胡志紅， 閆君寶， 楊東偉(河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，洛陽　471003)

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游泳訓(xùn)練次數(shù)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(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，洛陽471003)

摘要：目的探討游泳訓(xùn)練次數(shù)對大鼠水迷宮成績的影響。方法成年雄性SD大鼠36只，隨機(jī)分為4次/d組(每天訓(xùn)練4次)和8次/d組(每天訓(xùn)練8次)，連續(xù)訓(xùn)練6 d，記錄每次訓(xùn)練的潛伏期作為學(xué)習(xí)成績，第7天通過Morris水迷宮空間探索實(shí)驗(yàn)檢測大鼠的空間記憶能力。結(jié)果定位航行實(shí)驗(yàn)顯示隨著訓(xùn)練次數(shù)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，空間探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩組大鼠無明顯差異(P>0.05)。結(jié)論每天訓(xùn)練4次和每天訓(xùn)練8次，共訓(xùn)練6 d對大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但每天訓(xùn)練8次組大鼠的學(xué)習(xí)能力提升速度快于每天訓(xùn)練4次組。

關(guān)鍵詞：游泳訓(xùn)練；Morris水迷宮；學(xué)習(xí)記憶能力；大鼠

Morris水迷宮(Morris water maze，MWM)是英國心理學(xué)家Morris于20世紀(jì)80年代初設(shè)計(jì)并應(yīng)用于大鼠學(xué)習(xí)記憶機(jī)制研究的[1]，經(jīng)過不斷改進(jìn)及完善，目前已成為國內(nèi)外評價(jià)動(dòng)物空間學(xué)習(xí)記憶能力最常用的實(shí)驗(yàn)方法之一，廣泛應(yīng)用于神經(jīng)藥理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、老年病學(xué)等基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物通常經(jīng)過一天數(shù)次連續(xù)數(shù)天的訓(xùn)練，可對水下站臺產(chǎn)生空間定位記憶，但在具體的操作過程中，訓(xùn)練時(shí)程及每天具體的訓(xùn)練次數(shù)并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[2]。在既往研究中，每天訓(xùn)練次數(shù)為2-12次不等，訓(xùn)練時(shí)程為5-7 d[3-9]，每天訓(xùn)練的次數(shù)對空間學(xué)習(xí)、記憶的結(jié)果有何影響，目前尚沒有報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)選取水迷宮實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較多的每天訓(xùn)練4次及8次方法，連續(xù)訓(xùn)練6 d，探討訓(xùn)練次數(shù)對大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響，為MWM實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步完善提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(xué)動(dòng)物中心提供。動(dòng)物房室溫控制在(22±2)℃，12 h光照/黑暗周期，動(dòng)物自由飲水、攝食，大鼠在動(dòng)物房適應(yīng)一周后，隨機(jī)分為每天訓(xùn)練4次組(4次/d組)和每天訓(xùn)練8次組(8次/d組)，每組18只。

1.2Morris水迷宮

Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由水迷宮裝置、水迷宮圖像自動(dòng)采集和處理分析系統(tǒng)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(gè)等距離點(diǎn)，即東(E)、南(S)、西(W)、北(N)將水池分為4個(gè)象限，分別在4個(gè)象限的中心沿池壁設(shè)置4個(gè)入水點(diǎn)。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?dāng)嚋?，水?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(biāo)記。大鼠頭部染黑。訓(xùn)練時(shí)將大鼠分別從4個(gè)入水點(diǎn)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(tǒng)的攝像機(jī)，通過處理分析系統(tǒng)分析可提供動(dòng)物游泳的潛伏期(動(dòng)物自入水到找到站臺后四肢爬上站臺時(shí)所需的時(shí)間)、游泳距離、游泳軌跡等參數(shù)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

定位航行實(shí)驗(yàn)(隱藏平臺實(shí)驗(yàn))，連續(xù)6 d。4次/d組：每天訓(xùn)練4次，隨機(jī)分別從4個(gè)入水點(diǎn)入水。8次/d組的訓(xùn)練：每天訓(xùn)練8次，每天分2個(gè)時(shí)間段，中間間隔1 h，每個(gè)時(shí)間段訓(xùn)練4次，分別從4個(gè)入水點(diǎn)入水。在以上大鼠的訓(xùn)練中，每只大鼠每次游泳的時(shí)限為60 s，若大鼠在60 s內(nèi)找到平臺，則記錄其從入水到爬上平臺的時(shí)間(即潛伏期)。若大鼠在入水后60 s內(nèi)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(yàn)，實(shí)驗(yàn)第7天，撤去隱藏平臺，從目標(biāo)象限對面入水點(diǎn)將大鼠面向池壁放于水中，記錄60 s內(nèi)大鼠跨越原平臺位置的次數(shù)、平臺所在象限的時(shí)間百分比、首次通過平臺時(shí)間及游泳軌跡等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)盡量保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定性，包括測試者、大鼠行為測試時(shí)間等,盡量減少可引起大鼠行為改變的干擾因素。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2結(jié)果

