本文以五篇文獻(xiàn)研究實例為參考基礎(chǔ)，將從以下四個方面為大家闡述：水迷宮試驗與阿爾茨海默病、水迷宮特征簡介、EthoVision XT（動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)）如何助您完成水迷宮試驗、研究結(jié)果。旨在為您提供更清晰的水迷宮試驗方法，傳遞更前沿的科研資訊。參考文獻(xiàn)在文中將簡稱為（R1~R5）,所有研究實例都采用了EthoVision XT進(jìn)行視頻追蹤水迷宮試驗。

水迷宮試驗與阿爾茨海默病

Morris水迷宮試驗是英國心理學(xué)家Morris于20世紀(jì)80年(1981)代初設(shè)計并應(yīng)用于腦學(xué)習(xí)記憶機(jī)制研究的一種實驗手段。

不僅用于研究與空間學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的腦區(qū)功能評價， 還被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、海馬/外海馬研究、智力與衰老、新藥開發(fā)/篩選/評價、藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、動物心理學(xué)及行為生物學(xué)等多個學(xué)科的科學(xué)研究和計算機(jī)輔助教學(xué)等領(lǐng)域，在世界上已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，是醫(yī)學(xué)院校開展行為學(xué)研究尤其是學(xué)習(xí)與記憶研究的經(jīng)典實驗。

*，阿爾茨海默病（以下簡稱AD）是常見的癡呆癥，它是一種伴隨記憶障礙的神經(jīng)退行性疾病，也是常見的神經(jīng)退行性疾病之一。

某些研究提到了引起AD的危險因素。首先提到的是抗胰島素性和糖尿病（R1,R2,R3），因為越來越多的證據(jù)表明這與AD患者的記憶問題密切相關(guān)。

其次是腺苷。腺苷存在于我們身體的每一個細(xì)胞中，起到抑制大腦神經(jīng)遞質(zhì)的作用。Orr等人（R4）探討了腺苷A2A受體阻滯劑對AD模型小鼠記憶形成的影響。

神經(jīng)性炎癥在AD病理學(xué)中也有重要作用。GABA是另一種被認(rèn)為在神經(jīng)性炎癥和記憶形成中起作用的神經(jīng)遞質(zhì)，因此GABA系統(tǒng)也可能是AD治療的一個有趣的靶點。Pilipenko等人（R5）研究了兩種GABA受體激動劑：muscimol 和baclofen。

水迷宮試驗原理

AD伴隨著記憶障礙，因此在AD上進(jìn)行的許多神經(jīng)行為研究涉及水迷宮測試。那水迷宮試驗的原理是什么呢？老鼠是天生的游泳健將，能夠在水中活動自如。但是，即便是天生的游泳健將，并不意味著它們喜歡在水中的狀態(tài)，也就是說它們厭惡處于水中的狀態(tài)。

此外，游泳本身就是十分消耗體力的活動，對老鼠而言也不例外。在水中時，老鼠會本能的尋找能夠休息的場所。尋找休息場所這一行為過程涉及到復(fù)雜的記憶過程，除了要收集與空間定位有關(guān)的視覺信息之外，還需對這些信息進(jìn)行處理、整理、記憶、加固、然后再取出，終達(dá)到成功航行并且找到隱藏在水中的平臺這一目的，順利從水中逃脫。

水迷宮試驗其中為經(jīng)典的便是定位航行試驗（place navigation）和空間探索試驗（spatial probe）。

定位航行試驗(place navigation)，也叫學(xué)習(xí)階段試驗。在學(xué)習(xí)記憶階段，動物的起始位置可能會改變，但平臺的位置不會改變（R2）。此試驗歷時數(shù)天,每天將大鼠面向池壁分別從4個入水點放入水中若干次,記錄其尋找到隱藏在水面下平臺的時間(逃避潛伏期,escape latency)，在為期四至五天的試驗期間，動物每天大約進(jìn)行四次試驗。

其目的是在視覺線索的幫助下學(xué)習(xí)對隱藏平臺的定位（R1,R2,R5），時間限制為1（R1,R2,R3,R4）至2分鐘（R5）。若動物還未找到平臺，則試驗人員要進(jìn)行指導(dǎo)，可將動物放在平臺上10~15秒。通常情況下，動物依賴于自身的空間學(xué)習(xí)能力，快速定位和找到平臺的速度會變得越來越快。一些研究學(xué)者進(jìn)行試驗前進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，如Majkutewicz等人（R3）在可見平臺上進(jìn)行了60秒的試驗。Orr等人（R4）在一個帶有平臺的矩形通道中進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練。

空間探索試驗(spatial probe)是在定位航行試驗后去除平臺,然后任選一個入水點將大鼠放入水池中,記錄其在一定時間內(nèi)的游泳軌跡,考察大鼠對原平臺的記憶。若大鼠依然去原平臺所在位置去尋找，則說明大鼠對原平臺的存在是有記憶的。

