動物行為學實驗之Morris水迷宮實驗(MWM)的原理、詳細步驟及注意事項_abio生物試劑品牌網(wǎng)
Morris水迷宮（Morris water maze, MWM）實驗是一種強迫實驗動物（大鼠、小鼠）游泳，學習尋找隱藏在水中平臺的一種實驗。本實驗由美國科學家Richard GMMorris于1981年建立。最初用于研究腦內結構對學習和記憶的調節(jié)作用，后來逐步發(fā)展成為目前最為常用的評價動物學習與記憶的模型。Morris水迷宮被廣泛被廣泛應用于學習記憶、老年癡呆、藥效評價、藥理學、神經(jīng)生物學等多個學科。
實驗原理
水是嚙齒類動物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實驗動物（大鼠、小鼠）在水池中就會急于尋找逃路。它們的習性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實驗中設置的水下平臺可提供鼠棲身的場所。但在巨大的水面上，強迫游泳的動物不能看見平臺。它們若要快速找到平臺而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進行定位。從而檢測了實驗動物記住環(huán)境中的線索及其與平臺位置關系而對平臺進行定位的能力（學習、記憶以及空間認知等能力）。
學習和記憶理論模型
實驗設備
賽昂斯Morris水迷宮實驗設備包括一個灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺跟蹤攝像機以及攝像機相聯(lián)的計算機。池內盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水攪渾以免讓動物看清水下平臺。攝像機位于水池中央上方200cm，可記錄動物的位置、游泳距離和時間（從而可計算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實驗方法
分為獲得性訓練、探查和對位訓練3個過程。
1、 獲得性訓練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個象限，站臺置于其中一個象限區(qū)的中央。
1）將動物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機取東、西、南、北四個起始位置之一。記錄動物找到水下平臺的時間（s）。在前幾次訓練中，如果這個時間超過60s，則引導動物到平臺。讓動物在平臺上停留10s。
2）將動物移開、擦干。必要時將動物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內。每只動物每天訓練4次，兩次訓練之間間隔15~20min,連續(xù)訓練5d。
2、 探查訓練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓練結束后的第二天，將平臺撤除，開始60s的探查訓練。將動物由原先平臺象限的對側放入水中。記錄動物在目標象限（原先放置站臺的象限）所花的時間和進入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測指標。
3、 對位訓練（reveral phase）
測定動物的工作記憶（workingmemory）。探查訓練結束后的第二天，開始維持4天的對位訓練。將平臺放在原先平臺所在象限的對側象限，方法與獲得性訓練相同。每天訓練4次。每次記錄找到平臺的時間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對位探查訓練（probe trial 2）
最后一次對位訓練的第二天進行。方法與上述探查訓練類似。記錄動物60s內動物在目標象限（平臺第二次所在區(qū)）所花時間和進入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項
1．對比食物驅動的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實驗的最大優(yōu)點在于，動物具有更大的、逃離水環(huán)境的動機。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，水迷宮最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）。實驗方法與大鼠類似，但訓練周期較短。一般獲得性訓練3天共訓16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓練，第五、六天為對位訓練，每天訓練六次，第七天為第二次探查訓練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗過程中試驗著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時間測試。操作輕柔，避免不必要的應激刺激。
5．當與其他同類實驗相比較時，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驗結果的影響。此外，當以游泳速度作為觀察指標時，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．用老年動物進行實驗時，應確認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，可以開始實驗。
7．游泳對動物是一個較大的應激刺激，可引起神經(jīng)內分泌的變化。這些變化可能對實驗結果造成干擾。對老年動物，嚴重時可誘發(fā)心血管疾病而導致卒中甚至死亡。因此，必要時可將動物多次放入泳池或適當延長其游泳時間以增加動物對游泳的適應能力。
8．當用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時，要定期換水以免水腐敗變質。
檢測指標
實驗程序包括：
1. 定位航行實驗（place navigation），用于測量小鼠對水迷宮學習和記憶的獲取能力。實驗歷時4天，上、下午各訓練1次，共計8次。實驗觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺的路線圖及所需時間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實驗（spatial probe test），用于測量學會尋找平臺后，對平臺空間位置記憶的保持能力。定位航行實驗結束后，撤去平臺，從同一個入水點放入水中，測其第一次到達原平臺位置的時間、穿越原平臺的次數(shù)。
