尹 彬 武曉睿 連 榕

整合性學(xué)習(xí)觀的動(dòng)物行為模型探索*

尹 彬 武曉睿 連 榕

(福建師范大學(xué)心理學(xué)院, 福州 350108)

我國(guó)當(dāng)下的學(xué)習(xí)觀以漸進(jìn)性學(xué)習(xí)為主。研究嘗試提出“整合性學(xué)習(xí)”的學(xué)習(xí)觀, 以40只SD大鼠為被試, 采用2(學(xué)習(xí)方式：整合/漸進(jìn)) × 2(性別：雄/雌)組間設(shè)計(jì), 運(yùn)用14單元組合T迷宮進(jìn)行五階段的動(dòng)物行為建模。結(jié)果顯示, 1)學(xué)習(xí)錯(cuò)誤次數(shù)上, 整合少于漸進(jìn)、雄性少于雌性; 2)整合較漸進(jìn)學(xué)習(xí)效果的遷移性更好; 3)各組皆出現(xiàn)對(duì)第一段原正確路徑的固著。由此得出：整合性學(xué)習(xí)更長(zhǎng)效, 習(xí)得的知識(shí)具有整體性、組塊化、范疇化的可遷移的 特征。

整合性學(xué)習(xí)觀, 動(dòng)物行為模型, 迷宮測(cè)試

1 前言

學(xué)習(xí)觀, 是指學(xué)生個(gè)體對(duì)知識(shí)、學(xué)習(xí)現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)的直觀認(rèn)識(shí)(劉儒德, 2002)。人類已經(jīng)進(jìn)入了信息社會(huì)、智能時(shí)代(后工業(yè)時(shí)代、后現(xiàn)代社會(huì)), 傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)觀已經(jīng)不能很好地解釋新時(shí)代學(xué)習(xí)現(xiàn)象的變化, 急需我們立足新的發(fā)展、以新的研究去發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)心理的新成分(施良方, 2000)。自伴隨工業(yè)革命出現(xiàn)的學(xué)校教育, 學(xué)生的學(xué)習(xí)一直強(qiáng)調(diào)的是循序漸進(jìn)、從部分到整體的學(xué)習(xí)方式, 在知識(shí)相對(duì)貧乏、獲取途徑單一的時(shí)代, 這種學(xué)習(xí)方式符合其情境的需要。隨著知識(shí)的極大豐富、獲取途徑的多樣化的時(shí)代的到來(lái), 這種學(xué)習(xí)方式的固有問(wèn)題越來(lái)越顯現(xiàn)。其中一個(gè)突出現(xiàn)象就是學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、學(xué)習(xí)壓力不斷在加大、加重。雖然各種教學(xué)改革都以此為改善目標(biāo), 但學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)卻是只加不減, 問(wèn)題的根源就在于我們對(duì)已質(zhì)變的學(xué)習(xí)現(xiàn)象缺乏新的認(rèn)識(shí)。

基于此, 我們嘗試提出整合性學(xué)習(xí)觀：“整合性學(xué)習(xí)”是指在元認(rèn)知的作用下認(rèn)知積極統(tǒng)整學(xué)習(xí)材料, 實(shí)現(xiàn)高效且深入地對(duì)知識(shí)的理解和掌握的過(guò)程,是元認(rèn)知與認(rèn)知高度合一的學(xué)習(xí)心理過(guò)程; 與此對(duì)應(yīng)的非整合性學(xué)習(xí)(如漸進(jìn)式的), 是強(qiáng)調(diào)在認(rèn)知層面上積極漸進(jìn)地從部分到整體的對(duì)知識(shí)的理解掌握過(guò)程。兩種學(xué)習(xí)觀的主要區(qū)別在于, “整合性學(xué)習(xí)”是強(qiáng)調(diào)元認(rèn)知與認(rèn)知高度合一的學(xué)習(xí)心理機(jī)制, 非整合性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是認(rèn)知的學(xué)習(xí)心理機(jī)制。

那么這兩種學(xué)習(xí)觀的差異是否存在生物心理學(xué)基礎(chǔ)呢？動(dòng)物行為的教學(xué)和研究有助于我們理解行為背后的基本原則, 并且為人類提供了方便和高度控制的模型(朱瀅, 2019)。因此, 想要了解整合性學(xué)習(xí)觀對(duì)于學(xué)習(xí)效果的影響, 并進(jìn)一步找到對(duì)應(yīng)的神經(jīng)生理證據(jù)去證實(shí), 需要像當(dāng)年提出聯(lián)結(jié)主義學(xué)習(xí)理論的桑代克(張厚粲, 2003)、提出操作性條件反射和強(qiáng)化理論的斯金納(Skinner, 1945; 另見(jiàn)周正懷, 2005a, 2005b)以及提出“認(rèn)知地圖”理論并首次在心理學(xué)研究中引入中介變量的托爾曼(Tolman, 1948)一樣, 首先應(yīng)進(jìn)行的是動(dòng)物行為建模研究。通過(guò)研究大鼠對(duì)迷宮路徑信息的整合過(guò)程(王彥, 蘇彥捷, 2001), 我們可以從中獲得基礎(chǔ)的理論啟示, 為闡明整合性學(xué)習(xí)觀的特征、效果和內(nèi)在機(jī)制提供進(jìn)化發(fā)展上的證據(jù)。

我們利用和改造了Tolman (1948)的14個(gè)單元的組合T迷宮, 將整合性學(xué)習(xí)方式操作性定義為“大鼠在對(duì)迷宮路徑整體把握的基礎(chǔ)上, 積極整合路徑信息與內(nèi)部認(rèn)知, 高效地習(xí)得可遷移的路徑信息的學(xué)習(xí)方式”; 漸進(jìn)性學(xué)習(xí)方式的操作性定義為“根據(jù)迷宮路徑的可遷移規(guī)律, 迷宮在路段和時(shí)程上進(jìn)行硬性規(guī)劃, 逐步增加大鼠學(xué)習(xí)材料容量和可遷移信息的學(xué)習(xí)方式”。這樣定義的原因在于, 整合性學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征是學(xué)生掌握知識(shí)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知與認(rèn)知的高度合一。Schraw (1998)提出元認(rèn)知是對(duì)于認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)知, 具有認(rèn)知和監(jiān)控兩個(gè)層面。因此, 在整合性學(xué)習(xí)觀指導(dǎo)下的整合性學(xué)習(xí)方式中, 學(xué)習(xí)者是在元認(rèn)知監(jiān)控下進(jìn)行“整體?部分?整體”的學(xué)習(xí); 而漸進(jìn)性學(xué)習(xí)方式由于缺乏考慮“元認(rèn)知”這個(gè)認(rèn)知成分, 學(xué)習(xí)者只進(jìn)行“部分?整體”的學(xué)習(xí)。在動(dòng)物行為建模中, 我們將整合性迷宮路徑設(shè)計(jì)為“整段路徑開(kāi)放”。大鼠可以在一開(kāi)始就有機(jī)會(huì)感知“整體”路徑, 并在學(xué)習(xí)的過(guò)程中不斷的進(jìn)行“整體?部分”的關(guān)聯(lián), 最終掌握“整體”迷宮路徑; 而我們將漸進(jìn)性迷宮路徑設(shè)計(jì)為“三段路徑依據(jù)規(guī)律進(jìn)行逐步開(kāi)放”, 大鼠依據(jù)“部分”路徑隨時(shí)間逐步開(kāi)放的方式進(jìn)行“部分”學(xué)習(xí), 最終掌握“整體”的迷宮路徑。

另一方面, “學(xué)”是“教”的基礎(chǔ)。Marshall (1992)認(rèn)為“以學(xué)定教”是教育變革與研究的主要途徑, 從學(xué)生視角探究學(xué)生如何學(xué)習(xí)已經(jīng)成為教育變革的起點(diǎn)。我們不僅需要關(guān)注“教學(xué)者”設(shè)計(jì)合理的“教學(xué)方式”這一外部過(guò)程, 也需要關(guān)注“學(xué)習(xí)者”如何學(xué)習(xí)這一內(nèi)部過(guò)程。而動(dòng)物迷宮的相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雄性在空間導(dǎo)航的策略和效果上不同于雌性(Hawley et al., 2012; Keeley et al., 2013; Perrot-Sinal et al., 1996; Roof, 1993; Saucier et al., 2008), 以人類為被試的研究也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象(Munion et al., 2019; Sneider et al., 2015), 這些研究暗示著性別變量影響著學(xué)習(xí)者在空間學(xué)習(xí)任務(wù)中的內(nèi)部學(xué)習(xí)過(guò)程。由于學(xué)習(xí)者(大鼠)在整合性學(xué)習(xí)條件下自發(fā)的學(xué)習(xí)過(guò)程是本研究的重點(diǎn), 因此為了探究不同性別的大鼠是否都具有自發(fā)的“整合”行為, 以了解整合性學(xué)習(xí)方式的最適受眾特征和使用其的邊界(支持)條件, 我們同時(shí)設(shè)置了“性別”因素進(jìn)行探究。

最終, 我們以14個(gè)單元的組合T迷宮為實(shí)驗(yàn)裝置, 采用2(學(xué)習(xí)方式：整合; 漸進(jìn)) × 2(性別：雄; 雌)的兩因素組間設(shè)計(jì), 比較4組大鼠迷宮學(xué)習(xí)的效果, 并設(shè)計(jì)了一系列后續(xù)實(shí)驗(yàn)任務(wù), 以探究學(xué)習(xí)效果差異的行為學(xué)層面上的內(nèi)在機(jī)制。

