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動物行為實(shí)驗(yàn)方法硬核總結(jié)(2):Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)
點(diǎn)擊次數(shù):1935 更新時(shí)間:2020-07-13

四、統(tǒng)計(jì)方法學(xué)準(zhǔn)則
     潛伏期時(shí)間為計(jì)量資料,可用方差分析,但需按方差分析的程序先進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),方差齊,計(jì)算F值,用多個(gè)實(shí)驗(yàn)組和一個(gè)對照組間均數(shù)的兩兩比較方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì);對非正態(tài)或方差不齊的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兞哭D(zhuǎn)換,待滿足正態(tài)或方差齊要求后,用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì);若變量轉(zhuǎn)換后仍未達(dá)到正態(tài)或方差齊的目的,改用秩和檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。計(jì)數(shù)資料,比如說穿越站臺的次數(shù),可用X2檢驗(yàn),四格表總例數(shù)小于40,或總例數(shù)等于或大于40但出現(xiàn)理論數(shù)等于或小于1時(shí),應(yīng)改用確切概率法。

       Morris 水迷宮的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為復(fù)雜,其統(tǒng)計(jì)分析難度也較大,尤其是對大鼠在尋找隱蔽站臺試驗(yàn)中所測得的逃避潛伏期如何進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析既往存在的問題較多。在過去的研究中,國內(nèi)文獻(xiàn)中有的直接計(jì)算每天的平均逃避潛伏期后再進(jìn)行t檢驗(yàn)或方差分析,或根據(jù)大鼠的逃避潛伏期在定位航行試驗(yàn)后3d趨于穩(wěn)定的情況,僅對后3d的平均逃避潛伏期進(jìn)行t檢驗(yàn)或方差分析。有的研究則就1~5d的逃避潛伏期進(jìn)行單因素方差分析。我們認(rèn)為以上統(tǒng)計(jì)方法均不正確。一個(gè)較明顯的錯(cuò)誤是,以趨于平穩(wěn)的后3d的平均逃避潛伏期代表記憶水平,首先遇到的問題是僅在生理狀態(tài)下的大鼠才表現(xiàn)如此,而實(shí)驗(yàn)記憶損傷組大鼠往往后3d的逃避潛伏期仍然持續(xù)下降。正常青年組和初老年組大鼠的逃避潛伏期在后3d趨于平穩(wěn),但實(shí)驗(yàn)損傷組大鼠的逃避潛伏期由于學(xué)習(xí)記憶損傷后其基線較高,第3~5天逃避潛伏期仍然呈下降的趨勢,并不象正常對照組一樣趨于穩(wěn)定。

       不僅如此,還存在上述統(tǒng)計(jì)方法對隱蔽站臺試驗(yàn)中測得的逃避潛伏期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的認(rèn)識錯(cuò)誤。隱蔽站臺試驗(yàn)中的逃避潛伏期具有以下特點(diǎn):

①系重復(fù)測量設(shè)計(jì),即在給予某種處理后,在不同的時(shí)間點(diǎn)上從同一受試對象上重復(fù)測量獲得的數(shù)據(jù)(逃避潛伏期);

②影響逃避潛伏期(自變量)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的至少有動物組別、檢測時(shí)點(diǎn)等多個(gè)效應(yīng)因子,效應(yīng)因子之間存在交互影響效應(yīng);

③同一受試動物的不同時(shí)間點(diǎn)所測得的逃避潛伏期存在高度的自相關(guān)性;

④存在截尾數(shù)據(jù)(*大潛伏期)。

        據(jù)此,對Morris水迷宮中隱蔽站臺試驗(yàn)的逃避潛伏期應(yīng)采用重復(fù)測量數(shù)據(jù)repeated measures analyses of variance(ANOVA)的多因素方差分析結(jié)合截尾數(shù)據(jù)的生存分析方法較為恰當(dāng),國外文獻(xiàn)報(bào)道中常用,這種方法對潛伏期均值進(jìn)行進(jìn)一步的分析,天數(shù)作為自變量,潛伏期或游泳速度作為因變量。

五、評價(jià)指標(biāo)準(zhǔn)則(指標(biāo)僅針對于SuperMaze 軟件/VisuTrack軟件,根據(jù)軟件版本有差異)