結語
目前對于學習記憶的研究進展十分迅速，各種學習記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設計的動物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進實驗技術如神經(jīng)電生理技術的LTP、ERP和腦成像技術的fMRI都被應用于學習記憶的研究中，給學習記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學研究方法和最新的研究技術相結合，為學習記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進行學習記憶的行為學研究的發(fā)展方向。
實驗原理
水是嚙齒類動物非常厭惡的刺激或環(huán)境。實驗動物（大鼠、小鼠）在水池中就會急于尋找逃路。它們的習性為在水池四周尋找出口逃避，但深而光滑的垂直池壁阻礙了這種企圖。實驗中設置的水下平臺可提供鼠棲身的場所。但在巨大的水面上，強迫游泳的動物不能看見平臺。它們若要快速找到平臺而避免淹沒就必須利用環(huán)境中的線索進行定位。從而檢測了實驗動物記住環(huán)境中的線索及其與平臺位置關系而對平臺進行定位的能力（學習、記憶以及空間認知等能力）。
學習和記憶理論模型
實驗設備
賽昂斯Morris水迷宮實驗設備包括一個灰色或黑色圓形水池（直徑150cm，高60cm；一臺跟蹤攝像機以及攝像機相聯(lián)的計算機。池內盛水，深50cm，水溫為攝氏22~24℃。平臺置于水面下2cm（小鼠為1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水攪渾以免讓動物看清水下平臺。攝像機位于水池中央上方200cm，可記錄動物的位置、游泳距離和時間（從而可計算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-mazecues）。
實驗方法
分為獲得性訓練、探查和對位訓練3個過程。
1、 獲得性訓練（Acquisition phase）
理論上將水池分為4個象限，站臺置于其中一個象限區(qū)的中央。
1）將動物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機取東、西、南、北四個起始位置之一。記錄動物找到水下平臺的時間（s）。在前幾次訓練中，如果這個時間超過60s，則引導動物到平臺。讓動物在平臺上停留10s。
2）將動物移開、擦干。必要時將動物（尤其是大鼠）放在150W的白熾燈下烤5min，放回籠內。每只動物每天訓練4次，兩次訓練之間間隔15~20min,連續(xù)訓練5d。
2、 探查訓練(probe trial 1)
最后一次獲得性訓練結束后的第二天，將平臺撤除，開始60s的探查訓練。將動物由原先平臺象限的對側放入水中。記錄動物在目標象限（原先放置站臺的象限）所花的時間和進入該象限的次數(shù)，以此作為空間記憶的檢測指標。
3、 對位訓練（reveral phase）
測定動物的工作記憶（workingmemory）。探查訓練結束后的第二天，開始維持4天的對位訓練。將平臺放在原先平臺所在象限的對側象限，方法與獲得性訓練相同。每天訓練4次。每次記錄找到平臺的時間和游泳距離以及游泳速度。
4、 對位探查訓練（probe trial 2）
最后一次對位訓練的第二天進行。方法與上述探查訓練類似。記錄動物60s內動物在目標象限（平臺第二次所在區(qū)）所花時間和進入該區(qū)的次數(shù)。
注意事項
1．對比食物驅動的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實驗的最大優(yōu)點在于，動物具有更大的、逃離水環(huán)境的動機。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，水迷宮最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）。實驗方法與大鼠類似，但訓練周期較短。一般獲得性訓練3天共訓16次（第一天4次，后兩天每天6次；兩次訓練之間的間隔5~10min，第四天為探查訓練，第五、六天為對位訓練，每天訓練六次，第七天為第二次探查訓練。
3.如用肉眼觀察，在所有試驗過程中試驗著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。
4．每天在固定時間測試。操作輕柔，避免不必要的應激刺激。
5．當與其他同類實驗相比較時，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驗結果的影響。此外，當以游泳速度作為觀察指標時，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．用老年動物進行實驗時，應確認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，可以開始實驗。
7．游泳對動物是一個較大的應激刺激，可引起神經(jīng)內分泌的變化。這些變化可能對實驗結果造成干擾。對老年動物，嚴重時可誘發(fā)心血管疾病而導致卒中甚至死亡。因此，必要時可將動物多次放入泳池或適當延長其游泳時間以增加動物對游泳的適應能力。
8．當用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時，要定期換水以免水腐敗變質。
檢測指標
實驗程序包括：
1. 定位航行實驗（place navigation），用于測量小鼠對水迷宮學習和記憶的獲取能力。實驗歷時4天，上、下午各訓練1次，共計8次。實驗觀察和記錄小鼠尋找并爬上平臺的路線圖及所需時間，即記錄其潛伏期和游泳速度。
2. 空間搜索實驗（spatial probe test），用于測量學會尋找平臺后，對平臺空間位置記憶的保持能力。定位航行實驗結束后，撤去平臺，從同一個入水點放入水中，測其第一次到達原平臺位置的時間、穿越原平臺的次數(shù)。
結語
目前對于學習記憶的研究進展十分迅速，各種學習記憶的理論不斷涌現(xiàn)。按照這些理論而設計的動物模型也不斷出現(xiàn)。而各種先進實驗技術如神經(jīng)電生理技術的LTP、ERP和腦成像技術的fMRI都被應用于學習記憶的研究中，給學習記憶的研究開辟了一條新的途徑。因此，如何把傳統(tǒng)的行為學研究方法和最新的研究技術相結合，為學習記憶的研究提供更廣闊的思路是今后進行學習記憶的行為學研究的發(fā)展方向。
