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Morris水迷宮檢測的記憶屬性與方法學初探

日期:2020-02-22 04:30
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摘要:

關鍵詞:@morris水迷宮;記憶;數據說明;統計

  摘要:Morris水迷宮是檢測動物記憶水平的重要工具,結合應用Morris水迷宮開展對老年性癡呆防治研究的實踐體會,探討了Morris水迷宮所檢測的記憶屬性、檢測程序和數據統計方法。提出在Morris水迷宮中檢測到的可能是實驗動物的一種長時的陳述性記憶,故強調在數據統計中應注意采取重復測量數據的統計方法進行分析。

  中圖分類號:R338.64   文獻標識碼:A

  文章編號:1007-3213(2000)02-0117-03

  隨著學習記憶腦機制研究的不斷深入以及尋找有效防治認知障礙類**方法的需要,客觀準確地評價實驗動物的學習記憶水平已經成為神經生物學和神經藥理學中非常重要的研究內容。我們在研究老年性癡呆的過程中,認為Morris水迷宮可作為檢測實驗動物學習記憶水平的重要工具。為此,我們想就Morris水迷宮所檢測的記憶屬性和有關的方法學問題作一初步的探討。

  1 Morris水迷宮檢測程序和記憶屬性

  學習記憶是腦的上等神經生理活動。學習是指接受外界環境信息而影響自身行為的過程,記憶則是指獲得的信息或經驗在腦內儲存、加工和提取的過程。學習記憶既是認知活動中的重要方面,也是智力結構中的重要要素。近年來,隨著學習記憶本質內容研究的不斷深入,特別是“層次性多重記憶系統”理論的建立[1,2],徹底地改變了學習記憶的研究進程和研究方向。也使得過去對記憶的分類有了更深刻的內涵。例如瞬時記憶、短時記憶和長時記憶,外顯性記憶和內隱性記憶(或程序性記憶和陳述性記憶)等的劃分,不再僅僅是學習記憶表現形式上的不同,而且更重要的是它們可能分屬不同的記憶系統,存在著不同的信息加工和提取方式,涉及不同的神經機制。只有在討論某一特定記憶系統中某一具體學習記憶過程時,研究它的機制才有意義。

  Morris水迷宮是英國心理學家Morris于20世紀80年代初設計并應用于學習記憶腦機制研究的[3]。它包括一個盛有水的圓形水池、隱藏在水面下的平臺以及一套圖象自動采集和處理系統(攝像機、錄像機、顯示器和分析軟件等)。此后,該迷宮系統被廣泛運用在神經生物學領域的基礎和應用研究中,實驗動物主要是大鼠。較為經典的Morris水迷宮測試程序主要包括定位航行試驗和空間探索試驗兩個部分。其中定位航行試驗(place navigation)歷時數天,每天將大鼠面向池壁分別從4個入水點放入水中若干次,記錄其尋找到隱藏在水面下平臺的時間(逃避潛伏期,escape latency)。空間探索試驗(spatial probe)是在定位航行試驗后去除平臺,然后任選一個入水點將大鼠放入水池中,記錄其在一定時間內的游泳軌跡,考察大鼠對原平臺的記憶。實驗可供分析的參數較多,包括逃避潛伏期、各象限游泳距離、原平臺象限游泳距離與總距離之比、原平臺象限游泳時間與總時間之比、平臺偏離角、40cm穿環時間、跨平臺次數以及中、外環游泳距離百分比等。

  經典的Morris水迷宮所檢測的是大鼠在多次的訓練中,學會尋找固定位置的隱蔽平臺,形成穩定的空間位置認知,這種空間認知是加工空間信息(外部線索)形成的。平臺的位置與大鼠自身所處的位置和狀態無關,是一種以異我為參照點的參考認知(allocentric cognition),所形成的記憶是一種空間參考記憶(reference memory)。從信息的加工和提取方式來看,這種空間參考記憶進入意識系統,其儲存的機制主要涉及邊緣系統(如海馬)以及大腦皮層有關腦區,常伴有Hebb突觸修飾[3,4],應該屬于陳述性記憶(declarative memory)。而臨床健忘和癡呆的病人,正是陳述性記憶首先受損而且比較突出[5]。所以從檢測的記憶屬性來說,運用Morris水迷宮來進行防治此類**有效**的篩選研究是比較恰當的。