       雖然文獻(xiàn)中提到了紛繁復(fù)雜的評價(jià)指標(biāo),但對這些指標(biāo)并沒有進(jìn)行很好的特征化和準(zhǔn)則化。例如,游泳速度明顯是運(yùn)動能力的指標(biāo),路徑長度又受游泳速度和游泳時(shí)間(潛伏期)的雙重影響,理論上不應(yīng)該是判斷認(rèn)知能力的很好指標(biāo)。所以,對各項(xiàng)指標(biāo)所反映的行為性質(zhì)需要進(jìn)行探討,解釋這些指標(biāo)時(shí)要慎重。單用潛伏期作為指標(biāo)并不能提供有關(guān)空間學(xué)習(xí)的足夠信息,因?yàn)橛斡舅俣瓤煲膊⒎且馕吨鴮W(xué)習(xí)效率就高,記憶能力就好。

參數(shù)定義準(zhǔn)則:

  • 總路程(總活動度):實(shí)驗(yàn)動物總的運(yùn)動路程;與動物自身的游泳速度直接相關(guān),在相同的時(shí)間內(nèi),只反映動物的游泳速度的快慢;即路程越長,反映了動物的游泳速度越快。

  • 總時(shí)間:開始錄像到錄像結(jié)束時(shí)實(shí)驗(yàn)動物在識別區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的總觀察時(shí)間;

即為單次的訓(xùn)練時(shí)間,一般現(xiàn)在為60s;

  • 平均速度:總路程/總時(shí)間;從中可以看出動物游泳速度的個(gè)體差異來,動物的潛伏期和游泳速度有一定的關(guān)系;

  • 上臺時(shí)間(潛伏期):也叫成功潛伏期,指實(shí)驗(yàn)動物每次入水后**次成功找到站臺所需的時(shí)間;成功上臺是指在臺上逗留時(shí)間超過5~10秒鐘(可自己定義),如果逗留時(shí)間不足5~10秒,則不算成功上臺,潛伏期時(shí)間即為訓(xùn)練時(shí)間;

       潛伏期是morris水迷宮一個(gè)很重要的參照指標(biāo),它的時(shí)間長短也代表著動物空間學(xué)習(xí)記憶能力的好壞,潛伏期短,預(yù)示著動物的學(xué)習(xí)記憶能力好;但是和動物自身的游泳速度有關(guān),比如有的正常大鼠游泳速度慢些,所以潛伏期比癡呆組動物還長,另外,某些動物放入水中后會左右觀望打圈,或者原地不動確定方向后直接游到臺上,出現(xiàn)這種現(xiàn)象,說明動物記憶力好,這個(gè)現(xiàn)象是很重要的,如果在zhi療組動物發(fā)現(xiàn)這種情況,是非常好的。但是由于動物原地不動,這個(gè)時(shí)候潛伏期的時(shí)間可能會長,所以潛伏期并不能作為判斷記憶力好壞的*終指標(biāo)。

  • 上臺前路程:指實(shí)驗(yàn)動物在**次成功上臺前所運(yùn)動的路程;

與潛伏期時(shí)間相關(guān),潛伏期時(shí)間越長,上臺前路程也就越大;二者之間呈正相關(guān)系,所以也間接反映了潛伏期時(shí)間的長短,也可以看做是評定動物記憶力好壞的指標(biāo)之一。

  • 上臺前平均速度:上臺前路程/上臺時(shí)間;

從中可以看出動物游泳速度的個(gè)體差異來,動物的潛伏期和游泳速度有一定的關(guān)系;

  • **象限活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在**象限所活動的距離之和;

  • **象限活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在**象限運(yùn)動的時(shí)間之和;

  • 第二象限活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在第二象限所活動的距離之和;

  • 第二象限活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在第二象限運(yùn)動的時(shí)間之和;

  • 第三象限活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在第三象限所活動的距離之和;

由于站臺一般都放置在第三象限,在這個(gè)象限活動的路程越長,反映了動物的空間記憶能力比較好;

  • 第三象限活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在第三象限運(yùn)動的時(shí)間之和;

由于站臺一般都放置在第三象限,在這個(gè)象限活動的時(shí)間越長,反映了動物的空間記憶能力比較好;

  • 第四象限活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在第四象限所活動的距離之和;

  • 第四象限活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在第四象限運(yùn)動的時(shí)間之和;

  • 中心活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在水池中心區(qū)域內(nèi)活動的距離之和;

嚙齒類動物游泳有繞邊性和邊緣性,而站臺是在遠(yuǎn)離周邊靠近水池中心的,如果動物改變了游泳路線在水池中心區(qū)域內(nèi)活動的路程長的話,反映其空間記憶能力好。

  • 中心活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在水池中心區(qū)域內(nèi)活動的時(shí)間之和;

嚙齒類動物游泳有繞邊性和邊緣性,而站臺是在遠(yuǎn)離周邊靠近水池中心的,如果動物改變了游泳路線在水池中心區(qū)域內(nèi)活動的時(shí)間長的話,反映其空間記憶能力好。

