睡眠剝奪對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及焦慮行為的影響初探

唐子涵

摘要：睡眠對(duì)動(dòng)物的生理活動(dòng)具有不可忽視的重要作用，睡眠剝奪（sleep deprivation SD）被認(rèn)為是對(duì)動(dòng)物腦認(rèn)知能力有明顯的損害，但是其具體效果卻各有不同的說(shuō)法。中華行為醫(yī)學(xué)與腦科學(xué)雜志上的《睡眠剝奪對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶和海馬pCREB水平的影響》[1]一文中所用的睡眠剝奪方法是“輕觸法”，而本實(shí)驗(yàn)所用的睡眠剝奪方法是“轉(zhuǎn)輪法”，并且該文中睡眠剝奪歷時(shí)三十天，本研究由于學(xué)業(yè)的緊張，時(shí)間不是很充裕，所以只是睡眠剝奪了一天；此外，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，本研究中所用的迷宮為自制迷宮，多數(shù)文獻(xiàn)中所用到的檢測(cè)學(xué)習(xí)記憶能力的裝置都是水迷宮，本研究運(yùn)用另一種不同的迷宮想要找出其中是否會(huì)有差異。另外，有實(shí)驗(yàn)表明，慢性不完全剝奪睡眠導(dǎo)致小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力明顯下降，出現(xiàn)該結(jié)果的原因是動(dòng)物睡眠剝奪后出現(xiàn)代謝紊亂，這時(shí)的腦組織出現(xiàn)慢性缺氧狀態(tài)，智能活動(dòng)所需要的血液供應(yīng)和能量供應(yīng)相應(yīng)減少而致使記憶獲得功能受損[2]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)運(yùn)用轉(zhuǎn)輪裝置完全剝奪睡眠一天觀察睡眠剝奪對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力以及焦慮行為的影響，探討睡眠剝奪對(duì)小鼠正常生理活動(dòng)的影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)以及對(duì)文獻(xiàn)的閱讀，在本研究中，關(guān)注指標(biāo)分別為小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力和焦慮行為的改變。

本文旨在研究以小鼠受到睡眠剝奪后的身體狀況并由此進(jìn)行推測(cè)。

關(guān)鍵詞：睡眠剝奪；學(xué)習(xí)；記憶；焦慮行為

引言

夜間睡眠對(duì)于維持人體的正常生理活動(dòng)有著極大的作用，作為影響人類日常工作學(xué)習(xí)的重要因素，“熬夜會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面影響”的說(shuō)法也在社會(huì)上廣為流傳。盡管負(fù)面影響的說(shuō)法的確與事實(shí)相符，而其具體效果卻眾說(shuō)紛紜。身為中學(xué)生，身邊也有許多同學(xué)總是熬夜，第二天在學(xué)校的時(shí)候就會(huì)表現(xiàn)出不同的反應(yīng)，有些同學(xué)認(rèn)為熬夜對(duì)自己的學(xué)習(xí)生活影響不大，而另外一些同學(xué)認(rèn)為熬夜會(huì)很大程度地影響自己第二天的在校的學(xué)習(xí)生活，在這些人當(dāng)中有些人認(rèn)為熬夜直接對(duì)自己的學(xué)習(xí)記憶能力有所影響，還有一些同學(xué)認(rèn)為熬夜對(duì)學(xué)習(xí)生活的不良影響其實(shí)是來(lái)源于它對(duì)人心情的不好的影響，有可能會(huì)使我們的情緒低落、心情煩悶，容易急躁。但許多研究多注重于長(zhǎng)時(shí)間的剝奪睡眠，短時(shí)間不持續(xù)的睡眠剝奪研究得很少，為此，本文通過(guò)設(shè)計(jì)一種短時(shí)間完全剝奪睡眠的實(shí)驗(yàn)探討睡眠不足對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力和焦慮行為的影響。

由于學(xué)業(yè)壓力和實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備的限制，本研究無(wú)法選取足夠的小鼠樣本來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)充足的研究，也無(wú)法做多組實(shí)驗(yàn)排除個(gè)體因素的干擾，故而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠多，無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，只能做一些簡(jiǎn)要的分析。謹(jǐn)望得到各位讀者的諒解。

一、材料與方法

（一）材料

選取八只小毛足鼠，體質(zhì)量初始值為（20±5）g，三只為雄性，五只為雌性，在書房挑選小鼠時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)其中一只雌性小毛足鼠發(fā)炎了，所以這只小鼠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可參考性有待考察。將這八只小毛足鼠隨機(jī)分為兩組，四只為一組，兩組分別為普通對(duì)照組（CC組）和睡眠剝奪組（SD組）。在實(shí)驗(yàn)后期，并未測(cè)量發(fā)炎了的小毛足鼠的學(xué)習(xí)記憶能力以及焦慮行為，所以舍棄該小毛足鼠不進(jìn)行測(cè)定，并在另一組中隨機(jī)放棄一只小毛足鼠的測(cè)定以保持兩組小鼠數(shù)量相等。實(shí)驗(yàn)中所用的小毛足鼠由中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所動(dòng)物中心提供。

