蟋蟀视觉的联合学习与记忆能力研究

2013-04-13桂英莲

科技视界 2013年36期

桂英莲

(沈阳师范大学，辽宁沈阳 110034)

0 引言

学习与记忆是人脑的重要功能，昆虫的脑被称为“微小脑”也具有学习记忆能力[1]利用动物学习记忆模型对记忆的形成过程进行研究，是研究记忆的重要手段。近年来，许多昆虫作为模式动物用来研究学习记忆机理，如,20世纪六七十年代人们发现蜜蜂具有良好的视觉学习记忆功能，并且能够进行颜色分辨，能步行通过相对简单的迷宫，并对T型迷宫中的颜色产生依赖反应，有时又能准确的将环境刺激如颜色和气味和蜂巢联合起来[2-4]；1990年，Stenven de Belle研究了果蝇的学习记忆能力，认为果蝇的蕈形体参与嗅觉和视觉记忆忆[5]后来研究表明果蝇利用蕈形体的第一层结构来分辨具有不同角度信息的图形，而利用蕈形体的第五层结构分辨具有不同重心高度的图形；2000年，Matsumoto Y与Mizunami M对双斑蟋进行操作式训练，发现经过3次短期训练，就能够形成记忆并维持2到7天，对其嗅觉进行研究也发现蟋蟀一次嗅觉联合学习训练，就能够形成对气味的记忆，并且能够通过再次学习训练替换之前的记忆，显示了蟋蟀还具有容易刷新以前联合记忆的能力[6]。

本实验用行为学的研究方法，采取单次长时联合学习训练方式，对双斑蟋视觉的自主联合学习记忆能力做进一步研究。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

使用实验室内人工饲养繁殖的隶属于昆虫纲 (Insecta)直翅目(Orthoptera)蟋蟀科(Gryllidae)蟋蟀属(Phonarellus)的双斑蟋(Gryllus bimachlatus)的成熟后1～2周后成虫。人工饲养条件为光暗周期12:12，饲料为人工饲料。实验使用5只对照组，20只实验组。

1.2 实验装置

如图所示实验装置:两块瓷砖60cm，在一块瓷砖上缠有电阻丝，与变压器构成通路，通电后变压器能够通过调节电压而达到所需要的高温，靠近边缘留有常温部分，电阻丝上铺有苫布，保证温度均匀，在两块瓷砖上切出培养皿大小的圆，使培养皿放入，并放入冰块保证了常温部分，用硬纸板支撑圆筒状当做实验场所的墙壁，白纸铺在瓷砖上。实验装置需要提前40分钟预热后才可使用。实验时纸盒边缘切在温凉区的圆上。

1.3 联合学习训练方法

1.3.1 对照组

对照组有 5只蟋蟀，编号对照 1，2，3，4，5，先将 1号放入实验装置内，尽量放置中央，使其自由寻找温凉区，放下蟋蟀时开始计时，计时5分钟，蟋蟀寻找到目标位置，在那停留30S算一个实验结束，如果经历5分钟，还没有找到目标地或虽然找到，但停留时间在五分钟之内每次都不到30S则用烧杯将蟋蟀放在目标位置即温凉区30S，后取出放置2分钟，再重新进行实验，直到蟋蟀在五分钟之内找到目标位置停留30S为止。记录每次蟋蟀停留和离开的时间。其余的蟋蟀都如此做实验，空白实验1次，训练4次，也就是说每只蟋蟀都要进行五次实验，五次都是在温凉区停留30秒以上才行。过24小时以后检测蟋蟀训练后的结果一次，记录找到并停留30秒以上的时间。

1.3.2 实验组

实验组有20只蟋蟀，编号实验1，2，3…至20，在纸盒壁上在温凉区的上方粘贴明暗相间的条纹，然后按照对照组的实验方法去做，后进行数据记录与处理。

1.4 实验结果

对照组中显示的数据在100到200秒找到的时间比较多，而实验组中显示的数据在0到150秒找到的数据比较多。所以初步认为有视觉学习能力。

图1 对照组5只蟋蟀进行实验的结果的时间柱形图

图2 实验组20只蟋蟀进行实验的结果的时间柱型图

现初步观察，有些蟋蟀在放入实验装置时，首先先在原地停留30秒到一分钟，后开始寻找温凉区，而有些蟋蟀直接开始寻找；有些蟋蟀寻找温凉区时一遍遍的转圈，而有些蟋蟀可以直接找到目标处，经观察实验组比对照组找到温凉区的时间短，且找到后有些在周围打转，然后呆在温凉区不动，有些直接找到温凉区后，并不打转，就驻足在那。过24小时检测时，有些蟋蟀没有训练时找得好了。我们得初步的实验结论：蟋蟀具有视觉联想学习行为；在蟋蟀被训练24小时后，蟋蟀的记忆力减退。

由于本次实验的蟋蟀数量少所限制，在实验中所用的蟋蟀也不排除特殊情况，而且需要更多的数据来证明，所以实验结果还有待进一步验证。实验中还有一些未考虑的问题，例如：蟋蟀自身的排泄物是否也是蟋蟀找到常温处的一个讯号，与环境因素即实验的时间，当时的温度气候有关，等等。还需要大量蟋蟀进一步实验，才能得出更准确的实验结果。