睡眠剝奪對小鼠學習記憶能力及焦慮行為的影響初探

唐子涵

摘要：睡眠對動物的生理活動具有不可忽視的重要作用，睡眠剝奪（sleep deprivation SD）被認為是對動物腦認知能力有明顯的損害，但是其具體效果卻各有不同的說法。中華行為醫學與腦科學雜志上的《睡眠剝奪對小鼠學習記憶和海馬pCREB水平的影響》[1]一文中所用的睡眠剝奪方法是“輕觸法”，而本實驗所用的睡眠剝奪方法是“轉輪法”，并且該文中睡眠剝奪歷時三十天，本研究由于學業的緊張，時間不是很充裕，所以只是睡眠剝奪了一天；此外，由于實驗設備有限，本研究中所用的迷宮為自制迷宮，多數文獻中所用到的檢測學習記憶能力的裝置都是水迷宮，本研究運用另一種不同的迷宮想要找出其中是否會有差異。另外，有實驗表明，慢性不完全剝奪睡眠導致小鼠的空間學習記憶能力明顯下降，出現該結果的原因是動物睡眠剝奪后出現代謝紊亂，這時的腦組織出現慢性缺氧狀態，智能活動所需要的血液供應和能量供應相應減少而致使記憶獲得功能受損[2]。本實驗通過運用轉輪裝置完全剝奪睡眠一天觀察睡眠剝奪對小鼠學習記憶能力以及焦慮行為的影響，探討睡眠剝奪對小鼠正常生理活動的影響。經實驗以及對文獻的閱讀，在本研究中，關注指標分別為小鼠的學習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行推測。

關鍵詞：睡眠剝奪；學習；記憶；焦慮行為

引言

夜間睡眠對于維持人體的正常生理活動有著極大的作用，作為影響人類日常工作學習的重要因素，“熬夜會對人體產生負面影響”的說法也在社會上廣為流傳。盡管負面影響的說法的確與事實相符，而其具體效果卻眾說紛紜。身為中學生，身邊也有許多同學總是熬夜，第二天在學校的時候就會表現出不同的反應，有些同學認為熬夜對自己的學習生活影響不大，而另外一些同學認為熬夜會很大程度地影響自己第二天的在校的學習生活，在這些人當中有些人認為熬夜直接對自己的學習記憶能力有所影響，還有一些同學認為熬夜對學習生活的不良影響其實是來源于它對人心情的不好的影響，有可能會使我們的情緒低落、心情煩悶，容易急躁。但許多研究多注重于長時間的剝奪睡眠，短時間不持續的睡眠剝奪研究得很少，為此，本文通過設計一種短時間完全剝奪睡眠的實驗探討睡眠不足對小鼠學習記憶能力和焦慮行為的影響。

由于學業壓力和實驗器材、設備的限制，本研究無法選取足夠的小鼠樣本來進行數據基礎充足的研究，也無法做多組實驗排除個體因素的干擾，故而實驗數據不夠多，無法進行系統的統計學處理，只能做一些簡要的分析。謹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，在書房挑選小鼠時沒有發現其中一只雌性小毛足鼠發炎了，所以這只小鼠的實驗數據可參考性有待考察。將這八只小毛足鼠隨機分為兩組，四只為一組，兩組分別為普通對照組（CC組）和睡眠剝奪組（SD組）。在實驗后期，并未測量發炎了的小毛足鼠的學習記憶能力以及焦慮行為，所以舍棄該小毛足鼠不進行測定，并在另一組中隨機放棄一只小毛足鼠的測定以保持兩組小鼠數量相等。實驗中所用的小毛足鼠由中國科學院動物研究所動物中心提供。

（二）方法

1.動物模型制備：通過轉輪（如圖）改變實驗組的睡眠時間（晝夜節律）一天。當天剝奪睡眠由20：00到次日8：00共十二個小時，模擬中學生某天突然熬夜的情況。轉輪持續轉動，使得實驗組小鼠無法保持穩定的姿勢進入睡眠，如若進入睡眠，將會被轉輪帶起，然后落下摔倒底部，以此來使小毛足鼠保持清醒。對照組小鼠仍飼養在其原來的鼠籠中，始終可以自由睡眠，設為對照組。一天的睡眠剝奪后，對動物再次稱重，并且進行學習能力和焦慮行為的測試，記錄實驗數據并分析實驗結果。

2.學習記憶能力的測試；采用自制迷宮（如圖）測試。

（1）測試裝置：迷宮使用自制迷宮（內部場地大小為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）測試步驟：在玻璃板一側放置一定量的食物來吸引小鼠，在箱子的另一側放小鼠，記錄小鼠在三分鐘內碰撞玻璃的次數。每次實驗后清理箱子，防止小鼠氣味對下組實驗的干擾。并對兩組小鼠的數據進行比較。

