蟋蟀視覺的聯(lián)合學(xué)習(xí)與記憶能力研究

桂英蓮

(沈陽師范大學(xué)，遼寧 沈陽 110034)

0 引言

學(xué)習(xí)與記憶是人腦的重要功能，昆蟲的腦被稱為“微小腦”也具有學(xué)習(xí)記憶能力[1]利用動物學(xué)習(xí)記憶模型對記憶的形成過程進行研究，是研究記憶的重要手段。近年來，許多昆蟲作為模式動物用來研究學(xué)習(xí)記憶機理，如,20世紀(jì)六七十年代人們發(fā)現(xiàn)蜜蜂具有良好的視覺學(xué)習(xí)記憶功能，并且能夠進行顏色分辨，能步行通過相對簡單的迷宮，并對T型迷宮中的顏色產(chǎn)生依賴反應(yīng)，有時又能準(zhǔn)確的將環(huán)境刺激如顏色和氣味和蜂巢聯(lián)合起來[2-4]；1990年，Stenven de Belle研究了果蠅的學(xué)習(xí)記憶能力，認(rèn)為果蠅的蕈形體參與嗅覺和視覺記憶憶[5]后來研究表明果蠅利用蕈形體的第一層結(jié)構(gòu)來分辨具有不同角度信息的圖形，而利用蕈形體的第五層結(jié)構(gòu)分辨具有不同重心高度的圖形；2000年，Matsumoto Y與Mizunami M對雙斑蟋進行操作式訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3次短期訓(xùn)練，就能夠形成記憶并維持2到7天，對其嗅覺進行研究也發(fā)現(xiàn)蟋蟀一次嗅覺聯(lián)合學(xué)習(xí)訓(xùn)練，就能夠形成對氣味的記憶，并且能夠通過再次學(xué)習(xí)訓(xùn)練替換之前的記憶，顯示了蟋蟀還具有容易刷新以前聯(lián)合記憶的能力[6]。

本實驗用行為學(xué)的研究方法，采取單次長時聯(lián)合學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式，對雙斑蟋視覺的自主聯(lián)合學(xué)習(xí)記憶能力做進一步研究。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

使用實驗室內(nèi)人工飼養(yǎng)繁殖的隸屬于昆蟲綱 (Insecta)直翅目(Orthoptera)蟋蟀科(Gryllidae)蟋蟀屬(Phonarellus)的雙斑蟋(Gryllus bimachlatus)的成熟后1～2周后成蟲。人工飼養(yǎng)條件為光暗周期12:12，飼料為人工飼料。實驗使用5只對照組，20只實驗組。

1.2 實驗裝置

如圖所示實驗裝置:兩塊瓷磚60cm，在一塊瓷磚上纏有電阻絲，與變壓器構(gòu)成通路，通電后變壓器能夠通過調(diào)節(jié)電壓而達(dá)到所需要的高溫，靠近邊緣留有常溫部分，電阻絲上鋪有苫布，保證溫度均勻，在兩塊瓷磚上切出培養(yǎng)皿大小的圓，使培養(yǎng)皿放入，并放入冰塊保證了常溫部分，用硬紙板支撐圓筒狀當(dāng)做實驗場所的墻壁，白紙鋪在瓷磚上。實驗裝置需要提前40分鐘預(yù)熱后才可使用。實驗時紙盒邊緣切在溫涼區(qū)的圓上。

1.3 聯(lián)合學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法

1.3.1 對照組

對照組有 5只蟋蟀，編號對照 1，2，3，4，5，先將 1號放入實驗裝置內(nèi)，盡量放置中央，使其自由尋找溫涼區(qū)，放下蟋蟀時開始計時，計時5分鐘，蟋蟀尋找到目標(biāo)位置，在那停留30S算一個實驗結(jié)束，如果經(jīng)歷5分鐘，還沒有找到目標(biāo)地或雖然找到，但停留時間在五分鐘之內(nèi)每次都不到30S則用燒杯將蟋蟀放在目標(biāo)位置即溫涼區(qū)30S，后取出放置2分鐘，再重新進行實驗，直到蟋蟀在五分鐘之內(nèi)找到目標(biāo)位置停留30S為止。記錄每次蟋蟀停留和離開的時間。其余的蟋蟀都如此做實驗，空白實驗1次，訓(xùn)練4次，也就是說每只蟋蟀都要進行五次實驗，五次都是在溫涼區(qū)停留30秒以上才行。過24小時以后檢測蟋蟀訓(xùn)練后的結(jié)果一次，記錄找到并停留30秒以上的時間。

1.3.2 實驗組

實驗組有20只蟋蟀，編號實驗1，2，3…至20，在紙盒壁上在溫涼區(qū)的上方粘貼明暗相間的條紋，然后按照對照組的實驗方法去做，后進行數(shù)據(jù)記錄與處理。

1.4 實驗結(jié)果

對照組中顯示的數(shù)據(jù)在100到200秒找到的時間比較多，而實驗組中顯示的數(shù)據(jù)在0到150秒找到的數(shù)據(jù)比較多。所以初步認(rèn)為有視覺學(xué)習(xí)能力。

圖1 對照組5只蟋蟀進行實驗的結(jié)果的時間柱形圖

圖2 實驗組20只蟋蟀進行實驗的結(jié)果的時間柱型圖

現(xiàn)初步觀察，有些蟋蟀在放入實驗裝置時，首先先在原地停留30秒到一分鐘，后開始尋找溫涼區(qū)，而有些蟋蟀直接開始尋找；有些蟋蟀尋找溫涼區(qū)時一遍遍的轉(zhuǎn)圈，而有些蟋蟀可以直接找到目標(biāo)處，經(jīng)觀察實驗組比對照組找到溫涼區(qū)的時間短，且找到后有些在周圍打轉(zhuǎn)，然后呆在溫涼區(qū)不動，有些直接找到溫涼區(qū)后，并不打轉(zhuǎn)，就駐足在那。過24小時檢測時，有些蟋蟀沒有訓(xùn)練時找得好了。我們得初步的實驗結(jié)論：蟋蟀具有視覺聯(lián)想學(xué)習(xí)行為；在蟋蟀被訓(xùn)練24小時后，蟋蟀的記憶力減退。

由于本次實驗的蟋蟀數(shù)量少所限制，在實驗中所用的蟋蟀也不排除特殊情況，而且需要更多的數(shù)據(jù)來證明，所以實驗結(jié)果還有待進一步驗證。實驗中還有一些未考慮的問題，例如：蟋蟀自身的排泄物是否也是蟋蟀找到常溫處的一個訊號，與環(huán)境因素即實驗的時間，當(dāng)時的溫度氣候有關(guān)，等等。還需要大量蟋蟀進一步實驗，才能得出更準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。

1.5 討論

［1］動物的學(xué)習(xí)[J].2001，36（7）.

［2］果蠅的操作式視覺聯(lián)想學(xué)習(xí)和記憶的保持[J].1997，1.

［3］馬奇，張立明.模擬昆蟲視覺-行為抉擇的強化學(xué)習(xí)模型[J].生物物學(xué)報，2008，24（3）.

［4］小蟲春秋:果蠅的視覺學(xué)習(xí)記憶與認(rèn)知[J].自然雜志，31（2）.

［5］山口恒夫.小さな昆蟲の脳[J].機関の技術(shù)的な検討，1997.

［6］那宇鶴，王珊，那杰.蟋蟀嗅覺的聯(lián)合學(xué)習(xí)與記憶能力研究[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，28（2）.