2 方法

2.1 被試

被試為40只一月齡SD大鼠(20只雄性, 20只雌性), 分為整合雄(Integrative Learning-Male, IL- Male)、整合雌(Integrative Learning-Female, IL- Female)、漸進(jìn)雄(Progressive Learning-Male, PL- Male)、漸進(jìn)雌(Progressive Learning-Female, PL- Female) 4組, 每組10只。所有被試被隨機(jī)分配到8個(gè)飼養(yǎng)籠中, 每籠5只, 飼養(yǎng)在恒溫22.5℃、光照自動(dòng)化控制(8:00關(guān)燈, 20:00開(kāi)燈)、空氣凈化器24小時(shí)運(yùn)作的清潔級(jí)動(dòng)物房中。

正式實(shí)驗(yàn)前1周, 每天對(duì)大鼠進(jìn)行15分鐘的觸摸互動(dòng)。正式實(shí)驗(yàn)時(shí), 在單籠實(shí)驗(yàn)結(jié)束后依次喂食, 每籠25 g, 控制大鼠為半饑餓狀態(tài); 實(shí)驗(yàn)間歇期, 喂食時(shí)間固定, 每籠50 g, 控制大鼠為飽食狀態(tài); 實(shí)驗(yàn)期間, 大鼠體重保持在自由喂食體重的85%以上。學(xué)習(xí)階段, 雄性(89.88 ± 2.04 g)和雌性(89.27 ± 2.04 g)的體重差異不顯著,(1, 36) = 0.042,= 0.840; 整合組(87.16 ± 2.04 g)和漸進(jìn)組(91.99 ± 2.04 g)的體重差異不顯著,(1, 36) = 2.83,= 0.100。在第四個(gè)測(cè)驗(yàn)任務(wù)中, PL-Male-6被試由于體重過(guò)輕死亡, 因此其后3次的概括分析任務(wù)和4次的階段固化測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)空缺。

實(shí)驗(yàn)全過(guò)程經(jīng)福建師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理審查委員會(huì)認(rèn)證通過(guò)(IACUC-20180019)。

2.2 工具和材料

14單元組合T迷宮(圖1a)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物日常養(yǎng)護(hù)用具、清潔防護(hù)用具、視頻監(jiān)控用具、視頻處理與數(shù)據(jù)分析軟件等, 詳見(jiàn)附錄支持材料(Supporting Materials)的S1.2。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用2(學(xué)習(xí)方式: 整合/漸進(jìn); IL/PL) × 2(性別: 雌/雄; Female/Male)兩因素組間設(shè)計(jì), 以學(xué)習(xí)次數(shù)、錯(cuò)誤次數(shù)(錯(cuò)誤探測(cè)次數(shù)和錯(cuò)誤進(jìn)入次數(shù)之和)、行進(jìn)路程、完成時(shí)間為量化指標(biāo), 以動(dòng)物特征行為及行徑圖為質(zhì)化指標(biāo)。為探究不同學(xué)習(xí)方式的效果及內(nèi)在機(jī)制, 設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)、一周后復(fù)測(cè)任務(wù)、格式塔(逆向)遷移任務(wù)、概括分析任務(wù)和階段固著任務(wù)5個(gè)試驗(yàn)任務(wù)(圖1c-f)。詳細(xì)的任務(wù)設(shè)計(jì)說(shuō)明見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)版附錄S1.3。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

(1)適應(yīng)階段, 對(duì)大鼠進(jìn)行為期一周的觸摸互動(dòng), 每次每籠15分鐘。投放足量食物(50克每籠), 記錄其體重、飲水量和剩余食物量。

圖1 測(cè)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)圖

注：a)基本實(shí)驗(yàn)裝置, 改造自Tolman (1948)。b)將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置的正確路徑劃分為具有形狀相似性的三段, ①、②、③路徑依次為第一路徑、第二路徑和第三路徑, 以方便結(jié)果報(bào)告時(shí)描述大鼠行為特征。c)學(xué)習(xí)和復(fù)測(cè)任務(wù)設(shè)計(jì)圖。IL組不設(shè)置分段隔板全程開(kāi)放, PL組依據(jù)迷宮的長(zhǎng)度和規(guī)律用隔板分為3段(隔板放置處有凹槽, 可抽插)。① (第一路徑)、② (第一、二路徑)、③ (全路徑)路線分別是PL組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, ③ (全路徑)路線也是IL組1~12天的正確行徑路線。復(fù)測(cè)時(shí), 保持全路徑開(kāi)放。d)格式塔(逆向)遷移任務(wù)設(shè)計(jì)圖。食盒入口被隔板密封, 變更為起點(diǎn), 原起點(diǎn)的窗簾移至終點(diǎn)岔路口處。e)概括分析任務(wù)設(shè)計(jì)圖。圖中①、②、③分別為最短路線、隱蔽路線和原路線。f)階段固著任務(wù)設(shè)計(jì)圖。①、②、③分別為第一路徑、第二路徑和第三路徑的最短替代路徑, 原路徑仍保持通暢。

圖2 研究流程圖

(2)正式實(shí)驗(yàn)包括5個(gè)任務(wù)(見(jiàn)圖2)。首先是為期12天的學(xué)習(xí)任務(wù)(每天一個(gè)試次), 第1天各組皆限時(shí)15分鐘, 2~12天在大鼠進(jìn)食結(jié)束后即取出(15分鐘內(nèi))。一周后, 進(jìn)行3天的一周后復(fù)測(cè)任務(wù); 接著是3天的格式塔遷移任務(wù); 再按學(xué)習(xí)階段路徑重新學(xué)習(xí)鞏固一天, 然后進(jìn)行5天的概括分析任務(wù); 再按學(xué)習(xí)階段路徑重新學(xué)習(xí)鞏固一天, 然后進(jìn)行4天的階段固著任務(wù)。所有任務(wù)皆為大鼠15分鐘內(nèi)進(jìn)食結(jié)束后取出。

(3)實(shí)驗(yàn)期間填寫(xiě)觀察記錄表, 使用SuperMaze v4.0動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)(上海欣軟)對(duì)實(shí)驗(yàn)錄像視頻進(jìn)行動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)出(包括軌跡圖和熱圖), 并使用Microsoft Excel、IBM SPSS 18.0、GraphPad Prism 8、3D畫(huà)圖等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)詳見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)版附錄S1.1及S1.4。

2.5 統(tǒng)計(jì)方法

在統(tǒng)計(jì)分析中, 以學(xué)習(xí)方式(IL/PL)和性別(Male/Female)為組間變量, 學(xué)習(xí)次數(shù)和路徑(第一路徑/第二路徑/第三路徑)為組內(nèi)變量, 錯(cuò)誤次數(shù)、學(xué)習(xí)成功天數(shù)、是否出現(xiàn)某種特定行為以及出現(xiàn)某種特定行為的比例為因變量, 進(jìn)行了不同變量組合下的方差分析, 原始數(shù)據(jù)以及圖表對(duì)應(yīng)分析數(shù)據(jù)詳見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)版附錄S2。

3 結(jié)果

3.1 學(xué)習(xí)記憶效果

學(xué)習(xí)任務(wù)中, 如圖3a所示, IL組學(xué)習(xí)曲線呈“指數(shù)下降型”, PL組則呈“波浪型”; 以學(xué)習(xí)方式和性別為組間變量, 學(xué)習(xí)次數(shù)為組內(nèi)變量進(jìn)行三因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 結(jié)果顯示, 學(xué)習(xí)方式、性別和學(xué)習(xí)次數(shù)的主效應(yīng)均顯著, 且兩兩之間存在交互作用(詳見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)版附表1, 位于附錄支持材料中的S2實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表格, 下同)。在學(xué)習(xí)成功天數(shù)上(圖3b), 以學(xué)習(xí)方式和性別為組間變量進(jìn)行兩因素完全隨機(jī)方差分析, 結(jié)果顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表2), 主效應(yīng)(性別：(1, 36) = 0.72,= 0.551, η20.42, 95% CI = [?2.63, 0.33]; 學(xué)習(xí)方式：(1, 36) = 3.29,= 0.321, η20.77, 95% CI = [?3.93, ?0.98])和交互作用((1, 36) = 3.45,= 0.072, η20.09, IL和Male: 95% CI = [3.23, 6.18]; PL和Male: 95% CI = [7.03, 9.98]; IL和Female: 95% CI = [5.73, 8.68]; PL和Female: 95% CI = [6.83, 9.78])雖不顯著, 但效應(yīng)量較大; 關(guān)于學(xué)習(xí)方式的事后多重比較顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表3), IL短于PL ((1, 36) = 11.36,= 0.002, η20.24, 95% CI = [?3.93, ?0.98]); 控制性別因素, 對(duì)學(xué)習(xí)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)比較顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表4), IL-Male組和PL-Male組的差異顯著((1, 18) = 4.12,= 0.000, Cohen’s= ?1.84,= ?0.67, 95% CI = [?6.21, ?1.40])。

一周后復(fù)測(cè)任務(wù)中(圖3c), 三因素重復(fù)測(cè)量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表5), 不同組別錯(cuò)誤次數(shù)無(wú)顯著差異,(1, 36) = 4.03,= 0.052。

格式塔遷移任務(wù)中(圖3d), 三因素重復(fù)測(cè)量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表6), IL組錯(cuò)誤次數(shù)顯著少于PL組,(1, 36) = 5.50,= 0.025, η20.13, 95% CI = [0.28, 3.89]; 雄性錯(cuò)誤次數(shù)少于雌性,(1, 36) = 4.98,= 0.032, η20.12, 95% CI = [?3.79, ?0.18]。

