動物行為學(xué)實驗之Morris水迷宮實驗(MWM)的原理、詳細(xì)步驟及注意事項
Morris水迷宮（Morris water maze, MWM）實驗是一種強(qiáng)迫實驗動物（大鼠、小鼠）游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中平臺的一種實驗。本實驗由美國科學(xué)家Richard GMMorris于1981年建立。最初用于研究腦內(nèi)結(jié)構(gòu)對學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)作用，后來逐步發(fā)展成為目前最為常用的評價動物學(xué)習(xí)與記憶的模型。Morris水迷宮被廣泛被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、藥效評價、藥理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多個學(xué)科。
實驗原理
水是嚙齒類動物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實驗動物（大鼠、小鼠）在水池中就會急于尋找逃路。它們的習(xí)性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實驗中設(shè)置的水下平臺可提供鼠棲身的場所。但在巨大的水面上，強(qiáng)迫游泳的動物不能看見平臺。它們?nèi)粢焖僬业狡脚_而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進(jìn)行定位。從而檢測了實驗動物記住環(huán)境中的線索及其與平臺位置關(guān)系而對平臺進(jìn)行定位的能力（學(xué)習(xí)、記憶以及空間認(rèn)知等能力）。
實驗設(shè)備
賽昂斯Morris水迷宮實驗設(shè)備包括一個灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺跟蹤攝像機(jī)以及攝像機(jī)相聯(lián)的計算機(jī)。池內(nèi)盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水?dāng)嚋喴悦庾寗游锟辞逅缕脚_。攝像機(jī)位于水池中央上方200cm，可記錄動物的位置、游泳距離和時間（從而可計算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實驗方法
分為獲得性訓(xùn)練、探查和對位訓(xùn)練3個過程。
1、 獲得性訓(xùn)練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個象限，站臺置于其中一個象限區(qū)的中央。
1）將動物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機(jī)取東、西、南、北四個起始位置之一。記錄動物找到水下平臺的時間（s）。在前幾次訓(xùn)練中，如果這個時間超過60s，則引導(dǎo)動物到平臺。讓動物在平臺上停留10s。
2）將動物移開、擦干。必要時將動物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內(nèi)。每只動物每天訓(xùn)練4次，兩次訓(xùn)練之間間隔15~20min,連續(xù)訓(xùn)練5d。
2、 探查訓(xùn)練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，將平臺撤除，開始60s的探查訓(xùn)練。將動物由原先平臺象限的對側(cè)放入水中。記錄動物在目標(biāo)象限（原先放置站臺的象限）所花的時間和進(jìn)入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測指標(biāo)。
3、 對位訓(xùn)練（reveral phase）
測定動物的工作記憶（workingmemory）。探查訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，開始維持4天的對位訓(xùn)練。將平臺放在原先平臺所在象限的對側(cè)象限，方法與獲得性訓(xùn)練相同。每天訓(xùn)練4次。每次記錄找到平臺的時間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對位探查訓(xùn)練（probe trial 2）
最后一次對位訓(xùn)練的第二天進(jìn)行。方法與上述探查訓(xùn)練類似。記錄動物60s內(nèi)動物在目標(biāo)象限（平臺第二次所在區(qū)）所花時間和進(jìn)入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項
1．對比食物驅(qū)動的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實驗的最大優(yōu)點在于，動物具有更大的、逃離水環(huán)境的動機(jī)。而且不必禁食，特別適合老年動物的測試。加上它對衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動物記憶的研究。
2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外，平臺直徑也較少（7.5cm）。實驗方法與大鼠類似，但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓(xùn)練，第五、六天為對位訓(xùn)練，每天訓(xùn)練六次，第七天為第二次探查訓(xùn)練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗過程中試驗著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時間測試。操作輕柔，避免不必要的應(yīng)激刺激。
5．當(dāng)與其他同類實驗相比較時，要注意到動物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對實驗結(jié)果的影響。此外，當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時，要考慮到動物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對游泳速度可能造成影響。
6．用老年動物進(jìn)行實驗時，應(yīng)確認(rèn)動物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺露出水面以使動物能夠看見平臺。動物放入泳池后如毫無困難地直接游向平臺，說明動物的游泳能力和視力均正常，可以開始實驗。
7．游泳對動物是一個較大的應(yīng)激刺激，可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對實驗結(jié)果造成干擾。對老年動物，嚴(yán)重時可誘發(fā)心血管疾病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此，必要時可將動物多次放入泳池或適當(dāng)延長其游泳時間以增加動物對游泳的適應(yīng)能力。
8．當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時，要定期換水以免水腐敗變質(zhì)。
檢測指標(biāo)
實驗程序包括：
1. 定位航行實驗（place navigation），用于測量小鼠對水迷宮學(xué)習(xí)和記憶的獲取能力。實驗歷時4天，上、下午各訓(xùn)練1次，共計8次。實驗觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺的路線圖及所需時間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實驗（spatial probe test），用于測量學(xué)會尋找平臺后，對平臺空間位置記憶的保持能力。定位航行實驗結(jié)束后，撤去平臺，從同一個入水點放入水中，測其第一次到達(dá)原平臺位置的時間、穿越原平臺的次數(shù)。
結(jié)語
目前對于學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展十分迅速，各種學(xué)習(xí)記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設(shè)計的動物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進(jìn)實驗技術(shù)如神經(jīng)電生理技術(shù)的LTP、ERP和腦成像技術(shù)的fMRI都被應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中，給學(xué)習(xí)記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學(xué)研究方法和最新的研究技術(shù)相結(jié)合，為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。
