在神经科学和行为学研究中,物体认知实验已成为评估啮齿类动物学习记忆能力的重要工具。这类实验基于啮齿类动物天生的新奇偏爱性,无需正向奖励或反向惩罚的刺激,也无需冗长的训练过程,即可有效地检测从简单的物体识别记忆到复杂的空间、时序和情景记忆。本文将详细介绍物体认知实验的设计、实施过程及其在不同研究领域中的应用价值。
实验设计与动物环境
本实验选用了SPF级(无特定病原体)的ICR雄性小鼠108只和KM雄性小鼠48只,体重在24至28克之间。为确保实验结果的可靠性,所有动物在实验期间均享有充足的食物和水,并处于安静、舒适的环境中。实验室的温度维持在23±2℃,湿度保持在50±10%,光照周期为12小时照明/12小时黑暗(上午8:00开灯)。每天的实验时间固定,实验开始前,动物需从动物房移至实验室中适应约20分钟,同时实验装置的灯光强度调节至约60lx,以减少外界干扰。
新物体识别实验
新物体识别实验是物体认知实验的基础。实验分为适应期、熟悉期和测试期三个阶段。在适应期中,动物被放入没有任何物体的实验箱中,每天10分钟,连续三天,以适应实验环境。第四天进入熟悉期,开始时实验箱中不放入任何物体,动物放入后再次适应2分钟,然后取出。随后,在实验箱中放入两个完全相同的物体,记录每只动物5分钟内对左侧和右侧物体的探索时间(Tl和Tr)。探索活动被定义为小鼠的鼻子近距离指向物体或直接嗅、舔物体。
大小鼠新物体识别测试系统,XR-XX117,上海欣软
熟悉期结束后,动物被放回饲养笼中,10分钟后开始测试期。测试期中,放入两个不同的物体,其中一个与熟悉期的物体完全相同,另一个是新奇物体。记录动物5分钟内对熟悉物体(Tf)和新奇物体(Tn)的探索时间。通过比较Tn与Tf的比例,可以评估动物对新奇物体的偏好程度,从而反映其记忆能力。
物体位置识别实验
物体位置识别实验与新物体识别实验在适应期和熟悉期过程相同,但在测试期有所不同。测试期中,将熟悉期中两个相同物体中的一个移到新的位置,记录动物5分钟内对两个不同位置物体的探索时间。该实验主要考察动物的空间记忆能力,即动物能否记住物体位置的变化。
时序记忆实验
时序记忆实验流程图
时序记忆实验包括两个熟悉期(熟悉期1和熟悉期2)。适应期与新物体识别实验相同。第四天开始熟悉期实验,首先进行熟悉期1,记录动物对两个完全相同物体的探索时间。然后将动物放回饲养笼中,10分钟后进行熟悉期2,在同一个实验箱中放入另外两个完全相同的物体(与熟悉期1中的物体匹配),再次记录探索时间。测试期中,放入两个不同的物体,分别是熟悉期1和熟悉期2中的各一个物体,记录动物5分钟内对两个不同物体的探索时间。该实验旨在评估动物对物体出现顺序的记忆能力。
情景记忆实验
情景记忆实验流程图
情景记忆实验与时序记忆实验类似,也包括两个熟悉期,但在不同背景的实验箱中进行。适应期实验中,动物需在具有一种背景的实验箱和另外一种背景的实验箱中各适应一次。熟悉期1和熟悉期2分别在具有不同背景的实验箱中进行,记录探索时间。测试期中,放入两个不同的物体(分别来自熟悉期1和熟悉期2),记录动物5分钟内对两个不同物体的探索时间。该实验主要考察动物在不同背景下对物体的记忆能力。
不同时间间隔时的物体辨别记忆能力
为了进一步研究动物在不同时间间隔下的记忆能力,将动物随机分为5组,熟悉期与测试期间隔分别设置为10分钟、30分钟、60分钟、90分钟和120分钟。实验步骤与新物体识别实验相同,仅每组动物检测时的时间间隔不同。记录每组动物在5分钟测试期内对两个不同物体的探索时间,以评估其记忆保持能力。
实验注意事项
在物体认知实验中,需充分考虑动物对物体的识别能力和物体配对的平衡。物体材料应相同,以避免气味和触觉的影响。同时,物体的尺寸应与动物的体长相适应。实验过程中,需佩戴同种材料的手套以避免人为因素对实验结果的影响。每只动物实验完成后,应采用10%的酒精进行擦拭,每阶段实验完成后用75%酒精擦洗,并用清水冲洗干净、晾干备用。
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