本實驗由美國科學家 Richard GM Morris 于 1981 年建立。最初用于研究腦內結構對學習和記憶的調節作用，后來逐步發展成為目前最為常用的評價動物學習與記憶的模型。這一實驗的基礎是，嚙齒類動物在水中有強烈的逃避水環境的動機，并以最快、最直接的途徑逃離水環境。學會逃避水環境的過程體現動物的學習能力；根據周圍環境進行空間定位，有目的地游往水中安全的地方（平臺），體現動物的空間記憶能力。

 

（一） 實驗設備

實驗用大鼠或小鼠進行。大鼠水迷宮實驗設備由上海欣軟信息科技有限公司（www.softmaze.com）制造，包括一個灰色或黑色圓形水池（直徑 160cm，高 55cm；小鼠規格尺寸減半）、一個平臺（直徑 10cm）、一臺跟蹤攝像機以及攝像機相聯的計算機（圖 25-1）。池內盛水，深 50cm，水溫為攝氏 22~24℃。平臺置于水面下 2cm（小鼠為 1cm）。在水中加入奶粉或牛奶將水攪渾以免讓動物看清水下平臺。攝像機位于水池中央上方 200cm，可記錄動物的位置、游泳距離和時間（從而可計算出游泳速度）以及游泳路徑等。房間周圍墻壁上貼上色彩鮮明、形狀不同的圖畫用為迷宮外暗示（extra-maze cues）。

 

（二） 實驗方法 分獲得性訓練、探查和對位訓練 3 個過程。

1．獲得性訓練（Acquisition phase）理論上將水池分為 4 個象限，平臺置于其中一個象限區的中央。

（1） 將動物（大鼠或小鼠）頭朝池壁放入水中，放入位置隨機取東、西、南、北四個起始位置之一。記錄動物找到水下平臺的時間（s）。在前幾次訓練中，如果這個時間超過 60s，則引導動物到平臺。讓動物在平臺上停留 10s.

（2） 將動物移開、擦干。必要時將動物（尤其是大鼠）放在 150W 的白熾燈下烤 5min，放回籠內。每只動物每天訓練 4 次，兩次訓練之間間隔 15~20min,連續訓練 5d。

2．探查訓練(probe trial 1)最后一次獲得性訓練結束后的第二天，將平臺撤除，開始60s 的探查訓練。將動物由原先平臺象限的對側放入水中。記錄動物在目標象限（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。

3．對位訓練（reveral phase）測定動物的工作記憶（working memory）。探查訓練結束后的第二天，開始維持 4 天的對位訓練。將平臺放在原先平臺所在象限的對側象限，方法與獲得性訓練相同。每天訓練 4 次。每次記錄找到平臺的時間和游泳距離以及游泳速度。4．對位探查訓練（probe trial 2）最后一次對位訓練的第二天進行。方法與上述探查訓練類似。記錄動物 60s 內動物在目標象限（平臺第二次所在區）所花時間和進入該區的次數。

 

（三） 注意事項

1．對比食物驅動的模型（如放射臂迷宮），水迷宮實驗的最大優點在于，動物具有更大的、逃離水環境的動機。而且不必禁食，特別適合老年動物的測試。加上它對衰老引起的記憶減弱尤其敏感，因此，水迷宮最常用于老年動物記憶的研究。

2．如用小鼠，除游泳池尺寸約為大鼠的 50%以外，平臺直徑也較少（7.5cm）。實驗方法與大鼠類似，但訓練周期較短。一般獲得性訓練 3 天共訓 16 次（第一天 4 次，后兩天每天 6次；兩次訓練之間的間隔 5~10min，第四天為探查訓練，第五、六天為對位訓練，每天訓練六次，第七天為第二次探查訓練。