在概括分析任務(wù)中(圖4b), 以學(xué)習(xí)方式、性別和學(xué)習(xí)次數(shù)為三因素的重復(fù)測(cè)量方差分析顯示(附表7), IL組5天的錯(cuò)誤次數(shù)少于PL組,(1, 35) = 4.66,= 0.038, η20.12, 95% CI = [?0.99, ?0.03]。通過(guò)觀察首次測(cè)驗(yàn)的分組熱圖(圖4a)可知, IL組幾乎全部直接選擇原路線或最短路線, 而PL組出現(xiàn)了路線選擇上的混雜(三條路線都選), 表現(xiàn)出全盤重新搜索的特征。

圖3 學(xué)習(xí)記憶效果對(duì)比圖

注：a)學(xué)習(xí)曲線：學(xué)習(xí)階段中的錯(cuò)誤次數(shù)結(jié)果匯總圖。其中, “錯(cuò)誤次數(shù)” = “錯(cuò)誤進(jìn)入次數(shù)”+“錯(cuò)誤探測(cè)次數(shù)”, 從起點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算, 到達(dá)終點(diǎn)食盒為止。錯(cuò)誤進(jìn)入次數(shù)指大鼠身體的頭部和重心進(jìn)入錯(cuò)誤區(qū)域(一般需穿過(guò)窗簾), 而錯(cuò)誤探測(cè)次數(shù)指大鼠頭部進(jìn)入錯(cuò)誤區(qū)域(一般沒(méi)有穿過(guò)窗簾)。b)學(xué)習(xí)階段中的學(xué)習(xí)成功天數(shù)圖。學(xué)習(xí)成功天數(shù)定義為從第一次學(xué)習(xí)開(kāi)始到進(jìn)入“開(kāi)放路段”出現(xiàn)零錯(cuò)誤次數(shù)之前的天數(shù)總和。其中, IL組的“開(kāi)放路段”是迷宮全路徑, 因此出現(xiàn)零錯(cuò)誤次數(shù)之前的天數(shù)總和記為學(xué)習(xí)成功天數(shù); PL組學(xué)習(xí)過(guò)程中的“開(kāi)放路段”是分三個(gè)階段逐步開(kāi)放的, 因此每個(gè)階段出現(xiàn)零錯(cuò)誤次數(shù)之前的天數(shù)總和記為學(xué)習(xí)階段成功的天數(shù)。c)一周后復(fù)測(cè)任務(wù)的錯(cuò)誤次數(shù)結(jié)果圖。d)格式塔遷移任務(wù)的錯(cuò)誤次數(shù)結(jié)果圖。各統(tǒng)計(jì)圖中的圓圈、三角符號(hào)的位置或柱的高度顯示的是每個(gè)試次中各組的平均值, 誤差線顯示的是標(biāo)準(zhǔn)誤。**< 0.01。

在階段固著任務(wù)的最后一次測(cè)試中(圖4c-d), 在第一路徑中各組仍一致的選擇原路徑, 第二路徑中選原路徑和新路徑的二者兼有, 第三路徑中各組一致的選擇新的最短路徑。在各路徑中選擇原路徑編碼為1, 選擇新路徑編碼為0, 以學(xué)習(xí)方式、性別和路徑為三因素進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表8), 學(xué)習(xí)方式和性別主效應(yīng)不顯著, 路徑主效應(yīng)顯著,(2, 70) = 40.83,< 0.001, η20.54, 95% CI = [?0.07, 0.24], 表現(xiàn)出各組大鼠均一致的對(duì)第一路徑的原路線的固著、對(duì)第二路線的新路線的嘗試和對(duì)第三路徑的新路線的偏好。

3.2 IL組學(xué)習(xí)階段行為特征

為進(jìn)一步探究IL組在學(xué)習(xí)過(guò)程中的內(nèi)在特征, 我們對(duì)IL組在學(xué)習(xí)過(guò)程中的行進(jìn)路線進(jìn)行了追蹤分析(圖5)。

如圖5a所示, IL組學(xué)習(xí)階段的軌跡圖分布大致有3類, 其中a左圖(先反復(fù)學(xué)習(xí)左半段而后迅速完成右半段)和a中圖(先反復(fù)學(xué)習(xí)第一路徑和第二路徑后迅速完成第三路徑)出現(xiàn)在IL-Male組學(xué)習(xí)的第1天和IL-Female組學(xué)習(xí)的前3天; a右圖(僅僅在第一路徑上有自發(fā)的折返學(xué)習(xí)而后迅速完成第二路徑和第三路徑)普遍出現(xiàn)在IL-Male組第2天至學(xué)習(xí)成功天數(shù)之間, 且IL-Female組的9只在12天中至少出現(xiàn)1次, 3只IL-Female組在前三天出現(xiàn)15分鐘內(nèi)未到達(dá)終點(diǎn)的情況。

以性別、分段路徑為兩因素進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析(圖5b、c, 網(wǎng)絡(luò)版附表9、10), 結(jié)果顯示, 路程指標(biāo)上, 分段路徑的主效應(yīng)顯著((2, 36) = 38.01,< 0.001, η20.68, 第一路徑和第二路徑：95% CI = [5.52, 15.63], 第一路徑和第三路徑：95% CI = [10.81, 23.45], 第二路徑和第三路徑：95% CI = [2.48, 10.63]); 時(shí)間指標(biāo)上, 分段路徑的主效應(yīng)也顯著((2, 36) = 39.10,< 0.001, η20.69, 第一路徑和第二路徑：95% CI = [45.57, 111.60], 第一路徑和第三路徑：95% CI = [62.08, 138.43], 第二路徑和第三路徑：95% CI = [1.02, 42.33]), 呈逐漸遞減趨勢(shì); 性別的主效應(yīng)顯著, 雄性比雌性的行進(jìn)路程((1, 18) = 22.51,< 0.001, η20.56, 95% CI = [?21.10, ?8.15])和行進(jìn)時(shí)間((1, 18) = 22.10,< 0.001, η20.55, 95% CI = [?96.70, ?36.97])皆更短; 性別和分段路徑存在交互作用(行進(jìn)路程：(2, 36) = 6.26,= 0.005, η20.26; 行進(jìn)時(shí)間：(2, 36) = 9.10,= 0.001, η20.34)。

圖4 概括分析任務(wù)和階段固著任務(wù)分段路徑對(duì)比圖

注：a)概括分析任務(wù)首次測(cè)試分組熱圖對(duì)比。b)概括分析任務(wù)5天錯(cuò)誤次數(shù)對(duì)比圖。c)階段固著任務(wù)末次測(cè)試分組熱圖對(duì)比。d)階段固著任務(wù)分段路徑固著比例對(duì)比圖。熱圖中亮度越高的地方表示探索密度較高。統(tǒng)計(jì)圖中的圓圈符號(hào)的位置或柱的高度顯示的是每個(gè)試次中各組的平均值或占比的多少, 誤差線顯示的是標(biāo)準(zhǔn)誤。*< 0.05。

圖5 IL組學(xué)習(xí)過(guò)程分段路徑分析結(jié)果圖

注：a)IL組典型軌跡圖個(gè)案, 從左到右分別為IL-Female-2-1, IL-Female-6-1, IL-Female-9-1。b)和c)IL組的行進(jìn)路程和時(shí)間分段對(duì)比圖。分段時(shí)間的計(jì)算方式為“分段路徑的行進(jìn)時(shí)間 = 持續(xù)行進(jìn)時(shí)間 ? 起點(diǎn)靜止時(shí)間”。其中, ①減除“起點(diǎn)靜止時(shí)間”是為了排除大鼠在第一段路徑產(chǎn)生起點(diǎn)固著而造成第一段時(shí)間顯著較長(zhǎng)的系統(tǒng)誤差; ②在路程或時(shí)間指標(biāo)上, 每只IL組大鼠的“第一路徑”、“第二路徑”、“第三路徑”三個(gè)數(shù)據(jù)單元皆為大鼠“學(xué)習(xí)成功”前的n天的總路程或總時(shí)間; ③“學(xué)習(xí)成功”是指大鼠從開(kāi)始學(xué)習(xí)至無(wú)錯(cuò)誤次數(shù)的走完全程為止, 是因個(gè)體而異的; 只在“學(xué)習(xí)成功”的天數(shù)范圍內(nèi)分析分段路程和分段時(shí)間是為了使數(shù)據(jù)分析聚焦大鼠對(duì)迷宮正確路徑“從不會(huì)到會(huì)”的學(xué)習(xí)過(guò)程, 而不受會(huì)了以后的行為表現(xiàn)的影響。統(tǒng)計(jì)圖中的圓圈符號(hào)的位置顯示的是每個(gè)試次中各組的平均值, 誤差線顯示的是標(biāo)準(zhǔn)誤。

總體來(lái)看, IL組的行進(jìn)軌跡呈現(xiàn)出大鼠對(duì)第一段正確路徑更密集的學(xué)習(xí), 即區(qū)域分布不均勻的現(xiàn)象, 其中雄性比雌性更典型。

3.3 PL組學(xué)習(xí)階段行為特征

同時(shí), 為了探究PL組在學(xué)習(xí)階段的行為特征, 我們著重探究了PL組在新學(xué)習(xí)路徑開(kāi)放時(shí)第一天的表現(xiàn)(第二路徑和第三路徑的開(kāi)放分別為總學(xué)習(xí)過(guò)程的第4天和第8天)。如圖6及網(wǎng)絡(luò)版附圖7、8所示, PL-Male組在第二路徑開(kāi)放后仍保持對(duì)第一路徑的高密度探索, 而PL-Female組則對(duì)新開(kāi)放的第二路徑進(jìn)行了高密度探索。以性別、分段路徑和學(xué)習(xí)次數(shù)為三因素進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析, 結(jié)果顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表11、12), 在行進(jìn)路程上, 分段路徑和性別存在交互作用,(1, 18) = 5.35,= 0.033, η20.23; 且分段路徑、學(xué)習(xí)次數(shù)和性別間存在交互作用,(3, 54) = 3.13,= 0.033, η20.15。學(xué)習(xí)第三階段(8~12天)的行徑路程和時(shí)間上未出現(xiàn)性別上的顯著差異(網(wǎng)絡(luò)版附表13、14及附圖9、10)。

