小鼠T型迷宮空間學習模型的建立和教學拓展研究

楊先鋒 （安徽省廣德中學 安徽廣德 242200）

反射是動物學習和記憶的前提條件，學習是建立在反射結果的基礎上的。條件反射包括經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出的認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、特征及空間學習模式等相關知識點的學習，進行小鼠T型迷宮的空間學習模型拓展性研究，取得了滿意的教學效果。

1 材料與方法

1.1 實驗動物準備 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。實驗小鼠均由安徽醫科大學動物實驗中心提供。雌、雄小鼠分籠養殖。

1.2 實驗裝置 實驗采用的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）產品參數：使用了3個自動門控制動物進出通道，消除手動操作對動物的影響。針對視頻系統設計。每個臂的入口設計有雙傳感器，區別動物的探索和進入行為。在每個臂的末端設計有顆粒給食器和頭部伸入檢測器，可對動物行為進行強化。

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

2 實驗方法

2.1 動物模型的建立

1）訓練前 2 d，撫摸小鼠并將其放入T迷宮適應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）兩臂實驗條件設置：A臂碗內放置食物，B臂放置電刺激儀（50 v，50 mA）。

3）訓練實驗：將小鼠放入開始臂中，打開電刺激儀及所有閘門,記錄小鼠進入A臂的次數及進入B臂的次數,以及中間區停留時間。每只小鼠每天進行4次實驗,每次間隔20 min，連續刺激5 d（圖2）。

圖2 小鼠實驗訓練模式圖

2.2 問卷調查 對測試班級共108名學生進行問卷調查，記錄學生對拓展性實驗的感興趣情況及滿意度。

3 統計學分析

本實驗研究數據通過SPSS21.0統計學專業軟件進行分析，其中計數資料采用卡方檢驗分析，計量資料采用t檢驗分析。圖表通過GraphPad 5.01統計學專業軟件進行繪制。檢驗結果以α=0.05為檢驗標準，P＜0.05認為差異有統計學意義。

4 實驗結果

4.1 電刺激前、后A臂進入百分比、B臂進入百分比的比較 進行電刺激及食物獎勵性刺激后，小鼠進入A臂的次數逐漸增加，而進入B臂的次數逐漸減小，其比較具有統計學意義，P＜0.05。小鼠受電刺激及食物刺激影響，進入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 拓展性實驗后學生滿意度情況調查 進行拓展性實驗后，通過無記名問卷調查，共發放問卷108份，實收問卷108份，無效問卷2份，其中對本拓展性實驗非常滿意者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 拓展性實驗后學生滿意度情況調查

5 討論

行為學實驗是研究藥物或反射對動物學習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行推測，故只能根據可觀察到的刺激反應推測動物腦內發生的過程。學習、記憶實驗方法的基礎是條件反射，各種各樣的方法均由此衍化。空間學習模型的基礎依然是反射，空間學習能力的形成與海馬結構及其突觸可塑性有關，并與多種信號通路有關［3］。空間學習是一種較為高級的學習形式，是通過復雜而有序的信號傳導在大腦皮層上的完整有效的反射弧而建立的。近年來對空間學習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典實驗模型，可通過建立地迷宮及水迷宮進行空間記憶研究［4］。T迷宮實驗是另一種常見的研究動物空間學習記憶能力的實驗模型，通過T迷宮實驗可研究動物的空間學習能力及認知功能情況［5-6］。

條件反射的建立是動物空間學習能力的基礎，是在非條件反射的基礎上，通過學習和體驗外界刺激，在大腦皮層參與下建立起來的高級神經反射活動［7］。通過暗箱、迷宮等建立相應的條件反射動物模型，應用于國、內外實驗研究和評價，是重要的實驗學方法［8］。目前，國內、外多數通過懲罰性刺激建立條件反射模型，而本研究同時采用懲罰性刺激和獎勵性刺激進行模型誘導。本研究在中學教材巴普洛夫經典條件反射實驗的基礎上，引導學生進行拓展性研究設計，通過利用T型迷宮建立小鼠空間學習記憶模型。

本研究發現實驗開始時，對于小鼠來說電刺激和食物刺激尚未形成條件反射，小鼠進入A臂和B臂的幾率相等，隨著持續的外界刺激的強化，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，小鼠進入A臂次數百分比分別為90%和95%，較刺激前存在明顯差異（其P＜0.05），小鼠空間學習記憶模型建模成功。本研究同時將獎勵性刺激和懲罰性刺激引入實驗，強化了小鼠的外界刺激，加快了小鼠有效條件反射的建立。同時本研究發現，學生在進行拓展性實驗研究時，更滿意這樣開放式的學習模式，具有較好的滿意度，總體滿意度為98.11%。而且，在進行拓展性實驗的同時，將教材的知識點進行融會貫通，能讓學生在試驗中更加有效地進行知識的梳理和記憶。通過拓展性實驗進行教學，是將傳統的被動學習轉變為主動學習模式，學生在本身接受知識的主觀情緒上會具備更好的接受狀態，這樣進行的知識學習會更加有效和更具備應用性。

綜上所述，通過懲罰性刺激和獎勵性刺激進行小鼠T型迷宮實驗，成功建立了小鼠空間學習記憶模型，同時通過拓展性實驗學習，使學生獲得更好的學習體驗，有助于知識的掌握和應用。應在教學過程中推薦進行基于教材的拓展性實驗教學。