八臂迷宫、避暗实验对幼年大鼠学习与记忆的影响机制
【摘要】 探讨八臂迷宫、避暗实验对幼年大鼠学习与记忆的影响机制。
【方法】 孕SD雌鼠复制甲低仔鼠模型纳入研究(n = 40) , 均为雄性, 随机选20只于出生当日起每天腹腔注射T42μgP100g至断奶, 为T4 替代治疗组, 余20只甲低仔鼠未予特殊处理, 另设正常对照组雄性仔鼠20只。对50日龄甲低组仔鼠行避暗及八臂实验, 并与同日龄正常对照及治疗组比较。结果 50日龄甲低组仔鼠避暗实验中达到学会程度所犯错误次数最多, 24 小时后记忆潜伏期缩短, 差异有显著性; 50 日龄甲低组仔鼠八臂实验中参考记忆错误无显著性差异, 工作记忆错误增多, 差异有显著性, 跑迷宫时间无显著性差异。
【结论】 甲低引起仔鼠学习记忆能力下降。
甲状腺激素对哺乳动物的脑发育起重要作用, 围生期甲状腺激素缺乏将造成不可逆的脑损伤, 引起严重的感觉、运动障碍和智力低下, 且发病时间、严重程度及开始甲状腺激素治疗的时间等因素均与脑损害的发生和恢复密切相关。我们在以往研究围生期甲状腺功能低下(甲低) 仔鼠海马神经元凋亡的基础上, 进一步采用避暗及八臂迷宫检测发育期甲低仔鼠学习记忆变化。
【材料与方法】
动物模型制备及分组 复制甲低仔鼠模型, SD 雄性仔鼠纳入研究, 编号, 随机抽取甲低组仔鼠于出生当日起每天腹腔注射甲状腺素(T4) 2μgP100 g体重至21日龄断奶, 为T4 替代治疗组(20只) ; 余甲低组仔鼠未予特殊处理(20只) ; 另设正常对照组仔鼠(20只) 。21日龄仔鼠断奶, 雄鼠每笼3～4只直至实验。自由进水, 每天给12 h光照(光照时间: 8 : 00～20 : 00) 。室温21±2℃, 相对湿度40 %～60 %。
【学习记忆研究】
1、避暗实验
测试50日龄各实验仔鼠。避暗测试箱(SFK2 I) 型分明、暗两室, 其间有小门相通; 避暗习性使仔鼠本能地选择进入暗室, 进入暗室的仔鼠即刻遭受电击(35 mV) 而被动地逃回安全的明室。5 min不进入暗室则被认为完成了学习, 记录仔鼠在完成学习前错误地进入暗室的次数, 主要反映仔鼠近期学习的能力; 24h后再次放回明室, 记录仔鼠由明室进入暗室的时间, 即为记忆潜伏期,主要反映仔鼠近期记忆的能力。避暗实验、八臂迷宫实验系统型号为XR-XB102，由上海欣软信息科技有限公司提供。
2、八臂迷宫实验
测试50 (60) 日龄各实验仔鼠。在进行八臂迷宫实验前限制仔鼠饮食, 使其体重维持在自由进食体重的80 %～85 %。观察在10 : 00～17 : 00进行。采用放射状八臂(四臂放食物) 迷宫。迷宫中央区直径30 cm ,向四周以等角度和等长度延伸八条臂(50 cm×12 cm , 围以415 cm高的墙) 。整个迷宫高出地面40 cm。训练前仔鼠先在迷宫中适应2 d , 每天1次。适应时3至4只仔鼠同时置于迷宫中, 自由活动和摄取食物10 min。适应后进行每天1次的训练, 共10 d。每次训练中, 八臂中只有四臂放置了食物(Bio2Serv , Frenchtown , NJ , USA) , 分别为1、3、5和6号臂; 整个实验过程均维持此顺序。仔鼠放在迷宫中央区, 此时中央区四周用门关住, 15 s 后将门打开, 仔鼠可选择进入任意一臂, 以摄取食物。仔鼠进入有食物的臂且摄取了食物为1次正确选择, 否则为错误选择。记录参数为错误选择的次数。重新进入放食物臂称为工作记忆错误(working memory error , WME) , 进入不放食物臂称为参考记忆错误(reference memory error , RME) 。
