视觉对空间学习与记忆能力的影响分析 本文关键词：视觉，记忆，能力，影响，分析
视觉对空间学习与记忆能力的影响分析 本文简介：摘要： 目的探究视觉对小鼠水迷宫行为的影响。方法选用健康的5～6周龄小鼠38只,随机分成视觉剥夺组和空白组两组各19例进行Morris水迷宫行为学试验。Morris水迷宫训练逃避潜伏期和空间搜索试验分四象限进行。训练逃避潜伏期连续4天每天下午同一时段,一天跑4次,从不同的象限放下去,每次历时2min
视觉对空间学习与记忆能力的影响分析 本文内容：
摘 要： 目的 探究视觉对小鼠水迷宫行为的影响。方法 选用健康的5～6周龄小鼠38只, 随机分成视觉剥夺组和空白组两组各19例进行Morris水迷宫行为学试验。Morris水迷宫训练逃避潜伏期和空间搜索试验分四象限进行。训练逃避潜伏期连续4天每天下午同一时段, 一天跑4次, 从不同的象限放下去, 每次历时2 min;空间搜索试验于第5天下午同一时段进行, 历时2 min。结果 在第3天、第4天视觉剥夺组较空白组在训练逃避潜伏期所经历的时间更长, 有统计学意义。空间搜索试验中, 视觉剥夺组在平台所在象限内停留时间百分比低于空白组, 有统计学意义。视觉剥夺组较空白组穿越平台次数减少, 有统计学意义。结论 视觉剥夺组小鼠水迷宫定位能力有明显的变化, 视觉对小鼠在水迷宫的定位有重要作用。结论
关键词： 视觉剥夺; 水迷宫; 小鼠;
Abstract： Objective To explore the effect of vision on the localization of water maze in mice. Methods There were 38 healthy mice aged 5-6 weeks randomly divided into two groups: the experimental group and the control group ( Each group include 19 mice) . The Morris water maze behavior test was performed. The escape latency of Morris water maze training and the spatial search test were conducted in four quadrants. The training escape latency lasted for 4 consecutive days, 4 times a day at the same time in the afternoon and 2 minutes each time from different quadrants; the spatial search test was conducted at the same time in the afternoon of the 5 th day, lasting 2 minutes. Results On the 3 rd and 4 th day, the experimental group experienced longer training escape latency than the control group, with statistical significance. In the spatial search test, the percentage of residence time in the platform quadrant in the experimental group was lower than that in the control group, which was statistically significant. Compared with the control group, the times of crossing the platform in the experimental group were decreased, which was statistically significant. Conclusion The water maze localization ability of mice in the experimental group has obvious changes, and vision plays an important role in the localization in the water maze.
