本文以五篇文獻研究實例為(wei) 參考基礎，將從(cong) 以下四個(ge) 方麵為(wei) 大家闡述：水迷宮試驗與(yu) 阿爾茨海默病、水迷宮特征簡介、EthoVision XT（動物運動軌跡跟蹤係統）如何助您完成水迷宮試驗、研究結果。旨在為(wei) 您提供更清晰的水迷宮試驗方法，傳(chuan) 遞更前沿的科研資訊。參考文獻在文中將簡稱為(wei) （R1~R5）,所有研究實例都采用了EthoVision XT進行視頻追蹤水迷宮試驗。

水迷宮試驗與阿爾茨海默病

Morris水迷宮試驗是英國心理學家Morris於(yu) 20世紀80年(1981)代初設計並應用於(yu) 腦學習(xi) 記憶機製研究的一種實驗手段。

不僅(jin) 用於(yu) 研究與(yu) 空間學習(xi) 記憶相關(guan) 的腦區功能評價(jia) ， 還被廣泛應用於(yu) 學習(xi) 記憶、老年癡呆、海馬/外海馬研究、智力與(yu) 衰老、新藥開發/篩選/評價(jia) 、藥理學、毒理學、預防醫學、神經生物學、動物心理學及行為(wei) 生物學等多個(ge) 學科的科學研究和計算機輔助教學等領域，在世界上已經得到廣泛認可，是醫學院校開展行為(wei) 學研究尤其是學習(xi) 與(yu) 記憶研究的經典實驗。

*，阿爾茨海默病（以下簡稱AD）是常見的癡呆症，它是一種伴隨記憶障礙的神經退行性疾病，也是常見的神經退行性疾病之一。

某些研究提到了引起AD的危險因素。首先提到的是抗胰島素性和糖尿病（R1,R2,R3），因為(wei) 越來越多的證據表明這與(yu) AD患者的記憶問題密切相關(guan) 。

其次是腺苷。腺苷存在於(yu) 我們(men) 身體(ti) 的每一個(ge) 細胞中，起到抑製大腦神經遞質的作用。Orr等人（R4）探討了腺苷A2A受體(ti) 阻滯劑對AD模型小鼠記憶形成的影響。

神經性炎症在AD病理學中也有重要作用。GABA是另一種被認為(wei) 在神經性炎症和記憶形成中起作用的神經遞質，因此GABA係統也可能是AD治療的一個(ge) 有趣的靶點。Pilipenko等人（R5）研究了兩(liang) 種GABA受體(ti) 激動劑：muscimol 和baclofen。

水迷宮試驗原理

AD伴隨著記憶障礙，因此在AD上進行的許多神經行為(wei) 研究涉及水迷宮測試。那水迷宮試驗的原理是什麽(me) 呢？老鼠是天生的遊泳健將，能夠在水中活動自如。但是，即便是天生的遊泳健將，並不意味著它們(men) 喜歡在水中的狀態，也就是說它們(men) 厭惡處於(yu) 水中的狀態。

此外，遊泳本身就是十分消耗體(ti) 力的活動，對老鼠而言也不例外。在水中時，老鼠會(hui) 本能的尋找能夠休息的場所。尋找休息場所這一行為(wei) 過程涉及到複雜的記憶過程，除了要收集與(yu) 空間定位有關(guan) 的視覺信息之外，還需對這些信息進行處理、整理、記憶、加固、然後再取出，終達到成功航行並且找到隱藏在水中的平台這一目的，順利從(cong) 水中逃脫。

水迷宮試驗其中為(wei) 經典的便是定位航行試驗（place navigation）和空間探索試驗（spatial probe）。

定位航行試驗(place navigation)，也叫學習(xi) 階段試驗。在學習(xi) 記憶階段，動物的起始位置可能會(hui) 改變，但平台的位置不會(hui) 改變（R2）。此試驗曆時數天,每天將大鼠麵向池壁分別從(cong) 4個(ge) 入水點放入水中若幹次,記錄其尋找到隱藏在水麵下平台的時間(逃避潛伏期,escape latency)，在為(wei) 期四至五天的試驗期間，動物每天大約進行四次試驗。

其目的是在視覺線索的幫助下學習(xi) 對隱藏平台的定位（R1,R2,R5），時間限製為(wei) 1（R1,R2,R3,R4）至2分鍾（R5）。若動物還未找到平台，則試驗人員要進行指導，可將動物放在平台上10~15秒。通常情況下，動物依賴於(yu) 自身的空間學習(xi) 能力，快速定位和找到平台的速度會(hui) 變得越來越快。一些研究學者進行試驗前進行預訓練，如Majkutewicz等人（R3）在可見平台上進行了60秒的試驗。Orr等人（R4）在一個(ge) 帶有平台的矩形通道中進行預訓練。

空間探索試驗(spatial probe)是在定位航行試驗後去除平台,然後任選一個(ge) 入水點將大鼠放入水池中,記錄其在一定時間內(nei) 的遊泳軌跡,考察大鼠對原平台的記憶。若大鼠依然去原平台所在位置去尋找，則說明大鼠對原平台的存在是有記憶的。

