小鼠T型迷宮空間學(xué)習(xí)模型的建立和教學(xué)拓展研究

楊先鋒 （安徽省廣德中學(xué) 安徽廣德 242200）

反射是動物學(xué)習(xí)和記憶的前提條件，學(xué)習(xí)是建立在反射結(jié)果的基礎(chǔ)上的。條件反射包括經(jīng)典的條件反射和操作條件反射，而操作性條件反射又包括獎勵性操作式條件反射和懲罰性操作式條件反射［1］。獎勵性操作式條件反射主要包括刺激信號、操作主體和物質(zhì)獎勵，研究通過觀察動物在操作測試箱中的行為研究動物所表現(xiàn)出的認(rèn)知功能和行為功能的變化［2］。本研究為了深化對條件反射的形成條件、特征及空間學(xué)習(xí)模式等相關(guān)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，進(jìn)行小鼠T型迷宮的空間學(xué)習(xí)模型拓展性研究，取得了滿意的教學(xué)效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物準(zhǔn)備 購買4周齡（青年小鼠）昆明小鼠20只，其中雄性昆明小鼠10只，雌性昆明小鼠10只，其體重分布在20.3～30.7 g，中位體重為（25.5±1.2）g。實(shí)驗(yàn)小鼠均由安徽醫(yī)科大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心提供。雌、雄小鼠分籠養(yǎng)殖。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)采用的T型迷宮為紅外視頻檢測小鼠T迷宮MED-TMMN-BL，購自上海贊德儀器有限公司（圖1）。

圖1 小鼠T型迷宮示例圖

1）產(chǎn)品參數(shù)：使用了3個(gè)自動門控制動物進(jìn)出通道，消除手動操作對動物的影響。針對視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)臂的入口設(shè)計(jì)有雙傳感器，區(qū)別動物的探索和進(jìn)入行為。在每個(gè)臂的末端設(shè)計(jì)有顆粒給食器和頭部伸入檢測器，可對動物行為進(jìn)行強(qiáng)化。

2）系統(tǒng)組成：T型連接器，2個(gè) 14.5"跑道，末端帶有14 mg顆粒給食器和頭部伸入檢測器；1個(gè)12"跑道，末端帶有14 mg顆粒給食器和頭部伸入檢測器；每個(gè)臂的入口設(shè)有2個(gè)紅外光電傳感器；3個(gè)自動升降門。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 動物模型的建立

1）訓(xùn)練前 2 d，撫摸小鼠并將其放入T迷宮適應(yīng)10 min，在迷宮兩臂碗里放入食物，待小鼠取食完畢后將其取出。

2）兩臂實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置：A臂碗內(nèi)放置食物，B臂放置電刺激儀（50 v，50 mA）。

3）訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)：將小鼠放入開始臂中，打開電刺激儀及所有閘門,記錄小鼠進(jìn)入A臂的次數(shù)及進(jìn)入B臂的次數(shù),以及中間區(qū)停留時(shí)間。每只小鼠每天進(jìn)行4次實(shí)驗(yàn),每次間隔20 min，連續(xù)刺激5 d（圖2）。

圖2 小鼠實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練模式圖

2.2 問卷調(diào)查 對測試班級共108名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，記錄學(xué)生對拓展性實(shí)驗(yàn)的感興趣情況及滿意度。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)通過SPSS21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)軟件進(jìn)行分析，其中計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)分析，計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)分析。圖表通過GraphPad 5.01統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)軟件進(jìn)行繪制。檢驗(yàn)結(jié)果以α=0.05為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 電刺激前、后A臂進(jìn)入百分比、B臂進(jìn)入百分比的比較 進(jìn)行電刺激及食物獎勵性刺激后，小鼠進(jìn)入A臂的次數(shù)逐漸增加，而進(jìn)入B臂的次數(shù)逐漸減小，其比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＜0.05。小鼠受電刺激及食物刺激影響，進(jìn)入A臂的趨勢逐漸上升，后趨于緩和（表1，圖3）。

