浅析巴恩斯迷宫的实验原理和实验方案

一、实验原理

在神经科学研究中，有时科学家会开发新的技术来研究特定的认知结果。学习和记忆对于人类非常重要，特别是在脑损伤或阿尔茨海默病的背景下。因此，使用老鼠等非人类动物进行记忆测试，科学家可以更容易地测试新药物是否能够治疗失忆症。

巴恩斯迷宫就是这样一种测试方法。这是一种行为学测试，因为老鼠或小鼠被放入迷宫中，它们的表现会被记录下来。迷宫本身是一个大圆平台，周围有若干间隔均匀的孔，巴恩斯迷宫可能有二十到四十个孔。其中一个孔有一个与之相连的小隧道，允许动物离开迷宫。这就是出口。老鼠被放在巴恩斯迷宫的中间，记录它的位置，并记录它到达包含隧道的孔所需的时间。

在研究设计方面，迷宫上花费的时间被视为因变量。

动物还会看到一些视觉线索，这有助于动物将自己定位到周围环境中。这些都可以从迷宫中心看到。其中一些视觉线索可能包括呈现不同颜色的形状，如墙上的海报。

记忆是一种复杂的认知功能，有许多不同的形式。在巴恩斯迷宫中评估的主要记忆类型称为空间或导航记忆。导航记忆是一种记忆类型，它允许动物将空间中的某个位置（相对于某些视觉线索，例如）与出口关联起来。如果动物具有良好的空间导航记忆，它们将在迷宫上表现得更好（花费更少的时间直到出口）。

巴恩斯迷宫利用了小猎物哺乳动物（如老鼠和小鼠）固有的一种行为。总的来说，这些动物对开阔空间表现出自然的回避行为。在野外，开阔的空间（如空草地）对这些动物来说是非常危险的环境。空中的捕食者，如鹰或猫头鹰，更容易发现它们的猎物，如果周围没有掩护物。自然而然，老鼠和小鼠会被吸引到较暗或更封闭的空间，例如树洞或地下隧道。

在巴恩斯迷宫中，这些自然行为受到测试。迷宫中心通常很亮，类似于草地。逃生隧道四面被围绕，类似于地下隧道。因此，动物倾向于尽快找到隧道，因为这提供了安全感。因此，巴恩斯迷宫提供了很好的行为生态学效度，因为它模拟了动物在野外可能寻找的东西。

二、巴恩斯迷宫与莫里斯水迷宫的比较

巴恩斯迷宫与另一种用于评估导航记忆的行为测试——莫里斯水迷宫相似。在莫里斯水迷宫中，动物被放置在充满不透明水的游泳池中，出口是隐藏在水面下的一个平台。与巴恩斯迷宫类似，周围环境包含各种视觉线索，帮助动物形成空间记忆。随着时间和实践的增加，动物开始更快地找到出口。

巴恩斯迷宫的优势在于它是一项干燥的陆地测试。一些实验范式需要使用电子设备，如嵌入式刺激探针、颅窗摄像头或微小的电生理设备。在这些实验中，水会导致设备短路的风险。然而，由于巴恩斯迷宫完全是干燥的，对电子设备的损坏风险较小。

巴恩斯迷宫的另一个优势在于它不需要像游泳那样高强度的身体素质。莫里斯水迷宫要求动物能够潜水潜在的几分钟，这可能引入另一个混杂变量。在巴恩斯迷宫中行走和探索较为简单，使研究人员能够专注于感兴趣的变量，即空间导航学习。

在巴恩斯迷宫和莫里斯水迷宫上的表现依赖于大脑结构中的回环路，称为海马体。已知海马体损伤会干扰空间记忆的形成。对海马体进行手术切除会确切地影响这两项任务的表现，导致老鼠或小鼠找到出口的速度较慢，即使进行了多次试验后仍然如此。

三、巴恩斯迷宫实验方案

虽然不同的研究团队可能采用略有不同的实验方案，以下是Pitts等人（2015年）描述的其中一种。

TSE Systems的巴恩斯迷宫装置是一个圆形的白色平台，周围有40个等距分布的孔。其中一个孔被设计为出口通道，这个出口通道不会改变。

将小鼠放置在平台中央，观察3分钟内动物找到出口所用的时间，并记录下来。如果它们找不到出口，它们将被放置在出口处15秒钟。

这一过程每天重复两次，总共进行10天。

来自两个不同组的数据使用双向重复测量方差分析（ANOVA）进行分析。

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