本文向您展示了八臂迷宮的技術(shù)細(xì)節(jié)，該迷宮通常與動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)結(jié)合使用，用于測量兩種記憶形式，即"參照記憶"和"工作記憶"。

八臂迷宮是如何工作的？

將嚙齒類動(dòng)物（小鼠或大鼠）放置在中心隔間中，讓它們探索各個(gè)臂以尋找食物獎(jiǎng)勵(lì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，動(dòng)物們必須記住去過哪些臂區(qū)，以確保它們不會(huì)重復(fù)進(jìn)入沒有食物獎(jiǎng)勵(lì)的臂區(qū)。

迷宮的設(shè)計(jì)確保動(dòng)物必須在每次探臂之后返回中心，因此每次都會(huì)出現(xiàn)相同的 8 個(gè)選項(xiàng)，之后它們必須記住已經(jīng)做出的選擇。通過這種方式，八臂迷宮可以測量兩種形式的記憶，即"參照記憶"和"工作記憶"。

八臂迷宮的歷史和用法

八臂迷宮最初是由大衛(wèi)-奧爾頓（David S Olton）博士和羅伯特-薩繆爾森（Robert J Samuelson）博士于1976年設(shè)計(jì)的[1]，用于測試嚙齒類動(dòng)物的參照記憶和工作記憶，以及模擬"序列學(xué)習(xí)"。

參照記憶&工作記憶

參照記憶是指回憶空間任務(wù)中"是什么"和"在哪里"相關(guān)信息的能力。因此，在八臂迷宮中，受試者利用參照記憶來記住他們在每個(gè)臂中發(fā)現(xiàn)了什么（終點(diǎn)有獎(jiǎng)勵(lì)或無獎(jiǎng)勵(lì)）。

工作記憶是用來描述臨時(shí)存儲(chǔ)此類信息的術(shù)語。工作記憶是在八臂迷宮等任務(wù)中使用的短暫、有限的信息儲(chǔ)存。

由于八臂迷宮的測試可以在一次測試中完成，也可以在快速連續(xù)進(jìn)行的多次測試中完成，因此它是對參照記憶和工作記憶的有效測試。

使用八臂迷宮進(jìn)行各種記憶測試

八臂迷宮已被廣泛用于各種情況下的記憶測試，包括精神類藥物、藥物影響，以及自閉癥譜系障礙[2]和腦損傷[3]等疾病。它還被用于描述大腦各記憶功能中心的基本功能以及動(dòng)物認(rèn)知能力的個(gè)體差異。

基礎(chǔ)研究

有趣的是，研究人員注意到不同品系的小鼠在八臂迷宮中的表現(xiàn)存在顯著差異。例如，在比較 C57 和 DBA 時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，海馬體、杏仁核或額葉皮層對不同品系的依賴程度不同[4]。

測試大腦的特定區(qū)域

C57小鼠被認(rèn)為是"高學(xué)習(xí)能力"小鼠，它們通常在各種與記憶相關(guān)的任務(wù)中表現(xiàn)較好。海馬區(qū)是記憶功能區(qū)[5]，對海馬區(qū)的損傷會(huì)導(dǎo)致 C57 品系或 DBA 品系小鼠的表現(xiàn)出現(xiàn)明顯缺陷。然而，杏仁核和額葉皮層的損傷只對 C57 品系小鼠的表現(xiàn)產(chǎn)生有害影響，這表明這些小鼠學(xué)習(xí)能力的增強(qiáng)可能是由于除了正常的海馬活動(dòng)外，這些腦區(qū)也參與了學(xué)習(xí)。

疾病和治療

八臂迷宮還被用于研究大量已知會(huì)影響記憶的認(rèn)知功能障礙動(dòng)物模型（如焦慮癥和抑郁癥）的行為缺陷。

八臂迷宮實(shí)驗(yàn)

例如，研究人員利用一種被稱為"先天性無助"（cLH）的抑郁癥大鼠模型，發(fā)現(xiàn)具有類似抑郁癥狀的大鼠在這項(xiàng)任務(wù)中表現(xiàn)不佳[6]。他們發(fā)現(xiàn)，在八臂迷宮中，利用試驗(yàn)之間的短暫延遲，cLH 大鼠在記憶迷宮中哪些臂之前已經(jīng)去過以及在哪里可以找到食物獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，錯(cuò)誤率明顯更高。這一發(fā)現(xiàn)表明，與人類一樣，伴隨抑郁而來的焦慮狀態(tài)會(huì)干擾記憶功能并抑制決策制定。