大多數研究者希望在後的學習(xi) 試驗和探索試驗之間至少間隔24個(ge) 小時。否則，很難區分短期和長期記憶的形成。除了空間學習(xi) 任務之外，進行附加學習(xi) 試驗也備受歡迎與(yu) 關(guan) 注。例如，改變平台的位置，通過另一組試驗來測試動物的反向學習(xi) 能力。Majkutewicz等人（R3）通過改變平台每天的位置（每天4次試驗）來測試工作記憶學習(xi) 。

水迷宮特征簡介

通俗地講，水迷宮是一個(ge) 大的圓形水池，在尺寸、材質和色彩方麵各不相同。Noldus（諾達思）能夠根據您的需求，幫您定製合適的水迷宮。所有的水迷宮都與(yu) 我們(men) 的動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）的視頻追蹤匹配，於(yu) 此同時，我們(men) 還提供攝像頭、電腦等硬件設備打包服務。在選擇和配置水迷宮時，需要結合您的研究注意以下幾個(ge) 方麵：

01尺寸和顏色

五個(ge) 研究中（R1~R5）使用小鼠進行試驗的水迷宮大小為(wei) 122~150cm, 使用大鼠進行試驗的水迷宮的大小為(wei) 150~180cm，而絕大多數水迷宮製造廠家提供的尺寸為(wei) 100~180cm，您可以根據試驗需求自定義(yi) 水迷宮大小。水迷宮顏色的選擇要根據具體(ti) 情況而定，常見的顏色包括：藍色、黑色、灰色和白色。

02平台

平台的大小從(cong) 直徑為(wei) 10cm~15cm不等。在平台被隱藏的測試階段，要被淹沒在水平麵以下1至2厘米。許多製造商可提供自動平台，可通過動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）的視頻追蹤來控製平台。這種情況下，平台在試驗過程中可以被提升或折疊。使用四個(ge) 平台可切換平台的象限位置（通過降低其它），無需人工在水池中切換平台位置；當然您也可以用人工方式進行切換平台位置。

03水的顏色與溫度

許多研究學者認為(wei) 大鼠的遊泳能力要優(you) 於(yu) 小鼠，這樣大鼠在進行試驗時尋找平台的動機就沒那麽(me) 強；也有研究學者認為(wei) 大鼠不喜歡在冷水裏。本文中提到的五個(ge) 研究實例中（R1~R5），溫度在20~25攝氏度之間，變化為(wei) 1~2度之間。因此，水溫是影響試驗結果的重要因素之一，進行水迷宮試驗時要設定合適的水溫。

除水溫之外，水的顏色也是影響試驗結果的重要因素。特別是白色的水池，水通常是不透明的白色。這樣可以提高與(yu) 視頻追蹤對象的對比度。Caccamo（R1）等人提到，這樣可以阻礙動物看到平台。水可以用無毒染料（R1,R4）或奶粉製成白色。

04視覺線索

因為(wei) 這是一個(ge) 定位航行試驗，動物要從(cong) 不同的起始點學習(xi) 平台的位置，視覺線索就顯得極其重要。視覺線索可放置在迷宮的牆壁（R3）或者其它地方（R1,R4）。

EthoVision XT如何助您完成水迷宮試驗

可以說，水迷宮試驗中極為(wei) 重要的參數是逃避潛伏期（escape latency)。換言之，逃避潛伏期（escape latency)是測量對象到達平台的速度的量度。盡管可以通過手工測量這個(ge) 參數（如使用秒表），但通過視頻追蹤會(hui) 更，因為(wei) 動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）可以客觀地判斷動物何時到達平台，並且以*相同的方式追蹤每個(ge) 試驗對象。

那麽(me) 視頻追蹤如何運行的？攝像機安裝在水迷宮的上方，並且此攝像機與(yu) 安裝了動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）視頻追蹤軟件的電腦相連接。您可以對視頻進行實時追蹤，也可對事先錄好的視頻進行追蹤。

動物在水池中遊泳時，動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）可以自動監測和追蹤動物的運動及活動。通過這種方式，我們(men) 可以獲知動物的具體(ti) 位置，在某個(ge) 位置所停留的時間、遊泳速度及遊泳路徑。

動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）可以畫出視頻圖像中您比較感興(xing) 趣的區域，您能夠很容易的看到每個(ge) 象限及平台的位置。此外，該係統能夠自動將距離、速度、持續時間及潛伏期與(yu) 感興(xing) 趣區域聯係起來。這些參數和區域均可通過動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）來進行數據篩選和分析。

盡管逃避潛伏期（escape latency）是水迷宮試驗中常用的參數，但是在水迷宮試驗中還有其它更重要的變量。逃避潛伏期或到達平台的潛伏期是指試驗對象到達平台所花費的時間，所有的水迷宮試驗都使用這個(ge) 參數。

在探索試驗中，我們(men) 還測量了動物到達平台所在地點所用的時間及到達正確象限/平台區域的時間。動物在正確象限中所花費的時間在探索試驗中非常重要，因為(wei) 它意味著動物是否找到了正確的位置。

