和一个柔性平台(不可承受动物的重量)。使得动物通过学习房间中的视觉线索辨别正确的平台(空间记忆),或直接辨别两个平台视觉上的差异进行选择(非空间记忆)。

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记忆消除试验:当动物知道线索不再能预测隐藏平台的位置时,对空间位置的偏好就会减少。虽然不常用,水迷宫试验也可以评估记忆消除的过程。首先在隐藏平台试验中训练动物达到较好的水平(标准是:在四个连续试验中,发现隐藏平台的潜伏期小于10-15s);随后,进行四个或更多连续的探索试验,以评估动物消除其对之前平台位置的空间记忆的水平。

总之,配备EthoVision XT视频跟踪系统的水迷宫已经成为啮齿类动物常用且被广泛接受的行为范式。它既可以研究空间学习记忆,也可以研究非空间学习记忆,以及研究工作记忆过程和消除过程等。

附:

北京质研科研有限公司动物运动轨迹跟踪软件EthoVision XT是自动跟踪并分析动物活动和行为的专业软件适用于各种从简单到复杂的试验、高通量研究和外部设备控制等。

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软件特点

应用广泛的视频跟踪软件,文章数量超过10000

跟踪分析任何动物的行为、活动和轨迹

适用于大部分标准行为学测试方案,包括水迷宫

高通量、高内涵的测试方案

具有五大检测算法,几乎适用于所有测试场景

作为行为学实验的核心,控制整个实验流程

支持进行复杂的实验设计,如根据动物行为实时反馈或给予刺激


·       [1]Jerry J. Buccafusco. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience, Second Edition[M].CRC Press:2008-10-29.

·       [2]Jerry J. Buccafusco,Jerry J. Buccafusco. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience[M].CRC Press:2000-08-29.



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