Keyword： Visual Deprivation; Water Maze; Mouse;
视觉是学习记忆中的一个重要过程, 对哺乳动物的生存具有决定性的作用。在国内, Morris水迷宫行为学试验[1]已经十分普遍, 而在国外, 学者Laramee[2]的研究有助于表明鼠眼与人眼在视网膜以及视觉传导通路方面有相似之处, 21世纪, 国外学者Frenkel[3]对视觉剥夺进行了较为深入的研究, 而Jaepel等[4]则通过双光子钙离子成像技术探索单眼剥夺对小鼠视器及视觉的影响。国内则有刘锐, 张作明等[5]对视网膜变性的盲老鼠的视觉进行了较为深入的研究, 由于并未有对老鼠进行大规模眼部手术, 眼部组织如神经, 肌肉等未受到牵拉, 理论上不发生眼心反射[6], 小鼠生命不受到威胁。
水迷宫实验 (Morris Water Maze Test) , 是评价大脑神经系统学习记忆功能的常用方法。温优良[7]等便运用水迷宫实验来评价动物的认知功能。并且近来国外已有研究表明鼠可识别简单图像[8]。在水迷宫实验之后, 不断有研究者将实验改良运用于小鼠。其基本原理是利用啮齿类动物天生厌恶水环境, 通过训练使大鼠对环境中的空间信息进行加工, 形成稳定的空间位置认知能力, 以“异我”为参照物的参考认知, 形成一种空间参考记忆[9]。本文基于以上基础, 尝试探讨视觉对空间学习与记忆能力的影响及可能机制。
1 、材料与方法
1.1、 实验动物
选用健康的5～6周龄小鼠38只, 自由饮食饮水饲养, 自然光暗周期 (实验动物由广州中医药大学实验动物实验中心提供) 。
1.2、 动物模型
随机分出19只小鼠, 将其眼球摘除、止血 (视觉剥夺组) , 另19只小鼠不做任何处理1 w后进行试验 (空白组) 。
1.3 、水迷宫组成
水迷宫由圆柱水池、平台和记录系统3部分组成。水池直径120 cm, 高50 cm, 水池内水深12 cm。水池池壁上每90°贴有一个标记物, 每个标记物均不同, 共4个, 作为小鼠定位、定向的参照物。实验室内的门、窗、录像设备等作为远距离视觉参照物, 实验过程中保持不变。平台由与背景色相同的黑色重圆台组成, 上方供小鼠落脚的圆直径5 cm, 没入水下0.7 cm[10]。
1.4、 动物分组
将小鼠分成空白组、视觉剥夺组两组。
1.5、 训练逃避潜伏期
将两组小鼠分别放在Morris水迷宫内寻找平台, 人为将水迷宫划分为4个象限, 每天下午同一时间将受试小鼠按顺时针方向依次由第一, 二, 三, 四入水点顺序放入水中, 记录小鼠在2 min内寻找平台的时间, 如果小鼠在2 min内找到平台, 记录2 min内的逃避潜伏期, 如果2 min内未找到平台, 由实验者将其引上平台并停留60 s, 逃避潜伏期记录为2 min。训练小鼠历时4 d。
1.6、 空间探索试验
4 d训练逃避潜伏期结束后, 次日将水迷宫内的平台移除, 让两组小鼠从原来平台所在象限的对侧象限进入水迷宫, 用Smart系统测其在2 min内跨越原平台位置的次数和小鼠在平台各个象限停留的时间, 距离, 以判断小鼠记忆储存以及提取再现能力。
2、 结果
2.1、 水迷宫运动轨迹结果
空白组和视觉剥夺组测试结果运动轨迹图见图1、图2。空白组的轨迹密集, 遍布整个水池。将所放置平台的象限为第一象限, 并且顺时针命名其他象限, 如图可知小鼠运动轨迹较密集尤其是第一象限, 说明第一象限小鼠穿过和停留的频率最高, 穿越平台次数较多。视觉剥夺组的运动轨迹稀疏, 多在池壁周围。将所放置平台的象限为第一象限, 并且顺时针命名其他象限, 根据实验结果分析几乎所有象限停留或停留的频率相等。
2.2 、水迷宫实验结果