  任何一種學習記憶的檢測工具所檢測的學習記憶類型,可以隨著檢測程序的變化而不同。Frick等對經典的Morris水迷宮檢測程序進行了完善[6]。他們在用固定位置平臺測試大鼠空間參考記憶之后,再將平臺的位置改為不固定,進一步檢測大鼠的工作記憶(working memory)能力。顯然,尋找不固定平臺的認知過程要復雜一些,需要大鼠對時間以及空間上分離的信息加以整合和判斷。Olton等設計的八等臂迷宮檢測程序中也提出了類似的概念[7]。值得注意的是,很多時候參考記憶和工作記憶的變化可以是不同步的。Frick的研究提示,大鼠在17月齡之后始出現參考記憶受損,大鼠的工作記憶則要在24月齡才較青年組有明顯改變[6]。我們的研究結果亦證實15月齡的大鼠參考記憶與青年大鼠比較并無明顯減退(如圖1),青年組和15月齡初老年組多因素方差分析比較,差異無顯著性(P>0.05)。

  2 Morris水迷宮檢測方法與統計分析

  所有Morris水迷宮的基本實驗程序和方法都是相似的,方法上的不同可能對結果有重要影響的主要是在檢測時限和數據的統計分析上,就此結合自己的實驗結果談談我們的看法。

  2.1 實驗環境要求 在Morris水迷宮測試中,實驗環境對結果影響較大的主要是迷宮周圍的物品甚至掛物所提供的空間線索必須保持固定不變,即認知的“參照系”要一致。這里面*容易被忽視的是實驗者在實驗過程中所處的位置,因為實驗者如果在實驗動物視野之內的話,也就自然成了實驗動物所記憶的參照物之一。假如在實驗過程中,實驗者經常變換位置或不停地走動,對實驗結果自然會有較大的影響。其次,在我們的實驗中還觀察到,迷宮的水溫也是影響實驗動物的“逃避動機”進而影響實驗結果的重要因素。大致上來說,水溫應該略低,而且在實驗期間應盡量保持恒定。 另外,在實驗過程中保持安靜及光線的一致也是很重要的。除此之外,很多研究者還強調應該在迷宮的水中加入牛奶等使之渾濁,以幫助隱藏水面下的平臺。但從我們的實驗結果來看,不加入牛奶對實驗結果并無影響,這可能與隱藏平臺低于水面1~2cm,而大鼠在游泳逃避時總是抬起頭部(避免水淹)有關。

  2.2 檢測時間 Morris水迷宮測試的周期往往根據實驗要求來確定,一般為7~15d。目前的主要問題是在定位航行試驗中允許實驗動物尋找平臺的*大時限取多少(即*大潛伏期)合適。現在有的取120s,有的取180s,*近的文獻報告則以60s居多[6]。但究竟取多少合適,大都是實驗者根據個人的經驗來確定,并無統計學的結果支持。據我們的初步統計結果顯示,大鼠在60~120s之間能夠找到隱藏平臺的次數差異大約只占其找到平臺總次數的5%,這在統計學上,可以看作是“小概率事件”。也就是說,大鼠在60s內找不到隱藏平臺的話,再延長到120s也很難找到。從這一點考慮,似乎*大潛伏期取60s可以節約實驗時間。但問題并非如此簡單 ,由于在統計時,很多研究將*大潛伏期直接納入統計,顯然,*大潛伏期的不同將不可避免地影響統計結果。所以從統計學上了解不同的*大潛伏期到底對Morris水迷宮實驗結果有多大的影響,如何避免因此帶來的系統誤差等問題尚有待進一步研究。

