淺析巴恩斯迷宮的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案
一、實(shí)驗(yàn)原理
在神經(jīng)科學(xué)研究中，有時(shí)科學(xué)家會(huì)開(kāi)發(fā)新的技術(shù)來(lái)研究特定的認(rèn)知結(jié)果。學(xué)習(xí)和記憶對(duì)于人類非常重要，特別是在腦損傷或阿爾茨海默病的背景下。因此，使用老鼠等非人類動(dòng)物進(jìn)行記憶測(cè)試，科學(xué)家可以更容易地測(cè)試新藥物是否能夠治療失憶癥。
巴恩斯迷宮就是這樣一種測(cè)試方法。這是一種行為學(xué)測(cè)試，因?yàn)槔鲜蠡蛐∈蟊环湃朊詫m中，它們的表現(xiàn)會(huì)被記錄下來(lái)。迷宮本身是一個(gè)大圓平臺(tái)，周?chē)腥舾砷g隔均勻的孔，巴恩斯迷宮可能有二十到四十個(gè)孔。其中一個(gè)孔有一個(gè)與之相連的小隧道，允許動(dòng)物離開(kāi)迷宮。這就是出口。老鼠被放在巴恩斯迷宮的中間，記錄它的位置，并記錄它到達(dá)包含隧道的孔所需的時(shí)間。
在研究設(shè)計(jì)方面，迷宮上花費(fèi)的時(shí)間被視為因變量。
動(dòng)物還會(huì)看到一些視覺(jué)線索，這有助于動(dòng)物將自己定位到周?chē)h(huán)境中。這些都可以從迷宮中心看到。其中一些視覺(jué)線索可能包括呈現(xiàn)不同顏色的形狀，如墻上的海報(bào)。
記憶是一種復(fù)雜的認(rèn)知功能，有許多不同的形式。在巴恩斯迷宮中評(píng)估的主要記憶類型稱為空間或?qū)Ш接洃�。�?dǎo)航記憶是一種記憶類型，它允許動(dòng)物將空間中的某個(gè)位置（相對(duì)于某些視覺(jué)線索，例如）與出口關(guān)聯(lián)起來(lái)。如果動(dòng)物具有良好的空間導(dǎo)航記憶，它們將在迷宮上表現(xiàn)得更好（花費(fèi)更少的時(shí)間直到出口）。
巴恩斯迷宮利用了小獵物哺乳動(dòng)物（如老鼠和小鼠）固有的一種行為�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些動(dòng)物對(duì)開(kāi)闊空間表現(xiàn)出自然的回避行為。在野外，開(kāi)闊的空間（如空草地）對(duì)這些動(dòng)物來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的環(huán)境。空中的捕食者，如鷹或貓頭鷹，更容易發(fā)現(xiàn)它們的獵物，如果周?chē)鷽](méi)有掩護(hù)物。自然而然，老鼠和小鼠會(huì)被吸引到較暗或更封閉的空間，例如樹(shù)洞或地下隧道。
在巴恩斯迷宮中，這些自然行為受到測(cè)試。迷宮中心通常很亮，類似于草地。逃生隧道四面被圍繞，類似于地下隧道。因此，動(dòng)物傾向于盡快找到隧道，因?yàn)檫@提供了安全感。因此，巴恩斯迷宮提供了很好的行為生態(tài)學(xué)效度，因?yàn)樗M了動(dòng)物在野外可能尋找的東西。
二、巴恩斯迷宮與莫里斯水迷宮的比較
巴恩斯迷宮與另一種用于評(píng)估導(dǎo)航記憶的行為測(cè)試——莫里斯水迷宮相似。在莫里斯水迷宮中，動(dòng)物被放置在充滿不透明水的游泳池中，出口是隱藏在水面下的一個(gè)平臺(tái)。與巴恩斯迷宮類似，周?chē)h(huán)境包含各種視覺(jué)線索，幫助動(dòng)物形成空間記憶。隨著時(shí)間和實(shí)踐的增加，動(dòng)物開(kāi)始更快地找到出口。
