桡臂迷宫:基础知识

欢迎阅读这篇由Andrew Scheyer和Shuhan He撰写的博客迷宫的工程师．它向你展示了桡臂迷宫(Radial Arm Maze)的所有技术进进出出。桡臂迷宫是一个用来测量两种记忆形式的迷宫，被称为“参考记忆”和“工作记忆”，通常与视频跟踪软件结合使用EthoVision XT．

桡臂迷宫:基础知识

表的内容

1. 桡臂迷宫:基础知识
2. 它是如何工作的
3. 历史和使用
4. 基础研究
5. 疾病和治疗方法
6. 结论

什么是桡臂迷宫?

径向臂迷宫是一种装置，由一个圆形的中心隔室组成，由8个等距的“臂”伸出。每只手臂都是一个长度相等的细长柱子，最末端可能包含从中间隔间看不见的奖励(通常是基于食物)。

桡臂迷宫是如何运作的?

啮齿类动物(老鼠或大鼠)被放置在中间的隔间中，允许它们探索手臂以寻找这种奖励。在整个实验过程中，动物必须记住哪些手臂被访问过，以确保它们不会重复进入不包含食物奖励的手臂。

迷宫的设计确保动物必须在每次手臂访问之间返回中心，因此每次都呈现相同的8个选项，之后它们必须记住哪些选择已经被做过了。通过这种方式，径向臂迷宫测量了两种记忆形式，即“参考记忆”和“工作记忆”。

了解更多关于径向臂迷宫的信息

关于桡臂迷宫的用途和技术细节的进一步信息，请参阅迷宫工程师的径向臂迷宫组合页面．

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桡臂迷宫的历史和用法

径向臂迷宫最初是由David S Olton和Robert J Samuelson博士在1976年设计的，用于测试啮齿类动物的参考记忆和工作记忆，以及为“序列学习”建模，“序列学习”这个术语用来描述我们学习和回忆列表和其他顺序信息形式的方法。

参考记忆

参考记忆描述的是回忆空间任务中“是什么”和“在哪里”相关信息的能力。因此，在径向臂迷宫中，受试者使用参考记忆来记住他们在每个臂中发现的东西(要么是空的终点，要么是奖励)。

工作记忆

工作记忆是用来描述这些信息的临时存储的术语。长期记忆描述的是可以从遥远的过去回忆起的信息的存储，而工作记忆则不同，它描述的是在像桡臂迷宫这样的任务中使用的短暂的、有限的信息存储。因为在桡臂迷宫中测试它可以在一个会话中进行，也可以在多个会话中进行，是对参考记忆和工作记忆的有效测试。

各种各样的记忆测试与桡臂迷宫

桡臂迷宫被广泛用于各种情况下的记忆测试，包括精神活性药物和药物的影响，以及疾病状态，如自闭症谱系障碍[2]和脑损伤[3]。它也被用来描述大脑各个记忆功能中心的基本功能，以及动物之间认知的个体差异。

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基础研究

有趣的是，研究人员注意到不同品种的老鼠在桡臂迷宫中的表现有显著差异，特别是在完成任务时使用了大脑的哪个区域。例如，当比较近交系C57和DBA时，研究人员发现，菌株[4]对海马体、杏仁核或额叶皮层的依赖是不同的重要。

测试大脑的特定区域

C57小鼠被认为是“高学习能力”小鼠，通常在各种与记忆相关的任务中表现更好。在小鼠的C57株或DBA株中，众所周知的记忆功能部位海马体[5]的损伤导致了显著的性能缺陷。然而，只有在C57菌株中，杏仁核和额叶皮层的损伤对表现造成了有害的影响，这表明在这些小鼠中看到的学习增强可能是由于这些大脑区域的参与，而不是正常的海马活动。

疾病和治疗方法

桡臂迷宫还被用于研究大量认知障碍动物模型的行为缺陷，这些认知障碍已知会影响记忆，如焦虑和抑郁。

桡臂迷宫实验

例如，使用一种被称为先天性无助(cLH)的抑郁症大鼠模型，研究人员已经表明，具有抑郁症样症状的大鼠在这项任务[6]中表现很差。他们发现，在桡臂迷宫试验之间的短暂延迟中，cLH大鼠在记忆迷宫的哪条臂曾经被访问过以及在哪里可以找到食物奖励方面犯了明显更多的错误。这一发现表明，和人类一样，伴随抑郁的焦虑状态会干扰记忆功能，抑制决策。

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Pharmacotherapeutic干预

由于桡臂迷宫一直是精神障碍患者认知缺陷的有效模型，如在上述实验中，因此，迷宫也可用于测试改善这些症状的药物治疗。

最近，以GABA-A受体为靶点的药物治疗干预引起了极大的兴趣，其本身在历史上已被证明参与了一系列的记忆功能[7]。事实上，GABA-A受体功能障碍在伴有明显记忆功能障碍的重度抑郁症[8]和精神分裂症[9]中普遍存在。

治疗不正常的内存

最近开发的两种抑制GABA-A受体的药物在治疗这种不正常记忆方面表现出了希望，就像用桡臂迷宫建模一样。

首先，研究人员使用东莨菪碱或nmda拮抗剂MK-801诱导的精神分裂症大鼠模型，发现新型药物ONO-8590580能够逆转与这种紊乱[10]相关的记忆功能障碍。经东莨菪碱或MK-801治疗的小鼠在桡臂迷宫中表现出预期的认知障碍，证实了模型诱导认知障碍的有效性。