實驗原理
水是嚙齒類動物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實驗動物（大鼠、小鼠）在水池中就會急于尋找逃路。它們的習(xí)性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實驗中設(shè)置的水下平臺可提供鼠棲身的場所。但在巨大的水面上，強(qiáng)迫游泳的動物不能看見平臺。它們?nèi)粢焖僬业狡脚_而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進(jìn)行定位。從而檢測了實驗動物記住環(huán)境中的線索及其與平臺位置關(guān)系而對平臺進(jìn)行定位的能力（學(xué)習(xí)、記憶以及空間認(rèn)知等能力）。
學(xué)習(xí)和記憶理論模型
實驗設(shè)備
賽昂斯Morris水迷宮實驗設(shè)備包括一個灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺跟蹤攝像機(jī)以及攝像機(jī)相聯(lián)的計算機(jī)。池內(nèi)盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水?dāng)嚋喴悦庾寗游锟辞逅缕脚_。攝像機(jī)位于水池中央上方200cm，可記錄動物的位置、游泳距離和時間（從而可計算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實驗方法
分為獲得性訓(xùn)練、探查和對位訓(xùn)練3個過程。
1、 獲得性訓(xùn)練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個象限，站臺置于其中一個象限區(qū)的中央。
1）將動物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機(jī)取東、西、南、北四個起始位置之一。記錄動物找到水下平臺的時間（s）。在前幾次訓(xùn)練中，如果這個時間超過60s，則引導(dǎo)動物到平臺。讓動物在平臺上停留10s。
2）將動物移開、擦干。必要時將動物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內(nèi)。每只動物每天訓(xùn)練4次，兩次訓(xùn)練之間間隔15~20min,連續(xù)訓(xùn)練5d。
2、 探查訓(xùn)練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，將平臺撤除，開始60s的探查訓(xùn)練。將動物由原先平臺象限的對側(cè)放入水中。記錄動物在目標(biāo)象限（原先放置站臺的象限）所花的時間和進(jìn)入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測指標(biāo)。
3、 對位訓(xùn)練（reveral phase）
測定動物的工作記憶（workingmemory）。探查訓(xùn)練結(jié)束后的第二天，開始維持4天的對位訓(xùn)練。將平臺放在原先平臺所在象限的對側(cè)象限，方法與獲得性訓(xùn)練相同。每天訓(xùn)練4次。每次記錄找到平臺的時間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對位探查訓(xùn)練（probe trial 2）
最后一次對位訓(xùn)練的第二天進(jìn)行。方法與上述探查訓(xùn)練類似。記錄動物60s內(nèi)動物在目標(biāo)象限（平臺第二次所在區(qū)）所花時間和進(jìn)入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項
1．對比食物驅(qū)動的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實驗的最大優(yōu)點在于，動物具有更大的、逃離水環(huán)境的動機(jī)。而且不必禁食，特別適合老年動物的測試。加上它對衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動物記憶的研究。
2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外，平臺直徑也較少（7.5cm）。實驗方法與大鼠類似，但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓(xùn)練，第五、六天為對位訓(xùn)練，每天訓(xùn)練六次，第七天為第二次探查訓(xùn)練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗過程中試驗著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時間測試。操作輕柔，避免不必要的應(yīng)激刺激。
5．當(dāng)與其他同類實驗相比較時，要注意到動物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對實驗結(jié)果的影響。此外，當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時，要考慮到動物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對游泳速度可能造成影響。
6．用老年動物進(jìn)行實驗時，應(yīng)確認(rèn)動物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺露出水面以使動物能夠看見平臺。動物放入泳池后如毫無困難地直接游向平臺，說明動物的游泳能力和視力均正常，可以開始實驗。
7．游泳對動物是一個較大的應(yīng)激刺激，可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對實驗結(jié)果造成干擾。對老年動物，嚴(yán)重時可誘發(fā)心血管疾病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此，必要時可將動物多次放入泳池或適當(dāng)延長其游泳時間以增加動物對游泳的適應(yīng)能力。
8．當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時，要定期換水以免水腐敗變質(zhì)。
檢測指標(biāo)
實驗程序包括：
1. 定位航行實驗（place navigation），用于測量小鼠對水迷宮學(xué)習(xí)和記憶的獲取能力。實驗歷時4天，上、下午各訓(xùn)練1次，共計8次。實驗觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺的路線圖及所需時間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實驗（spatial probe test），用于測量學(xué)會尋找平臺后，對平臺空間位置記憶的保持能力。定位航行實驗結(jié)束后，撤去平臺，從同一個入水點放入水中，測其第一次到達(dá)原平臺位置的時間、穿越原平臺的次數(shù)。
結(jié)語
目前對于學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展十分迅速，各種學(xué)習(xí)記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設(shè)計的動物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進(jìn)實驗技術(shù)如神經(jīng)電生理技術(shù)的LTP、ERP和腦成像技術(shù)的fMRI都被應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶的研究中，給學(xué)習(xí)記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學(xué)研究方法和最新的研究技術(shù)相結(jié)合，為學(xué)習(xí)記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的行為學(xué)研究的發(fā)展方向。
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