巴恩斯迷宮的優(yōu)勢(shì)在于它是一項(xiàng)干燥的陸地測(cè)試。一些實(shí)驗(yàn)范式需要使用電子設(shè)備，如嵌入式刺激探針、顱窗攝像頭或微小的電生理設(shè)備。在這些實(shí)驗(yàn)中，水會(huì)導(dǎo)致設(shè)備短路的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于巴恩斯迷宮完全是干燥的，對(duì)電子設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)較小。
巴恩斯迷宮的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于它不需要像游泳那樣高強(qiáng)度的身體素質(zhì)。莫里斯水迷宮要求動(dòng)物能夠潛水潛在的幾分鐘，這可能引入另一個(gè)混雜變量。在巴恩斯迷宮中行走和探索較為簡(jiǎn)單，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂诟信d趣的變量，即空間導(dǎo)航學(xué)習(xí)。
在巴恩斯迷宮和莫里斯水迷宮上的表現(xiàn)依賴于大腦結(jié)構(gòu)中的回環(huán)路，稱為海馬體。已知海馬體損傷會(huì)干擾空間記憶的形成。對(duì)海馬體進(jìn)行手術(shù)切除會(huì)確切地影響這兩項(xiàng)任務(wù)的表現(xiàn)，導(dǎo)致老鼠或小鼠找到出口的速度較慢，即使進(jìn)行了多次試驗(yàn)后仍然如此。
三、 巴恩斯迷宮實(shí)驗(yàn)方案
雖然不同的研究團(tuán)隊(duì)可能采用略有不同的實(shí)驗(yàn)方案，以下是Pitts等人（2015年）描述的其中一種。
在神經(jīng)科學(xué)研究中，有時(shí)科學(xué)家會(huì)開(kāi)發(fā)新的技術(shù)來(lái)研究特定的認(rèn)知結(jié)果。學(xué)習(xí)和記憶對(duì)于人類非常重要，特別是在腦損傷或阿爾茨海默病的背景下。因此，使用老鼠等非人類動(dòng)物進(jìn)行記憶測(cè)試，科學(xué)家可以更容易地測(cè)試新藥物是否能夠治療失憶癥。
巴恩斯迷宮就是這樣一種測(cè)試方法。這是一種行為學(xué)測(cè)試，因?yàn)槔鲜蠡蛐∈蟊环湃朊詫m中，它們的表現(xiàn)會(huì)被記錄下來(lái)。迷宮本身是一個(gè)大圓平臺(tái)，周?chē)腥舾砷g隔均勻的孔，巴恩斯迷宮可能有二十到四十個(gè)孔。其中一個(gè)孔有一個(gè)與之相連的小隧道，允許動(dòng)物離開(kāi)迷宮。這就是出口。老鼠被放在巴恩斯迷宮的中間，記錄它的位置，并記錄它到達(dá)包含隧道的孔所需的時(shí)間。
在研究設(shè)計(jì)方面，迷宮上花費(fèi)的時(shí)間被視為因變量。
動(dòng)物還會(huì)看到一些視覺(jué)線索，這有助于動(dòng)物將自己定位到周?chē)h(huán)境中。這些都可以從迷宮中心看到。其中一些視覺(jué)線索可能包括呈現(xiàn)不同顏色的形狀，如墻上的海報(bào)。
記憶是一種復(fù)雜的認(rèn)知功能，有許多不同的形式。在巴恩斯迷宮中評(píng)估的主要記憶類型稱為空間或?qū)Ш接洃�。�?dǎo)航記憶是一種記憶類型，它允許動(dòng)物將空間中的某個(gè)位置（相對(duì)于某些視覺(jué)線索，例如）與出口關(guān)聯(lián)起來(lái)。如果動(dòng)物具有良好的空間導(dǎo)航記憶，它們將在迷宮上表現(xiàn)得更好（花費(fèi)更少的時(shí)間直到出口）。
