學習是高等生物接受外界環境變化獲得新行為和經驗的過程，常見的學習形式有非聯合型學習和聯合型學習兩種。人或動物受到一次或多次單一刺激后形成的、并不需要將兩個以上刺激或刺激與反應之間形成明確聯系的過程，如習慣化（習以為常），稱為非聯合型學習；人或動物受到一系列事物刺激、且在時間上很靠近地重復發生，最后在腦內逐漸形成聯系，如操作性條件反射，稱為聯合型學習。

記憶是對學習獲得的經驗或行為的保持，包括獲得、鞏固、再現及再鞏固四個環節，常見的有程序性記憶與陳述性記憶。程序性記憶即無意識情況下建立的無法用語言描述的記憶，如使用筷子；陳述性記憶指可以用語言描述的關于過去經歷或事件的記憶，包括事實、事件、情景以及他們間的相互關系等，如回憶并說出事情經過。

學習與記憶二者是互相聯系的神經活動過程，學習過程中必然包含記憶，記憶也總是需要以學習為先決條件。以實驗動物為對象，采集并分析動物的行為信息是學習與記憶的常規研究手段之一。例如：利用動物自發活動特性進行研究、通過獎懲等操縱進行研究等。今天我們主要介紹利用動物自發活動進行研究的最常用手段之一：Morris水迷宮中的平臺探查實驗研究方法（常規的水迷宮實驗包括Morris水迷宮、通道式水迷宮等，由于Morris水迷宮最常用，本文主要介紹Morris水迷宮）。后續我們還會介紹：T/Y迷宮、放射性迷宮（八臂迷宮）、物體識別（新物體識別、位置物體識別）、操作性條件反射（斯金納箱）、穿梭箱、跳臺、避暗箱、巴恩斯迷宮等。

1.原理

1981年，Morris基于動物厭惡水環境的特性建立了水迷宮方法，實驗動物被迫游泳，學習尋找隱藏在水中的平臺。通過記錄實驗動物在目標象限（原先放置平臺的象限）所花的時間和進入該象限的次數，以此作為空間記憶的檢測指標。

2.文獻

Partial loss of psychiatric risk gene Mir137 in mice causes repetitive behavior and impairs sociability and learning via increased Pde10a.

3.實驗設備

Morris水迷宮、Smart 3.0軟件、攝像系統等。



4.實驗方法

常用實驗分組方法

01、已知品系的記憶缺陷轉基因動物模型

(1)對照組：按照實際實驗需求選定（分類一：工具鼠的空載鼠，如Cre、Cas9、FLP鼠等；分類二：同籠陰性鼠、轉基因品系背景鼠等）

(2)轉基因對照組：不作任何處理的轉基因動物

(3)轉基因實驗組：對轉基因動物進行額外處理，如給藥，注射病毒等

02、定向基因編輯待驗證的轉基因動物

(1)對照組：按照實際實驗需求選定。（分類一：工具鼠的空載鼠，如Cre、Cas9、FLP鼠等；分類二：同籠陰性鼠、轉基因品系背景鼠等）

(2)轉基因組：不作任何處理的轉基因動物

03、驗證藥物造模效果-學習記憶變強/變弱

(1)對照組：不作任何處理的動物

(2)實驗組：使用造模藥物使動物學習記憶能力變化的動物

04、驗證受試藥物對造模藥物的恢復效果

(1)對照組：不作任何處理的動物

(2)藥物造模組：使用造模藥物使動物出現記憶力問題的動物

(3)實驗組：對藥物造模組動物使用受試藥物恢復的動物

*所有實驗動物均進行同樣的實驗流程，在實驗開始就應對需要給藥的動物進行給藥

適應階段

實驗開始前3-7天（自己繁育小鼠 Handle 3天，外購動物 Handle 7天），每天抓取、輕撫動物，讓其熟悉實驗人員手，在實驗過程中不會處于應激狀態。

學習階段

01、旗幟標記學習(1)實驗設置

• 在迷宮臂交叉垂直的四個方向的水面上方分別放置一個顯眼（與水面，窗簾的顏色不同）的標志物（如圓形，方形，五角星，三角形等）可以貼在桶臂上，也可以貼在簾子上（需避免簾子在實驗過程中晃動），或者房間墻壁上（此時需要沒有簾子）
• 將水面按照標記物的位置分為4個象限，并將平臺放置于一個象限的中心
• 將平臺置于水下1-2厘米深（加入染料后，根據動物游泳過程中水面波動后，水平臺不會露出水面即可）。不宜太深，平臺過深會導致動物到達平臺后仍然繼續游走
• 在平臺上放置一個高于水面的標記物，使動物可以通過標記物確認平臺位置

(2)時間

根據動物學習記憶水平，可設置0-6天的學習時間

(3)方法

將動物分別從不同象限放入水中，讓動物自由活動尋找平臺。

• • 動物找到平臺：記錄時間，讓動物在平臺停留30s，觀察周圍環境
  • 動物未找到平臺：動物自由活動1-2min（實驗中保持一致，推薦1min）后， 將動物引導至平臺所在處，并停留30s，讓動物觀察周圍環境