3.焦慮行為的測定：采用高架十字迷宮（如圖）測試焦慮行為。

（1）測試裝置：高架十字迷宮外型呈交叉十字，高于地 面72 cm，由2條對稱的開放臂（長×寬為50cm×10cm，OA），2條對稱的封閉臂（長×寬×高為50cm×10cm×40cm，CA）和1個聯接四條臂的中心區域（central platform，10cm×10cm）組成，開放臂和中間區完全開放，而封閉臂僅有頂部和近中間區開放；正上方攝像機可見全部區域，開放臂邊緣擋板高5mm（目的是為了防止動物在探究過程中不慎滑落）。實驗前小鼠適應測試室的弱光安靜環境1 h。

（2）實驗步驟：將1只小鼠放入中間區（小鼠背向實驗者而頭朝向任一開放臂）開始實驗錄像記錄，實驗者迅速安靜離開區域1m外，允許小鼠在其中自由探索，共歷時5min；每次實驗前后清潔迷宮（祛除小鼠遺留的氣味避免干擾實驗結 果），方可進行測試實驗。觀察并記錄

①開放臂停留時間（OT）；

②進入封閉臂次數（CE），進入任一條封閉臂的次數，以鼠的4個爪子全部進入封閉臂內為準；

③封閉臂停留 時間（CT）

④經過中心區域的次數。記錄實驗數據并對兩組小鼠的實驗數據進行比較。[3]

二、結果與討論

（一）睡眠剝奪對小毛足鼠學習記憶能力的影響

自制迷宮實驗表明在經過一天的睡眠剝奪后，實驗組小鼠撞擊食物前的玻璃板次數比對照組小鼠的裝機次數明顯多，且差異顯著，而且根據實驗觀察到實驗組小鼠在裝置內的活動更頻繁，且會啃食箱子。具體實驗數據見表1。

（二）睡眠剝奪對小毛足鼠焦慮行為的影響

高架十字迷宮實驗表明在經過一天的睡眠剝奪后，實驗組小鼠在開放臂的停留時間明顯少于對照組小鼠在開放臂區域所停留的時間，相反的，實驗組小鼠在封閉臂區域的停留時間明顯長于對照組小鼠在封閉臂所停留的時間；實驗組小鼠經過中心區域的次數比對照組小鼠經過中心區域的次數略多，但差距不明顯，而且各組中小鼠的數據差異較大，參考價值有待商榷；實驗組小毛足鼠在封閉臂的直立次數明顯多于對照組小鼠在封閉臂的直立次數。由以上實驗結果表明，在經過轉輪睡眠剝奪后的小毛足鼠出現明顯焦慮，且有顯著差異。具體實驗數據見表2。

睡眠剝奪即限制受試者的睡眠時間至正常需要量以下。睡眠是生命必需的過程，是一種生物節律。睡眠剝奪可引起動物或人產生疲勞、激惹等不良的情緒狀態、思維紊亂、學習記憶受損，甚至抵抗力低下、累及兒童的生長發育。進一步的分子生物學研究結果顯示，睡眠剝奪可擾亂腦內神經遞質的正常分布，誘導某些異常基因的特異性表達，使腦內的神經網絡結構偏離平衡狀態。當前日益加快的生活節奏帶來了一些不健康的生活方式，越來越多的人們處于一種潛在的睡眠剝奪狀態，作為新興的“睡眠醫學”的一部分，睡眠剝奪已引起了全世界的極大關注。[4]

本實驗表明，突然給予小鼠十二小時的睡眠剝奪，只持續一天，可導致小鼠的學習記憶能力顯著下降，且睡眠剝奪后的小鼠焦慮行為明顯，此實驗結果顯示睡眠剝奪可對小鼠的焦慮行為有著較大影響。本實驗只是初探突然性的、短暫性的睡眠剝奪對小毛足鼠的學習記憶能力以及焦慮行為的影響，并未進行深層次的，有關其影響的具體作用的研究。經過分析，我們可以推測出睡眠剝奪對人體同樣具有巨大的損害。由此看來，睡眠對于我們是十分重要的，尤其是對于每天學習量大的少年兒童以及忙于工作的中青年人，切不能因過量工作或貪圖與手機玩耍而熬夜晚睡，改變作息時間。由此，我們類比中學生由于某種原因突然熬夜的情況，可得出若中學生在某一天突然熬夜，第二天會出現明顯的學習記憶能力下降，并且會伴隨著一定的焦慮，會導致第二天上學時聽課效率的下降，而且由于明顯的焦慮，可能會帶來一些生活上、與人交往上的問題，可見保持規律的作息時間對中學生的學習生活是有很大的益處的。充足的睡眠會使人的大腦更加清醒，做事更有效率，也有利于成長期兒童的生長發育。對于長時間熬夜者，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：

[1] 許志強 高長越 方傳勤 周華東 蔣曉江.睡眠剝奪對小鼠學習記憶和海馬pCREB水平的影響.《中華行為醫學與腦科學雜志》2010年5月第19卷第5期

[2]郭紅梅 陳秋霞 蔡立峰 彭燕華.睡眠剝奪對小鼠學習記憶和免疫功能的影響.《廣東教育學院報》2005年10月第25卷第5期

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

[4] 徐健 顏崇淮 沈曉明.睡眠剝奪損害學習記憶能力的研究.《中華預防醫學雜志》2004 年 3 月 第 38 卷第 2 期