饑餓程度對大鼠學習記憶能力影響的實驗研究

李狀，陳佳雪，羅佳輝，王潔，王啟超，謝靜濤*

（湖南中醫藥大學應用心理系，湖南長沙410208）

饑餓程度對大鼠學習記憶能力影響的實驗研究

李狀，陳佳雪，羅佳輝，王潔，王啟超，謝靜濤*

（湖南中醫藥大學應用心理系，湖南長沙410208）

目的探究不同的饑餓程度對大鼠的空間學習記憶能力的影響。方法將84只成年健康雄性SD大鼠隨機分為8組，A-G組分別饑餓處理6、18、24、30、36、42 h，H組飽食處理作為對照組，應用Morris水迷宮對SD雄性大鼠進行行為訓練，評價其對大鼠空間學習記憶能力的影響。結果（1）A-G組不同饑餓處理的各組大鼠定位航行實驗潛伏期呈現先減小后增大的趨勢，饑餓24 h組VS對照組（22.58±4.44）s VS(29.23±6.81)s，P＜0.01；饑餓36 h組VS對照組(35.58±4.89)s VS(29.23±6.81)s, P＜0.05。空間探索實驗穿越原平臺次數,饑餓24 h組VS對照組：(3.18±0.72)次VS(2.33±0.67)次,P＜0.05;饑餓42 h組VS對照組：(1.64±0.64)次VS(2.33±0.67)次,P＜0.05，呈現先增大后減小的趨勢；同樣，目標象限滯留時間百分比也是呈現先增大后減小的趨勢，饑餓24 h組VS對照組(40.06±3.65)%VS(33.64±4.55)%,P＜0.05;饑餓42 h組VS對照組(26.70±4.50)%VS(33.64± 4.55)%，P＜0.05。（2）上述實驗結束后的G組連續饑餓處理42 h定位航行實驗的潛伏期呈現減小后緩慢增加的趨勢,連續饑餓處理時間6 h VS連續饑餓處理時間24 h(28.74±5.24)s VS(20.88±4.3)s,P＜0.01；連續饑餓處理時間6 h VS連續饑餓處理時間30 h(28.74±5.24)s VS(19.97±6.14)s,P＜0.01。結論短期的饑餓（18 h和24 h）有助于大鼠空間學習記憶能力的提高，長期的饑餓（36 h和42 h）處理使大鼠的學習記憶能力下降。

饑餓；Morris水迷宮；空間探索；定位航行；學習能力；記憶能力

本文引用：李狀，陳佳雪，羅佳輝，王潔，王啟超，謝靜濤.饑餓程度對大鼠學習記憶能力影響的實驗研究[J].湖南中醫藥大學學報，2017，37（1）：29-32.

學習和記憶是人類和動物賴以生存不可或缺的重要功能，近年來以饑餓作為應激刺激來研究學習記憶能力的研究逐漸受到重視，而研究的結果各有不同。總結歸納為以下兩種觀點：饑餓導致大鼠的學習記憶能力下降。胡志紅等[1]研究發現慢性間歇性饑餓可造成大鼠在水迷宮和跳臺實驗中的早期被動回避反應能力和空間學習記憶能力下降；王群等[2]研究發現反復饑餓可導致大鼠在Morris水迷宮實驗中早期空間學習記憶能力下降；另一方面，饑餓能提高學習和記憶能力。Sabrina D等[3]研究報道人在饑餓時，胃黏膜會產生一種名為“ghrelin”的激素，它會借助血液循環進入大腦，起到改善大腦功能的效果，即饑餓會提高人的學習能力和記憶力，讓人更聰明；邵鄰相等[4]的研究中發現：在短期饑餓的應激狀態下，小鼠學習能力提高，增強延緩機體衰退的生理功能，這些應激反應有利于小鼠在逆境下的生存。

由此可知，饑餓對學習記憶有影響是一個不爭的事實。但是究竟饑餓會提高大鼠的學習記憶能力還是使其下降，以及不同程度的饑餓對大鼠的學習記憶能力影響程度的變化，目前還沒有定論。本文從不同饑餓程度的大鼠饑餓模型入手，通過對大鼠的動物行為學的觀察和分析，探索饑餓對大鼠學習記憶能力的影響。