3.如用肉眼觀察，在所有試驗過程中試驗著始終坐在同一位置，距離泳池最近的邊緣約60cm。

4．每天在固定時間測試。操作輕柔，避免不必要的應激刺激。

5．當與其他同類實驗相比較時，要注意到動物的性別、品系、泳池的尺寸和水溫等多種因素對實驗結果的影響。此外，當以游泳速度作為觀察指標時，要考慮到動物的體重、年齡以及骨骼肌發育狀況等對游泳速度可能造成影響。

6．用老年動物進行實驗時，應確認動物的游泳能力和視力不因年齡增大而影響行為操作。其方法如下：將平臺露出水面以使動物能夠看見平臺。動物放入泳池后如毫無困難地直接游向平臺，說明動物的游泳能力和視力均正常，可以開始實驗。

7．游泳對動物是一個較大的應激刺激，可引起神經內分泌的變化。這些變化可能對實驗結果造成干擾。對老年動物，嚴重時可誘發心血管疾病而導致卒中甚至死亡。因此，必要時可將動物多次放入泳池或適當延長其游泳時間以增加動物對游泳的適應能力。

8．當用牛奶或奶粉攪渾泳池的水時，要定期換水以免水腐敗變質；如用白漆達到同樣目的時，必須確保白漆對動物沒有毒性。

 

二、放射臂迷宮(八臂迷宮)

八臂迷宮（放射臂迷宮（radial arm maze））實驗也是最為常用的評價動物學習記憶能力的模型之一，由 Olton 等人于 20 世紀 70 年代中期建立。其基本依據是，控制進食的動物受食物的驅使對迷宮各臂進行探究；經過一定時間的訓練，動物可記住食物在迷宮中的空間位置。該方法可同時測定動物的工作記憶（working memory）和參考記憶（reference memory）。所用動物包括大鼠、小鼠和鴿子。這一模型對腦區毀損和多種藥物均很敏感。后者包括乙醇、東###（抗膽堿能藥）和 MK-801(NMDA 受體拮抗劑)等。

 

（一） 實驗設備

實驗多數采用八臂放射迷宮，也有采用 十二臂或者二十四臂迷宮。這里介紹上海欣軟信息科技有限公司生產的八臂迷宮。每個臂長 41.9cm，寬11.4cm，高 10.1cm；其上有一透明蓋，兩側各有兩個相對的光電管。迷宮中央八角形區的直徑為 27.4cm；上有一透明頂蓋。中央區通往各臂的入口處有一活動門，用來對動物的出入臂進行控制。迷宮與計算機相聯。也可用攝像跟蹤系統（video tracking system）取代光電管來記錄動物在迷宮內的活動行為。放置迷宮的房間內有一些外部暗示（extramaze cues）。動物在迷宮內可以看見這些暗示，并借此進行空間定位。實驗用大鼠或小鼠進行。

 

（二）實驗方法

1．動物適應實驗環境 1 周后，稱重，禁食 24 小時。此后每天訓練結束后限制性地給予正常食料（據體重同，大鼠 16-20g，小鼠 2-3g），以使體重保持在正常進食大鼠的 80%~85%。

2．第二天，迷宮各臂及中央區分撒著食物顆粒（每只 4~5 粒，直徑約 3~4mm）。然后，同時將 4 只動物置于迷宮中央（通往各臂的門打開）。讓其自由攝食、探究 10min。

3．第三天，重復第二天的訓練。這一過程讓動物在沒有很強的應激條件下熟悉迷宮環境。

4．第四天起，動物單個進行訓練：在每個臂靠近外端食盒處各放一顆食粒，讓動物自由攝食。食粒吃完或 10min 后將動物取出。

5．第五天，將食物放在食盒內，重復前一天的訓練，一天 2 次。

6．第六天以后，隨機選 4 個臂，每個臂放一顆食粒；各臂門關閉，將動物放在迷宮中央；30s 后，臂門打開，讓動物在迷宮中自由活動并攝取食粒，直到動物吃完所有 4 個臂的食粒。如經 10min 食粒仍未吃完，則實驗終止。每天訓練兩次，其間間隔 1h 以上。