圖1 不同組大鼠每天平均逃避潛伏期變化

  2.3 統計分析 Morris水迷宮的實驗數據較為復雜,其統計分析難度也較大,尤其是對大鼠在定位航行中所測得的逃避潛伏期如何進行統計學分析既往存在的問題較多。在過去的研究中,有的直接計算每天的平均逃避潛伏期后再進行t檢驗或方差分析,或根據大鼠的逃避潛伏期在定位航行試驗后3d趨于穩定的情況,僅對后3d的平均逃避潛伏期進行t檢驗或方差分析。有的研究則就1~5d的逃避潛伏期進行單因素方差分析。我們認為以上統計方法均不正確。一個較明顯的錯誤是,以趨于平穩的后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下的大鼠才表現如此,而實驗記憶損傷組大鼠往往后3d的逃避潛伏期仍然持續下降。如圖1所示,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,但實驗損傷組大鼠的逃避潛伏期由于學習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定。不僅如此,還存在上述統計方法對定位航行試驗中測得的逃避潛伏期數據統計學特征的認識錯誤。定位航行試驗中的逃避潛伏期具有以下特點:①系重復測量設計,即在給予某種處理后,在不同的時間點上從同一受試對象上重復測量獲得的數據(逃避潛伏期);②影響逃避潛伏期(自變量)統計分析結果的至少有動物組別、檢測時點等多個效應因子(effective factor),效應因子之間存在交互影響效應;③同一受試動物的不同時間點所測得的逃避潛伏期存在高度的自相關性;④存在截尾數據(*大潛伏期)。據此,我們認為對Morris水迷宮中定位航行試驗的逃避潛伏期應采用重復測量數據的多因素方差分析結合截尾數據的生存分析方法較為恰當[8,9]

  3 Morris水迷宮的應用和評價

  目前,Morris水迷宮主要應用在學習記憶的神經生物學機制探討和神經藥理(包括中藥藥理)的研究。與過去的水迷宮及跳臺、避暗等檢測工具相比,其主要的優點包括:能提供較多的實驗參數,系統**地考察實驗動物空間認知加工的過程,客觀地反映其認知水平;將實驗動物的學習記憶障礙和感覺、運動缺陷等分離開來,減少它們對學習記憶過程檢測的干擾;操作簡便,數據誤差較小。不足之處是實驗程序的設計需要考慮的因素較多,需要實驗者具備一定的神經生物學、認知心理學和數理統計方面的知識;其次,統計分析較為復雜。

  作者簡介:**作者,胡鏡清 男,1965年出生,講師,醫學博士

  參考文獻:

  [1]梁寶星.記憶的耗散結構模式[J].思維科學通訊,1991,2:34

  [2]吳敏,楊治良.試論內隱記憶的性質和理論解釋[J].心理學動態,1994,2(1):1

  [3]Morris R G M,Garrud P,Rawlins J N P,et al.Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions[J].Nature,1982,297:681

  [4]Lisman J.A mechanism for the Hebb and anti_Hebb processes underlying learing and memory[J].Proc Natl Acad Sci USA, 1989,86:9574

  [5]Squire LR,Zola_Morgan S.Memory,brain system and behavior[J].Trends in Neuroscience,1988,11:170

  [6]Frick K M,Baxter M G,Markowaska A L, et al.Age_related spatial reference and working memory deficits assessed in the water maze[J].Neurobiology of Aging,1995,16(2):149

  [7]Olton D S,Papas B C.Spatial memory and hippocampal function[J].Neuropsychol,1979,17(6):669

  [8]陳長生,徐勇勇,曹秀堂.醫學研究中重復觀測數據的統計分析方法[J].中國衛生統計,1996,13(6):55

  [9]胡良平,代煉忠,郭秀花,等.現代統計學與SAS應用[M].北京:軍事醫學科學出版社,1996.129