1 材料與方法

1.1 動物及儀器

1.1.1 動物健康成年SD大鼠（雄性）84只，體質量為230～250 g，由湖南斯萊克景達實驗動物有限公司提供，實驗動物質量許可證號：SCXK（湘）2011-0003。分籠飼養于湖南中醫藥大學實驗動物中心SPF實驗動物房。室溫為22～25℃，濕度約為50%，自由攝水。

1.1.2 主要儀器MT-200Morris水迷宮視頻跟蹤分析測試系統，成都泰盟軟件有限公司；XR-XZ301曠場反應箱，上海欣軟信息科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 曠場實驗適應性飼養4 d后，讓每只大鼠接受一次曠場試驗，獲得數據后，通過統計學分析，以中央區域運動距離（110±5）cm為參考依據，剔除行為差異性較大的個體，減少個體差異對結果造成的影響。

1.2.2 動物造模及分組將已經訓練的（連續訓練5 d，每天1次）SD大鼠通過隨機數表分為A～H8個小組，數量分別為9、11、11、11、11、11、11、9只。A、B、C、D、E、F、G組分別進行饑餓6、12、18、24、30、36、42 h處理，H組為飽食對照組。

1.2.3 Morris水迷宮實驗（1）將已經分別饑餓處理6、12、18、24、30、36、42 h的A、B、C、D、E、F、G組以及飽食的H組于正式實驗當天19：00進行定位航行實驗和空間搜索實驗。在定位航行實驗中，將大鼠從不同象限的面壁置入池內，測量大鼠尋找隱匿平臺的潛伏期，大鼠登上站臺2 s后終止記錄，最長記錄時間為60 s。在空間探索實驗中，撤去原平臺，將大鼠從不同象限的面壁置入池內，60 s后終止實驗。（2）在第一種實驗處理結束之后，G組繼續保持連續42 h的饑餓處理，與飽食組H形成對照，兩組大鼠同時在實驗的（饑餓/飽食）6、12、18、24、30、36 h每個時間點分別進行1次定位航行實驗和空間探索實驗。

1.3 觀察指標

將小鼠放入直徑為150 cm的圓形水池中，恐水的本能迫使小鼠會盡快尋找水中隱蔽的平臺。訓練時將小鼠從槽壁4個不同方位依次放入。每次待小鼠找到平臺后讓其在平臺上休息30 s，再進行下一次訓練。水中尋找平臺的時限為60 s。即60 s內未找到平臺則視為尋找失敗。

1.3.1 測量定位航行實驗中大鼠的平臺逃避潛伏期，將大鼠放入水中到其找到平臺的時間為潛伏期，通過與對照組比較以評判大鼠的空間學習能力。

1.3.2 測量空間探索實驗中在60 s內大鼠的穿越原平臺位置次數和大鼠在目標象限滯留時間百分比，通過與對照組比較以評判大鼠的空間記憶保持能力。

1.4 統計學分析

采用SPSS 10.0統計軟件對數據進行分析。數據以均值“±s”表示，以P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 饑餓對大鼠學習能力的影響

2.1.1 饑餓處理對大鼠水迷宮潛伏期的影響隨著饑餓程度的加深，大鼠在定位航行實驗中的潛伏期呈現了先減小后增加的趨勢，C組（饑餓18 h組）和D組（饑餓24 h組）大鼠尋找隱匿平臺潛伏期明顯比對照組大鼠縮短（P=0.048，P=0.023），說明一定程度的饑餓使大鼠的學習能力有所增加；而F組（饑餓36 h組）和G組（饑餓42 h組）大鼠尋找隱匿平臺潛伏期明顯比對照組大鼠增加(P=0.034，P=0.000 4)，說明較長時間的饑餓使大鼠的學習能力下降，A、B、E組分別與飽食組大鼠比較，其潛伏期無顯著性差異，見表1。

表1 大鼠定位航行實驗中尋找隱匿平臺潛伏期（±s）

表1 大鼠定位航行實驗中尋找隱匿平臺潛伏期（±s）

注：C組VS H組*P＜0.05；D組VS H組#P＜0.05；F組VS H組&P＜0.05；G組VS H組@@P＜0.01。

組別A組(饑餓6 h) B組(饑餓12 h) C組(饑餓18 h) D組(饑餓24 h) E組(饑餓30 h) F組(饑餓36 h) G組(饑餓42 h) H組(飽食組) n 9 1 1 11 11 11 11 11 9潛伏期(s) 28.74±5.24 25.12±4.62 23.09±5.48* 22.58±4.44#28.7±6.45 35.58±4.89&43.94±7.44@@29.23±6.81