  • 周圍活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在水池周邊區(qū)域內(nèi)活動的距離之和;

嚙齒類動物游泳有繞邊性和邊緣性,而站臺是在遠(yuǎn)離周邊靠近水池中心的,如果動物在水池周邊區(qū)域內(nèi)活動的路程長的話,反映其空間記憶能力差。

  • 周圍活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在水池周邊區(qū)域內(nèi)活動的時(shí)間之和;

嚙齒類動物游泳有繞邊性和邊緣性,而站臺是在遠(yuǎn)離周邊靠近水池中心的,如果動物在水池周邊區(qū)域內(nèi)活動的時(shí)間長的話,反映其空間記憶能力差。

  • 站臺周圍范圍I活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域I內(nèi)活動的距離之和;

  • 站臺周圍范圍I活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域I內(nèi)活動的時(shí)間之和;

  • 站臺周圍范圍II活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域II內(nèi)活動的距離之和;

  • 站臺周圍范圍II活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域II內(nèi)活動的時(shí)間之和;

  • 站臺周圍范圍III活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域III內(nèi)活動的距離之和;

  • 站臺周圍范圍III活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域III內(nèi)活動的時(shí)間之和;

  • 站臺周圍范圍IV活動路程:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域IV內(nèi)活動的距離之和;

  • 站臺周圍范圍IV活動時(shí)間:實(shí)驗(yàn)動物在站臺周邊區(qū)域IV內(nèi)活動的時(shí)間之和;

在站臺周圍范圍活動的路程和時(shí)間越長,反映了動物的空間記憶能力好。

 

  • 站臺穿越次數(shù):指在撤去平臺后,在一定的時(shí)間內(nèi),實(shí)驗(yàn)動物穿越原站臺位置的次數(shù)。(穿越一次指進(jìn)出站臺區(qū)域各一次);

在一定的時(shí)間內(nèi),動物穿越原站臺位置的次數(shù)越多,說明其空間學(xué)習(xí)記憶能力越好。

  • 初始角(弧度):指在將實(shí)驗(yàn)動物放入水池后,動物的運(yùn)動軌跡的起始點(diǎn)的切線與起始點(diǎn)和站臺中心連線之間的夾角;

如果初始角的角度越小,說明動物記得站臺的位置,直接向站臺方向游,反映空間學(xué)習(xí)記憶能力比較好。

  • 入水點(diǎn)象限:實(shí)驗(yàn)動物入水時(shí)所處的象限;

搜索策略:

(1) 直線式:以實(shí)驗(yàn)動物入水點(diǎn)與站臺中心連線為中軸,如果動物的所有運(yùn)動軌跡與中軸的距離不超過半徑的15%,且在該區(qū)域中運(yùn)動的時(shí)間至少占總運(yùn)動時(shí)間的70%則認(rèn)為實(shí)驗(yàn)動物此次運(yùn)動為直線式策略。

(2) 趨向式:與直線式較相似,以實(shí)驗(yàn)動物入水點(diǎn)與站臺中心連線為中軸,如果動物的所有運(yùn)動軌跡與中軸的距離不超過半徑的50%,且在該區(qū)域中運(yùn)動的時(shí)間至少占總運(yùn)動時(shí)間的70%則認(rèn)為實(shí)驗(yàn)動物此次運(yùn)動為趨向式策略。

(3) 邊緣式:以實(shí)驗(yàn)動物運(yùn)動區(qū)域中心為圓心,取半徑的75%做圓,如果動物70%以上的時(shí)間均在該圓外活動,則認(rèn)為實(shí)驗(yàn)動物此次的運(yùn)動為邊緣式策略。

(4) 隨機(jī)式:若實(shí)驗(yàn)動物的運(yùn)動策略與以上三種不同則認(rèn)為實(shí)驗(yàn)動物此次運(yùn)動為隨機(jī)式策略。

搜索策略和趨觸性是衡量動物分析判斷能力和解決問題能力的兩個(gè)指標(biāo)。大鼠尋找平臺的方式大致可分為四種:邊緣式、隨機(jī)式、趨向式及直線式。不同的搜索方式代表大鼠以不同的策略尋找平臺,正常動物的搜索策略隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加而呈現(xiàn)“邊緣式→隨機(jī)式→趨向式→直線式”的變化規(guī)律。癡呆動物的搜索策略會發(fā)生異常變化。比如只有邊緣式→隨機(jī)式,或者隨機(jī)式→邊緣式,趨向式和直線式比較少見。

