做水迷宮實(shí)驗(yàn)的正確姿勢

Richard G. Morris于1981年和1984年連續(xù)發(fā)表的兩篇文獻(xiàn)使水迷宮實(shí)驗(yàn)名動(dòng)天下，三十多年來已然成為學(xué)習(xí)記憶研究中不可或缺的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。前文中小白鼠BB-8依次經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)的四個(gè)階段，本文我們就認(rèn)真介紹一下水迷宮實(shí)驗(yàn)的攻略。既然是攻略，那實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌��?shí)驗(yàn)原理啊什么的就不提了，一句話，為了評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)鼠的空間方位學(xué)習(xí)與記憶能力。先八卦一下，這個(gè)實(shí)驗(yàn)本來是為大鼠設(shè)計(jì)的，后來因?yàn)檗D(zhuǎn)基因技術(shù)的成熟，小鼠成為實(shí)驗(yàn)主角，但與大鼠相比，小鼠真心笨�。�

1.裝備篇

實(shí)驗(yàn)的裝備說起來很簡單，一個(gè)水盆，一套圖像分析系統(tǒng)，That’s it!

1.1 水盆

雖然名字叫水迷宮，實(shí)際上就是一大盆水，與我們熟悉的繞來繞去的迷宮沒毛線關(guān)系。Morris 在1981年用的盆直徑1.3米，深60厘米；而到了1984年他老人家又改了主意，用了一個(gè)2.1米的大盆，可是深度只有40厘米。這個(gè)頭開得不好，所以直到現(xiàn)在對于水盆的大小也沒有個(gè)一定之規(guī)。目前通行的做法是做小鼠和大鼠用不同直徑的水盆，小鼠最小有用到直徑0.8米的，常見的是1.2米直徑；大鼠最大的一般也不超過2米，常見的是1.6米直徑。至于深度，一般都在60厘米。對于實(shí)驗(yàn)鼠來說，盆越小任務(wù)越簡單，越大越難。

說是水盆，還是有點(diǎn)要求的。首先是顏色。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)鼠典型的分為黑色與白色，所以早期的水盆會(huì)分成白盆和黑盆（別想錯(cuò)了，當(dāng)然是白盆做黑鼠，黑盆做白鼠，否則鬼知道老鼠游到哪去了），但那樣太麻煩，所以目前一般都提供中性顏色（如藍(lán)色，灰色）的水盆，以適應(yīng)各種顏色的實(shí)驗(yàn)鼠。

其次是給排水。別小看這一盆水，輕輕松松就是一噸，給排水絕對是要考慮的。給水還算方便，水龍頭接根管子到盆里就好了。排水一般是在盆底開口接排水管到下水口。所以安裝水迷宮的地點(diǎn)要求有上下水口，否則給排水的管路會(huì)非常非常長……。對水溫控制的要求其實(shí)不是剛性的，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候?qū)嶒?yàn)所需水溫（20-27℃）和室溫是很接近的，把一盆水放過夜就行了。但鑒于我們的祖國幅員遼闊氣候各異，所以一般都會(huì)要求附帶水溫控制設(shè)備。好在溫控的要求并不高，否則就尷尬了。一般來說，偏低的水溫一方面會(huì)引起實(shí)驗(yàn)鼠的厭惡情緒而加快游動(dòng)以尋找站臺(tái)，另一方面也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)鼠因失溫而降低游動(dòng)速度。對于溫度，小鼠比大鼠更為敏感，所以正如前文BB-8所經(jīng)歷的，把出水后的實(shí)驗(yàn)鼠放到暖墊上不失為一種有效的恢復(fù)體溫的策略。

第三是一個(gè)重要的配件，站臺(tái)。這東西相當(dāng)于迷宮的出口，整個(gè)實(shí)驗(yàn)就是考察實(shí)驗(yàn)鼠是否記得站臺(tái)的位置。BB-8的經(jīng)歷已經(jīng)告訴我們，這東西有時(shí)候要高出水面，有時(shí)候要低于水面（通常0.5-2cm），還要能變換位置。不過別擔(dān)心，目前所有市售產(chǎn)品都能輕松滿足這個(gè)要求。站臺(tái)的直徑比較統(tǒng)一，10-12cm，實(shí)驗(yàn)鼠能站上去就行。當(dāng)然，從原理上來說，站臺(tái)直徑與水盆直徑的比例影響到實(shí)驗(yàn)任務(wù)的難度，但通常大家更在意水盆的直徑。

既然是攻略，少不得要說說怎么挑，雖然真心沒啥可說的。跟挑手機(jī)一樣，挑個(gè)順眼的就行了。只有一點(diǎn)，對金屬盆的要慎重，要確定是不銹鋼的，否則做一次實(shí)驗(yàn)放兩天就生銹，整個(gè)人都會(huì)覺得不好了……

1.2 圖像分析系統(tǒng)

講真，這個(gè)是重點(diǎn)。雖然一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)只有6分鐘，但好多只老鼠加在一起，時(shí)間也蠻長的，如果都需要我們一只一只用眼看用手去掐秒表，很快人就頹了，而且也無法繪出實(shí)驗(yàn)鼠的軌跡，進(jìn)而無法精細(xì)地評(píng)價(jià)它的尋找過程。所以 一套好用的圖像跟蹤與分析系統(tǒng)必不可少。什么是好用的？套用鄧爺爺?shù)囊痪涿�言：不管白貓黑貓，能抓住老鼠就是好貓。一點(diǎn)沒錯(cuò)，只要能“抓”住老鼠，就是好的系統(tǒng)，“抓”得越仔細(xì)，越好！這方面的評(píng)判其實(shí)也很容易，去看國際頂級(jí)神經(jīng)科學(xué)相關(guān)期刊的文章，上面提到的系統(tǒng)都不會(huì)差。