記錄以下 4 個指標：1工作記憶錯誤（working memory errors）,即在同一次訓練中動物再次進入已經吃過食粒的臂；2參考記憶錯誤（reference memory errors ），即動物進入不曾放過食粒的臂； 總的入臂次數； 測試時間，即動物吃完所有食粒所花的時間。此外，計算機還可記錄動物在放射臂內及中央區的活動情況，包括運動距離和運動時間等。連續 5次訓練的工作記憶錯誤為零、參考記憶錯誤不超過 1 次時，可以開始藥物測試或腦內核團結構毀損實驗。一般先給溶劑（如生理鹽水），再給削弱記憶的藥物（如東MK-801 等），然后加用增強記憶的藥物，劑量由低到高。

 

(三） 計算與數據分析

用兩個指標評價動物的記憶，即工作記憶錯誤頻率（frequency of working memory errors） 和參考記憶錯誤頻率（frequency of reference memory errors） ,分別等于工作記憶錯誤或參考記憶錯誤與總的入臂次數的比率。用這兩個指標分別評價工作記憶與參考記憶。同時，計算平均探究時間（average exploration time）,即測試時間與總的入臂次數之比，為評價一般運動活性的指標。根據毀損的腦區結構或所給削弱記憶的藥物的不同，工作記憶錯誤頻率和/或參考記憶錯誤頻率顯著增高，記憶增強藥物或治療可使這種錯誤頻率降低。

 

（四） 注意事項

1． 小鼠放射迷宮設備和實驗程序與大鼠類似，但迷宮規格應比大鼠迷宮小 1/4~1/2，以免增加小鼠行為操作難度。

2． 本實驗也可只用來測定工作記憶。方法中唯一不同的是，在所有放射臂均放置食粒，而不是只選 4 個臂放置食粒。

3． 慢性應激對動物的迷宮操作可產生影響，且存在性別差異。經過慢性應激以后，雄性大鼠記憶力減弱，表現為記憶錯誤頻率增加；雄性大鼠的空間記憶反而增強，表現為錯誤頻率減少。

4． 即使在限制進食條件下，也應讓大鼠體重每周增加 5g，以免動物因營養不良而患病。剔除身體狀態不良的動物。

5． 迷宮周圍的任何一件物品均可被動物用來作為空間定為的標志。去除或移動這些標志可能使動物操作困難并降低迷宮臂選擇的準確性。

6． 根據實驗目的的不同迷宮放射臂的數目可不同，包括 8、16、24、32、40 和 48 臂迷宮。迷宮臂越少要求動物記住探究過的臂也越小，動物的行為操作就越簡單。增加臂的數目一方面增加了對動物空間記憶的要求，另一方面也引入了更多的、有必要考慮的干擾因素（例如過去的迷宮學習對目前所測記憶的影響）。所以，通常使用 8 臂放射迷宮，既可減少不必要的、過多臂的干擾，又可縮短訓練和測試所花的時間。

7． 所用食物通常為小塊的、帶巧克力味（動物最喜歡的味道之一）或甜味的早餐圈（每塊 10mg）；也可用液體食物（如巧克力奶或水）。后者對于測試某些影響動物對固體食物吞咽的藥物（如東###）尤為實用。

8． 影響動物迷宮操作主要有兩大因素：對迷宮或觀察者的恐懼與動物探究習性和已知放在迷宮臂內食物的驅使。恐懼因素過強會阻止動物的迷宮操作，使動物始終停留在迷宮的某一個地方而不去探究。缺乏對食物的渴求也會產生類似結果，增加對動物的撫摸，必要時加高迷宮臂的側墻，有助于減少動物的恐懼。如食物的驅使作用不足，可減少食物量，但必須同時監測體重和一般身體狀況。通常大鼠體重不應低于禁食前的80%；對多數大鼠，體重降低 15%即可。

9． 與水迷宮不同，放射臂迷宮適合反復測試或長期記憶的測試。一般認為，工作記憶代表短期記憶，參考記憶代表長期記憶。