什么是認知功行為學(xué)？認知功能相關(guān)的動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗設備有哪些？此文詳細講述了近年來(lái)動(dòng)物模型中常用的認知行為學(xué)分析方法進(jìn)行總結，對評價(jià)內容、各個(gè)行為學(xué)實(shí)驗的優(yōu)勢及局限性做簡(jiǎn)要介紹，為認知功能障礙相關(guān)疾病模型的行為學(xué)分析提供參考。

認知功能的行為學(xué)評估在相關(guān)病模型的生理機制研究、用物干預評估等實(shí)驗研究中應用廣泛。在眾多的行為學(xué)實(shí)驗中，評估學(xué)習記憶功能的實(shí)驗至為常見(jiàn)。本文就近年來(lái)動(dòng)物模型中常用的認知行為學(xué)分析方法進(jìn)行總結，對評價(jià)內容、各個(gè)行為學(xué)實(shí)驗的優(yōu)勢及局限性做簡(jiǎn)要介紹，為認知功能障礙相關(guān)病模型的行為學(xué)分析提供參考。

認知是機體認識和獲取知識的過(guò)程，包括記憶、語(yǔ)言、視空間、計算、執行和理解判斷等方面。認知功能障礙是指大腦上等智能加工過(guò)程出現異常而導致的學(xué)習、記憶障礙，同時(shí)伴有失語(yǔ)、失用等改變的病理過(guò)程。 隨著(zhù)人類(lèi)壽命的不斷延長(cháng)以及人口老齡化的到來(lái)，與認知功能障礙相關(guān)的神經(jīng)退行性惡疾（如阿爾茨海默病、帕金森病等）患病率不斷升高，給家庭和社會(huì )經(jīng)濟增加了沉重的負擔。 而其他非神經(jīng)系統病引起的認知功能障礙，如糖尿病、高血壓等也嚴重影響患者的生活質(zhì)量。研究認知功能障礙的病理機制對相關(guān)病的防治有著(zhù)重要的意義。

動(dòng)物行為學(xué)評估在神經(jīng)科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域應用廣泛，特別是在認知功能障礙相關(guān)病的動(dòng)物模型評估、生理機制研究等方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用 。學(xué)習記憶力受損是認知功能障礙中較為常見(jiàn)的一種表現，在眾多的行為學(xué)實(shí)驗中，評估學(xué)習記憶功能的實(shí)驗至為常見(jiàn)。 其中工作記憶與參考記憶常用于實(shí)驗動(dòng)物的認知功能評估。 工作記憶包括注意力、短時(shí)記憶和對信息的處理；參考記憶則被認為是一種長(cháng)期的記憶或習慣，比工作記憶的容量更大、持續時(shí)間更長(cháng)、抗干擾能力更強。

１ Morris水迷宮（Morris Water Maze MWM）

Morris水迷宮由英國心理學(xué)家Morris于1981年報道，是目前行為神經(jīng)科學(xué)中至常用的評估方法之一，廣泛用于多種神經(jīng)系統病的模型評估及用藥干預研究。 海馬是與空間學(xué)習記憶密切相關(guān)的大腦區域，ＭＷＭ 也被證明是與海馬突觸可塑 性和 Ｎ?甲基?Ｄ?天冬氨酸（ＮＭＤＡ）受體功能密切相關(guān)的測試方法。

實(shí)驗動(dòng)物被放置在一個(gè)圓形水 池中，水中加入不透明的、無(wú)毒的白色顏料或奶粉， 水池中包含一個(gè)隱藏的逃生平臺。 實(shí)驗內容包括定位航行和空間探索。 定位航行是隨機的將動(dòng)物從水迷宮的四個(gè)象限中放入，使其在水中游泳并找到逃生平臺，用視頻跟蹤軟件記錄動(dòng)物尋找到隱藏平臺的時(shí)間（逃避潛伏期）及路徑?？臻g探索是定位航行后撤去逃生平臺，觀(guān)察動(dòng)物穿過(guò)原平臺位置 的次數和時(shí)間，考查動(dòng)物對原平臺的記憶