空白组与视觉剥夺组逃避潜伏期第1、2天无明显差异, 第3、4天视觉剥夺组所用时间比空白组长, 具有统计学差异 (P<0.05) ;测试实验中视觉剥夺组穿越平台次数比空白组少, 具有统计学意义 (P<0.05) , 在目标象限停留时间百分比差异两组有明显差异, 视觉剥夺组比空白组停留时间短, 有统计学意义 (P<0.05) 。见表1。
图1 空白组
图2 视觉剥夺组
表1 两组小鼠水迷宫实验结果
注:1) 空间搜索试验中, 小鼠在平台所在象限内停留时间占总实验时间的百分比
3、 讨论
感觉能力对认知的影响, 近些年来一直有人在研究[11]。视觉对空间定位、记忆能力的影响也是属于热门研究的一个方面。有研究[11]报告表明, 先天失明、后天失明和视力正常的成年人空间定位能力的大小有明显差异, 先天失明的人明显能力不足;一般空间认知的发展, 需要一些早期视觉的体验;这些都说明视觉在空间认知能力方面具有不可或缺的作用。有许多学者实验[12]利用水迷宫可以来评价视功能, 通过训练视功能完好的大鼠可以根据视觉提示的刺激到达平台。有文章[13]显示利用Morris水迷宫进行视觉测试, 有便于动物学习和排除其他行为学信息的干扰、倾向于视觉测试等优点。并有文章说明无创水迷宫的方法在视觉效果评估上有较高的敏感度[14]。
空间记忆采集实验和空间搜索实验是水迷宫实验最基本的实验。为不影响水迷宫实验结果, 应注意无关变量的控制, 如动物的种属、背景、性别、年龄、健康状态、实验对小鼠造成的应激、小鼠须学习的实验规则 (在看不见的平台上等待“援助”) 及小鼠对援助的理解。由于实验需进行多日, 所以在实验过程中还要注意对小鼠行为造成影响的因素如年龄、性别、营养及健康状态等。还要注意每次实验操作过程中的一些变量保持一致, 如实验环境 (灯光、水温、气味及平台位置等) ;小鼠入水时头的朝向;在实验完成时及时擦干小鼠身体, 需要时给予加热以减少体温降低对小鼠的刺激等[15]。
在本次实验中, 以4 d为训练逃避潜伏期训练小鼠学习记忆平台的位置, 以2 min为小鼠寻找平台最长期限, 60 s为小鼠在平台停留的时间[10]。
3.1、 空间学习能力
师黎等[16]对构造大鼠视网膜损伤模型, 利用水迷宫实验, 发现视觉剥夺组大鼠对比健康对照大鼠, 搜寻水迷宫内平台时间与轨迹显着高于后者, 提示视觉对大鼠空间记忆有重要影响。实验结果显示, 在训练逃避潜伏期第1、2天, 视觉剥夺组和空白组并无明显差别。而在第3、4天则视觉剥夺组较空白组在训练逃避潜伏期所经历的时间更长, 有统计学意义。实验结果提示视觉对小鼠空间学习能力有影响。
3.2、 空间搜索定位能力
贺雨南等[17]指出, 哺乳类的空间定位信息主要来源于视觉, 视觉捕捉和高分辨率的视觉成像在空间定位中的重要性不容忽视, 且视觉信息可以增强空间认识感。在空间定位认知功能中, 有视觉捕捉参与并调控。视觉剥夺也会影响空间定位。轨迹图可表明摘除眼球的小鼠在空间搜索路线比较紊乱, 从轨迹路线图可看出空白组小鼠的搜寻路线在平台周围和平台所在象限密集得多, 具有较强目的性。而视觉剥夺组小鼠几乎在所有象限停留或停留的频率相等。测试实验中, 空白组和视觉剥夺组目标象限停留时间对比, 发现空白组时间明显比视觉剥夺组长, P<0.05, 有统计学意义。实验结果表明视觉剥夺可造成对小鼠搜索定位能力的削弱。
3.3 、空间运动能力
刘秀丽等[18]实验显示, 视功能的损伤会影响动物的运动能力, 随着视功能渐进性地下降, 视功能所介导的运动能力也会随着变化, 平均运动速度渐进性下降。运动轨迹图中, 空白组的轨迹比较密集, 轨迹遍布整个水池。而视觉剥夺组小鼠的运动轨迹则对比稀疏得多, 轨迹主要围绕池壁周围。可说明视觉剥夺组小鼠的运动能力较低, 运动的速度也不如空白组小鼠, 可见视觉对小鼠空间运动能力有影响, 视觉剥夺可造成小鼠运动能力的下降。
综上, 视觉对小鼠在学习能力、搜索定位能力、运动能力方面均有影响, 视觉剥夺可能会使得小鼠的学习能力、搜索定位能力、运动能力有所下降, 但视觉对小鼠行为学方面影响的机制本实验并没有探究。
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