迷宫与动物行为研究

日期：2024-11-19 02:18

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摘要：

在动物心理学的实验研究中，迷宫是很常用的一种仪器。文章介绍了迷宫的发展历史、类型以及应用的研究领域，并讨论了未来迷宫方法的进一步改进及其广泛的应用前景。

迷宫在实验动物心理学形成及发展中的作用至关重要：从19世纪末20世纪初开始，迷宫已经成为心理学家测试动物能力时常用的仪器（啮齿类，猫，狗，以及灵长类）。迷宫任务对实验室测试特别适用，因为仪器本身可以告知动物需要它们做的是什么（类似于人类实验的指示语）。

1　发展历史及迷宫类型

19世纪末，Lubbock首先在昆虫的开创性实验研究中发明迷宫方法。从那时候开始，研究者发明了大量迷宫模式，用于各种研究。20世纪30-40年代，研究中所用不同类型的迷宫包括：Small的汉甫敦场迷宫(HamptonCourtmaze,1900)，Yerks的T模式蚯蚓迷宫(T-patternearthwormmaze,1912)，Watson的环形迷宫(circularmaze,1914),Carr-Watson的运动觉迷宫(kinestheticmaze,1914),Carr的广场迷宫(squaremaze,1923)，Warden的多重U迷宫(multipleU-maze,1925)，Stone的多重T迷宫(multipleT-maze,1927)，Hunter的时间迷宫(temporalmaze,1928)和三维迷宫(tri-dimensionalmaze,1929)，Warden-Warner的单元迷宫(unitmaze,1929)和线型迷宫(linearpatternmaze,1929)，达希尔的棋盘式或敞开式通路迷宫(1930)，Tolman等人的射线型(sunburst)迷宫(1946)、十字形或双T式迷宫等等。70-80年代，许多研究还使用Bttig的封闭过道迷宫(enclosedalleymaze,1976)，Barnett的居住迷宫(residentialmaze,1975)，Olton的高架放射臂迷宫(elevatedradialarmmaze,1976)，Maier的三桌迷宫(three-tablemaze)，Morris水迷宫，等等。目前在各类研究中*常用的有T迷宫及其变式、以及4臂以上的放射臂迷宫和水迷宫。

多年以来，人们利用各种迷宫进行动物学习、记忆、觅食策略、空间认知等多方面的研究。涉及的动物被试有鸟、鱼、蛙、海龟、豚鼠、羊、猫、狗、猴子、蚯蚓、蜗牛等等，而*常用的是大白鼠。
在迷宫实验中通常采用的指标为：被试达到某一指定标准前所需要的学习次数；每轮实验的错误次数和产生的位置；每轮实验所需时间以及实验中的行为表现；等等。

2　研究现状

自从迷宫成为一种实验方法以来，心理学家利用它进行了大量研究，其中主要的是对动物的学习和记忆过程，特别是动物空间能力的研究。

2.1　学习过程研究

关于动物在迷宫中学到的是什么，曾经有两种推测。一种认为动物在解决迷宫这样的空间问题时，是通过回避或趋向一个特定的地点，也就是位置学习；另有学者认为动物形成了特定的反应模式。Tolman利用十字迷宫对大鼠进行实验，结果表明它们是位置学习；但后来的研究也发现，当没有其它可利用的线索时，动物也可以进行动作反应学习。Tolman等人认为位置学习和反应学习都在大鼠的能力范围之内，而位置学习比较容易，也可能是比较自然。但是后来的实验说明位置学习的优越性还是与实验的具体条件有关的，如所用的程序是改正还是非改正；集中的还是间断的学习尝试；事先的训练以及有关位置的信号等都可能会影响动物的学习。Restle作了“位置学习”和“反应模式学习”组的对照实验，结果两组学习得一样快。他总结说，没有一个特性说明大鼠就是一个“位置”学习者或者就是一个“反应模式”学习者，在迷宫中大鼠将利用各种有关线索，而这些线索的重要性等级依赖于给予的有关刺激量和动物的感觉能力。

2.2　记忆研究

记忆研究中比较常用的是放射迷宫，它由若干臂组成，这些臂从一个中央平台放射出来。在一个试次开始时，将大鼠放入迷宫的中央区域，每个臂尽头的小洞放一小块食物，然后允许大鼠探究迷宫，直到它收集到所有食物。经过一些试次的训练，大鼠收集食物变得很有效率，在每个试次中很少重复进入同一个臂。在这种任务中，大鼠必须要么记住已经去过的臂，要么记住还未去过的臂。完成此任务大鼠首先需要的是参照记忆(reference memory)：大鼠必须学会任务的规则——迷宫的样子和它不应该返回

已经去过的臂，等等。**，大鼠还必须依靠工作记忆(working memory)：每个试次它必须跟踪记载它已经去过的地方，以做到不重复进入。一旦成功地进入所有臂结束一个试次，它能够擦掉这次特定的工作记忆，但保持参照记忆不变以准备下一试次。对动物记忆的考察主要集中于两个方面，即记忆保持时间和记忆容量。

2.2.1　保持时间

为考察解决放射迷宫问题所需的信息能保持多长时间，Beatty和Shavalia(1980)使用8臂放射迷宫，在大鼠选择了四个臂之后，将它们放回它们住的笼子；一段时间后，允许大鼠完成整轮实验。当这段离开的时间为四个小时或更短时，大鼠仍能准确地选择原来没去过的臂。但是，当延迟达到8、12和24小时时，准确性有明显下降