圖6 PL組學(xué)習(xí)過(guò)程中開(kāi)放新路徑后的探索密度圖

注：學(xué)習(xí)階段PL組第4天和第8天的分組熱圖, 顏色亮度越高表示探索該區(qū)域的密度越高。

總之, 在新路段開(kāi)放后, 不同性別的PL組大鼠的探索密集路段不同, 其中, PL-Male組集中探索原路徑, PL-Female組集中探索新開(kāi)放路徑, 推測(cè)PL-Male組注重新舊路段的聯(lián)結(jié), 而PL-Female將新開(kāi)放路段當(dāng)作全新的路段進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3.4 學(xué)習(xí)階段的個(gè)體適應(yīng)性

為了探究整合性學(xué)習(xí)方式是否適用于每個(gè)個(gè)體, 我們對(duì)于學(xué)習(xí)階段中, 被試在起點(diǎn)的靜止時(shí)間、到達(dá)終點(diǎn)時(shí)是否在原地吃食、是否吃巧克力(作為一種更有誘惑力但被試之前未接觸過(guò)的新異獎(jiǎng)賞刺激)和體重等指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè), 作為學(xué)習(xí)方式適應(yīng)性的指標(biāo)。以學(xué)習(xí)方式、性別和學(xué)習(xí)次數(shù)為三因素的重復(fù)測(cè)量方差分析顯示(圖7, 網(wǎng)絡(luò)版附表15, 附圖11、12), IL組比PL組更少在原地進(jìn)食(0.51 ± 0.05 vs 0.78 ± 0.05,(1, 34) = 15.93,< 0.001, η20.32, 95% CI = [?0.42, ?0.14]), 更少的進(jìn)食巧克力(0.83 ± 0.03 vs 0.92 ± 0.03,(1, 36) = 4.44,= 0.031, η20.12, 95% CI = [?0.16, ?0.01]), 但學(xué)習(xí)方式和性別之間的交互作用不顯著(原地進(jìn)食：(1, 34) = 2.92,0.097; 吃巧克力：(1, 36) = 4.11,0.050); 體重、起點(diǎn)靜止時(shí)間等因素主效應(yīng)不顯著且無(wú)交互作用。

圖7 特定行為觀察指標(biāo)

注：比例是指被試在學(xué)習(xí)階段到達(dá)終點(diǎn)在原地吃或吃掉巧克力的次數(shù)占總統(tǒng)計(jì)次數(shù)的比例。圖中的柱高的位置顯示的是的平均值, 誤差線顯示的是標(biāo)準(zhǔn)誤。*< 0.05, ***< 0.001。

4 討論

4.1 不同學(xué)習(xí)方式的的學(xué)習(xí)效果差異

總體來(lái)看, IL組的學(xué)習(xí)效果好于PL組, 體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1) IL組學(xué)習(xí)成功天數(shù)更短; 2)在一周后復(fù)測(cè)任務(wù)中, 不同學(xué)習(xí)方式的大鼠在正確路段記憶層面上無(wú)顯著差異, 但在考察大鼠對(duì)迷宮整體把握程度的格式塔(逆向)遷移任務(wù)中, 又出現(xiàn)了分離, 表明IL組學(xué)習(xí)階段形成的對(duì)迷宮路徑的整體認(rèn)知更牢固且可遷移; 3)在概括分析任務(wù)中, IL組錯(cuò)誤次數(shù)更少, 第一天測(cè)試的熱圖顯示, 其更明確的選擇走最短路線和原路線, 而PL組則出現(xiàn)了全盤重新探索的行為, 表明相對(duì)于PL組, IL組在記憶迷宮路徑的基礎(chǔ)上, 對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)的絕對(duì)方位有更明確的把握, 可能存在對(duì)記憶路線的多層面的范疇化加工。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中, IL組的軌跡圖(圖5)以及相應(yīng)指標(biāo)顯示, IL組對(duì)第一、第二和第三路徑存在探索密度的遞減趨勢(shì); 結(jié)合階段固著測(cè)驗(yàn)中各組對(duì)第一路徑(原路徑)的持續(xù)性固著的結(jié)果, 我們認(rèn)為IL組在整體迷宮范圍內(nèi), 對(duì)第一路徑進(jìn)行了重點(diǎn)記憶加工。研究發(fā)現(xiàn), 海馬可以編碼空間記憶, 同時(shí)也可以進(jìn)行“元空間”的信息加工并且這一類信息是可遷移的(Dusek & Eichenbaum, 1997); 通過(guò)調(diào)控海馬細(xì)胞的突觸可塑性可以增強(qiáng)“元空間”的信息加工以及空間方位預(yù)判的能力(Bannerman et al., 1995; Saucier & Cain, 1995)。由于第一路徑和第二、三路徑的正確路徑形狀一致, 因此我們推測(cè)IL組在記憶第二、三路徑時(shí)遷移了第一路徑的記憶信息。此外, 階段固著任務(wù)中, 第二、三路徑各組均出現(xiàn)選擇最短路徑的行為, 我們推測(cè)大鼠使用遷移方式記憶的信息固化程度可能更小, 在面對(duì)新的任務(wù)時(shí), 該記憶信息更易被優(yōu)化。而IL組自發(fā)的選擇第一路徑進(jìn)行重點(diǎn)探索, 然后較為快速的完成對(duì)第二路徑和第三路徑的學(xué)習(xí), 暗示其在不同路徑間建立了關(guān)系和聯(lián)結(jié), 并進(jìn)行了組塊化的劃分, 而這種行為具有自發(fā)性, 可能是一種“自適應(yīng)”的學(xué)習(xí)現(xiàn)象。

但I(xiàn)L組的部分個(gè)體在學(xué)習(xí)過(guò)程中, 尤其是在學(xué)習(xí)階段初期, 會(huì)出現(xiàn)顯著的焦慮和適應(yīng)不良(圖6), 表現(xiàn)為更少在終點(diǎn)原地進(jìn)食, 以及更少的去吃作為新穎刺激出現(xiàn)的巧克力(一種Novelty-suppressed feeding現(xiàn)象, 可參見(jiàn)(Bechtholt et al., 2007; Dulawa & Hen, 2005; Dulawa, 2009), 可能需要更多的支持。

4.2 性別差異

在特定的迷宮學(xué)習(xí)任務(wù)中, 雄性的學(xué)習(xí)行為明顯異于雌性, 這與以往研究中雄性和雌性在空間方位任務(wù)上的行為表現(xiàn)的差別相一致(e.g. Hawley et al., 2012; Keeley et al., 2013; Perrot-Sinal et al., 1996; Roof, 1993; Saucier et al., 2008)。從學(xué)習(xí)階段的軌跡圖和熱圖分析來(lái)看, IL-Male組對(duì)三段路徑的組塊劃分更明確, 表現(xiàn)為軌跡圖中, 著重探索第一路徑的行為更頻繁和普遍; IL-Female組則顯得更為謹(jǐn)慎, 出現(xiàn)與IL-Male組相似的規(guī)律性探索行為較晚, 且到了終點(diǎn)以后更加不敢在原地進(jìn)食或吃掉巧克力。PL-Male組有同樣的行為傾向, 表現(xiàn)為熱圖中, 第二路徑開(kāi)放后更多的折回去探索第一路徑, 第三路徑開(kāi)放后對(duì)三個(gè)路徑的探索較為平均; 而PL-Female組在每次新路徑開(kāi)放后, 都更高密度的探索新路徑。因此, 我們推測(cè)PL-Male組同樣傾向于基于對(duì)第一路徑的深度加工, 建立新舊路徑之間的記憶聯(lián)結(jié), 將對(duì)原路徑的認(rèn)知遷移到新路徑上, 只是其潛力被人為的階段劃分限制住了; 而PL-Female組則更傾向于直接探索未知的新路徑。

4.3 對(duì)學(xué)習(xí)的啟示

盡管“整合性學(xué)習(xí)”這一名詞概念已有學(xué)者提出過(guò)(陳琦,張建偉, 2003; 方華梁, 2018), 但本研究是首次基于動(dòng)物行為建模對(duì)這一概念的內(nèi)涵和特性進(jìn)行了詮釋, 提示了整合性學(xué)習(xí)觀在自然規(guī)律上的可能性。Yeager和Walton (2011)曾強(qiáng)調(diào)以心理學(xué)手段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行干預(yù)時(shí), 需要注意情境的作用。本研究暗示著教養(yǎng)者對(duì)于情境的理解可以更加豐富和深層, 例如一種基于學(xué)生學(xué)習(xí)“整體?部分?整體”的“自適應(yīng)”過(guò)程的整合性學(xué)習(xí)觀可能對(duì)于長(zhǎng)期的知識(shí)掌握和遷移利用而言是更加有效的, 只要教養(yǎng)者能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)體屬性(如性別、主動(dòng)性人格等, 參見(jiàn)Zhu et al., 2017)以及學(xué)習(xí)任務(wù)的性質(zhì)、學(xué)習(xí)環(huán)境的支持度等情境因素(Walton & Yeager, 2020), 在初期提供足夠相應(yīng)的支持以幫助他們度過(guò)適應(yīng)期。

5 結(jié)論

(1)對(duì)于大鼠迷宮學(xué)習(xí)而言, 整合性學(xué)習(xí)方式更高效, 習(xí)得的信息更多層, 具有長(zhǎng)期性和輔助遷移的優(yōu)勢(shì);

(2)在大鼠形成對(duì)迷宮路徑整體認(rèn)知的過(guò)程中, 記憶信息具有整體性、組塊化、范疇化和可遷移的特征;

(3)在迷宮學(xué)習(xí)任務(wù)中, 雄性大鼠和雌性大鼠的學(xué)習(xí)行為存在明顯差異;

(4)整合性學(xué)習(xí)過(guò)程中, 部分大鼠會(huì)在初期出現(xiàn)更多的焦慮或適應(yīng)不良。

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An animal behavioral model for the concept of “Integrative Learning”

YIN Bin, WU Xiaorui, LIAN Rong

(School of Psychology, Fujian Normal University, Fuzhou 350108, China)

The dominant paradigm for learning in China today is “gradual learning”, that is, learners acquire knowledge gradually from a lower to a higher level with the help of teachers. Based on theories of adaptive learning and “meta-learning self”, we advanced the alternative of “integrative learning”, that is, “under the role of ‘meta-learning self’, learners actively integrate learning materials to achieve rapid and in-depth understanding of knowledge.” Furthermore, we designed an animal behavioral model to explore the effects of integrative learning versus progressive learning.