大多數(shù)研究者希望在后的學(xué)習(xí)試驗和探索試驗之間至少間隔24個小時。否則，很難區(qū)分短期和長期記憶的形成。除了空間學(xué)習(xí)任務(wù)之外，進(jìn)行附加學(xué)習(xí)試驗也備受歡迎與關(guān)注。例如，改變平臺的位置，通過另一組試驗來測試動物的反向?qū)W習(xí)能力。Majkutewicz等人（R3）通過改變平臺每天的位置（每天4次試驗）來測試工作記憶學(xué)習(xí)。

水迷宮特征簡介

通俗地講，水迷宮是一個大的圓形水池，在尺寸、材質(zhì)和色彩方面各不相同。Noldus（諾達(dá)思）能夠根據(jù)您的需求，幫您定制合適的水迷宮。所有的水迷宮都與我們的動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）的視頻追蹤匹配，于此同時，我們還提供攝像頭、電腦等硬件設(shè)備打包服務(wù)。在選擇和配置水迷宮時，需要結(jié)合您的研究注意以下幾個方面：

01尺寸和顏色

五個研究中（R1~R5）使用小鼠進(jìn)行試驗的水迷宮大小為122~150cm, 使用大鼠進(jìn)行試驗的水迷宮的大小為150~180cm，而絕大多數(shù)水迷宮制造廠家提供的尺寸為100~180cm，您可以根據(jù)試驗需求自定義水迷宮大小。水迷宮顏色的選擇要根據(jù)具體情況而定，常見的顏色包括：藍(lán)色、黑色、灰色和白色。

02平臺

平臺的大小從直徑為10cm~15cm不等。在平臺被隱藏的測試階段，要被淹沒在水平面以下1至2厘米。許多制造商可提供自動平臺，可通過動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）的視頻追蹤來控制平臺。這種情況下，平臺在試驗過程中可以被提升或折疊。使用四個平臺可切換平臺的象限位置（通過降低其它），無需人工在水池中切換平臺位置；當(dāng)然您也可以用人工方式進(jìn)行切換平臺位置。

03水的顏色與溫度

許多研究學(xué)者認(rèn)為大鼠的游泳能力要優(yōu)于小鼠，這樣大鼠在進(jìn)行試驗時尋找平臺的動機(jī)就沒那么強(qiáng)；也有研究學(xué)者認(rèn)為大鼠不喜歡在冷水里。本文中提到的五個研究實例中（R1~R5），溫度在20~25攝氏度之間，變化為1~2度之間。因此，水溫是影響試驗結(jié)果的重要因素之一，進(jìn)行水迷宮試驗時要設(shè)定合適的水溫。

除水溫之外，水的顏色也是影響試驗結(jié)果的重要因素。特別是白色的水池，水通常是不透明的白色。這樣可以提高與視頻追蹤對象的對比度。Caccamo（R1）等人提到，這樣可以阻礙動物看到平臺。水可以用無毒染料（R1,R4）或奶粉制成白色。

04視覺線索

因為這是一個定位航行試驗，動物要從不同的起始點學(xué)習(xí)平臺的位置，視覺線索就顯得極其重要。視覺線索可放置在迷宮的墻壁（R3）或者其它地方（R1,R4）。

EthoVision XT如何助您完成水迷宮試驗

可以說，水迷宮試驗中極為重要的參數(shù)是逃避潛伏期（escape latency)。換言之，逃避潛伏期（escape latency)是測量對象到達(dá)平臺的速度的量度。盡管可以通過手工測量這個參數(shù)（如使用秒表），但通過視頻追蹤會更，因為動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）可以客觀地判斷動物何時到達(dá)平臺，并且以*相同的方式追蹤每個試驗對象。

那么視頻追蹤如何運行的？攝像機(jī)安裝在水迷宮的上方，并且此攝像機(jī)與安裝了動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）視頻追蹤軟件的電腦相連接。您可以對視頻進(jìn)行實時追蹤，也可對事先錄好的視頻進(jìn)行追蹤。

動物在水池中游泳時，動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）可以自動監(jiān)測和追蹤動物的運動及活動。通過這種方式，我們可以獲知動物的具體位置，在某個位置所停留的時間、游泳速度及游泳路徑。

動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）可以畫出視頻圖像中您比較感興趣的區(qū)域，您能夠很容易的看到每個象限及平臺的位置。此外，該系統(tǒng)能夠自動將距離、速度、持續(xù)時間及潛伏期與感興趣區(qū)域聯(lián)系起來。這些參數(shù)和區(qū)域均可通過動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）來進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和分析。

盡管逃避潛伏期（escape latency）是水迷宮試驗中常用的參數(shù)，但是在水迷宮試驗中還有其它更重要的變量。逃避潛伏期或到達(dá)平臺的潛伏期是指試驗對象到達(dá)平臺所花費的時間，所有的水迷宮試驗都使用這個參數(shù)。

在探索試驗中，我們還測量了動物到達(dá)平臺所在地點所用的時間及到達(dá)正確象限/平臺區(qū)域的時間。動物在正確象限中所花費的時間在探索試驗中非常重要，因為它意味著動物是否找到了正確的位置。