2.1.2 連續饑餓處理對大鼠水迷宮潛伏期的影響對G組進行連續饑餓處理，H組與G組在每個實驗處理時間點上形成對照，同時，兩組各組內在每個實驗處理時間點上形成組內對照（表2）。G組在連續饑餓過程中，定位航行實驗的潛伏期呈現先減小后緩慢增加的趨勢，H組飽食組的定位航行潛伏期呈現不斷減小的趨勢。在H組內，H6與H42潛伏期差異顯著（P=0.001），說明隨著實驗次數的增加，飽食組大鼠的學習能力不斷提高。在G組內，G6與G24以及G6與G30的潛伏期差異顯著（P=0.003）且在24 h內G組潛伏期低于H組，說明在24 h內隨著練習次數的增加以及饑餓程度的加深，連續饑餓組大鼠的學習能力不斷提高。兩組間結果比較，發現G42與H42的潛伏期差異顯著（P＜0.01），連續饑餓42 h的定位航行潛伏期顯著高于飽食組，說明在練習次數相同的情況下，較長時間的饑餓使大鼠的學習能力下降。見表2和圖1。

2.2 饑餓對大鼠記憶保持能力的影響

表2 連續饑餓組與飽食組定位航行實驗中尋找隱匿平臺潛伏期（±s，s）

表2 連續饑餓組與飽食組定位航行實驗中尋找隱匿平臺潛伏期（±s，s）

注：連續饑餓處理時間6 h VS連續饑餓處理時間24 h,**P＜0.01；連續饑餓處理時間6 h VS連續饑餓處理時間30 h,@@P＜0.01；飽食處理時間6 h VS飽食處理時間42 h,##P＜0.01；連續饑餓處理時間42 h VS飽食處理時間42 h,ΔΔP＜0.01。

實驗處理時間點6 h 12 h 18 h 24 h 30 h 36 h 42 h n 9 1 1 G組11 11 11 11 11 28.74±5.24 25.8±6.92 21.87±5.68 20.88±4.3** 19.97±6.14▲▲21.44±4.73 23.79±4.92 H組29.23±6.81 27.06±6.11 24.73±4.49 22.37±5.74 18.97±5.67 16.74±4.2 15.7±5.02##ΔΔ

圖1 連續饑餓組與飽食組定位航行實驗中尋找隱匿平臺潛伏期的比較

2.2.1 饑餓處理對大鼠水迷宮空間探索的影響對分別接受了不同饑餓程度處理的各組和飽食組進行組間分析，發現大鼠在空間探索實驗中穿越原平臺次數和目標象限滯留時間百分比都呈現出一定程度的上升繼而下降的趨勢，H組與D組以及G組的穿越原平臺次數差異顯著（P=0.019；P=0.037），同時H組與D組以及G組的目標象限滯留時間百分比差異顯著（P=0.004；P=0.005），H組大鼠的記憶保持能力顯著高于G組，同時顯著低于D組，表明隨饑餓程度的加深，大鼠的記憶保持能力有所提高，但較長時間的饑餓處理使大鼠的記憶保持能力明顯下降，見表3。

2.2.2 連續饑餓處理對大鼠水迷宮空間探索的影響連續饑餓處理組與飽食組在各時間點結果分析，發現隨練習次數增加，H組飽食組的穿越原平臺次數和目標象限滯留時間持續增加，G組的穿越原平臺次數和目標象限滯留時間有先緩慢上升后下降的趨勢；在第42 h，G組的穿越原平臺次數顯著低于H組（P=0.042），目標象限滯留時間也存在顯著性差異（P=0.011），表明較長時間的連續饑餓處理，使大鼠的空間記憶保持能力下降，見表3。