２ 放射臂迷宮與放射臂水迷宮

1） 放射臂迷宮（radial arm mazeＲＡＭ）（八臂迷宮）

ＲＡＭ 是 由 Olton和 Samuelson 在 1976年 報 道，由一個(gè)中央樞紐和周?chē)姆派浔劢M成，標準臂 的數量有 ８ 個(gè)（八臂迷宮）。 為避免動(dòng)物逃跑，迷宮一般在地面上方。 在實(shí)驗前訓練動(dòng)物并限制飲食，在迷 宮中央及周?chē)壑蟹湃胧澄锸蛊渥杂蓴z取及探索周 圍環(huán)境。 實(shí)驗開(kāi)始后在每個(gè)臂末端或隨機的 ４個(gè)臂 末端放入誘餌（食物），記錄動(dòng)物進(jìn)入每個(gè)臂的次數、時(shí) 間及路線(xiàn)等參數。每個(gè)臂只進(jìn)入一次為優(yōu)異的表現， 進(jìn)入之前訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的臂則被認為錯誤。

 2）放射臂水迷宮 （ radial arm water maze， RAWM）

    為了避免 ＲＡＭ 中食欲以及嗅覺(jué)信息的影響， 利用 ＲＡＭ 和 ＭＷＭ 相結合建立了 ＲＡＷＭ。實(shí)驗 在一個(gè)圓形水池中進(jìn)行，池中有一個(gè)開(kāi)放的中心向 外輻射的八個(gè)臂或游泳路徑。 將其中一個(gè)臂作為 目標臂，臂中有一個(gè)隱藏在水下的逃生平臺。 動(dòng)物 被隨機放入其余的 ７個(gè)游泳臂中，允許至多120ｓ 來(lái)找到逃生平臺，若未能逃脫則將其引導到逃生平臺。實(shí)驗數據用跟蹤軟件記錄，包括找到逃生 平臺的時(shí)間、錯誤的次數及時(shí)間等。 ＲＡＷＭ可用于測試工作記憶和參考記憶。 它 結合了復雜的空間環(huán)境，避免了嗅覺(jué)信息的干擾，無(wú)需食物剝奪。但一些動(dòng)物在水中沒(méi)有進(jìn)行有 效的搜索，且水中游泳存在壓力的影響

３.Ｔ迷宮及多重 Ｔ 迷宮

1）Ｔ迷宮（Ｔ?ｍａｚｅ）

Ｔ 迷宮是由一個(gè)長(cháng)的主干臂以及兩個(gè)垂直的短臂組成的“Ｔ”型迷宮。 首先對動(dòng)物進(jìn)行適應性訓練 １ ｄ，將其放入主干臂自由探索迷宮。 隨后 ３ ｄ 對動(dòng) 物進(jìn)行訓練，在其中一個(gè)短臂中放入誘餌（食物）作 為目標臂，動(dòng)物進(jìn)入目標臂為正確反應，反之為錯 誤反應，并記錄其進(jìn)入目標臂的時(shí)間（潛伏期）。 至 后第 ５ 天和第 １２ 天進(jìn)行探測實(shí)驗，將迷宮旋轉 １８０°，其余條件保持不變。 動(dòng)物只允許進(jìn)入一次誘 餌臂或非誘餌臂，進(jìn)入誘餌臂被認為使用“地方”的 策略（有賴(lài)于迷宮外信號），進(jìn)入非誘餌臂被認為使 用“反應”策略（不依賴(lài)迷宮外信號）。 Ｔ 迷宮自發(fā)交替試驗 （ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ）用于評估空間工作記憶，實(shí)驗原理是嚙齒類(lèi)動(dòng) 物具有探索陌生刺激環(huán)境的傾向。 將動(dòng)物放入 Ｔ 迷宮的主干臂，每次進(jìn)入不同的短臂為一次交替， 記為一次正確的選擇，進(jìn)入之前訪(fǎng)問(wèn)的臂為一次錯 誤選擇。 試驗后計算交替次數的百分比，低于50％ 被認為工作記憶受損

