游泳訓練次數對大鼠Morris水迷宮成績的影響

胡志紅， 閆君寶， 楊東偉(河南科技大學醫學院生理學教研室，洛陽　471003)

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游泳訓練次數對大鼠Morris水迷宮成績的影響

胡志紅， 閆君寶， 楊東偉(河南科技大學醫學院生理學教研室，洛陽471003)

摘要：目的探討游泳訓練次數對大鼠水迷宮成績的影響。方法成年雄性SD大鼠36只，隨機分為4次/d組(每天訓練4次)和8次/d組(每天訓練8次)，連續訓練6 d，記錄每次訓練的潛伏期作為學習成績，第7天通過Morris水迷宮空間探索實驗檢測大鼠的空間記憶能力。結果定位航行實驗顯示隨著訓練次數的增加，4次/d組和8次/d組大鼠的逃避潛伏期與第1天相比均明顯縮短，而8次/d組大鼠每天的潛伏期均短于4次/d組，但差異無統計學意義(P>0.05)，空間探索實驗結果顯示兩組大鼠無明顯差異(P>0.05)。結論每天訓練4次和每天訓練8次，共訓練6 d對大鼠空間學習記憶能力的影響無統計學差異，但每天訓練8次組大鼠的學習能力提升速度快于每天訓練4次組。

關鍵詞：游泳訓練；Morris水迷宮；學習記憶能力；大鼠

Morris水迷宮(Morris water maze，MWM)是英國心理學家Morris于20世紀80年代初設計并應用于大鼠學習記憶機制研究的[1]，經過不斷改進及完善，目前已成為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，廣泛應用于神經藥理學、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并沒有統一的標準[2]。在既往研究中，每天訓練次數為2-12次不等，訓練時程為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，為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190-230 g ，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/黑暗周期，動物自由飲水、攝食，大鼠在動物房適應一周后，隨機分為每天訓練4次組(4次/d組)和每天訓練8次組(8次/d組)，每組18只。

1.2Morris水迷宮

Morris水迷宮實驗系統由水迷宮裝置、水迷宮圖像自動采集和處理分析系統組成(成都泰盟科技有限公司研制)。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)將水池分為4個象限，分別在4個象限的中心沿池壁設置4個入水點。圓柱形平臺放置于SW象限的中心位置，并沒于水面下約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、顏色的圖形作為標記。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處安放著連接顯示系統的攝像機，通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后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，每只大鼠每次游泳的時限為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)。若大鼠在入水后60 s內未能找到站臺，則由測試者引至站臺，并在站臺上停留15 s，潛伏期記為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于水中，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、首次通過平臺時間及游泳軌跡等參數。實驗過程中應盡量保持實驗環境的穩定性，包括測試者、大鼠行為測試時間等,盡量減少可引起大鼠行為改變的干擾因素。

1.4統計學分析

2結果

2.1空間學習能力比較

采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為(51.68±17.67)s和(48.29±12.55)s，差異無統計學意義(P>0.05)。隨著訓練次數的增加，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后，8次/d組大鼠在3 d后均穩定在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于4次/d組大鼠，但差異無統計學意義(P>0.05)。根據行為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天的游泳軌跡均為直線式(見圖1)。提示隨著訓練次數的增加，兩組大鼠的空間學習能力均明顯增加。

組別第1天第2天第3天第4天第5天第6天4次/d組51.68±10.7632.72±11.5621.94±9.2316.56±8.7013.54±7.128.64±2.678次/d組48.29±12.5528.31±7.0216.19±8.5510.47±5.28.05±3.697.50±2.23P0.450.520.220.070.290.86

圖1　大鼠在定位航行實驗第6天的游泳軌跡Figure 1　The swimming path at day 6 in place navigation test

2.2空間記憶能力比較

采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)。

組別游泳速度(cm/s)跨越平臺次數目標象限時間百分比(%)首次通過平臺時間(s)4次/d組21.48±4.122.59±0.3235.67±3.347.55±3.588次/d組20.57±3.602.83±0.2938.95±3.876.34±2.75P0.710.900.540.83

圖2　大鼠空間探索實驗游泳軌跡Figure 2　Swimming path in probe trial test

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，動物可通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、訓練時程并沒有統一的要求，文獻報道有每天訓練3次、5d共15次[3]，每天訓練4次、6d共24次[4]，每天訓練6次、6 d共36次[6]，每天訓練8次、5d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，本實驗采用每天訓練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，逃避潛伏期是最為常用且相對穩定的參數[13]。在定位航行實驗中大鼠通過多次訓練尋找平臺可以提高大鼠的空間學習能力，同時通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次組大鼠隨著訓練次數的增加，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后，及4次組大鼠在訓練5 d后，逃避潛伏期穩定在10 s左右，提示隨著訓練次數的增加至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通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于其他象限，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高級神經生理活動之一，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]。海馬的完整性對于空間學習記憶至關重要[16]，但是海馬牽涉其中的神經機制并不十分清楚。海馬對于空間信息的獲得、提取及對記憶的鞏固和儲存起著關鍵的作用[17]。文獻報道，海馬損傷大鼠需要增加訓練次數才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。

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Effect of swimming numbers on the learning and memory performance of rats in Morris water maze

HU Zhihong, YAN Junbao, YANG Dongwei

(DepartmentofPhysiology,MedicalCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China)

Abstract：ObjectiveTo explore the effect of daily trial numbers on spatial learning and memory performance by Morris water maze.MethodsThirty-six male adult SD rats were randomly divided into two groups: 4 times/d group and 8 times/d group. The rats were given 4 trials per day in 4 times/d group and 8 trials per day in 8 times/d group for 6 d. The abilities of spatial learning and memory of the rats were evaluated at 7 d by Morris water maze. ResultsThe navigation test showed that the escape latencies in the two groups decreased along with the increase of trial numbers. The latencies were shorter in 8 times/d group than that in 4 times/d group from day 1 to day 6 in Morris water maze, but there was no significant difference between two groups(P>0.05). There was no significant difference in probe trial test between two groups(P>0.05).ConclusionThe 4 trials and 8 trials per day for 6 d may not affect the spatial learning and memory capability in Morris water maze, but the improvement of learning performance in 8 times/d group is faster than that in 4 times/d group.

Key words:swimming trainning;Morris water maze;learning and memory abilities;rats

[收稿日期：2015-10-26]

作者簡介：胡志紅，女，1967-09生，碩士，副教授，E-mail:yxyhzh@haust.edu.cn.

中圖分類號：Q42；R338

文獻標志碼：A

文章編號：1007-6611(2016)01-0018-04

DOI：10.13753/j.issn.1007-6611.2016.01.005

基金項目：河南省教育廳科學技術研究重點資助項目(13A310250)