           直線式 

趨向式               

邊緣式

六、實(shí)驗(yàn)適用范圍準(zhǔn)則

與其他方法相比,Morris水迷宮在判定嚙齒類動物認(rèn)知功能中具有很多優(yōu)點(diǎn):

(1)它不需要實(shí)驗(yàn)前訓(xùn)練階段,而且可以在短時(shí)間內(nèi)完成相對大量的動物。

(2)由于對年齡相關(guān)性空間記憶損害有可靠的敏感性,Morris水迷宮是判斷老年鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的特別有用的工具。通過探測和轉(zhuǎn)移位置實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,學(xué)習(xí)和回憶過程可以被記錄分析,也可以在各組之間比較。

(3)雖然對于鼠類來說浸入水中是令其厭惡的,驅(qū)動動物逃避的是水刺激,而不需要食物剝奪和電擊,因此,避免了剝奪食物給實(shí)驗(yàn)動物帶來的新陳代謝和電擊休克方面的問題,而這方面問題對某些品系的動物來說可能是危險(xiǎn)的。

(4)氣味或痕跡等干擾可以被去除。

(5)將實(shí)驗(yàn)動物的學(xué)習(xí)記憶障礙和感覺、運(yùn)動缺陷等分離開來,減少它們對學(xué)習(xí)記憶過程檢測的干擾。可見站臺實(shí)驗(yàn),可以識別可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的動物視覺缺陷,修正標(biāo)準(zhǔn)Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果。

(6)通過改變站臺的位置,可以完成學(xué)習(xí)和再學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn),相應(yīng)的,在同組動物中也可以測量不同用藥量的效果。

(7)既可以檢測空間參考記憶又可以檢測空間工作記憶。在用固定平臺測試小鼠的空間參考記憶后再將平臺的位置改為不固定,就可檢測它們的工作記憶能力。

(8)通過使用窗簾、劃分區(qū)域等,可以減少實(shí)驗(yàn)人員和實(shí)驗(yàn)以外的物體對視頻跟蹤系統(tǒng)記錄的干擾。

(9)能提供較多的實(shí)驗(yàn)參數(shù),系統(tǒng)quan面地考察實(shí)驗(yàn)動物空間認(rèn)知加工的過程,客觀地反映其認(rèn)知水平,顯然,尋找不固定平臺的認(rèn)知過程要復(fù)雜一些,需要動物對時(shí)間和空間上的分離信息加以整合和判斷。

(10)操作簡便,數(shù)據(jù)誤差較小。

七、注意事項(xiàng)

1.對比食物驅(qū)動的模型(如放射臂迷宮),水迷宮實(shí)驗(yàn)的*大優(yōu)點(diǎn)在于,動物具有更大的、逃離水環(huán)境的動機(jī)。而且不必禁食,特別適合老年動物的測試。加上它對衰老引起的記憶減弱尤其敏感,因此,水迷宮*常用于老年動物記憶的研究。

2.如用小鼠,除游泳池尺寸約為大鼠的50%以外,平臺直徑也較少(7.5cm)。實(shí)驗(yàn)方法與大鼠類似,但訓(xùn)練周期較短。一般獲得性訓(xùn)練3天共訓(xùn)16次(**天4次,后兩天每天6次;兩次訓(xùn)練之間的間隔5~10min,第四天為探查訓(xùn)練,第五、六天為對位訓(xùn)練,每天訓(xùn)練六次,第七天為第二次探查訓(xùn)練。

3.如用肉眼觀察,在所有試驗(yàn)過程中試驗(yàn)始終坐在同一位置,距離泳池*近的邊緣約60cm。

4.每天在固定時(shí)間測試。操作輕柔,避免不必要的應(yīng)激刺激。

5.當(dāng)與其他同類實(shí)驗(yàn)相比較時(shí),要注意到動物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。此外,當(dāng)以游泳速度作為觀察指標(biāo)時(shí),要考慮到動物的體重、年齡以及骨骼肌發(fā)育狀況等對游泳速度可能造成影響。

6.用老年動物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)確認(rèn)動物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下:將平臺露出水面以使動物能夠看見平臺。動物放入泳池后如毫無困難地直接游向平臺,說明動物的游泳能力和視力均正常,可以開始實(shí)驗(yàn)。

7.游泳對動物是一個(gè)較大的應(yīng)激刺激,可引起神經(jīng)內(nèi)分泌的變化。這些變化可能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。對老年動物,嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)心血管ji病而導(dǎo)致卒中甚至死亡。因此,必要時(shí)可將動物多次放入泳池或適當(dāng)延長其游泳時(shí)間以增加動物對游泳的適應(yīng)能力。

8.當(dāng)用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時(shí),要定期換水以免水fu變質(zhì);