【结果】
1、避暗实验 同正常对照组及治疗组相比, 50 日龄甲低组仔鼠在达到学会程度时所犯错误次数多, 差异有非常显著性(P < 01001) , 治疗组错误次数较正常对照组增多, 但无统计学差异(P > 0105) 。24 h后甲低组仔鼠的记忆潜伏期最短, 同正常对照及治疗组相比差异有非常显著性(P <01001) , 治疗组潜伏期较正常对照组缩短, 但无统计学差异(P > 0105) , 。
2、八臂迷宫实验
参考网站www.softmaze.com，与正常对照及治疗组相比, 甲低组仔鼠RME无明显变化(P < 0105) ; WME 明显增加(P > 0105) ;总的错误次数明显增加(P < 0105) ; 总的跑迷宫时间无统计学差异(P > 0105)
【讨论】
学习和记忆是大脑的高级功能之一, 学习是指经验(行为习惯、感知、思维等) 的获得或发展; 记忆则是经验的保存和再现。它们是两个不同而又密切联系的神经生物过程, 一方面是思维和认知的基础, 另一方面又与脑的感觉和运动功能密切相关; 这一复杂过程至少包含了获得、巩固和再现三个主要阶段。由于大鼠学习汜忆能力和人类学习认知的可比性, 故常用来进行人类学习记忆方面的研究。
目前, 从整体水平研究动物学习和记忆能力的实验模型有很多种, 穿梭箱实验是其中之一, 由于其操作简单、快捷, 在学习和记忆实验中得到广泛的应用。为了消除皮质激素分泌节律性规律对学习记忆的影响, 每天的实验均在同一时间段进行。本实验研究发现, 50 日龄甲低仔鼠学习时进入暗室的错误次数增加, 24 小时后的记忆潜伏期缩短, 说明围生期甲低影响仔鼠近期学习记忆能力。但是,实验中使用的电刺激可能会导致动物兴奋、不安, 而且,动物的自身运动量及对电刺激的敏感性等非学习记忆因素也会影响实验结果。动物空间记忆测试是研究动物学习记忆的最常用方法之一, 由于水迷宫测试能有效地分离动物空间辨认与其它能力, 所以, 以往甲低对仔鼠空间记忆影响的研究多采用此方法。但是, 该实验测定的主要指标为动物在水迷宫中寻找安全平台所花的时间(上台潜伏期) , 它与动物运动机能状态密切相关, 凡能影响动物运动机能的药物和动物本身状态均可能影响该实验结果。甲状腺激素不仅对神经系统有影响, 也影响骨骼肌肉的发育, 可能影响测试的结果。此外, 动物绕壁行走的天性也限制了它的应用。
八臂迷宫测试是动物通过观察周围一些固定的参照物来学习和记忆自身与饵(置于迷宫臂末端的白色小食丸) 的相对位置, 该方法可以有效地排除动物由于自身运动机能障碍而对学习和记忆观察指标的影响, 还可以同时分离和分析动物WME与RME。为此, 本实验首次采用八臂迷宫测定围生期甲低仔鼠的空间记忆再现。研究发现, 与正常对照及治疗仔鼠比较, 50 日龄甲低仔鼠WME增加, 而RME无明显改变。这种空间记忆的分离现象也可见于服用抗胆碱能药物降低鼠海马神经元乙酰胆碱含量的八臂迷宫测试中, 然而海马功能明显受损引起WME和RME均增加。有关 甲低八臂测试中空间记忆分离现象以及具体机制还需进一步研究。学习记忆与中枢神经系统的突触结构和功能的可塑性密切相关。甲状腺激素可以通过调控多种脑结构蛋白及信号蛋白的表达, 影响神经细胞的增殖、迁移、分化、突触的发育及髓鞘的形成等, 影响了神经元之间的信息传递,导致学习记忆等脑功能受损。本研究发现生后T4 替代治疗仔鼠学习记忆较甲低仔鼠有明显改善, 但验室检测结果, 未达到正常同龄仔鼠水平, 说明胎鼠甲低状态已造成部分、不可逆脑损伤。
