Morris水迷宫实验中三种小鼠的学习能力及其性别差异

学习和记忆是大脑的高级功能之一，英国心理学家Morris创建了水迷宫实验以评估啮齿类动物空间学习和记忆的能力，该实验模型已经成为研究学习记忆的常用方法之一，大鼠和小鼠是Morris水迷宫实验最常用的实验动物。在大鼠的Morris水迷宫实验中，多数研究结果显示雄性大鼠的参考记忆能力优于雌性；然而，人类物体定位记忆（object-locationmemory）的研究结果显示，女性优于男性。至今，有关小鼠在Morris水迷宫实验中性别差异的研究报道甚少，其空间学习记忆能力是否存在性别差异尚不十分清楚。C57BL/6小鼠在水迷宫空间学习任务中的表现优于BALB/c小鼠，白化昆明小鼠最初是由印度的Hoffkine研究所的瑞士小鼠引进，现已成为我国使用最广泛的实验动物并常用于动物行为学的研究。本实验中我们采用C57BL/6小鼠、昆明小鼠以及BALB/c小鼠，利用Morris水迷宫实验，对比分析不同性别小鼠在定位航行实验、空间搜索实验和工作记忆实验中的行为表现。 目的：采用C57BL/6小鼠、昆明小鼠以及BALB/c小鼠，利用Morris水迷宫实验，对比分析不同性别小鼠在定位航行实验、空间搜索实验和工作记忆实验中的行为表现。 方法：将BALB/c、昆明和C57BL/6小鼠分三批进行实验，每批使用同种系小鼠24只，雌雄各半。实验人员在实验室中不可随意走动，保持实验室中的物品的位置在实验期间固定不变。实验前1天不放置平台，让小鼠自由游泳1min。实验分三部分进行，分别为定位航行试验，空间搜索实验和工作记忆实验。 定位航行实验时平台固定在NW象限，位于水面下1cm。实验共六日，每日每只小鼠测试4次，每次将小鼠面向池壁轻放入水中。第一次和第四次从目标象限对侧的象限（SE）入水，第二次和第三次随机从SW和NE象限入水。小鼠游泳的监测时间为60秒，计算机采集系统自动记录从小鼠入水到找到隐藏平台的数据和过程，从小鼠入水到找到平台的时间记为潜伏期。小鼠找到平台后让其在平台上停留10秒，寻台失败的小鼠也应在平台上停留10秒，潜伏期记为60秒。每次训练完，用干毛巾将小鼠擦干，以防止低体温造成的应激，让小鼠休息60秒后开始下一次训练。 空间搜索实验（spatial probe）定位航行实验结束次日,拆除水迷宫装置中的平台后，将小鼠由SE象限入水，监测并记录小鼠在60s内小鼠在原平台象限游程比率及时间比率（即动物在原平台象限的游程及时间占总游程及总时间的比率）、平均游泳速度、穿过原平台位置的次数。 工作记忆实验（spatial working memory）空间搜索实验结束次日开始工作记忆实验，历时四日。四日中每日，将水迷宫装置中的平台位置按照顺时针方向变换象限。每日每只小鼠测试4次，每日测试中平台的位置保持不变。第一次和第四次从目标象限对侧的象限入水，第二次和第三次采用随机法确定入水象限（不包括对侧象限和目标象限）。记录小鼠的逃避潜伏期和平均游泳速度。 结果： 1参考记忆 1.1不同种系间以及不同训练日间小鼠每日平均逃避潜伏期的变化与同性别BALB/c小鼠比较，定位航行实验的d3或d4开始，C57BL/6小鼠的平均逃避潜伏期显著缩短（P<0.01）;雄性昆明小鼠的平均逃避潜伏期自d5开始显著缩短（P<0.01）。同性别昆明小鼠与C57BL/6小鼠比较，未见统计学差异（P>0.05）。与定位航行实验的d1相比，从d3或d4开始，C57BL/6小鼠和雌性昆明小鼠的平均逃避潜伏期显著缩短（P<0.05和P<0.01）而雌性BALB/c小鼠和雄性昆明小鼠的平均逃避潜伏期仅在d6显著缩短（P<0.05）。 1.2训练过程中小鼠有效搜索策略的变化 在d1d6的定位航行实验过程中，以同性别和同品系小鼠d1的有效搜索策略百分比作为对照值时，BALB/c小鼠d2d6的有效搜索策略无显著改变（P>0.05），而雌性C57BL/6小鼠和雌性昆明小鼠的有效搜索策略百分比自d2起显著增加（P<0.05和P<0.01）；此外，雄性C57BL/6小鼠的有效搜索策略百分比仅从d5开始显著增加（P<0.05），雄性昆明小鼠的有效搜索策略百分比呈增加趋势但无统计学意义（P>0.05）。雌性C57BL/6小鼠d4的有效搜索策略百分比显著高于同性别昆明小鼠（P<0.01）。 1.3空间搜索实验 以同性别BALB/c小鼠穿越平台次数、平均游泳速度以及穿越平台路程比率、时间比率作为对照值时，C57BL/6小鼠和昆明小鼠的穿越平台次数（雌性昆明小鼠除外）、平均游泳速度、穿越平台路程比率和时间比率均显著增加（P<0.05和P<0.01）；与雄性小鼠相比，雌性昆明小鼠以及雌性C57BL/6小鼠穿越平台的路程比率和时间比率均呈增加趋势，但无统计学意义（P>0.05），但是，雌性BALB/c小鼠穿越平台的时间比率显著增加（P<0.05）。同性别C57BL/6小鼠的各项参数与昆明小鼠相比时，未见显著差异（P>0.05）。 2工作记忆 与同性别同品系小鼠工作记忆实验的d1相比，BALB/c小鼠、昆明小鼠以及C57BL/6小鼠的平均逃避潜伏期在实验的d2d4均无显著改变（P>0.05）；同品系雌性小鼠与雄性相比，平均逃避潜伏期无显著差异（P>0.05）。但是，雌性C57BL/6小鼠在d2、雄性C57BL/6小鼠在d1和d4的平均逃避潜伏期显著短于同性别BALB/c小鼠（P<0.05和P<0.01）。 与工作记忆实验d1的日平均游泳速度相比，雌性BALB/c小鼠d2d4的日平均游泳速度显著减慢（P<0.01）；而雌性C57BL/6小鼠d2d4的日平均游泳速度显著加快（P<0.05和P<0.01）。C57BL/6小鼠和昆明小鼠d1d4的日平均游泳速度均显著快于同性别BALB/c小鼠（P<0.05和P<0.01）。 结论：雌性C57BL/6小鼠和昆明小鼠在参考记忆中的表现明显优于同品系雄性小鼠。BALB/c小鼠不适用于Morris水迷宫实验，在Morris水迷宫实验中传统的实验设计至少在C57BL/6、昆明和BALB/c这三种品系小鼠中不易评估其工作记忆能力或短时记忆能力。