表3 大鼠空間探索實驗穿越原平臺次數和目標象限滯留時間百分比（±s）

表3 大鼠空間探索實驗穿越原平臺次數和目標象限滯留時間百分比（±s）

注：D組VS H組*P＜0.05,D組VS H組▲▲P＜0.01；G組VS H組#P＜0.05,G組VS H組ΔΔP＜0.01。

組別A組(饑餓6 h) B組(饑餓12 h) C組(饑餓18 h) D組(饑餓24 h) E組(饑餓30 h) F組(饑餓36 h) G組(饑餓42 h) H組(飽食組) n 9 1 1 11 11 11 11 11 9穿越原平臺（次）2.44±0.83 2.82±0.72 3.09±0.79 3.18±0.72* 2.36±0.88 1.82±0.39 1.64±0.64#2.33±0.67目標象限滯留時間百分比(%) 34.57±4.82 37.31±4.23 39.26±2.50 40.06±3.65▲▲36.88±5.06 29.83±3.13 26.70±4.50ΔΔ33.64±4.55

3 討論

本實驗采用兩種不同的實驗處理，探究大鼠的空間學習和記憶能力。在第一種實驗處理中，不同時間饑餓處理的各組大鼠定位航行實驗潛伏期呈現先減小后增大的趨勢，空間探索實驗穿越原平臺次數和目標象限滯留時間百分比呈現先增大后減小的趨勢，表明隨饑餓程度的逐漸加深，大鼠的學習和記憶能力有先提高后降低的趨勢。在第二種實驗處理中，連續饑餓組與飽食組比較分析發現：飽食組隨每個時間點上練習次數的增加，大鼠的空間學習和記憶能力不斷提高；連續饑餓組在練習次數的增加和持續的饑餓刺激下，學習和記憶能力有緩慢提高繼而降低的趨勢，且在饑餓初期的時間點上連續饑餓組大鼠的學習和記憶能力高于飽食組，推測在練習次數相同的情況下，初期的連續饑餓促進了大鼠的空間學習和記憶能力；在饑餓后期的時間點上連續饑餓組大鼠的學習和記憶能力顯著低于飽食組，表明較長時間的連續饑餓使大鼠的空間學習和記憶能力下降。

近年來由于腦腸肽概念的提出，“脾藏意”的中醫藏象理論重新被重視。有人通過實驗制造脾虛小、大鼠模型來研究脾胃功能與大腦學習記憶的關系，其結論為脾胃功能與認知功能之間有著密切的關聯：脾胃健則思維敏捷，注意力集中，脾胃虛則健忘，腦力下降[5-7]。然而在脾胃功能正常的狀態之下，饑飽對學習記憶有何影響的研究較少。以往研究通過對大鼠進行慢性間歇性饑餓處理[2]、全饑餓處理[8]、反復饑餓處理[1]等方式研究大鼠的空間學習記憶能力，通常以周或天為單位對大鼠進行Morris水迷宮訓練，而以6 h為一單位對大鼠開展行為訓練的研究較為少見，本實驗通過這一量化處理能更加細致深入地觀察不同程度的饑餓刺激下大鼠學習記憶能力的整體變化趨勢。本研究分別探討了脾胃功能正常的大鼠在不同程度的單獨饑餓處理和連續饑餓處理狀態下學習記憶能力的變化趨勢。結果表明：短期的饑餓有助于大鼠空間學習記憶能力的提高，較長時間的連續饑餓處理使大鼠的學習記憶能力下降。該結論與邵鄰相等[4]、安翠紅等[8]的研究結果大致相同。對比以往研究結果，胡志紅等人的研究發現慢性間歇性饑餓導致大鼠早期學習記憶能力下降[1]，王群等人發現反復饑餓可導致大鼠早期空間學習記憶能力下降[2]，與本研究結果不一致的原因可能在于實驗處理方法上的差異，本研究對大鼠進行持續的饑餓處理，并未對大鼠進行饑餓后再恢復喂食的間歇性饑餓處理和反復的饑餓處理。以往研究發現，在慢性應激刺激下大鼠空間學習和記憶能力增強[9]，多項研究表明饑餓有助于記憶力更長久[10]，本文通過連續跟蹤發現，短期的饑餓（18 h和24 h）有助于大鼠空間學習記憶能力的提高，長期的饑餓（36 h和48 h）處理使大鼠的學習記憶能力下降，充分說明了饑餓應激狀態與學習記憶的相關性。

[1]胡志紅,胡詠梅,孟黎,等.慢性間歇性饑餓對大鼠學習記憶的影響[J].河南科技大學學報(醫學版),2006,24(2):84-85.

[2]王群,胡志紅,王建枝,等.反復饑餓對大鼠空間學習及海馬神經元骨架蛋白磷酸化的影響[J].中國生物化學與分子生物學報, 2011,26(11):1023-1027.