游泳路徑指動物正在使用的搜索策略。它可能不使用外部線索，例如，簡單地在圓圈中游泳直到它撞到平臺上。通向平臺的小路蜿蜒曲折，也可以看出動物是如何自信地朝著它的目標(biāo)前進(jìn)的。

速度反映運動能力和動機(jī)。它主要用于排除額外的治療效果。如果治療本身影響運動，這可能導(dǎo)致的結(jié)果是：水迷宮參數(shù)的差異不是由記憶缺陷引起的，動物可能需要更多的時間才能到達(dá)平臺，只是因為速度較慢，而不是因為記憶受損。

此外，EthoVision XT 還可以分析Whishaw失誤率，以上參數(shù)都可以通過動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)（EthoVision XT）進(jìn)行測量和分析。EthoVision XT允許您同時記錄多個水迷宮的視頻材料，并進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、分析和可視化；此外，它還能幫助您全自動執(zhí)行試驗，提高研究的通量和效率。

研究結(jié)果

mTOR基因去除

2型糖尿?。ㄔ谐扇税l(fā)病型糖尿病）增加了AD的發(fā)病風(fēng)險，因此Cacamo（R1）等人研究了在胰島素信號通路中起著至關(guān)重要作用的mTOR基因。通過雜交，他們刪除了在Tg2576 AD老鼠模型中的mTOR基因副本。所有的小鼠在五天內(nèi)學(xué)會定位平臺，但它們的學(xué)習(xí)速度不同。在探索試驗中，基因去除彌補(bǔ)了AD小鼠的記憶缺陷。mTOR基因去除改善了認(rèn)知和其他病理特征（斑塊和纏結(jié)）。

半乳糖治療

胰島素抵抗被認(rèn)為是AD的病理生理核心。Knezovic等人（R2）探索了葡萄糖半乳糖是否可以減輕AD（腦內(nèi)鏈脲佐菌素給藥或STZ ICV模型）大鼠的記憶損傷?？诜o藥2個月后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受損的學(xué)習(xí)、記憶功能開始趨于正?；?，大鼠的學(xué)習(xí)能力和記憶力顯著提高。

DMF治療

MaGuktWiCz等人（R3）也研究了胰島素抵抗，并研究了DMF(dimethyl fumarate)的抗氧化和免疫制作用。他們使用STZ ICV大鼠作為AD模型。研究人員發(fā)現(xiàn)，老年性STZ大鼠的空間記憶和神經(jīng)退行性變更嚴(yán)重，但DMF治療也更有效。

腺苷阻斷劑

Orr等人（R4）使用小鼠作為AD的模型，以測試腺苷A2A受體拮抗劑（日本治療帕金森的一種改良藥物）是否也能改善AD患者的記憶問題。雖然在AD小鼠中的學(xué)習(xí)與對照組相同，但用該拮抗劑進(jìn)行的低劑量治療確實提高了hAPP-J20小鼠的空間記憶，這表明它可以改善AD患者的記憶問題。

GABA受體激動劑

Pilipenko等人（R5）用GABA受體激動劑（muscimol和 baclofen）治療這些“AD大鼠”，研究了GABA記憶形成在STZ ICV大鼠中的作用，結(jié)果表明這兩種物質(zhì)都發(fā)揮了增強(qiáng)記憶（和抗炎）的作用。

謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給正在或即將做研究的你，若您對相關(guān)文獻(xiàn)或研究感興趣，請致電或微信公眾號后臺留言咨詢！

參考文獻(xiàn)

1、Caccamo, A.; Belfiore, R.; Oddo, S. (2018). Genetically reducing mTOR signaling rescues central insulin dysregulation in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiology of Aging, doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.03.032.

2、Knezovic, A.; Osmanovic Barilar, J.; Babic, A.; Bagaric,R.; Farkas, V.; Riederer, P.; Salkovic-Petrisic, M.(2018). Glucagon-like peptide-1 mediates effects of oral galactose in streptozotocin-induced rat model of sporadic Alzheimer’s disease. Neuropharmacology, 135, 48-62.

3、Majkutewicz, I.; Kurowska, E.; Podlacha, M.; Myslinska,D.; Grembecka, B.; Rucinski, J.; Pierzynowska, K.;Wrona,D.(2018). Age-dependent effects of dimethyl fumarate on cognitive and neuropatho”-logical features in the streptozotocin-induced rat model of Alzheimer’s disease.Brain Research, 1686, 19-33.

4、Orr, A.G.; Lo, I.; Schumacher, H.; Ho, K.; Gill, M.; Guo,W.; Kim, D.H.; Knox, A.; Saito, T.; Saido, T.C.; Simms.J.; Toddes, C.; Wang, X.; Yu, G.-Q.; Mucke, L. (2018).Istradefylline reduces memory deficits in aging mice with amyloid pathology. Neurobiology of Disease, 110, 29-36.

5、Pilipenko, V.; Narbute, K.; Beitnere, U.; Rumaks, J.;Pupure, J.; Jansone, B.; Klusa, V. (2018). Very low doses of muscimol and baclofen ameliorate cognitive deficits and regulate protein expression in the brain of a rat model of streptozocininduced Alzheimer’s disease. European Journal of Pharmacology, 818,382-399.