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Morris Water Maze水迷宮實驗

Morris Water Maze水迷宮是一種主要用于測試嚙齒類動物空間記憶獲得的實驗范式(Morris，1984)。盡管MWM是以大鼠為中心設計的，但它也已成為小鼠行為神經科學測試的主要工具。大量研究表明MWM作為一種測試和評估空間認知的方法是非?？煽亢蜏蚀_的。也有文獻證實了該模型在研究認知受損的神經退行性和神經精神疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ两鹕?，精神分裂等）時的實用性。水迷宮任務主要設計用于測量空間學習和記憶，已經在評估衰老、實驗性損傷和藥物作用方面變得非常有用，特別是在嚙齒類動物中。

與其他行為學范式相比，水迷宮實驗具有以下優(yōu)點：

a. 動物不需要進行訓練

b. 消除了嗅覺線索的干擾

c. 通過視頻跟蹤裝置，可以識別非記憶行為或運動缺陷

d. 通過改變平臺的位置和高度，靈活測試學習、再學習、記憶消除等過程

e. 設備成本相對較低，技術人員也易于掌握

1. 實驗準備

a. 圓形水迷宮

理想直徑1.2-1.8m，可以是深色塑料材質；水迷宮內含直徑10~12cm的平臺（建議顏色和水迷宮內壁相同，使得平臺對動物而言是不可見的），位于某一象限的中心；有些水迷宮有加熱器。建議在水迷宮外周懸掛簾子（隱藏實驗者和等待的動物）。

b. 水

溫度20~26℃的清水，可將水加至高度超過平臺1cm；最好將水迷宮安裝在能連接水池的房間，方便加水或放水。

C. 空間定向的視覺提示

例如，使用A4紙打印的正方形、三角形、圓形、五角星等，貼在水迷宮周圍動物可以看到的位置，如墻壁上。

d. 攝像機

一種能俯瞰迷宮的高分辨率視頻記錄裝置，建議選擇Basler單色/彩色工業(yè)相機。

e. 計算機和軟件

使用Noldus EthoVision XT軟件直接控制攝像機，并支持實時采集分析數(shù)據(jù)。軟件從視頻材料中識別大/小鼠，追蹤其運動軌跡，分析統(tǒng)計運動時間、距離、速度等參數(shù)

f. 實驗動物

準備對照組、不同處理組的大鼠or小鼠

2. 隱藏平臺試驗

每只大/小鼠每天進行四次試驗，連續(xù)四天。

a. 在Noldus EthoVision XT軟件中設置好測試流程，如樣本數(shù)量、ID，追蹤時間，截止時間等；

b. 每次試驗，將大/小鼠從水迷宮的不同象限分別輕輕放入水迷宮中，此順序是隨機的，如Q1-Q3-Q2-Q4，保證每天四次試驗的象限順序不同。注意放入時應使得動物朝向迷宮壁，不要使其頭部伸入水下。

c. 在每次試驗中，給予動物90s（此時間根據(jù)實驗可修正）時間探索隱藏在水面下部的平臺；若動物在90s內找到平臺，允許其在平臺上休息30s，之后立即進行下一次試驗；若動物在90s內未成功找到平臺，將其放到平臺上休息30s，也立即進行下一次試驗；