Forty SD rats were selected as subjects, a two (Learning mode: Integrative Learning-IL, Progressive Learning - PL) by two (Sex: Male, Female) factorial design was employed, and a fourteen-unit integrative T-maze was constructed for the study. Five task stages were conceived to test the phenomenon and mechanisms of integrative learning: a learning stage, a retest stage after one week, a Gestalt transfer learning stage, a generalization/analysis test stage, and a segment fixation test stage.

The results showed that: 1. During the learning stage, the number of errors in each trial in the IL group decreased exponentially over time, while that curve in the PL group was wavy; males exhibited significantly fewer errors in total than females; and the number of days to learning success in the IL-male group was significantly less than in the PL-male group, though the difference between female groups was not significant. 2. During both Gestalt transfer learning and generalization/analysis test stages, the IL group performed better than the PL group overall; during the segment fixation test stage, all groups appeared fixed more on the first segment of the original correct path. 3. To identify mechanisms for the IL groups’ better performance, a dynamic heat-map path analysis was employed, showing that the IL group (especially males) appeared to consolidate the first key segment of the correct path repeatedly before quickly apprehending the rest of it, which had elements similar to the first one. Males in the PL group, however, were more likely to return to explore the earlier segment than females when allowed to enter a new segment of the maze. 4. The IL group as a whole either ate less of the chocolate reward at the finish of the correct path or moved the pellet elsewhere to eat, a pattern that was much more obvious in females.

We arrived at the following conclusions: 1) Integrative learning is more efficient than progressive learning, and is characterized by the acquisition of more layered knowledge which can better assist long-term migration learning. 2) During the process of forming a “cognitive map”, information stored in memory has the characteristics of entirety, chunking, and categorization. 3) In a maze learning task, performance among males is more consistent than among females. 4) Some individuals may appear anxious or maladjusted during integrative learning.

integrative learning, animal behavioral model, maze test

附錄：

S1 有關(guān)研究細(xì)節(jié)

S1.1 實(shí)驗(yàn)控制處理

正式實(shí)驗(yàn)前, 主試以籠為單位將大鼠取出, 進(jìn)行15分鐘的觸摸互動(dòng), 持續(xù)一周。其目的在于幫助大鼠減輕壓力和緊張, 與籠內(nèi)物理環(huán)境、同籠大鼠以及主試建立安全的互動(dòng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)前一天控制喂食量為每籠25 g (平均每只5 g, 處于半饑餓狀態(tài)); 正式實(shí)驗(yàn)時(shí), 在單籠實(shí)驗(yàn)結(jié)束后依次喂食, 保證當(dāng)天較早完成實(shí)驗(yàn)的大鼠在次日實(shí)驗(yàn)時(shí)間段已處于半饑餓狀態(tài); 實(shí)驗(yàn)間歇期, 喂食時(shí)間固定, 每籠50 g (平均每只10 g, 處于近飽食狀態(tài)); 實(shí)驗(yàn)期間, 大鼠體重保持在自由喂食體重的85%以上; 對(duì)個(gè)別體重增長(zhǎng)緩慢或者下降較為嚴(yán)重的大鼠, 待當(dāng)天實(shí)驗(yàn)結(jié)束后, 適當(dāng)增加喂食量, 并分單籠喂食避免進(jìn)食競(jìng)爭(zhēng), 并在籠下放置溫控為33~40℃的專用發(fā)熱毯進(jìn)行供暖, 保證其體重達(dá)到正常增長(zhǎng)范圍。在概括分析測(cè)驗(yàn)第3天“PL-Male-6號(hào)鼠”由于體重過(guò)輕進(jìn)行了單籠喂養(yǎng), 進(jìn)食緩慢, 無(wú)力, 次日死亡, 妥善處理后移出后續(xù)分析。學(xué)習(xí)階段, 雄性(89.88 ± 2.04 g)和雌性(89.27 ± 2.04 g)的體重差異不顯著((1, 36) = 0.04,= 0.840, η2= 0.00), 整合組(87.16 ± 2.04 g)和漸進(jìn)組(91.99 ± 2.04 g)的體重差異不顯著((1, 36) = 2.834,= 0.100, η2= 0.072)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中, 主試每日記錄每只大鼠的體重和飲水量。每3~4日使用酒精和無(wú)紡布清潔飼養(yǎng)箱、更換墊料、更換大鼠飲用水(凈化器過(guò)濾的凈化純凈水)、清洗引用水瓶。

參與實(shí)驗(yàn)的大鼠飼養(yǎng)在福建師范大學(xué)動(dòng)物心理與行為實(shí)驗(yàn)室(EVC環(huán)境), 室內(nèi)恒溫22.5℃。每日控制12:12的光照循環(huán)(使用定時(shí)開(kāi)關(guān)和遮光簾, 隔絕自然光照, 控制光照循環(huán))保證大鼠生理節(jié)律正常(大鼠有晝伏夜出的習(xí)性, 而實(shí)驗(yàn)在白天進(jìn)行。為了保證大鼠在實(shí)驗(yàn)時(shí)處于清醒狀態(tài), 實(shí)驗(yàn)室人工控制了12:12的晝夜光照循環(huán))。同時(shí), 空氣凈化機(jī)調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量、吊頂監(jiān)控?cái)z像頭記錄實(shí)驗(yàn)室24小時(shí)的內(nèi)部狀況。

S1.2 實(shí)驗(yàn)材料

S1.2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的日常養(yǎng)護(hù)

9個(gè)專用飲水瓶、8個(gè)中號(hào)飼養(yǎng)籠(籠蓋設(shè)置有喂食和放置飲水瓶功能、箱體上標(biāo)注學(xué)習(xí)方式和性別信息以及飼養(yǎng)負(fù)責(zé)人的姓名和聯(lián)系方式)、2個(gè)小號(hào)飼養(yǎng)籠(用來(lái)更換墊料時(shí)暫時(shí)安放大鼠、對(duì)體重輕的大鼠進(jìn)行單獨(dú)喂食)、墊料(木屑、玉米芯)、大鼠專用飼料、四層高的置物架、記號(hào)筆、稱重器(以克為單位)、3個(gè)不銹鋼器皿(2小, 1大, 稱量大鼠和食物)、平板車(運(yùn)送供應(yīng)墊料和飼料)、立式臺(tái)燈和開(kāi)關(guān)定時(shí)器、加熱墊和溫控調(diào)節(jié)器、黃色標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)用垃圾箱、拖把、掃帚、簸箕、標(biāo)識(shí)有醫(yī)用垃圾的垃圾袋若干。

S1.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置材料

迷宮制作的原材料包括：4.7 mm厚單面磨砂的亞克力板若干(250 × 250 mm2：31塊、125 × 250 mm2：27塊、625 × 250 mm2：14塊、510 × 135 mm2：1塊、500 × 250 mm2：1塊、130 × 635 mm2：14塊、135 × 260 mm2：1塊、250 × 10 mm2：55塊)、50 mm寬的白色亞克力無(wú)痕接縫膠條(用于接合迷宮拼接縫隙)、500 g亞克力粘合劑(附帶注射器)、2卷45 mm寬的黑色強(qiáng)力布基膠帶(用于拼裝14個(gè)單元的組合T迷宮)、1.5 × 1.6 m2亞克力黑色搖粒絨布料(自主剪裁為250 × 140 mm2不透光且雙面材質(zhì)相同的長(zhǎng)布條, 控制大鼠記憶窗簾的特殊信息)、19 mm寬的黑色小號(hào)長(zhǎng)尾夾(用于固定迷宮中的窗簾)、0.3 mm粗優(yōu)質(zhì)鍍鋅鐵絲(用于懸掛迷宮中的窗簾)、3 × 3 m2的深灰色地墊。

附圖1 整合性迷宮實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖

注：包括窗簾, 隔板, 食盒(食盒內(nèi)左側(cè)末端配套有一個(gè)長(zhǎng)方形的黑色系瓷碗)3種5個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)皆會(huì)用到的基本實(shí)驗(yàn)裝置。

S1.2.4 清潔防護(hù)

主試實(shí)驗(yàn)用具：一次性頭套、腳套、口罩、手套、實(shí)驗(yàn)服; 酒精洗手液、碘伏、棉球、棉簽、鑷子等擦刮傷急救包;