（二）方法

1.動(dòng)物模型制備：通過(guò)轉(zhuǎn)輪（如圖）改變實(shí)驗(yàn)組的睡眠時(shí)間（晝夜節(jié)律）一天。當(dāng)天剝奪睡眠由20：00到次日8：00共十二個(gè)小時(shí)，模擬中學(xué)生某天突然熬夜的情況。轉(zhuǎn)輪持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得實(shí)驗(yàn)組小鼠無(wú)法保持穩(wěn)定的姿勢(shì)進(jìn)入睡眠，如若進(jìn)入睡眠，將會(huì)被轉(zhuǎn)輪帶起，然后落下摔倒底部，以此來(lái)使小毛足鼠保持清醒。對(duì)照組小鼠仍飼養(yǎng)在其原來(lái)的鼠籠中，始終可以自由睡眠，設(shè)為對(duì)照組。一天的睡眠剝奪后，對(duì)動(dòng)物再次稱重，并且進(jìn)行學(xué)習(xí)能力和焦慮行為的測(cè)試，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.學(xué)習(xí)記憶能力的測(cè)試；采用自制迷宮（如圖）測(cè)試。

（1）測(cè)試裝置：迷宮使用自制迷宮（內(nèi)部場(chǎng)地大小為20cm×40cm，高28cm），在食物正前方與小鼠之間放置一塊透明的薄玻璃板。

（2）測(cè)試步驟：在玻璃板一側(cè)放置一定量的食物來(lái)吸引小鼠，在箱子的另一側(cè)放小鼠，記錄小鼠在三分鐘內(nèi)碰撞玻璃的次數(shù)。每次實(shí)驗(yàn)后清理箱子，防止小鼠氣味對(duì)下組實(shí)驗(yàn)的干擾。并對(duì)兩組小鼠的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

3.焦慮行為的測(cè)定：采用高架十字迷宮（如圖）測(cè)試焦慮行為。

（1）測(cè)試裝置：高架十字迷宮外型呈交叉十字，高于地 面72 cm，由2條對(duì)稱的開放臂（長(zhǎng)×寬為50cm×10cm，OA），2條對(duì)稱的封閉臂（長(zhǎng)×寬×高為50cm×10cm×40cm，CA）和1個(gè)聯(lián)接四條臂的中心區(qū)域（central platform，10cm×10cm）組成，開放臂和中間區(qū)完全開放，而封閉臂僅有頂部和近中間區(qū)開放；正上方攝像機(jī)可見全部區(qū)域，開放臂邊緣擋板高5mm（目的是為了防止動(dòng)物在探究過(guò)程中不慎滑落）。實(shí)驗(yàn)前小鼠適應(yīng)測(cè)試室的弱光安靜環(huán)境1 h。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：將1只小鼠放入中間區(qū)（小鼠背向?qū)嶒?yàn)者而頭朝向任一開放臂）開始實(shí)驗(yàn)錄像記錄，實(shí)驗(yàn)者迅速安靜離開區(qū)域1m外，允許小鼠在其中自由探索，共歷時(shí)5min；每次實(shí)驗(yàn)前后清潔迷宮（祛除小鼠遺留的氣味避免干擾實(shí)驗(yàn)結(jié) 果），方可進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。觀察并記錄

①開放臂停留時(shí)間（OT）；

②進(jìn)入封閉臂次數(shù)（CE），進(jìn)入任一條封閉臂的次數(shù)，以鼠的4個(gè)爪子全部進(jìn)入封閉臂內(nèi)為準(zhǔn)；

③封閉臂停留 時(shí)間（CT）

④經(jīng)過(guò)中心區(qū)域的次數(shù)。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)兩組小鼠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。[3]

二、結(jié)果與討論

（一）睡眠剝奪對(duì)小毛足鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響

自制迷宮實(shí)驗(yàn)表明在經(jīng)過(guò)一天的睡眠剝奪后，實(shí)驗(yàn)組小鼠撞擊食物前的玻璃板次數(shù)比對(duì)照組小鼠的裝機(jī)次數(shù)明顯多，且差異顯著，而且根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到實(shí)驗(yàn)組小鼠在裝置內(nèi)的活動(dòng)更頻繁，且會(huì)啃食箱子。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

