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動物行為實驗方法硬核總結(2):Morris水迷宮實驗
點擊次數:432 發布時間:2020-07-13

四、統計方法學準則
     潛伏期時間為計量資料,可用方差分析,但需按方差分析的程序先進行方差齊性檢驗,方差齊,計算F值,用多個實驗組和一個對照組間均數的兩兩比較方法進行統計;對非正態或方差不齊的數據進行適當的變量轉換,待滿足正態或方差齊要求後,用轉換後的數據進行統計;若變量轉換後仍未達到正態或方差齊的目的,改用秩和檢驗進行統計。計數資料,比如說穿越站台的次數,可用X2檢驗,四格表總例數小於40,或總例數等於或大於40但出現理論數等於或小於1時,應改用確切概率法。

       Morris 水迷宮的實驗數據較為複雜,其統計分析難度也較大,尤其是對大鼠在尋找隱蔽站台試驗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,國內文獻中有的直接計算每天的平均逃避潛伏期後再進行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後3d趨於穩定的情況,僅對後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。芭乐app最新版下载黄認為以上統計方法均不正確。一個較明顯的錯誤是,以趨於平穩的後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後3d的逃避潛伏期仍然持續下降。正常青年組和初老年組大鼠的逃避潛伏期在後3d趨於平穩,但實驗損傷組大鼠的逃避潛伏期由於學習記憶損傷後其基線較高,第3~5天逃避潛伏期仍然呈下降的趨勢,並不象正常對照組一樣趨於穩定。

       不僅如此,還存在上述統計方法對隱蔽站台試驗中測得的逃避潛伏期數據統計學特征的認識錯誤。隱蔽站台試驗中的逃避潛伏期具有以下特點:

①係重複測量設計,即在給予某種處理後,在不同的時間點上從同一受試對象上重複測量獲得的數據(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,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,對Morris水迷宮中隱蔽站台試驗的逃避潛伏期應采用重複測量數據repeated measures analyses of variance(ANOVA)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,國外文獻報道中常用,這種方法對潛伏期均值進行進一步的分析,天數作為自變量,潛伏期或遊泳速度作為因變量。

五、評價指標準則(指標僅針對於SuperMaze 軟件/VisuTrack軟件,根據軟件版本有差異)

       雖然文獻中提到了紛繁複雜的評價指標,但對這些指標並沒有進行很好的特征化和準則化。例如,遊泳速度明顯是運動能力的指標,路徑長度又受遊泳速度和遊泳時間(潛伏期)的雙重影響,理論上不應該是判斷認知能力的很好指標。所以,對各項指標所反映的行為性質需要進行探討,解釋這些指標時要慎重。單用潛伏期作為指標並不能提供有關空間學習的足夠信息,因為遊泳速度快也並非意味著學習效率就高,記憶能力就好。

參數定義準則:

  • 總路程(總活動度):實驗動物總的運動路程;與動物自身的遊泳速度直接相關,在相同的時間內,隻反映動物的遊泳速度的快慢;即路程越長,反映了動物的遊泳速度越快。

  • 總時間:開始錄像到錄像結束時實驗動物在識別區域內出現的總觀察時間;

即為單次的訓練時間,一般現在為60s;

  • 平均速度:總路程/總時間;從中可以看出動物遊泳速度的個體差異來,動物的潛伏期和遊泳速度有一定的關係;

  • 上台時間(潛伏期):也叫成功潛伏期,指實驗動物每次入水後**次成功找到站台所需的時間;成功上台是指在台上逗留時間超過5~10秒鍾(可自己定義),如果逗留時間不足5~10秒,則不算成功上台,潛伏期時間即為訓練時間;

       潛伏期是morris水迷宮一個很重要的參照指標,它的時間長短也代表著動物空間學習記憶能力的好壞,潛伏期短,預示著動物的學習記憶能力好;但是和動物自身的遊泳速度有關,比如有的正常大鼠遊泳速度慢些,所以潛伏期比癡呆組動物還長,另外,某些動物放入水中後會左右觀望打圈,或者原地不動確定方向後直接遊到台上,出現這種現象,說明動物記憶力好,這個現象是很重要的,如果在zhi療組動物發現這種情況,是非常好的。但是由於動物原地不動,這個時候潛伏期的時間可能會長,所以潛伏期並不能作為判斷記憶力好壞的*終指標。