被試實(shí)驗(yàn)用具：無(wú)紡布(也稱除塵紙)、75%酒精噴劑(除味)。

S1.2.5 其他軟硬件材料

動(dòng)物飼養(yǎng)常規(guī)設(shè)備(EVC級(jí))、延時(shí)供電設(shè)備(應(yīng)急保障)、海康威視(HikVision)硬盤錄像機(jī)監(jiān)控設(shè)備(4路DS-7104N-F1/4P)、海康威視(HikVision)攝像頭(DS-IPC-T12-I/POE)、適配U盤、移動(dòng)硬盤、立式臺(tái)燈和開(kāi)關(guān)定時(shí)器、加熱墊和溫控調(diào)節(jié)器等。

軟件包括格式工廠、Camtasia 9(TechSmith)、Supermaze動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)(上海欣軟)、GraphPad Prism 8、Microsoft Excel 2017、SPSS 18.0、3D畫(huà)圖軟件等。

S1.3 實(shí)驗(yàn)范式設(shè)計(jì)

整合性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物行為迷宮設(shè)計(jì)共有5個(gè)模塊。迷宮的輪廓尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸, 分段隔板、卡槽設(shè)計(jì)以及窗簾制作都圍繞整合性學(xué)習(xí)的研究需要進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)階段中, 漸進(jìn)組的分段依據(jù)路徑的長(zhǎng)度(三段路徑的長(zhǎng)度一致)和路徑的規(guī)律遷移特性(三段路徑的形狀相似)分割為3段; 整合組全段開(kāi)放。實(shí)驗(yàn)裝置以整合性學(xué)習(xí)和漸進(jìn)性學(xué)習(xí)方式的操作性定義為指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)(見(jiàn)附圖2)。一周后復(fù)測(cè)任務(wù)測(cè)試大鼠對(duì)于迷宮路徑形成的長(zhǎng)時(shí)記憶水平, 考察不同學(xué)習(xí)方式在長(zhǎng)時(shí)記憶上的差異, 即記憶信息的牢固程度(見(jiàn)附圖2); 格式塔遷移任務(wù)是基于大鼠對(duì)迷宮正確路徑記憶的“整體性”設(shè)計(jì)的測(cè)試, 考察大鼠對(duì)路段記憶的聯(lián)結(jié)(附圖3); 概括分析測(cè)驗(yàn)是對(duì)大鼠絕對(duì)方位認(rèn)知的測(cè)試, 考察大鼠對(duì)路段的加工層次和深度(附圖4); 階段固著測(cè)驗(yàn)是對(duì)漸進(jìn)組大鼠是否由于分段提示信息的產(chǎn)生相對(duì)方位認(rèn)知上的優(yōu)勢(shì)的測(cè)驗(yàn), 同時(shí), 也可以顯化大鼠對(duì)路段間遷移信息的使用效果和使用方式(附圖5)。

S1.4 研究程序

(1)設(shè)計(jì)和制作合適尺寸的14個(gè)單元的組合T迷宮;

附圖2 整合性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)階段和復(fù)測(cè)階段的動(dòng)物行為迷宮設(shè)計(jì)圖

注：紅色隔板只供漸進(jìn)組學(xué)習(xí)階段使用(隔板放置處有凹槽, 可抽插)。黃、紅、綠路線分別是漸進(jìn)組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, 綠路線也是整合組的正確行徑路線。復(fù)測(cè)時(shí), 整合組和漸進(jìn)組饑皆開(kāi)放迷宮的隔板施測(cè)

附圖3 整合性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)格式塔遷移任務(wù)的動(dòng)物行為迷宮設(shè)計(jì)圖

注：“食盒”入口被隔板密封, 變更為“起點(diǎn)”, 起點(diǎn)的窗簾移至“終點(diǎn)”岔路口處。

附圖4 整合性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)概括分析測(cè)驗(yàn)的動(dòng)物行為迷宮設(shè)計(jì)圖

注：左圖黃、紅、綠分別為最短路線, 原路線和隱蔽路線(隔板拆卸在錯(cuò)誤區(qū)域的窗簾后)是1~5天的概括與分析測(cè)試路線。

附圖5 整合性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)階段固化的動(dòng)物行為迷宮設(shè)計(jì)圖

注：黃、綠、藍(lán)分別為第一段、第二段、第三段路徑的最短路徑, 是1~4天的階段固化測(cè)試路線

(2)使用12只大鼠進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn), 制定實(shí)驗(yàn)步驟、觀察記錄表、量化分析指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)操作要領(lǐng)、排除系統(tǒng)干擾條件;

(3)采購(gòu)40只1月大的大鼠后分籠, 實(shí)驗(yàn)前連續(xù)7天, 對(duì)大鼠進(jìn)行每日15分鐘的觸摸互動(dòng)。投放足量食物(50 g每籠), 記錄其體重、飲水量和剩余食物量, 作為正式實(shí)驗(yàn)時(shí)的喂食量參考;

(4)正式實(shí)驗(yàn)按照整合雄1、漸進(jìn)雄1、整合雌1、漸進(jìn)雌2、整合雄2、漸進(jìn)雄2、整合雌2、漸進(jìn)雌2的籠號(hào)順序進(jìn)行, 每籠實(shí)驗(yàn)結(jié)束后喂食該籠25 g食物, 保證次日實(shí)驗(yàn)中籠間的半饑餓水平一致;

(5)正式實(shí)驗(yàn)前, 在終點(diǎn)處放置裝有食物(大鼠更喜歡牛奶巧克力豆, 但由于大鼠之前未食用過(guò)巧克力豆, 因此碗中開(kāi)始時(shí)放置1小粒日常食用的飼料和1顆巧克力豆。在所有大鼠都開(kāi)始食用巧克力豆后, 只放置1粒巧克力豆)的方形黑色瓷碗(瓷碗有一定程度的提示功能, 提示大鼠食物位置的改變, 以及預(yù)防因忘記投食而影響大鼠后續(xù)的探索行為, 因?yàn)榇赏胱鳛閺?qiáng)化物仍有一定的強(qiáng)化功能)。實(shí)驗(yàn)前, 先對(duì)大鼠稱重, 然后單手將手臂伸長(zhǎng)將大鼠放入起點(diǎn), 身體靠后遠(yuǎn)離迷宮, 避免身體對(duì)攝像鏡頭的遮擋而無(wú)法收集有效的初始數(shù)據(jù); 實(shí)驗(yàn)時(shí), 人工記錄大鼠的特殊行為, 例如：是否在原地吃食物, 是否吃了巧克力;

(6)實(shí)驗(yàn)后使用酒精噴灑迷宮壁并用無(wú)紡布酌情擦拭, 同時(shí), 調(diào)試窗簾, 避免前一只大鼠的氣味(屎、尿、毛發(fā))和造成窗簾下垂紋路的變化對(duì)后一只大鼠的影響;

(7)每日實(shí)驗(yàn)后備份當(dāng)日原始視頻, 裁剪成可分析的標(biāo)準(zhǔn)格式, 存入移動(dòng)硬盤;

(8)學(xué)習(xí)階段進(jìn)行12日。1~3日漸進(jìn)組在第一段終點(diǎn)放置隔板, 學(xué)習(xí)3日; 4~7日漸進(jìn)組第一段隔板移除, 在第二段終點(diǎn)放置隔板, 學(xué)習(xí)4日; 8~12日漸進(jìn)組第二段隔板移除學(xué)習(xí)5日; 整合組12日全段不放置隔板。其中, 學(xué)習(xí)階段的第一日, 每只大鼠定時(shí)學(xué)習(xí)15分鐘(保證絕大多數(shù)大鼠對(duì)迷宮產(chǎn)生適應(yīng)后的探索行為并吃到食物, 也平衡漸進(jìn)組因?yàn)槁范味? 偶然到達(dá)終點(diǎn)而造成的探索時(shí)間不足), 2~12日以大鼠到達(dá)終點(diǎn)吃完食物(等待大鼠吃完再取出, 避免對(duì)其走迷宮行為動(dòng)機(jī)產(chǎn)生影響)為取出迷宮中大鼠;

(9)停測(cè)1周, 每籠每日喂食50 g, 記錄體重和飲水?dāng)?shù)據(jù)。期間, 處理12天的學(xué)習(xí)階段的視頻。將視頻放入SuperMaze系統(tǒng)進(jìn)行批量分析, 第1天雖然每只大鼠都探索了15分鐘, 但視頻分析時(shí), 觸發(fā)器會(huì)自動(dòng)截取其第一次到達(dá)終點(diǎn)前的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 一周后復(fù)測(cè)階段中, 整合組和漸進(jìn)組完成相同的整段迷宮的測(cè)試;

(10)格式塔遷移測(cè)試時(shí), 將食槽口用隔板密封, 終點(diǎn)與起點(diǎn)互換, 終點(diǎn)前的窗簾移動(dòng)至起點(diǎn)前, 將盛有食物的食碟放在新的終點(diǎn)(原起點(diǎn)), 施測(cè)3天;

(11)按學(xué)習(xí)階段路徑重新學(xué)習(xí)一天(減少逆向遷移測(cè)驗(yàn)對(duì)概括分析測(cè)驗(yàn)的影響), 然后進(jìn)行概括分析測(cè)驗(yàn)5天;

(12)按學(xué)習(xí)階段路徑重新學(xué)習(xí)一天(減少概括分析測(cè)驗(yàn)對(duì)階段固化測(cè)驗(yàn)的影響), 然后進(jìn)行階段固化測(cè)驗(yàn)4天。

(13)使用SuperMaze系統(tǒng)進(jìn)行批量分析, 使用SuperMaze中的軌跡圖復(fù)查數(shù)據(jù), 對(duì)部分由于視頻片段不完整或綴余的視頻進(jìn)行了二次備份和裁剪, 保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。使用Excel、SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理, 使用GraphPad Prism 8進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