2.1空間學(xué)習(xí)能力比較

采用定位航行實(shí)驗(yàn)中的平均逃避潛伏期及游泳軌跡來評價(jià)兩組大鼠的空間學(xué)習(xí)能力，結(jié)果顯示：4次/d組和8次/d組大鼠在第1 天訓(xùn)練時(shí)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。隨著訓(xùn)練次數(shù)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(wěn)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(shí)驗(yàn)中短于4次/d組大鼠，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。根據(jù)行為學(xué)分析軟件計(jì)算兩組大鼠的游泳速度，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(xùn)練次數(shù)的增加，兩組大鼠的空間學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的跨越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限時(shí)間百分比、首次到達(dá)平臺的時(shí)間及游泳軌跡來評價(jià)兩組大鼠的空間記憶能力。結(jié)果顯示各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表2)。兩組大鼠在空間探索實(shí)驗(yàn)中的游泳軌跡顯示，兩組大鼠均有明顯的目標(biāo)象限偏好(見圖2)。

組別游泳速度(cm/s)跨越平臺次數(shù)目標(biāo)象限時(shí)間百分比(%)首次通過平臺時(shí)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(shí)驗(yàn)游泳軌跡Figure 2　Swimming path in probe trial test

3討論

Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)是評價(jià)動(dòng)物空間學(xué)習(xí)記憶能力的重要手段，實(shí)驗(yàn)裝置[10]、訓(xùn)練時(shí)程[11]、實(shí)驗(yàn)時(shí)間[12]、游泳時(shí)間[13]、水溫[14]等因素對水迷宮成績的影響均已有報(bào)道，但水迷宮訓(xùn)練次數(shù)對其影響尚沒有報(bào)道。在水迷宮實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)物可通過一定時(shí)程的多次訓(xùn)練而獲得空間認(rèn)知，訓(xùn)練次數(shù)對空間學(xué)習(xí)記憶能力的形成非常關(guān)鍵。但在此過程中每天訓(xùn)練次數(shù)、訓(xùn)練時(shí)程并沒有統(tǒng)一的要求，文獻(xiàn)報(bào)道有每天訓(xùn)練3次、5d共15次[3]，每天訓(xùn)練4次、6d共24次[4]，每天訓(xùn)練6次、6 d共36次[6]，每天訓(xùn)練8次、5d共40次[7]，及每天訓(xùn)練10次[8]、12次[9]等，應(yīng)用較多的是每天訓(xùn)練4次或8次。因此，本實(shí)驗(yàn)采用每天訓(xùn)練4次或8次，共訓(xùn)練6 d，探討訓(xùn)練次數(shù)對空間學(xué)習(xí)記憶的影響。

定位航行實(shí)驗(yàn)主要反映動(dòng)物空間記憶的獲得情況(即學(xué)習(xí)獲取能力)。在排除運(yùn)動(dòng)障礙的情況下，逃避潛伏期是最為常用且相對穩(wěn)定的參數(shù)[13]。在定位航行實(shí)驗(yàn)中大鼠通過多次訓(xùn)練尋找平臺可以提高大鼠的空間學(xué)習(xí)能力，同時(shí)通過此學(xué)習(xí)過程建立了空間記憶。本實(shí)驗(yàn)兩組大鼠的游泳速度無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可排除運(yùn)動(dòng)能力的影響。定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：每天訓(xùn)練4次組大鼠和每天訓(xùn)練8次組大鼠隨著訓(xùn)練次數(shù)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(tǒng)計(jì)學(xué)差異，提示每天訓(xùn)練4次共24次和每天訓(xùn)練8次共48次均能明顯提高大鼠空間學(xué)習(xí)能力。8次組大鼠在水迷宮訓(xùn)練3 d后，及4次組大鼠在訓(xùn)練5 d后，逃避潛伏期穩(wěn)定在10 s左右，提示隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加至20-24次，空間學(xué)習(xí)能力可以達(dá)到飽和，呈現(xiàn)較穩(wěn)定的狀態(tài)，而且每天訓(xùn)練次數(shù)增加，會使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)習(xí)能力提升較快，可以較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

空間探索實(shí)驗(yàn)測量的是動(dòng)物的記憶保持能力?？臻g探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,每天訓(xùn)練4次組和每天訓(xùn)練8次組大鼠跨越平臺的次數(shù)及首次通過平臺的時(shí)間無明顯差異，且均表現(xiàn)出明顯的目標(biāo)象限偏好，在目標(biāo)象限停留的時(shí)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(jīng)過“足夠”次數(shù)的訓(xùn)練，即可達(dá)到提取記憶的目的。但游泳訓(xùn)練次數(shù)對大鼠長期記憶的影響及作用機(jī)制還應(yīng)進(jìn)一步探討。

空間學(xué)習(xí)與記憶是腦的高級神經(jīng)生理活動(dòng)之一，大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)、海馬、紋狀體、基底前腦、小腦等多個(gè)腦區(qū)參與其過程，組成一個(gè)功能完整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[15]。海馬的完整性對于空間學(xué)習(xí)記憶至關(guān)重要[16]，但是海馬牽涉其中的神經(jīng)機(jī)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(guān)鍵的作用[17]。文獻(xiàn)報(bào)道，海馬損傷大鼠需要增加訓(xùn)練次數(shù)才可以達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而正常大鼠經(jīng)過短期的訓(xùn)練足以達(dá)到穩(wěn)定的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

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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(xiàn)標(biāo)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(xiàng)目：河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目(13A310250)