（二）睡眠剝奪對(duì)小毛足鼠焦慮行為的影響

高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)表明在經(jīng)過(guò)一天的睡眠剝奪后，實(shí)驗(yàn)組小鼠在開放臂的停留時(shí)間明顯少于對(duì)照組小鼠在開放臂區(qū)域所停留的時(shí)間，相反的，實(shí)驗(yàn)組小鼠在封閉臂區(qū)域的停留時(shí)間明顯長(zhǎng)于對(duì)照組小鼠在封閉臂所停留的時(shí)間；實(shí)驗(yàn)組小鼠經(jīng)過(guò)中心區(qū)域的次數(shù)比對(duì)照組小鼠經(jīng)過(guò)中心區(qū)域的次數(shù)略多，但差距不明顯，而且各組中小鼠的數(shù)據(jù)差異較大，參考價(jià)值有待商榷；實(shí)驗(yàn)組小毛足鼠在封閉臂的直立次數(shù)明顯多于對(duì)照組小鼠在封閉臂的直立次數(shù)。由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪睡眠剝奪后的小毛足鼠出現(xiàn)明顯焦慮，且有顯著差異。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

睡眠剝奪即限制受試者的睡眠時(shí)間至正常需要量以下。睡眠是生命必需的過(guò)程，是一種生物節(jié)律。睡眠剝奪可引起動(dòng)物或人產(chǎn)生疲勞、激惹等不良的情緒狀態(tài)、思維紊亂、學(xué)習(xí)記憶受損，甚至抵抗力低下、累及兒童的生長(zhǎng)發(fā)育。進(jìn)一步的分子生物學(xué)研究結(jié)果顯示，睡眠剝奪可擾亂腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的正常分布，誘導(dǎo)某些異?；虻奶禺愋员磉_(dá)，使腦內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)偏離平衡狀態(tài)。當(dāng)前日益加快的生活節(jié)奏帶來(lái)了一些不健康的生活方式，越來(lái)越多的人們處于一種潛在的睡眠剝奪狀態(tài)，作為新興的“睡眠醫(yī)學(xué)”的一部分，睡眠剝奪已引起了全世界的極大關(guān)注。[4]

本實(shí)驗(yàn)表明，突然給予小鼠十二小時(shí)的睡眠剝奪，只持續(xù)一天，可導(dǎo)致小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力顯著下降，且睡眠剝奪后的小鼠焦慮行為明顯，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示睡眠剝奪可對(duì)小鼠的焦慮行為有著較大影響。本實(shí)驗(yàn)只是初探突然性的、短暫性的睡眠剝奪對(duì)小毛足鼠的學(xué)習(xí)記憶能力以及焦慮行為的影響，并未進(jìn)行深層次的，有關(guān)其影響的具體作用的研究。經(jīng)過(guò)分析，我們可以推測(cè)出睡眠剝奪對(duì)人體同樣具有巨大的損害。由此看來(lái)，睡眠對(duì)于我們是十分重要的，尤其是對(duì)于每天學(xué)習(xí)量大的少年兒童以及忙于工作的中青年人，切不能因過(guò)量工作或貪圖與手機(jī)玩耍而熬夜晚睡，改變作息時(shí)間。由此，我們類比中學(xué)生由于某種原因突然熬夜的情況，可得出若中學(xué)生在某一天突然熬夜，第二天會(huì)出現(xiàn)明顯的學(xué)習(xí)記憶能力下降，并且會(huì)伴隨著一定的焦慮，會(huì)導(dǎo)致第二天上學(xué)時(shí)聽課效率的下降，而且由于明顯的焦慮，可能會(huì)帶來(lái)一些生活上、與人交往上的問(wèn)題，可見保持規(guī)律的作息時(shí)間對(duì)中學(xué)生的學(xué)習(xí)生活是有很大的益處的。充足的睡眠會(huì)使人的大腦更加清醒，做事更有效率，也有利于成長(zhǎng)期兒童的生長(zhǎng)發(fā)育。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間熬夜者，最好的建議也許并不是“今日事今日畢”，而是量力而為。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許志強(qiáng) 高長(zhǎng)越 方傳勤 周華東 蔣曉江.睡眠剝奪對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶和海馬pCREB水平的影響.《中華行為醫(yī)學(xué)與腦科學(xué)雜志》2010年5月第19卷第5期

[2]郭紅梅 陳秋霞 蔡立峰 彭燕華.睡眠剝奪對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶和免疫功能的影響.《廣東教育學(xué)院報(bào)》2005年10月第25卷第5期

[3] 潘集陽(yáng) 田徑 馬文彬 黃俏庭 張繼輝 Hiroshi Kurihara.REM睡眠剝奪對(duì)大鼠焦慮行為的影響及瘦素的作用.《實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志》 ， 2010 ， 26 （13） ：2292-2295

[4] 徐健 顏崇淮 沈曉明.睡眠剝奪損害學(xué)習(xí)記憶能力的研究.《中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志》2004 年 3 月 第 38 卷第 2 期