表1 電刺激前、后小鼠進(jìn)入A臂、B臂情況比較

圖3 電刺激前后小鼠行為變化趨勢圖

4.2 拓展性實(shí)驗(yàn)后學(xué)生滿意度情況調(diào)查 進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)后，通過無記名問卷調(diào)查，共發(fā)放問卷108份，實(shí)收問卷108份，無效問卷2份，其中對本拓展性實(shí)驗(yàn)非常滿意者38人，滿意者49人，基本滿意者17人，總體滿意度為98.11%（表2）。

表2 拓展性實(shí)驗(yàn)后學(xué)生滿意度情況調(diào)查

5 討論

行為學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究藥物或反射對動物學(xué)習(xí)記憶能力的一種方法。由于動物的心理過程需要通過行為進(jìn)行推測，故只能根據(jù)可觀察到的刺激反應(yīng)推測動物腦內(nèi)發(fā)生的過程。學(xué)習(xí)、記憶實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)是條件反射，各種各樣的方法均由此衍化。空間學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)依然是反射，空間學(xué)習(xí)能力的形成與海馬結(jié)構(gòu)及其突觸可塑性有關(guān)，并與多種信號通路有關(guān)［3］?？臻g學(xué)習(xí)是一種較為高級的學(xué)習(xí)形式，是通過復(fù)雜而有序的信號傳導(dǎo)在大腦皮層上的完整有效的反射弧而建立的。近年來對空間學(xué)習(xí)模型的研究越來越多，迷宮模型是動物操作性條件反射的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停赏ㄟ^建立地迷宮及水迷宮進(jìn)行空間記憶研究［4］。T迷宮實(shí)驗(yàn)是另一種常見的研究動物空間學(xué)習(xí)記憶能力的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過T迷宮實(shí)驗(yàn)可研究動物的空間學(xué)習(xí)能力及認(rèn)知功能情況［5-6］。

條件反射的建立是動物空間學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)，是在非條件反射的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)和體驗(yàn)外界刺激，在大腦皮層參與下建立起來的高級神經(jīng)反射活動［7］。通過暗箱、迷宮等建立相應(yīng)的條件反射動物模型，應(yīng)用于國、內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究和評價(jià)，是重要的實(shí)驗(yàn)學(xué)方法［8］。目前，國內(nèi)、外多數(shù)通過懲罰性刺激建立條件反射模型，而本研究同時(shí)采用懲罰性刺激和獎勵性刺激進(jìn)行模型誘導(dǎo)。本研究在中學(xué)教材巴普洛夫經(jīng)典條件反射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展性研究設(shè)計(jì)，通過利用T型迷宮建立小鼠空間學(xué)習(xí)記憶模型。

本研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，對于小鼠來說電刺激和食物刺激尚未形成條件反射，小鼠進(jìn)入A臂和B臂的幾率相等，隨著持續(xù)的外界刺激的強(qiáng)化，小鼠逃離電刺激、趨向食物刺激的情況越明顯，在第4天、第5天，小鼠進(jìn)入A臂次數(shù)百分比分別為90%和95%，較刺激前存在明顯差異（其P＜0.05），小鼠空間學(xué)習(xí)記憶模型建模成功。本研究同時(shí)將獎勵性刺激和懲罰性刺激引入實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化了小鼠的外界刺激，加快了小鼠有效條件反射的建立。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，更滿意這樣開放式的學(xué)習(xí)模式，具有較好的滿意度，總體滿意度為98.11%。而且，在進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，將教材的知識點(diǎn)進(jìn)行融會貫通，能讓學(xué)生在試驗(yàn)中更加有效地進(jìn)行知識的梳理和記憶。通過拓展性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，是將傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)模式，學(xué)生在本身接受知識的主觀情緒上會具備更好的接受狀態(tài)，這樣進(jìn)行的知識學(xué)習(xí)會更加有效和更具備應(yīng)用性。

綜上所述，通過懲罰性刺激和獎勵性刺激進(jìn)行小鼠T型迷宮實(shí)驗(yàn)，成功建立了小鼠空間學(xué)習(xí)記憶模型，同時(shí)通過拓展性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于知識的掌握和應(yīng)用。應(yīng)在教學(xué)過程中推薦進(jìn)行基于教材的拓展性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。