遊泳路徑指動物正在使用的搜索策略。它可能不使用外部線索，例如，簡單地在圓圈中遊泳直到它撞到平台上。通向平台的小路蜿蜒曲折，也可以看出動物是如何自信地朝著它的目標前進的。

速度反映運動能力和動機。它主要用於(yu) 排除額外的治療效果。如果治療本身影響運動，這可能導致的結果是：水迷宮參數的差異不是由記憶缺陷引起的，動物可能需要更多的時間才能到達平台，隻是因為(wei) 速度較慢，而不是因為(wei) 記憶受損。

此外，EthoVision XT 還可以分析Whishaw失誤率，以上參數都可以通過動物運動軌跡跟蹤係統（EthoVision XT）進行測量和分析。EthoVision XT允許您同時記錄多個(ge) 水迷宮的視頻材料，並進行數據篩選、分析和可視化；此外，它還能幫助您全自動執行試驗，提高研究的通量和效率。

研究結果

mTOR基因去除

2型糖尿病（原名叫成人發病型糖尿病）增加了AD的發病風險，因此Cacamo（R1）等人研究了在胰島素信號通路中起著至關(guan) 重要作用的mTOR基因。通過雜交，他們(men) 刪除了在Tg2576 AD老鼠模型中的mTOR基因副本。所有的小鼠在五天內(nei) 學會(hui) 定位平台，但它們(men) 的學習(xi) 速度不同。在探索試驗中，基因去除彌補了AD小鼠的記憶缺陷。mTOR基因去除改善了認知和其他病理特征（斑塊和纏結）。

半乳糖治療

胰島素抵抗被認為(wei) 是AD的病理生理核心。Knezovic等人（R2）探索了葡萄糖半乳糖是否可以減輕AD（腦內(nei) 鏈脲佐菌素給藥或STZ ICV模型）大鼠的記憶損傷(shang) 。口服給藥2個(ge) 月後，結果發現受損的學習(xi) 、記憶功能開始趨於(yu) 正常化，大鼠的學習(xi) 能力和記憶力顯著提高。

DMF治療

MaGuktWiCz等人（R3）也研究了胰島素抵抗，並研究了DMF(dimethyl fumarate)的抗氧化和免疫製作用。他們(men) 使用STZ ICV大鼠作為(wei) AD模型。研究人員發現，老年性STZ大鼠的空間記憶和神經退行性變更嚴(yan) 重，但DMF治療也更有效。

腺苷阻斷劑

Orr等人（R4）使用小鼠作為(wei) AD的模型，以測試腺苷A2A受體(ti) 拮抗劑（日本治療帕金森的一種改良藥物）是否也能改善AD患者的記憶問題。雖然在AD小鼠中的學習(xi) 與(yu) 對照組相同，但用該拮抗劑進行的低劑量治療確實提高了hAPP-J20小鼠的空間記憶，這表明它可以改善AD患者的記憶問題。

GABA受體激動劑

Pilipenko等人（R5）用GABA受體(ti) 激動劑（muscimol和 baclofen）治療這些“AD大鼠”，研究了GABA記憶形成在STZ ICV大鼠中的作用，結果表明這兩(liang) 種物質都發揮了增強記憶（和抗炎）的作用。

謹以此文獻給正在或即將做研究的你，若您對相關(guan) 文獻或研究感興(xing) 趣，請致電或微信公眾(zhong) 號後台留言谘詢！

參考文獻

1、Caccamo, A.; Belfiore, R.; Oddo, S. (2018). Genetically reducing mTOR signaling rescues central insulin dysregulation in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiology of Aging, doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.03.032.

2、Knezovic, A.; Osmanovic Barilar, J.; Babic, A.; Bagaric,R.; Farkas, V.; Riederer, P.; Salkovic-Petrisic, M.(2018). Glucagon-like peptide-1 mediates effects of oral galactose in streptozotocin-induced rat model of sporadic Alzheimer’s disease. Neuropharmacology, 135, 48-62.

3、Majkutewicz, I.; Kurowska, E.; Podlacha, M.; Myslinska,D.; Grembecka, B.; Rucinski, J.; Pierzynowska, K.;Wrona,D.(2018). Age-dependent effects of dimethyl fumarate on cognitive and neuropatho”-logical features in the streptozotocin-induced rat model of Alzheimer’s disease.Brain Research, 1686, 19-33.

4、Orr, A.G.; Lo, I.; Schumacher, H.; Ho, K.; Gill, M.; Guo,W.; Kim, D.H.; Knox, A.; Saito, T.; Saido, T.C.; Simms.J.; Toddes, C.; Wang, X.; Yu, G.-Q.; Mucke, L. (2018).Istradefylline reduces memory deficits in aging mice with amyloid pathology. Neurobiology of Disease, 110, 29-36.

5、Pilipenko, V.; Narbute, K.; Beitnere, U.; Rumaks, J.;Pupure, J.; Jansone, B.; Klusa, V. (2018). Very low doses of muscimol and baclofen ameliorate cognitive deficits and regulate protein expression in the brain of a rat model of streptozocininduced Alzheimer’s disease. European Journal of Pharmacology, 818,382-399.