[3]Sabrina D,Farr SA,Benoit SC,et al.Ghrelin controls hippocampal spine synapse density and memory performance[J].Nature Neuroscience,2006,9(3):381-8.

[4]邵鄰相,徐麗珊,丁淑靜.饑餓脅迫對小鼠學習記憶、SOD和心肌丙二醛的影響[J].動物學雜志,2002,37(6):21-24.

[5]謝靜濤，唐晉，王宏寶，等.饑餓脅迫24 h對小鼠認知功能及海馬區前腦啡肽原表達的影響[J].湖南中醫藥大學學報,2015,35(4): 14-16.

[6]錢會南,許紅,沈麗波.健脾與補腎對脾虛模型大鼠學習記憶及腦內P物質、血管活性腸肽的影響[J].中國中醫藥信息雜志, 2007,14(1):36-38.

[7]紀立金,白正勇,王蘋.脾虛對大鼠學習記憶影響的研究[J].福建中醫藥,2003,13(4):34-36.

[8]安翠紅,張小平,程愛國.全饑餓狀態對大鼠腦損傷及復食后學習記憶功能的影響[J].醫學信息,2014,13：64-65.

[9]劉能保,李輝,劉向前,等.慢性復合應激增強大鼠空間學習和記憶能力[J].生理學報,2004,56(5):615-619.

[10]高美文.饑餓有助記憶力更長久[J].科學大觀園,2013,6:79-80.

（本文編輯 楊瑛）

Experimental Research on the Effect of Different Degree of Hunger on Learning and Memory Ability in Rats

LI Zhuang,CHEN Jiaxue,LUO Jiahui,WANG Jie,WANG Qichao,XIE Jingtao*
(Department of Applied Psychology,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China)

ObjectiveTo explore the effect of different degree of hunger on spatial learning and memory ability of rats.Methods84 healthy adult male SD rats were randomly divided into eight groups.The groups of A to G are treated with hunger for 6,18,24,30,36,42 h.The group H is treated as control.In addition,an experiment is carried out every six hours to group A and group H.The Morris Water Maze was used to conduct the behavior training of SD male rats,including its effects on spatial learning and memory ability of rats.Results(1)The escape latency of the A to G groups treated with different degree of hunger decrease firstly then increase in the place navigation test.The number of times for rats cross the original platform and the percentage of target quadrant retention time of the A to G group in the spatial probe test increase firstly and then decrease.The group of hunger for 24 h VS control group：(22.58±4.44)s VS(29.23±6.81)s,P＜0.01; The group of hunger for 36 h VS control group:(35.58±4.89)s VS(29.23±6.81)s,P＜0.05.The frequency of crossing the original platform in the spatial probe test have a downward trend after slowly rising,the group of hunger for 24 h VS control:group(3.18±0.72)times VS(2.33±0.67)times,P＜0.05;the group of hunger for 42 h VS control group:(1.64±0.64)times VS(2.33±0.67)times,P＜0.05.The percentage of target quadrant retention time in the spatial probe test also have a downward trend after slowly rising,the group of hunger for 24 h VS control group:(40.06±3.65)%VS(33.64±4.55)%,P＜0.05;the group of hunger for 42 h VS control group:(26.70±4.50)%VS(33.64±4.55)%,P＜0.05.(2)The escape latency of group G treated by continuously hunger shows the tendency of decrease slowly after the first increase in the place navigation test,the group of hunger continuously for 6 h VS the group of hunger continuously for 24 h：(28.74±5.24)s VS(20.88±4.30)s,P＜0.01；the group of hunger continuously for 6 h VS the group of hunger continuously for 30 h：(28.74±5.24)s VS(19.97±6.14)s,P＜0.01.ConclusionShort-term hunger(12 h and 18 h)contributes to improve the ability of spatial learning and memory of rats.Hunger for a long time(36 h and 42 h)could decline the ability of spatial learning and memory of rats.

hunger;Morris water maze;spatial learning and memory;place navigation;learning ability;memory ability

R285.5

A

2016-04-21

2014年度湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目。

李狀，男，在讀本科生。

*謝靜濤，女，教授，研究方向：中醫心理學、心理咨詢和心理治療，E-mail：xiejingtao516@163.com。