那為什么會(huì)有可能“抓”得不好呢？首先是因?yàn)閷?shí)際情況可能很復(fù)雜，最典型的干擾來自水波晃動(dòng)導(dǎo)致的影像變化，很多低端產(chǎn)品會(huì)把晃動(dòng)的光點(diǎn)誤判為實(shí)驗(yàn)鼠而對真實(shí)的實(shí)驗(yàn)鼠“置之不理”。其次是圖像識(shí)別的底層技術(shù)有差異，高端的產(chǎn)品會(huì)識(shí)別實(shí)驗(yàn)鼠的多（達(dá)4）個(gè)部位，這樣就不便能描繪實(shí)驗(yàn)鼠的運(yùn)動(dòng)軌跡，還能實(shí)時(shí)判斷出實(shí)驗(yàn)鼠的頭部朝向、是否在原地轉(zhuǎn)圈尋找這樣的精細(xì)指標(biāo)，而低端產(chǎn)品甚至?xí)�只把�?shí)驗(yàn)鼠看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)單純地描繪其運(yùn)動(dòng)軌跡，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果過于粗糙從而淹沒了客觀差異。當(dāng)然，和所有的好東西一樣，一分價(jià)錢一分貨，最明智的決策永遠(yuǎn)是根據(jù)自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

2 步驟篇

一個(gè)完整的水迷宮實(shí)驗(yàn)包括 提示（Cue Trials）, 習(xí)得（Response acquisition trials）, 檢驗(yàn)與消退（Probe and extinction trials） 這樣三個(gè)階段，“增強(qiáng)”版水迷宮實(shí)驗(yàn)會(huì)在消退后進(jìn)行新（位置）的提示與習(xí)得實(shí)驗(yàn)。

2.1 提示（Cue Trials）

正如BB-8所經(jīng)歷的，小鼠在下水后沿著盆壁游動(dòng)是很常見的現(xiàn)像，這時(shí)使站臺(tái)高出水面是為了便于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)現(xiàn)站臺(tái)。這一步就是在告訴實(shí)驗(yàn)鼠：別瞎折騰了，上臺(tái)才是硬道理。使站臺(tái)高出水面是最常用的方式，也有實(shí)驗(yàn)者在盆壁放置醒目的標(biāo)識(shí)來實(shí)現(xiàn)這種“告知”功能。這對于實(shí)驗(yàn)鼠區(qū)別不大，都屬于近距標(biāo)識(shí)。對于實(shí)驗(yàn)鼠來講，這一步所需要的技能是最基礎(chǔ)的定向游動(dòng)能力，如果這個(gè)能力缺失，會(huì)被淘汰出實(shí)驗(yàn)。

2.2 習(xí)得（Response acquisition trials）

這一步才是關(guān)鍵，要讓實(shí)驗(yàn)鼠根據(jù)遠(yuǎn)距標(biāo)識(shí)習(xí)得并記憶站臺(tái)的方位，相當(dāng)于要讓實(shí)驗(yàn)鼠自己腦補(bǔ)出地圖，無論在哪個(gè)位置被放下水，都能快速確認(rèn)站臺(tái)方位。很多時(shí)候在這一步就已經(jīng)出現(xiàn)差異，習(xí)得的速度與質(zhì)量已經(jīng)是一個(gè)很好的指標(biāo)。這一步耗時(shí)可能比較長，加上變換實(shí)驗(yàn)鼠入水位置，有可能需要反復(fù)持續(xù)幾天。

2.3 檢驗(yàn)與消退（Probe and extinction trials）

這一步算是“進(jìn)階”，當(dāng)實(shí)驗(yàn)鼠習(xí)得站臺(tái)方位后，撤去站臺(tái)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)鼠是否仍然記得站臺(tái)的位置。這時(shí)實(shí)驗(yàn)鼠的“正確”態(tài)度是就算沒有站臺(tái)也在原來的站臺(tái)位置上停留，即所謂的“空間偏好”。如果不進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)部分進(jìn)行一個(gè)批次就可以了。如果反復(fù)進(jìn)行這一步驟，實(shí)驗(yàn)鼠原來的記憶會(huì)消退，為下一步的實(shí)驗(yàn)做出準(zhǔn)備。

2.4 新定位實(shí)驗(yàn)

這一步幾乎就是重復(fù)提示與習(xí)得實(shí)驗(yàn)，最關(guān)鍵的不同在于變更了站臺(tái)的位置，這就要求實(shí)驗(yàn)鼠根據(jù)原有的遠(yuǎn)距標(biāo)識(shí)生成新的站臺(tái)方位地圖，是對認(rèn)知可塑性的良好檢驗(yàn)。話說這里就能看到大小鼠的差異，大鼠通常會(huì)很快通過新的搜索策略在新位置找到站臺(tái)，而小鼠的表現(xiàn)就差多啦，受前攝記憶的影響非常明顯。

結(jié)語：到這里實(shí)驗(yàn)的部分就完成啦，其實(shí)真做起來還有很多需要注意的細(xì)節(jié)，而且后面還有比實(shí)驗(yàn)辛苦百倍的工作，分析與統(tǒng)計(jì)，這里面的道道，你懂的，絕對需要另外一篇長文章才能講清楚，還是且聽下回分解吧！