每只動物每天分別隨機從4個象限各進行一次實驗，兩次實驗需要間隔至少2-3min（推薦2min），讓動物補充體力。（方法一：兩只動物同時開展實驗，交替進行學習，即動物A進行Trial1，接下來動物B進行Trial1，動物A進行Trial2依次進行實驗。方法二：單只動物進行4個Trial實驗后，再開展另外一只動物訓練實驗。）

(4)記錄數據

第一次到達平臺的時間（潛伏期），總活動軌跡、距離。

• 總活動軌跡用于判斷動物是否有不利于實驗結果的行為習慣（如繞圈，跳躍等），必要時以此剔除動物
• 總活動距離僅做動物活躍程度參考，受潛伏期以及動物活躍程度影響
• 潛伏期越短說明動物已經學會找到平臺這一行為，學習能力越強

02、平臺學習

(1)實驗設置：取下平臺上高于水面的標記物，其余保持不變

(2)時間：根據動物學習記憶水平，可設置4-7天的學習時間

(3)方法：

將動物分別從不同象限放入水中，讓動物自由活動尋找平臺。

• • 動物找到平臺：記錄時間，讓動物在平臺停留30s，觀察周圍環境
  • 動物未找到平臺：動物自由活動1-2min（實驗中保持一致，推薦1min）后， 將動物引導至平臺所在處，并停留30s，讓動物觀察周圍環境

每只動物每天分別隨機從4個象限各進行一次實驗，兩次實驗需要間隔至少2-3min（推薦2min），讓動物補充體力

(4)記錄數據：第一次到達平臺的時間（潛伏期），總活動軌跡、距離

• 總活動軌跡用于判斷動物是否有不良行為習慣（如繞圈，跳躍等），必要時以此剔除動物
• 總活動距離僅做動物活躍程度參考，受潛伏期以及動物活躍程度影響
• 潛伏期越短說明動物已經學會找到平臺這一行為，學習能力越強

測試階段

01、實驗設置

去除水中的平臺，其余保持不變

02、時間

平臺學習結束后一天

03、方法

將動物在指定位置放入水迷宮中，讓動物在水中自由活動1-2min（推薦1min，與學習階段測試時間相同）

04、記錄數據

主要包括：平臺區域經過次數、平臺區域停留時間、總活動軌跡與距離、不同象限活動時間、距離。

(1)經過平臺區域次數為主要指標，經過次數越多，說明動物記憶越好

(2)平臺區域停留時間作為經過平臺次數的參考，部分動物可能會在平臺區域停留，導致經過平臺區域次數較少

(3)總活動軌跡可以作為實驗結果進行展示

(4)當經過平臺次數，停留時間無顯著差異時，考慮分析平臺所在象限的活動時間及距離是否有差異，部分動物可能對平臺具體位置記憶不是特別清楚，但是會在平臺附近區域反復移動

5.數據分析

1、不同時期分析的數據類型不同

2、采用單因素方差分析（one way-ANOVA），當多組間有差異時，兩兩比較采用Fisher's LSD post hoc多重比較方法

3、P<0.05認為具有統計學顯著性差異



6.注意事項

（1）實驗時，建議將水溫維持在21℃-23℃范圍內。水溫過低或過高均容易導致動物產生應激反應。

（2）實驗時間周期設置應保證對照組對照組的動物學會的最短時間為標準，實驗周期過長會讓學會尋找平臺的動物產生厭倦感，從而影響實驗結果。

（3）每次實驗結束后，需要將動物毛發擦干，避免動物受涼死亡。

（4）實驗中需要在水中加入不易變質的染料，不僅可以增加水面與動物顏色的對比度，也可以防止動物透過透明的水看到平臺。黑鼠棕鼠推薦使用鈦白粉做為染料（購買鏈接→）；白鼠推薦使用食用黑色素作為染料（購買鏈接→）。

另外還可選擇使用透明浮珠，其有反射少、蒸發少等特點，但是阻力大，會導致小鼠游泳非常累，因此不推薦。

（5）實驗進行過程中不要進行換水。雖然水池中會存在很多動物排泄物導致異味產生，但換水操作可能會導致動物認為進入了一個新的環境而影響實驗結果。

（6）加入的染料易在水中沉降，每半天進行實驗前應對水進行攪拌，使染料重新分布均勻。

（7）實驗過程中每天都會有水的損耗，導致平臺深度越來越淺。建議實驗開始前確定一個標準水位，后續每天進行實驗前，對迷宮進行補水。

（8）實驗過程中應盡可能保持安靜，避免聲音影響動物對方向的判斷。

（9）實驗人員將鼠放入水迷宮后，應盡快離開動物視線區域以及視頻記錄區域，避免被動物當做標記物，或被視頻記錄識別為實驗動物。

（10）固定時間點開展實驗。由于動物節律問題，在一天不同的時間段進行實驗會導致實驗結果不同。建議實驗過程中，不同實驗組的動物逐只或逐2只進行實驗，可以獲得更為準確的實驗結果。