藥物治療干預(yù)

由于八臂迷宮可作為精神疾病認(rèn)知缺陷的模型，如上述實(shí)驗(yàn)中的模型，因此迷宮也可用于測試改善這些癥狀的藥物治療。

學(xué)者們對以 GABA-A 受體為靶點(diǎn)的藥物治療干預(yù)產(chǎn)生了興趣，而 GABA-A 受體本身就被證明參與了一系列記憶功能[7]。事實(shí)上，GABA-A 受體功能障礙普遍存在于重度抑郁癥[8]和精神分裂癥[9]中，這些疾病都伴有明顯的記憶功能障礙。

治療記憶障礙

近些年開發(fā)的兩種抑制GABA-A受體的藥物有望治療以八臂迷宮為模型的記憶障礙。

首先，研究人員利用大鼠模型，通過服用scopolamine或NMDA拮抗劑MK-801誘發(fā)精神分裂癥狀，發(fā)現(xiàn)新型藥物ONO-8590580能夠逆轉(zhuǎn)與這種疾病相關(guān)的記憶功能障礙[10]。接受scopolamine或MK-801的小鼠在八臂迷宮中的表現(xiàn)出現(xiàn)了預(yù)期的缺陷，這證實(shí)了誘導(dǎo)認(rèn)知障礙模型的有效性。

在服用ONO-8590580后，小鼠能夠成功完成任務(wù)，其效果與從未服用過誘導(dǎo)精神分裂癥樣癥狀和記憶缺陷藥物的小鼠相似。這樣，研究人員就能利用八臂迷宮來確認(rèn)這種疾病，并展示這種新型療法的功能。

在多種條件下提高八臂迷宮中的表現(xiàn)

在兩組類似的實(shí)驗(yàn)中（這一次是為了模擬與神經(jīng)退行性認(rèn)知衰退相關(guān)的記憶功能障礙），研究人員表明，其他GABA-A受體功能抑制劑可以在多種條件下改善八臂迷宮的表現(xiàn)。2017 年，研究人員利用scopolamine誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性病變模型，測試了另一種名為 S44819 的新型 GABA-A 受體抑制劑[11]。在誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)神經(jīng)退行性病變狀態(tài)后，他們用這種化合物治療動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)它能逆轉(zhuǎn)scopolamine誘導(dǎo)的八臂迷宮障礙。

同樣的藥物還在LAT誘導(dǎo)的小鼠癡呆樣記憶功能障礙模型中進(jìn)行了測試。與上述實(shí)驗(yàn)一樣，研究人員發(fā)現(xiàn),LAT會(huì)導(dǎo)致小鼠在八臂迷宮中表現(xiàn)不佳，小鼠存在嚴(yán)重的記憶功能障礙，而隨后使用 S44819 治療則會(huì)改善這些癥狀[12]。

因此，八臂迷宮提供了一個(gè)工作記憶模型，可用于測試針對多種失調(diào)和疾病的治療策略。

研究結(jié)論

八臂迷宮已經(jīng)使用了40多年，它的應(yīng)用范圍很廣，從動(dòng)物模型記憶功能的基本特征分析，到疾病狀態(tài)下認(rèn)知障礙的識別和治療。迷宮的巧妙設(shè)計(jì)意味著動(dòng)物不需要預(yù)先訓(xùn)練，并允許進(jìn)行各種修改，如測試工作記憶持續(xù)時(shí)間的保持期，減少或增加臂的數(shù)量以增加任務(wù)的復(fù)雜性等[13][14]。

參考文獻(xiàn)

1. Olton, D. S., & Samuelson, R. J. (1976). Remembrance of places passed: Spatial memory in rats. Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes, 2(2), 97-116.

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3. Penley, S.C., Gaudet, C.M., Threlkeld, S.W. (2013). Use of an Eight-arm Radial Water Maze to Assess Working and Reference Memory Following Neonatal Brain Injury. Journal of Visualized Experiments, (82), e50940.

4. Rossi-Arnaud, C., & Ammassari-Teule, M. (1994). Radial maze performance in inbred mice: Evidence for strain-dependent neural nets subserving spatial learning abilities. Psychobiology, 22(4), 320–327.

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13. Lenck-Santini PP, Save E, Poucet B (2001). "Place-cell firing does not depend on the direction of turn in a Y-maze alternation task". Eur J Neurosci. 13(5): 1055–8.

14. Cole, M.R.; Chappell-Stephenson, Robyn (2003). "Exploring the limits of spatial memory using very large mazes". Learning & Behavior. 31 (4): 349–368.

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