S1.5 數(shù)據(jù)處理詳細(xì)步驟

首先, 使用連接吊頂固定攝像頭的監(jiān)控設(shè)備對(duì)1113次(其中“PL-Male-6”的后三次的概括分析任務(wù)和全部四次的階段固化測(cè)驗(yàn)空缺)大鼠跑迷宮的試次進(jìn)行視頻記錄和緩存, 將有效視頻片段以AVI格式導(dǎo)出。隨后, 使用格式工廠和TechSmith Camtasia Studio 9進(jìn)行原始視頻的裁剪和格式化, 生成裁剪掉無(wú)關(guān)信息的640 : 480的屏幕大小, Xvid格式的單只大鼠視頻。

然后, 使用《SuperMaze動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)》(上海欣軟信息科技有限公司)創(chuàng)建分析平臺(tái)(見(jiàn)附圖6)。其中, 設(shè)置動(dòng)態(tài)背景算法、3點(diǎn)(頭部、重心、尾部)跟蹤位置、大鼠亮度和背景亮度對(duì)比為較亮、工作模式為先腐蝕后膨脹(參數(shù)：2像素, 主要用于消除小物體、在纖細(xì)點(diǎn)處分離物體、平滑較大物體的邊界)、面積閾值啟用頭部、重心判斷(只有大鼠將頭部和重心皆進(jìn)入指定區(qū)域才記錄進(jìn)入)、頭部探索時(shí)間閾值為5×100 ms、測(cè)試參數(shù)中延時(shí)結(jié)束為900 s、觸發(fā)器設(shè)置為“首次進(jìn)入?yún)^(qū)域Foodbox (IL組一直設(shè)置為Foodbox; PL組設(shè)置1~3天為First segment end、4~7天為Second segment end、8~12天為Foodbox)并停留1 s”。后4個(gè)任務(wù)的測(cè)驗(yàn)只改變分析區(qū)域設(shè)置。設(shè)置后在“采集分析”中使用“批量處理錄像”功能對(duì)1113個(gè)視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)束分析后在“數(shù)據(jù)管理”中導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)。

附圖6 Supermaze動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——區(qū)域設(shè)置

最后, 使用SuperMaze分析系統(tǒng)中的軌跡圖復(fù)查數(shù)據(jù), 對(duì)部分由于視頻片段不完整或綴余的視頻進(jìn)行了二次備份和裁剪, 保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。使用Excel、SPSS18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理, 使用GraphPad Prism8進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

S2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表格及附圖

研究原始數(shù)據(jù)已上傳至百度云盤可供查用。

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fWtfjPH1Tnekj2OxzDcz_Q

提取碼：geag

附表1 學(xué)習(xí)階段的錯(cuò)誤次數(shù)三因素重復(fù)測(cè)量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學(xué)習(xí)次數(shù)3090.7211280.00F (11, 396) = 29.42***0.0000.45 學(xué)習(xí)方式141.921141.92F (1, 36) = 15.54***0.0000.30 性別105.471105.47F (1, 36) = 11.55**0.0020.24 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式2940.8111267.35F (11, 396) = 27.99***0.0000.44 學(xué)習(xí)次數(shù) × 性別257.461123.41F (11, 396) = 2.45**0.0060.06 學(xué)習(xí)方式 × 性別79.22179.22F(1, 36) = 8.67**0.0060.19 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式 × 性別1911117.36F (11, 396) = 1.82*0.0480.05

注：*< 0.05, **< 0.01, ***< 0.001。

附表2 學(xué)習(xí)成功天數(shù)的兩因素完全隨機(jī)方差分析結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 性別13.23113.23F(1, 36) = 0.730.5510.42 學(xué)習(xí)方式60.03160.03F (1, 36) = 3.290.3210.77 性別× 學(xué)習(xí)方式18.23118.23F (1, 36) = 3.450.0720.09

附表3 學(xué)習(xí)成功天數(shù)的事后多重比較結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 性別13.23113.23F(1, 36) = 2.500.1220.07 學(xué)習(xí)方式60.03160.03F (1, 36) = 11.36**0.0020.24

注：**< 0.01。

附表4 性別水平上學(xué)習(xí)方式的簡(jiǎn)單效應(yīng)比較

tpCohen’s d 雄性4.12***0.000?1.84 雌性0.980.341?0.44

注：***< 0.001。

附表5 一周后復(fù)測(cè)任務(wù)錯(cuò)誤次數(shù)的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學(xué)習(xí)次數(shù)3.8221.91F (2, 72) = 2.190.1200.06 學(xué)習(xí)方式10.21110.21F(1, 36) = 4.030.0520.10 性別3.0113.01F(1, 36) = 1.190.2830.03 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式3.0221.51F(2, 72) = 1.730.1850.05 學(xué)習(xí)次數(shù) × 性別0.5220.26F(2, 72) = 0.300.7450.01 學(xué)習(xí)方式 × 性別0.0110.01F (1, 36) = 0.000.9550.00 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式 × 性別0.5220.26F (2, 72) = 0.300.7450.01

附表6 格式塔遷移任務(wù)錯(cuò)誤次數(shù)的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學(xué)習(xí)次數(shù)1071.552535.28F (2, 72) = 25.64***0.0000.42 學(xué)習(xí)方式130.211130.21F (1, 36) = 5.50*0.0250.13 性別118.011118.01F (1, 36) = 4.99*0.0320.12 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式1.7220.86F (2, 72) = 0.040.9600.00 學(xué)習(xí)次數(shù) × 性別21.72210.86F (2, 72) = 0.520.5970.01 學(xué)習(xí)方式 × 性別2.4112.41F (1, 36) = 0.100.7520.00 學(xué)習(xí)次數(shù) × 學(xué)習(xí)方式 ×性別5.0222.51F (2, 72) = 0.120.8870.00

注：*< 0.05, ***< 0.001。

附表7 五天概括分析任務(wù)的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 測(cè)試次數(shù)24.5446.13F(4, 140) = 3.00*0.0200.08 學(xué)習(xí)方式12.60112.60F(1, 35) = 4.66*0.0380.12 性別3.5813.58F(1, 35) = 1.320.2580.04 測(cè)試次數(shù)× 學(xué)習(xí)方式9.1042.28F(4, 140) = 1.110.3520.03 測(cè)試次數(shù)× 性別2.2340.56F(4, 140) = 0.270.8950.01 學(xué)習(xí)方式× 性別4.1214.12F(1, 35) = 1.530.2250.04 測(cè)試次數(shù)× 組別× 性別6.8841.72F(4, 140) = 0.840.5000.02

注：*< 0.05。

附表8 階段固著末次測(cè)驗(yàn)依然選擇原路線大鼠比例的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑9.7024.85F (2, 70) = 40.83***0.0000.54 學(xué)習(xí)方式0.2010.20F (1, 35) = 1.180.2860.03 性別0.0710.07F (1, 35) = 0.420.5200.01 學(xué)習(xí)方式× 性別0.0110.01F (1, 35) = 0.050.8300.00 分段路徑× 學(xué)習(xí)方式0.5520.28F (2, 70) = 2.320.1060.06 分段路徑× 性別0.2920.15F (2, 70) = 1.220.3000.03 分段路徑× 學(xué)習(xí)方式× 性別0.3620.18F (2, 70) = 1.500.2310.04

注：***< 0.001。

附表9 IL組分段路徑的行進(jìn)路程的兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2987.8721493.94F (2, 36) = 38.01***0.0000.68 性別3208.6313208.63F (1, 18) = 22.51***0.0000.56 分段路徑× 性別492.362246.18F(2, 36) = 6.26**0.0050.26

注：**< 0.01, ***< 0.001。

附表10 IL組分段路徑的行進(jìn)時(shí)間的兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑111308.10255654.05F (2, 36) = 39.10***0.0000.69 性別67002.42167002.42F(1, 18) = 22.10***0.0000.55 分段路徑×性別25910.57212955.29F (2, 36) = 9.10**0.0010.34

注： **< 0.01, ***< 0.001。

附表11 PL組第二階段路程的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2.9912.09F(1, 18) = 0.700.4120.04 學(xué)習(xí)次數(shù)191.85363.95F(3, 54) = 7.07***0.0000.28 性別0.0010.00F(1, 18) = 0.000.9950.00 分段路徑× 性別22.68122.68F(1, 18) = 5.35*0.0330.23 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別59.15319.72F(3, 54) = 2.180.1010.11 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)23.3937.80F(3, 54) = 2.000.1240.10 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別36.50312.17F(3, 54) = 3.13*0.0330.15

注： **< 0.01, ***< 0.001。

附表12 PL組第二階段時(shí)間的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑137.601137.60F(1, 18) = 0.130.7220.01 學(xué)習(xí)次數(shù)34073.62311357.87F(3, 54) = 8.00***0.0000.31 性別549.601549.60F(1, 18) = 0.300.5890.02 分段路徑× 性別4361.6214361.62F(1, 18) = 4.140.0570.19 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別3598.0131199.34F(3, 54) = 0.850.4750.05 分段路徑 × 學(xué)習(xí)次數(shù)2163.393721.13F(3, 54) = 0.810.4960.04 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別2471.073823.69F(3, 54) = 0.920.4370.05

注：***< 0.001。

附表13 PL組第三階段路程的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑29.19214.60F(2, 36) = 15.86***0.0000.47 學(xué)習(xí)次數(shù)48.08412.02F(4, 72) = 5.53**0.0010.24 性別0.6910.69F(1, 18) = 0.430.5230.02 分段路徑× 性別4.7422.37F(2, 36) = 2.570.0900.13 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別5.5341.38F(4, 72) = 0.640.6380.03 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)15.8581.98F(8, 144) = 2.33*0.0220.11 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別2.1080.26F(8, 144) = 0.310.9620.02

