记忆与迷宫：动物如何在八臂迷宫中找到出路？

一、八臂迷宫简介

八臂迷宫实验由八个相同的臂组成，这些臂从一个中间平台放射出来，所以又被称为放射迷宫。其基本方式是训练动物受食物的驱使对迷宫的各臂进行探究，经过一段时间的训练，动物可记住食物在迷宫中的空间位置，该方法可同时测定动物的工作记忆和参考记忆，是一种常用的动物行为学实验，用于研究动物的记忆、学习和认知能力。

二、实验目的

• 研究动物空间记忆：通过观察大小鼠在迷宫中寻找食物的过程，分析它们对迷宫各臂空间位置的记忆能力。例如，动物是否能记住哪些臂有食物，哪些臂没有，这体现了它们的空间记忆能力。
• 探索动物学习能力：在多次训练过程中，看动物如何逐渐掌握在迷宫中获取食物的策略，从而了解它们的学习能力。如动物从开始的随机探索到后来有目的地走向有食物的臂，这个过程反映了学习能力的提升。
• 分析动物的决策过程：动物在迷宫中需要在有限的时间和资源下做出决策，权衡每个臂的食物奖励和其他因素，如距离和风险。它们会根据经验和学习来调整决策策略，以获得食物，这一过程与人类的决策机制有相似之处，可通过该实验为理解人类决策机制提供参考。
• 揭示动物认知灵活性：大小鼠八臂迷宫实验还可以揭示动物的认知灵活性，例如在不同的食物放置策略或环境变化下，动物调整自己行为的能力。

三、实验操作流程

1. 实验准备

• 控制动物食量：实验开始前一周所有大鼠开始控制摄食量，每日定时投喂饲料10g/只，控制体质量保持在原体质量的80% - 85%，饮水不限。
• 准备迷宫和食饵：准备八臂迷宫装置，确定食饵类型（如瓜子仁），确定食饵放置策略（如随机放置、固定放置或部分随机放置等）。例如在某些实验中采用固定放置，将食物放在特定的臂上；也有实验采用随机放置来避免动物形成特定偏好。

1. 适应阶段（1 - 2日）

• 1日：将禁食12h的大鼠随机分组，每组2只。将迷宫闸门同时打开并在各臂末端及中间区域各投放5个瓜子仁作为食饵，2只大鼠同时放入迷宫中间区域，让其自由摄食、探究10min，每日训练2次。以大鼠后肢进入臂门记为进入该臂1次。
• 第2日：重复1日的训练。实验人员于训练开始前轻柔安抚动物5 - 10min，使其放松地自由探索迷宫环境。

1. 单独探索阶段（第3日）：迷宫及食饵位置保持不变，每只大鼠单独进入迷宫训练，使其大胆独自探索迷宫环境。
2. 特定食饵臂设定阶段（第4日）

• 为对照组大鼠设定特定食饵臂以及空食饵臂，例如1号动物食饵臂1，3，5，6；空食饵臂为2，4，7，8。在每个食饵臂投放1颗瓜子仁作为食饵。电加热惩罚装置温度设定为60℃，电加热惩罚臂末只放置电加热装置而不放食饵。实验者将大鼠轻柔地放入至八臂迷宫中间，适应环境30s后同时打开闸门让其自由探究直至吃完食饵或总探索时间达10min结束训练，每日训练2次。

1. 巩固训练阶段（第5 - 7日）：重复第4日的训练。
2. 测试阶段（第8日）

• 连接视频轨迹跟踪采集系统，设定大鼠编号及采集信息，只在对应编号的食饵臂放置1颗瓜子仁作为食饵，而在其他臂中不做任何处理。实验者轻柔地将大鼠放置于迷宫中间，适应环境30s后同时打开闸门并开始记录其自由探究运动轨迹。

四、实验指标分析

通过软件分析大鼠移动距离、移动速度、总体耗时、总的入臂次数和平均探究时间，参考记忆错误以及工作记忆错误等实验指标，以评估动物空间学习记忆探索能力。其中：

• 工作记忆错误：在研究工作记忆时（所有臂都放置奖励，动物每次只能到达一个臂），多次到达一个臂被认为是工作记忆错误。
• 参考记忆错误：在研究参考记忆时（只有特定臂放置奖励，动物只能到达奖励臂），到达没有奖励的臂算作参考记忆错误。

五、实验的改良与优势

• 改良方案：例如采用在无食饵臂增加电加热设备刺激大鼠足底的改良八臂迷宫实验方案，能使大鼠在连续7d的训练过程中在八臂迷宫中快速准确完成觅食活动。
• 优势：相比于传统实验方法，改良迷宫设备造价低廉，价格优势明显，且操作流程简单易学，并能显著缩短迷宫训练周期，为评价实验动物空间分离记忆功能检测提供新方案。