  • 上台前路程:指實驗動物在**次成功上台前所運動的路程;

與潛伏期時間相關,潛伏期時間越長,上台前路程也就越大;二者之間呈正相關係,所以也間接反映了潛伏期時間的長短,也可以看做是評定動物記憶力好壞的指標之一。

  • 上台前平均速度:上台前路程/上台時間;

從中可以看出動物遊泳速度的個體差異來,動物的潛伏期和遊泳速度有一定的關係;

  • **象限活動路程:實驗動物在**象限所活動的距離之和;

  • **象限活動時間:實驗動物在**象限運動的時間之和;

  • 第二象限活動路程:實驗動物在第二象限所活動的距離之和;

  • 第二象限活動時間:實驗動物在第二象限運動的時間之和;

  • 第三象限活動路程:實驗動物在第三象限所活動的距離之和;

由於站台一般都放置在第三象限,在這個象限活動的路程越長,反映了動物的空間記憶能力比較好;

  • 第三象限活動時間:實驗動物在第三象限運動的時間之和;

由於站台一般都放置在第三象限,在這個象限活動的時間越長,反映了動物的空間記憶能力比較好;

  • 第四象限活動路程:實驗動物在第四象限所活動的距離之和;

  • 第四象限活動時間:實驗動物在第四象限運動的時間之和;

  • 中心活動路程:實驗動物在水池中心區域內活動的距離之和;

齧齒類動物遊泳有繞邊性和邊緣性,而站台是在遠離周邊靠近水池中心的,如果動物改變了遊泳路線在水池中心區域內活動的路程長的話,反映其空間記憶能力好。

  • 中心活動時間:實驗動物在水池中心區域內活動的時間之和;

齧齒類動物遊泳有繞邊性和邊緣性,而站台是在遠離周邊靠近水池中心的,如果動物改變了遊泳路線在水池中心區域內活動的時間長的話,反映其空間記憶能力好。

  • 周圍活動路程:實驗動物在水池周邊區域內活動的距離之和;

齧齒類動物遊泳有繞邊性和邊緣性,而站台是在遠離周邊靠近水池中心的,如果動物在水池周邊區域內活動的路程長的話,反映其空間記憶能力差。

  • 周圍活動時間:實驗動物在水池周邊區域內活動的時間之和;

齧齒類動物遊泳有繞邊性和邊緣性,而站台是在遠離周邊靠近水池中心的,如果動物在水池周邊區域內活動的時間長的話,反映其空間記憶能力差。

  • 站台周圍範圍I活動路程:實驗動物在站台周邊區域I內活動的距離之和;

  • 站台周圍範圍I活動時間:實驗動物在站台周邊區域I內活動的時間之和;

  • 站台周圍範圍II活動路程:實驗動物在站台周邊區域II內活動的距離之和;

  • 站台周圍範圍II活動時間:實驗動物在站台周邊區域II內活動的時間之和;

  • 站台周圍範圍III活動路程:實驗動物在站台周邊區域III內活動的距離之和;

  • 站台周圍範圍III活動時間:實驗動物在站台周邊區域III內活動的時間之和;

  • 站台周圍範圍IV活動路程:實驗動物在站台周邊區域IV內活動的距離之和;

  • 站台周圍範圍IV活動時間:實驗動物在站台周邊區域IV內活動的時間之和;

在站台周圍範圍活動的路程和時間越長,反映了動物的空間記憶能力好。

 

  • 站台穿越次數:指在撤去平台後,在一定的時間內,實驗動物穿越原站台位置的次數。(穿越一次指進出站台區域各一次);

在一定的時間內,動物穿越原站台位置的次數越多,說明其空間學習記憶能力越好。

  • 初始角(弧度):指在將實驗動物放入水池後,動物的運動軌跡的起始點的切線與起始點和站台中心連線之間的夾角;

如果初始角的角度越小,說明動物記得站台的位置,直接向站台方向遊,反映空間學習記憶能力比較好。

  • 入水點象限:實驗動物入水時所處的象限;

搜索策略:

(1) 直線式:以實驗動物入水點與站台中心連線為中軸,如果動物的所有運動軌跡與中軸的距離不超過半徑的15%,且在該區域中運動的時間至少占總運動時間的70%則認為實驗動物此次運動為直線式策略。

(2) 趨向式:與直線式較相似,以實驗動物入水點與站台中心連線為中軸,如果動物的所有運動軌跡與中軸的距離不超過半徑的50%,且在該區域中運動的時間至少占總運動時間的70%則認為實驗動物此次運動為趨向式策略。

(3) 邊緣式:以實驗動物運動區域中心為圓心,取半徑的75%做圓,如果動物70%以上的時間均在該圓外活動,則認為實驗動物此次的運動為邊緣式策略。

(4) 隨機式:若實驗動物的運動策略與以上三種不同則認為實驗動物此次運動為隨機式策略。

搜索策略和趨觸性是衡量動物分析判斷能力和解決問題能力的兩個指標。大鼠尋找平台的方式大致可分為四種:邊緣式、隨機式、趨向式及直線式。不同的搜索方式代表大鼠以不同的策略尋找平台,正常動物的搜索策略隨著訓練次數的增加而呈現“邊緣式→隨機式→趨向式→直線式”的變化規律。癡呆動物的搜索策略會發生異常變化。比如隻有邊緣式→隨機式,或者隨機式→邊緣式,趨向式和直線式比較少見。

           直線式 

趨向式               

邊緣式

六、實驗適用範圍準則

與其他方法相比,Morris水迷宮在判定齧齒類動物認知功能中具有很多優點:

(1)它不需要實驗前訓練階段,而且可以在短時間內完成相對大量的動物。

(2)由於對年齡相關性空間記憶損害有可靠的敏感性,Morris水迷宮是判斷老年鼠空間學習記憶能力的特別有用的工具。通過探測和轉移位置實驗的訓練,學習和回憶過程可以被記錄分析,也可以在各組之間比較。

(3)雖然對於鼠類來說浸入水中是令其厭惡的,驅動動物逃避的是水刺激,而不需要食物剝奪和電擊,因此,避免了剝奪食物給實驗動物帶來的新陳代謝和電擊休克方麵的問題,而這方麵問題對某些品係的動物來說可能是危險的。

(4)氣味或痕跡等幹擾可以被去除。

(5)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幹擾。可見站台實驗,可以識別可能影響實驗結果的動物視覺缺陷,修正標準Morris水迷宮實驗中得到的結果。

(6)通過改變站台的位置,可以完成學習和再學習實驗,相應的,在同組動物中也可以測量不同用藥量的效果。

(7)既可以檢測空間參考記憶又可以檢測空間工作記憶。在用固定平台測試小鼠的空間參考記憶後再將平台的位置改為不固定,就可檢測它們的工作記憶能力。

(8)通過使用窗簾、劃分區域等,可以減少實驗人員和實驗以外的物體對視頻跟蹤係統記錄的幹擾。

(9)能提供較多的實驗參數,係統quan麵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,顯然,尋找不固定平台的認知過程要複雜一些,需要動物對時間和空間上的分離信息加以整合和判斷。

(10)操作簡便,數據誤差較小。

七、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*大優點在於,動物具有更大的、逃離水環境的動機。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*常用於老年動物記憶的研究。

2.如用小鼠,除遊泳池尺寸約為大鼠的50%以外,平台直徑也較少(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(**天4次,後兩天每天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始終坐在同一位置,距離泳池*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、品係、泳池的尺寸和水溫等多種因素對實驗結果的影響。此外,當以遊泳速度作為觀察指標時,要考慮到動物的體重、年齡以及骨骼肌發育狀況等對遊泳速度可能造成影響。

6.用老年動物進行實驗時,應確認動物的遊泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下:將平台露出水麵以使動物能夠看見平台。動物放入泳池後如毫無困難地直接遊向平台,說明動物的遊泳能力和視力均正常,可以開始實驗。

7.遊泳對動物是一個較大的應激刺激,可引起神經內分泌的變化。這些變化可能對實驗結果造成幹擾。對老年動物,嚴重時可誘發心血管ji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遊泳時間以增加動物對遊泳的適應能力。

8.當用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時,要定期換水以免水fu變質;

 

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