然而，当给予ONO-8590580后，这些小鼠能够成功地完成任务，其效果与从未服用过这种药物的小鼠相似，这些药物可诱发类似精神分裂症的症状和记忆缺陷。通过这种方式，研究人员能够使用桡臂迷宫来确认疾病，并展示这种新疗法的功能。

在多种条件下提高桡臂迷宫的表现

在两组类似的实验中，这一次的目的是模拟与神经退行性认知衰退相关的记忆功能障碍，研究人员已经表明，氨基丁酸a - a受体功能的其他抑制剂可以改善大脑功能障碍的表现摇臂迷宫在多个条件。2017年，研究人员使用东莨菪碱诱导的神经退行性变模型测试了另一种新型GABA-A受体抑制剂S44819[11]。在诱导小鼠的神经退行性状态后，他们用这种化合物治疗动物，发现它逆转了东莨菪碱诱导的桡臂迷宫缺陷。

同样的药物也在氯胺酮诱导的模型中进行了测试小鼠的痴呆样记忆功能障碍．与上面的实验一样，研究人员表明，虽然氯胺酮治疗导致患者在径向臂迷宫中的表现不佳，这表明患者有明显的记忆功能障碍，但随后的S44819治疗改善了这些症状[12]。

因此，桡臂迷宫提供了一个很好的工作记忆模型，可以用来测试针对多种疾病的治疗策略。

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结论

径向臂迷宫已经使用了40多年，是一种用于分析空间记忆、工作记忆和参考记忆的健壮且特征良好的仪器。它的应用范围从各种啮齿动物模型中记忆功能的基本表征，到疾病状态下认知障碍的识别和治疗。

最后，迷宫的巧妙设计意味着动物不需要预先训练，并允许各种各样的修改，从保持时间来测试工作记忆的持续时间，到减少[13]或增加[14]的手臂数量，以增加任务的复杂性。

参考文献

1. 奥尔顿，D. S.和萨缪尔森，R. J.(1976)。经过的地方记忆:大鼠的空间记忆。实验心理学杂志，2(2)，97-116。
2. Mandolesi, L.， Addona, F.， Foti, F.， Menghini, D.， Petrosini, L.， & Vicari, S.(2009)。威廉斯综合征的空间能力:桡臂迷宫的研究。国际神经科学杂志，27(3)，205-213。
3. 彭利，s.c.，高德，c.m.，特雷克尔德，S.W.(2013)。利用八臂径向水迷宫评估新生儿脑损伤后的工作记忆和参考记忆。视觉实验学报，(82)，e50940。
4. Rossi-Arnaud, C.和Ammassari-Teule, M.(1994)。近交系小鼠的径向迷宫表现:应变依赖性神经网络辅助空间学习能力的证据。精神生物学,22(4),320 - 327。
5. 阿格尔顿，布林特，H. S.和罗林斯，J. N. P.(1989)。杏仁体及杏仁体-海马联合病变对大鼠物体识别及空间工作记忆的影响。行为神经科学，103,962-974。
6. 里希特，S. H.，泽赫，B.，兰基施，K.，加斯，P.，杜斯特维茨，D.，和沃尔迈尔，B.(2013)。我去哪儿了?我应该去哪里?抑郁大鼠桡臂迷宫的空间工作记忆。科学通报，28 (4)，e62458。
7. 韦绍尔，阿弗拉梅斯库，王德生，王德生。， & Orser, B. A.(2016)。δGABAA受体是海马突触可塑性的必要条件:对记忆行为的影响。麻醉与镇痛杂志，123(5)，1247-1252。
8. 佩尔森，A. L.和桑切斯，C.(2015)。重性抑郁障碍中γ-氨基丁酸神经传递的改变:支持证据和血清素能抗抑郁药影响的批判性综述药物设计、开发和治疗，9,603 -24。
9. 鲁道夫，U.， & Möhler, H.(2013)。GABAA受体亚型:在唐氏综合征、情感障碍、精神分裂症和自闭症中的治疗潜力。药理学与毒理学年度评论，54,483-507。
10. 川原田，中西，M.，中西，N.， Hazama, K.，东野，M.， Yasuhiro, T.， Kaneko, S.(2018)。一种新的GABAAα5负变构调节剂ONO-8590580增强了临床前模型的长期增强和改善认知缺陷。药理与实验治疗杂志，366(1)，58-65。
11. -埃瑟林顿,洛杉矶。，Mihalik, B., Pálvölgyi, A., Ling, I., Pallagi, K., Kertész, S., Lambert, J. J. (2017). Selective inhibition of extra-synaptic α5-GABAA receptors by S44819, a new therapeutic agent. Neuropharmacology, 125, 353–364.
12. Gacsályi, I.， Móricz, K.， Gigler, G.， Wellmann, J.，纳吉，K.，凌，I.，安东尼，F. A.(2017)。α5-GABAA受体拮抗剂S44819的行为药理学:在临床前模型中增强和修复认知能力。神经药理学,125年,此前。
13. Lenck-Santini PP, Save E, Poucet B(2001)。“在y迷宫交替任务中，放置细胞发射不依赖于转向方向。”中华神经科学杂志，13(5):1055 - 1055。
14. 科尔,核磁共振;Chappell-Stephenson罗宾(2003)。“用巨大的迷宫探索空间记忆的极限”。学习与行为。31(4):349-368。