2.2.2　记忆容量

在动物解决放射迷宫问题时，它们能够记住多少信息也是研究者感兴趣的课题。Olton(1978)认为在8臂迷宫中，动物必须记住7个位置才能完成的很好，但这可能不是大鼠记忆容量的极限。Olton,Collison，和Werz(1977)采用17臂迷宫，发现即使有这么多臂，大鼠的成绩也仍高于机率水平。Roberts(1979)构建了一种8臂迷宫，每个主干臂尽头又有三个分支。因而，在每个试次中被试需要去24个不同的位置收集食物，这种条件下它们仍能够很快学会，很少犯错误。尽管这种结果可能意味着大鼠可以记住24个不同的位置，还有另一种可能的解释。对迷宫中大鼠的观察发现，它们采用了刻板的反应模式，例如，在进入中央区后一直向右转。这样的策略减少了完成回收任务所需记住的位置数目，只是在传统的8臂迷宫中并不明显。因而，尽管实验结果表明大鼠完成复杂迷宫的成绩非常好，但并不能提供关于它们记忆容量的确切信息


2.3　空间能力考察

迷宫任务具有明显的空间特征，因此迷宫研究结果为理解动物空间信息加工提供了丰富的数据和资料。大量实验证据表明，经过训练的动物可以高效率地在迷宫中找到食物。对于动物在迷宫（特别是放射迷宫）的优异成绩，不同研究者提出多种假说进行解释。其中比较有名的是认知地图(cognitive map)假说和序列假说(listhypothesis)。

Suzuki，Augerines，和Black(1980)用放射迷宫对大鼠进行实验，发现它们可以利用放射迷宫周围路标之间的联系来找出有奖赏的臂，因而认为大鼠可建立迷宫周围环境的构型表征。Dallal和Meck(1990)用12臂的放射臂迷宫训练大鼠，其中有4臂没有食物。大鼠在一种环境中进行训练，然后将迷宫移到另一个房间，考察迁移成绩。结果发现，无食臂的空间构型(configuration)在训练和测验间维持不变的条件下，被试在迁移测验中成绩要好于变化的那组。这说明大鼠建立了一种关于有食臂和无食臂空间关系的表征，也就是认知地图。Brown等人(1993)用12臂放射迷宫训练大鼠，他们使用的迷宫使得大鼠不能看到周围的路标。训练时强迫大鼠进入其中的6个臂，然后把他们从迷宫中拿开；15分钟后再放回去进行测验。结果大鼠表现出非常强的对没有去过臂的偏好，而不是从12臂中随机选择。因为大鼠不能看到迷宫周围的路标，Brown认为它们通过求助于认知地图来做选择。

Morris(1981)用水迷宫对大鼠进行测验，大鼠需要游到一个刚好浸在水面下的平台。在被放进大缸几个试次后，倘若试次间平台在同一位置，大鼠很快学会直接游向平台。Morris认为作为它们*初训练的结果，被试建立了一个认知地图。这种地图可能表征了平台在大缸中的位置，以及实验室的特征。当把被试放进大缸时，它将确定它在地图中的位置，然后推论出游的方向以到达平台。但是Whishaw(1991)等人认为，联想学习理论(associative learning theory)也可以解释大鼠的作业。而且所有被试从起始点出发时都朝向错误的方向，如果拥有认知地图不会造成这样的错误行为。Simon(1996)利用水迷宫的实验也发现，尽管大鼠在先前的训练试次中被给予充分的机会建立认知地图，它们仍不能够准确地游向隐藏的目标——平台。尽管这样的结果可能不一定构成反对大鼠具有认知地图能力的确定的证据，它确实对认知地图的存在提出了质疑。在先前那些支持表现认知地图的实验中，动物可能只是应用了简单的定位机制.

Olthof等人(1999)用12臂迷宫训练大鼠，其中6臂有食，然后考察将迷宫有食臂模式保持不变但旋转一定角度（实验1、2），和模式不变但将迷宫移到另一个环境中（实验4、5）时，与迷宫模式随机变化的控制组被试的迁移成绩相比，发现实验组大鼠并没有表现出正迁移，即它们的成绩与控制组无显著差异。这说明大鼠并没有建立关于迷宫模式的抽象的表征（认知地图），这与Dallal和Meck实验结果矛盾的原因并不清楚，但至少说明认知地图并不是在所有条件下都能建立的稳定的认知表征。

Brown等人(1993)认为出现支持认知地图还是支持序列假说的结果，主要取决于迷宫外线索是否可被利用。他们曾详细比较了在迷宫外线索可充分利用和受到限制两种条件下大鼠的行为反应。结果表明当迷宫外线索可利用时（标准的放射迷宫任务），认知地图对大鼠成绩的贡献很少，可以用序列假说来解释；而当限制迷宫外线索时，认知地图会指导大鼠对迷宫臂的选择。也就是说，只有当探究迷宫臂需要相当大的努力时，才会引起认知地图的使用。这种可能的解释需要进一步的实验验证。



3　我国学者利用迷宫进行的研究

国内己有一些研究中应用迷宫方法，特别是采用T迷宫或Y形迷宫作为考察辨别学习的工具，检验动物学习记忆特点及其脑机制以及**对动物学习行为的影响。进入90年代以来，Morris水迷宫的应用较多。研究者用水迷宫来测量空间认知，考察脑损伤（如颞叶、海马、基底神经节损伤或切除等）对大鼠空间学习和记忆能力的影响。隋南等人还依照Morris迷宫实验的特点设计了简便易行的Morris迷宫图象自动采集系统，此系统包括数据采集、实时数据处理、实验数据分析并生成所需各种数据文件和数据图等一系列功能，而成本仅为国外同类产品的1/5。这些行之有效的工具和方法为动物学习、记忆等认知过程及其脑机制的研究提供了重要的证据。
                                                                      摘自《心理学动态》

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