注：*< 0.05, **< 0.01, ***< 0.001。

附表14 PL組第三階段路程的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2253.8121126.90F(2, 36) = 30.87***0.0000.63 學(xué)習(xí)次數(shù)3101.674775.42F(4, 72) = 12.86***0.0000.42 性別28.92128.92F(1, 18) = 0.460.5060.03 分段路徑× 性別176.73288.37F(2, 36) = 2.420.1030.12 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別98.90424.72F(4, 72) = 0.410.8010.02 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)2023.608252.95F(8, 144) = 10.84***0.0000.38 分段路徑× 學(xué)習(xí)次數(shù)× 性別214.13826.77F(8, 144) = 1.150.3350.06

注：***< 0.001。

附表15 關(guān)于學(xué)習(xí)階段中學(xué)習(xí)方式適應(yīng)性的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析中的被試間結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 體重學(xué)習(xí)方式2793.6812793.68F (1, 36) = 2.800.1030.07 性別44.41144.41F (1, 36) = 0.040.8340.00 學(xué)習(xí)方式×性別1387.2011387.20F (1, 36) = 1.390.2460.37 起點(diǎn)靜止時(shí)間學(xué)習(xí)方式7.3117.31F (1, 36) = 0.640.4290.02 性別25.60125.60F (1, 36) = 2.240.1430.06 學(xué)習(xí)方式× 性別28.10128.10F(1, 36) = 2.460.1260.06 原地進(jìn)食學(xué)習(xí)方式8.0118.01F (1, 34) = 15.93***0.0000.32 性別0.7810.78F (1, 34) = 1.550.2220.04 學(xué)習(xí)方式× 性別1.4711.47F (1, 34) = 2.920.0970.08 進(jìn)食巧克力學(xué)習(xí)方式0.8310.83F (1, 36) = 5.07*0.0310.12 性別0.4110.41F (1, 36) = 2.490.1240.07 學(xué)習(xí)方式× 性別0.6810.68F (1, 36) = 4.110.0500.10

注：三因素包括學(xué)習(xí)方式、性別和學(xué)習(xí)次數(shù), 各組在終點(diǎn)原地進(jìn)食或進(jìn)食巧克力的比例隨學(xué)習(xí)次數(shù)變化的情況可見(jiàn)附圖11&12; 是否原地進(jìn)食的原始數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)階段2~12次的數(shù)據(jù), 因?yàn)閷W(xué)習(xí)階段第1次學(xué)習(xí)為限時(shí)15分鐘的探索, 未記錄是否在原地進(jìn)食的行為, 其余指標(biāo)皆為學(xué)習(xí)階段1~12次的數(shù)據(jù)。各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)了學(xué)習(xí)階段的總比例或均值。*< 0.05, ***< 0.001。

附圖7 PL組第4~7天第一路徑和第二路徑行進(jìn)時(shí)間的性別對(duì)比圖

附圖8 PL組第4~7天第一路徑和第二路徑行進(jìn)路程的性別對(duì)比圖

附圖9 PL組第8~12天第一、二、三路徑行進(jìn)時(shí)間的性別對(duì)比圖

附圖10 PL組第8~12天第一、二、三路徑行進(jìn)路程的性別對(duì)比圖

附圖11 各組在終點(diǎn)原地進(jìn)食比例隨學(xué)習(xí)次數(shù)增加的變化

附圖12 各組在終點(diǎn)吃掉巧克力比例隨學(xué)習(xí)次數(shù)增加的變化

S3 實(shí)驗(yàn)視頻示例

研究中比較有代表性的7個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻下載鏈接如下：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fWtfjPH1Tnekj2OxzDcz_Q

提取碼：geag

視頻1：學(xué)習(xí)任務(wù)完成示例(IL-Male-2學(xué)習(xí)任務(wù)第12天)

說(shuō)明：學(xué)習(xí)任務(wù)第12天(最后一天), 大部分被試均可零錯(cuò)誤的完成迷宮任務(wù), 少量被試有1至4次錯(cuò)誤, 組間錯(cuò)誤次數(shù)分布呈顯著差異(F = 5.128, p = 0.03)。其中IL-Male組所有被試均無(wú)錯(cuò)誤; IL-Female組有1只錯(cuò)了4次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤; PL-Male組有3只錯(cuò)了1次, 1只錯(cuò)了3次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤; PL-Female組有4只錯(cuò)了1次, 1只錯(cuò)了2次, 2只錯(cuò)了3次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤。

視頻2：格式塔遷移任務(wù)完成示例(IL-Male-1格式塔遷移任務(wù)第3天)

說(shuō)明：格式塔遷移任務(wù)第3天(最后一天), 大部分被試均可以較少錯(cuò)誤或零錯(cuò)誤完成任務(wù), 少部分被試錯(cuò)誤較多, 組間錯(cuò)誤次數(shù)分布呈顯著差異(表5)。其中IL-Male組有5只錯(cuò)了1次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤; IL-Female組有3只錯(cuò)了1次, 1只錯(cuò)了2次, 1只錯(cuò)了4次, 1只錯(cuò)了5次, 1只錯(cuò)了11次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤; PL-Male組有4只錯(cuò)了1次, 1只錯(cuò)了2次, 1只錯(cuò)了3次, 1只錯(cuò)了4次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤; PL-Female組有1只錯(cuò)了1次, 1只錯(cuò)了2次, 1只錯(cuò)了3次, 2只錯(cuò)了6次, 1只錯(cuò)了7次, 1只錯(cuò)了8次, 1只錯(cuò)了11次, 其余均無(wú)錯(cuò)誤。

視頻3：學(xué)習(xí)過(guò)程中IL組重點(diǎn)學(xué)習(xí)第一路徑示例(IL-Male-5學(xué)習(xí)階段第2天)

說(shuō)明：IL-Male-5在第一路徑多次折回探索, 而在第二、三路徑錯(cuò)誤次數(shù)較少的通過(guò)。迷宮路徑的劃分如下圖所示。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖5所示。

注：將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置的正確路徑劃分為具有形狀相似性的三段, 紅、綠、藍(lán)依次為第一路徑、第二路徑和第三路徑。

視頻4：學(xué)習(xí)過(guò)程中PL-Male組在新路段開(kāi)放后著重探索舊路徑示例(PL-Male-9學(xué)習(xí)階段第4天)

視頻5：學(xué)習(xí)過(guò)程中PL-Female組在新路段開(kāi)放后著重探索新路徑示例(PL-Female-9學(xué)習(xí)階段第4天)

視頻4&5說(shuō)明：在新路段開(kāi)放后, PL-Male組在原路段終點(diǎn)處折回, 重新探索第一路徑, 后進(jìn)入第二路徑到達(dá)終點(diǎn); PL-Female組則直接選擇進(jìn)入第二路徑, 而后在第二路徑進(jìn)行了折回探索并到達(dá)終點(diǎn)。PL組三段路徑逐步開(kāi)放示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖6所示。

視頻6：概括分析任務(wù)各組5次測(cè)驗(yàn)所有軌跡圖的快速呈現(xiàn)。

視頻6說(shuō)明：

·我們將概括分析任務(wù)5次測(cè)驗(yàn)(學(xué)習(xí))的全部被試的軌跡圖的導(dǎo)出過(guò)程用錄頻軟件進(jìn)行了錄屏, 并區(qū)分出了不同組別進(jìn)行連續(xù)播放。

·視頻說(shuō)明：播放順序?yàn)橄菼L, 后PL; 先雄, 后雌; 并按單只大鼠1~5天的順序進(jìn)行循環(huán)(共40個(gè)被試)。視頻左下角的標(biāo)注“IL-Male1-1”即“整合雄組1號(hào)大鼠第一次概括分析任務(wù)測(cè)試”;

·規(guī)律說(shuō)明：IL組多數(shù)選擇最短路線或原路線; PL組多數(shù)出現(xiàn)無(wú)明顯規(guī)律的全盤搜索。

·概括分析任務(wù)示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖4a, 4b所示。

注：紅色隔板只供PL組學(xué)習(xí)階段使用。黃、紅、綠路線分別是PL組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, PL組的學(xué)習(xí)路線依據(jù)迷宮的長(zhǎng)度和規(guī)律用隔板分為3段(隔板放置處有凹槽, 可插拔)。

注：概括分析任務(wù)中黃、紅、綠分別為最短路線, 原路線和隱蔽路線(隔板拆卸在錯(cuò)誤區(qū)域的窗簾后), 是1~5天的概括與分析測(cè)試路線。

視頻7：階段固著測(cè)驗(yàn)中被試對(duì)第一原路徑慣性固著示例(IL-Male-10第四次測(cè)試)

視頻7說(shuō)明：在階段固著測(cè)驗(yàn)的第四次測(cè)試中, 各組仍一致的選擇在第一路徑選擇原路線, 而在其他兩個(gè)路徑更多選擇短路線。階段固著任務(wù)示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖4c, 4d所示。

注：階段固著任務(wù)中, 黃、綠、藍(lán)分別為第一、第二、第三路徑的最短路徑, 原路徑仍保持通暢。

分類號(hào) B845

收稿日期: 2020-05-05

* 教育部人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究重大項(xiàng)目《學(xué)生心理健康促進(jìn)體系與服務(wù)平臺(tái)建設(shè)》(16JJD190004); 福建師范大學(xué)人事處“海外引進(jìn)人才?青年英才”科研啟動(dòng)項(xiàng)目(Z0210509)。

通信作者: 連榕, E-mail: lianrong1122@126.com