巴恩斯迷宮利用了小獵物哺乳動(dòng)物（如老鼠和小鼠）固有的一種行為�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些動(dòng)物對(duì)開(kāi)闊空間表現(xiàn)出自然的回避行為。在野外，開(kāi)闊的空間（如空草地）對(duì)這些動(dòng)物來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的環(huán)境。空中的捕食者，如鷹或貓頭鷹，更容易發(fā)現(xiàn)它們的獵物，如果周?chē)鷽](méi)有掩護(hù)物。自然而然，老鼠和小鼠會(huì)被吸引到較暗或更封閉的空間，例如樹(shù)洞或地下隧道。
在巴恩斯迷宮中，這些自然行為受到測(cè)試。迷宮中心通常很亮，類似于草地。逃生隧道四面被圍繞，類似于地下隧道。因此，動(dòng)物傾向于盡快找到隧道，因?yàn)檫@提供了安全感。因此，巴恩斯迷宮提供了很好的行為生態(tài)學(xué)效度，因?yàn)樗M了動(dòng)物在野外可能尋找的東西。
二、巴恩斯迷宮與莫里斯水迷宮的比較
巴恩斯迷宮與另一種用于評(píng)估導(dǎo)航記憶的行為測(cè)試——莫里斯水迷宮相似。在莫里斯水迷宮中，動(dòng)物被放置在充滿不透明水的游泳池中，出口是隱藏在水面下的一個(gè)平臺(tái)。與巴恩斯迷宮類似，周?chē)h(huán)境包含各種視覺(jué)線索，幫助動(dòng)物形成空間記憶。隨著時(shí)間和實(shí)踐的增加，動(dòng)物開(kāi)始更快地找到出口。
巴恩斯迷宮的優(yōu)勢(shì)在于它是一項(xiàng)干燥的陸地測(cè)試。一些實(shí)驗(yàn)范式需要使用電子設(shè)備，如嵌入式刺激探針、顱窗攝像頭或微小的電生理設(shè)備。在這些實(shí)驗(yàn)中，水會(huì)導(dǎo)致設(shè)備短路的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于巴恩斯迷宮完全是干燥的，對(duì)電子設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)較小。
巴恩斯迷宮的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于它不需要像游泳那樣高強(qiáng)度的身體素質(zhì)。莫里斯水迷宮要求動(dòng)物能夠潛水潛在的幾分鐘，這可能引入另一個(gè)混雜變量。在巴恩斯迷宮中行走和探索較為簡(jiǎn)單，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂诟信d趣的變量，即空間導(dǎo)航學(xué)習(xí)。
在巴恩斯迷宮和莫里斯水迷宮上的表現(xiàn)依賴于大腦結(jié)構(gòu)中的回環(huán)路，稱為海馬體。已知海馬體損傷會(huì)干擾空間記憶的形成。對(duì)海馬體進(jìn)行手術(shù)切除會(huì)確切地影響這兩項(xiàng)任務(wù)的表現(xiàn)，導(dǎo)致老鼠或小鼠找到出口的速度較慢，即使進(jìn)行了多次試驗(yàn)后仍然如此。
三、 巴恩斯迷宮實(shí)驗(yàn)方案
雖然不同的研究團(tuán)隊(duì)可能采用略有不同的實(shí)驗(yàn)方案，以下是Pitts等人（2015年）描述的其中一種。
- TSE Systems的巴恩斯迷宮裝置是一個(gè)圓形的白色平臺(tái)，周?chē)?0個(gè)等距分布的孔。其中一個(gè)孔被設(shè)計(jì)為出口通道，這個(gè)出口通道不會(huì)改變。
- 將小鼠放置在平臺(tái)中央，觀察3分鐘內(nèi)動(dòng)物找到出口所用的時(shí)間，并記錄下來(lái)。如果它們找不到出口，它們將被放置在出口處15秒鐘。
- 這一過(guò)程每天重復(fù)兩次，總共進(jìn)行10天。
- 來(lái)自兩個(gè)不同組的數(shù)據(jù)使用雙向重復(fù)測(cè)量方差分析（ANOVA）進(jìn)行分析。
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