d. 每只動物進行四次試驗后，用毛巾擦干放回飼養(yǎng)籠。之后三天重復同樣的實驗（共四天）。

3. 探索試驗

第5天，將平臺從迷宮中取出，進行探索測試，此測試主要測量在四個象限中的每一個象限中游泳的時間和距離。提供了對先前平臺位置記憶的強度和準確性的第二次估計。

a. 設置好計算機和EthoVision XT軟件程序后，將動物放入與平臺所在象限相對的象限內，方法和注意事項同上。

b. 記錄動物在90s內的運動軌跡，計算動物在各個象限的游動時間、距離，以及穿越原平臺位置的次數(shù)等。將動物取出后重復一次，取兩次的平均值。

注：有些實驗會有不同的Protocol，例如隱藏平臺測試階段：每天兩次試驗共持續(xù)六天，或每天一次試驗共持續(xù)十四天，如下圖所示。

4. 可見平臺試驗（可選）

執(zhí)行本測試可以鑒別藥物或其它實驗操作是否導致視覺敏銳度的變化。這種改變可能會混淆依賴于視覺線索進行任務操作的數(shù)據(jù)分析。

a. 在探索測試之后，立即將平臺放置在原象限相對的象限內，超出水面之上約1.5cm；

b. 改變照明，使得視覺提示不再可見，而平臺的照明度更高；

c. 從平臺所在象限的對立象限放入動物，讓其定位平臺，第一次試驗沒有時間限制，動物找到平臺后休息30s；然后以同樣的方式進行第二次試驗，記錄找到平臺的潛伏期。

注：可以重復多次，每次試驗均需要將平臺位置改變，以避免動物使用其他視覺線索進行定位。

5. 再學習試驗（可選）

完成前面的測試，經過一段時間的休息期（通常至少一周或更長），將平臺位置改變到不同的象限，再次進行隱藏平臺測試。然后比較每日表現(xiàn)。此步驟可用于在同一組動物中比較不同藥物劑量或其他附加操作的作用。

6. 數(shù)據(jù)分析

使用EthoVision XT快速進行數(shù)據(jù)分析；

隱藏平臺試驗階段：將每只動物每天的數(shù)據(jù)（四次試驗）取平均值，包括找到平臺的潛伏期，運動距離。

探索試驗階段：將每只動物的兩次數(shù)據(jù)取平均值，包括在目標象限內的時間百分比，目標象限內的游動距離的百分比，越過原平臺位置的次數(shù)。

可見平臺試驗階段：每只動物找到可見平臺的潛伏期。

再學習試驗階段：方法同隱藏平臺試驗階段。

除以上經典Protocol外，水迷宮試驗也有多種變體，如：

地點記憶試驗：先進行隱藏平臺試驗，之后對大/小鼠進行實驗操作（如腦部損傷、藥物處理或其他操作），然后用附加的隱藏平臺測試或探索測試進行重新測試。本試驗可研究實驗操作對整個任務過程的影響。

平臺識別試驗：在水迷宮中兩個象限內分別防止一個剛性平臺（可承受動物的重量）和一個柔性平臺（不可承受動物的重量）。使得動物通過學習房間中的視覺線索辨別正確的平臺（空間記憶），或直接辨別兩個平臺視覺上的差異進行選擇（非空間記憶）。

記憶消除試驗：當動物知道線索不再能預測隱藏平臺的位置時，對空間位置的偏好就會減少。雖然不常用，水迷宮試驗也可以評估記憶消除的過程。首先在隱藏平臺試驗中訓練動物達到較好的水平（標準是：在四個連續(xù)試驗中，發(fā)現(xiàn)隱藏平臺的潛伏期小于10-15s）；隨后，進行四個或更多連續(xù)的探索試驗，以評估動物消除其對之前平臺位置的空間記憶的水平。

總之，配備EthoVision XT視頻跟蹤系統(tǒng)的水迷宮已經成為嚙齒類動物常用且被廣泛接受的行為范式。它既可以研究空間學習記憶，也可以研究非空間學習記憶，以及研究工作記憶過程和消除過程等。

附：

北京質研科研有限公司的動物運動軌跡跟蹤軟件EthoVision XT是自動跟蹤并分析動物活動和行為的專業(yè)軟件，適用于各種從簡單到復雜的試驗、高通量研究和外部設備控制等。

軟件特點：

應用廣泛的視頻跟蹤軟件，文章數(shù)量超過10000篇

跟蹤分析任何動物的行為、活動和軌跡

適用于大部分標準行為學測試方案，包括水迷宮

高通量、高內涵的測試方案

具有五大檢測算法，幾乎適用于所有測試場景

作為行為學實驗的核心，控制整個實驗流程

支持進行復雜的實驗設計，如根據(jù)動物行為實時反饋或給予刺激

·       [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.