小鼠T型迷宫空间学习模型的建立和教学拓展研究

杨先锋 （安徽省广德中学 安徽广德 242200）

反射是动物学习和记忆的前提条件，学习是建立在反射结果的基础上的。条件反射包括经典的条件反射和操作条件反射，而操作性条件反射又包括奖励性操作式条件反射和惩罚性操作式条件反射［1］。奖励性操作式条件反射主要包括刺激信号、操作主体和物质奖励，研究通过观察动物在操作测试箱中的行为研究动物所表现出的认知功能和行为功能的变化［2］。本研究为了深化对条件反射的形成条件、特征及空间学习模式等相关知识点的学习，进行小鼠T型迷宫的空间学习模型拓展性研究，取得了满意的教学效果。

1 材料与方法

1.1 实验动物准备 购买4周龄（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，其体重分布在20.3～30.7 g，中位体重为（25.5±1.2）g。实验小鼠均由安徽医科大学动物实验中心提供。雌、雄小鼠分笼养殖。

1.2 实验装置 实验采用的T型迷宫为红外视频检测小鼠T迷宫MED-TMMN-BL，购自上海赞德仪器有限公司（图1）。

图1 小鼠T型迷宫示例图

1）产品参数：使用了3个自动门控制动物进出通道，消除手动操作对动物的影响。针对视频系统设计。每个臂的入口设计有双传感器，区别动物的探索和进入行为。在每个臂的末端设计有颗粒给食器和头部伸入检测器，可对动物行为进行强化。

2）系统组成：T型连接器，2个 14.5"跑道，末端带有14 mg颗粒给食器和头部伸入检测器；1个12"跑道，末端带有14 mg颗粒给食器和头部伸入检测器；每个臂的入口设有2个红外光电传感器；3个自动升降门。

2 实验方法

2.1 动物模型的建立

1）训练前 2 d，抚摸小鼠并将其放入T迷宫适应10 min，在迷宫两臂碗里放入食物，待小鼠取食完毕后将其取出。

2）两臂实验条件设置：A臂碗内放置食物，B臂放置电刺激仪（50 v，50 mA）。

3）训练实验：将小鼠放入开始臂中，打开电刺激仪及所有闸门,记录小鼠进入A臂的次数及进入B臂的次数,以及中间区停留时间。每只小鼠每天进行4次实验,每次间隔20 min，连续刺激5 d（图2）。

图2 小鼠实验训练模式图

2.2 问卷调查 对测试班级共108名学生进行问卷调查，记录学生对拓展性实验的感兴趣情况及满意度。

3 统计学分析

本实验研究数据通过SPSS21.0统计学专业软件进行分析，其中计数资料采用卡方检验分析，计量资料采用t检验分析。图表通过GraphPad 5.01统计学专业软件进行绘制。检验结果以α=0.05为检验标准，P＜0.05认为差异有统计学意义。

4 实验结果

4.1 电刺激前、后A臂进入百分比、B臂进入百分比的比较 进行电刺激及食物奖励性刺激后，小鼠进入A臂的次数逐渐增加，而进入B臂的次数逐渐减小，其比较具有统计学意义，P＜0.05。小鼠受电刺激及食物刺激影响，进入A臂的趋势逐渐上升，后趋于缓和（表1，图3）。

表1 电刺激前、后小鼠进入A臂、B臂情况比较

图3 电刺激前后小鼠行为变化趋势图

4.2 拓展性实验后学生满意度情况调查 进行拓展性实验后，通过无记名问卷调查，共发放问卷108份，实收问卷108份，无效问卷2份，其中对本拓展性实验非常满意者38人，满意者49人，基本满意者17人，总体满意度为98.11%（表2）。

表2 拓展性实验后学生满意度情况调查

5 讨论

行为学实验是研究药物或反射对动物学习记忆能力的一种方法。由于动物的心理过程需要通过行为进行推测，故只能根据可观察到的刺激反应推测动物脑内发生的过程。学习、记忆实验方法的基础是条件反射，各种各样的方法均由此衍化。空间学习模型的基础依然是反射，空间学习能力的形成与海马结构及其突触可塑性有关，并与多种信号通路有关［3］。空间学习是一种较为高级的学习形式，是通过复杂而有序的信号传导在大脑皮层上的完整有效的反射弧而建立的。近年来对空间学习模型的研究越来越多，迷宫模型是动物操作性条件反射的经典实验模型，可通过建立地迷宫及水迷宫进行空间记忆研究［4］。T迷宫实验是另一种常见的研究动物空间学习记忆能力的实验模型，通过T迷宫实验可研究动物的空间学习能力及认知功能情况［5-6］。

条件反射的建立是动物空间学习能力的基础，是在非条件反射的基础上，通过学习和体验外界刺激，在大脑皮层参与下建立起来的高级神经反射活动［7］。通过暗箱、迷宫等建立相应的条件反射动物模型，应用于国、内外实验研究和评价，是重要的实验学方法［8］。目前，国内、外多数通过惩罚性刺激建立条件反射模型，而本研究同时采用惩罚性刺激和奖励性刺激进行模型诱导。本研究在中学教材巴普洛夫经典条件反射实验的基础上，引导学生进行拓展性研究设计，通过利用T型迷宫建立小鼠空间学习记忆模型。

本研究发现实验开始时，对于小鼠来说电刺激和食物刺激尚未形成条件反射，小鼠进入A臂和B臂的几率相等，随着持续的外界刺激的强化，小鼠逃离电刺激、趋向食物刺激的情况越明显，在第4天、第5天，小鼠进入A臂次数百分比分别为90%和95%，较刺激前存在明显差异（其P＜0.05），小鼠空间学习记忆模型建模成功。本研究同时将奖励性刺激和惩罚性刺激引入实验，强化了小鼠的外界刺激，加快了小鼠有效条件反射的建立。同时本研究发现，学生在进行拓展性实验研究时，更满意这样开放式的学习模式，具有较好的满意度，总体满意度为98.11%。而且，在进行拓展性实验的同时，将教材的知识点进行融会贯通，能让学生在试验中更加有效地进行知识的梳理和记忆。通过拓展性实验进行教学，是将传统的被动学习转变为主动学习模式，学生在本身接受知识的主观情绪上会具备更好的接受状态，这样进行的知识学习会更加有效和更具备应用性。

综上所述，通过惩罚性刺激和奖励性刺激进行小鼠T型迷宫实验，成功建立了小鼠空间学习记忆模型，同时通过拓展性实验学习，使学生获得更好的学习体验，有助于知识的掌握和应用。应在教学过程中推荐进行基于教材的拓展性实验教学。