2）多重Ｔ迷宮（ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｔ?ｍａｚｅ，ＭＴＭ）

ＭＴＭ是幾個(gè)Ｔ迷宮組合成的復合迷宮，比 Ｔ 迷 宮多了更多的選擇，其復雜性也增加。 在實(shí)驗的多 次探索中，動(dòng)物要學(xué)會(huì )一個(gè)復雜穩定的路線(xiàn)到達目 標臂，該過(guò)程需要空間參考記憶的參與。 在實(shí)驗中 對動(dòng)物進(jìn)行食物剝奪，并要求其在規定的時(shí)間內找 到迷宮中隱藏的誘餌（食物）。 實(shí)驗數據用計算機 跟蹤系統記錄，包括正確或錯誤決定、路徑長(cháng)度、到 達目標箱的時(shí)間等，在不同時(shí)間進(jìn)行測試可以評估 短期與長(cháng)期記憶［１９］ 。 ＭＴＭ 可用于測試工作記憶和參考記憶。 其運 用了更為復雜的選擇系統，每次試驗都包含有多個(gè) 選擇點(diǎn)。 但對實(shí)驗動(dòng)物進(jìn)行食物剝奪可能是一個(gè) 潛在的問(wèn)題

４ 巴恩斯迷宮（Ｂａｒｎｅｓ ｍａｚｅ）

 為了避免水迷宮中游泳壓力的影響，Barnes在 1979年建立了巴恩斯迷宮，是一個(gè)在地面上進(jìn) 行的迷宮實(shí)驗。 實(shí)驗原理是嚙齒類(lèi)動(dòng)物具有避光 喜暗、逃避噪音的習性。 實(shí)驗由一個(gè)圓形平臺構 成，為防止動(dòng)物逃脫，用支架將平臺支撐到一定高 度，在平臺周邊以一定間隔布滿(mǎn)穿透平臺的圓洞， 其中一個(gè)洞與其下方的暗箱連接（目標箱）。 實(shí)驗 前將動(dòng)物放入平臺中央使其自由探索 ５ ｍｉｎ，用強光 或噪聲刺激動(dòng)物使其逃到圓洞下方的暗箱中，若沒(méi) 有找到目標箱則將其引導進(jìn)入箱內停留 １min。 實(shí)驗過(guò)程中用視頻跟蹤軟件進(jìn)行記錄，記錄動(dòng)物 找到正確洞口的時(shí)間（至多５ｍｉｎ）、進(jìn)入錯誤洞口 的時(shí)間及次數等。 巴恩斯迷宮適用于偏好黑暗環(huán)境的嚙齒類(lèi)動(dòng) 物，可以評估短期和長(cháng)期記憶。 實(shí)驗時(shí)沒(méi)有游泳壓 力的影響，也不需要食物剝奪，尤其適用于小鼠。 但在實(shí)驗中小鼠有時(shí)會(huì )缺乏探索迷宮的動(dòng)力，如發(fā)現目標箱后沒(méi)有進(jìn)入、或在目標箱周?chē)鴽](méi)有進(jìn) 入。 針對上述問(wèn)題 Ｈａｒｒｉｓｏｎ 等提出采用計算原 始潛伏期、原始路徑及原始錯誤次數來(lái)解決。

5 新物體識別（ ｎｏｖｅｌ ｏｂｊｅｃｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ， ＮＯＲ）

實(shí)驗利用嚙齒類(lèi)動(dòng)物喜歡探索陌生事物的天性， Ｅｎｎａｃｅｕｒ 和 Ｄｅｌａｃｏｕｒ 于 1988年報道了新物體與新位置識別實(shí)驗，用于檢測嚙齒類(lèi)動(dòng)物的空間記憶能力。 將動(dòng)物放置在一個(gè)裝置里使其探索兩個(gè)相同的物體，在規定的時(shí)間間隔之后再返回到裝置中，使其探索一個(gè)熟悉的物體和一個(gè)新的物體，記錄探索每一個(gè)物體的時(shí)間。 目前對 ＮＯＲ 實(shí)驗對象的探索評分有視覺(jué)觀(guān)察 和計算機２Ｄ 視頻分析。但前者依賴(lài)于實(shí)驗者的觀(guān)察能力，后者容易受實(shí)驗以外對象行為的影響。為了克服上述問(wèn)題，Ｊｕｍｐｅｉ 等人建立了一種３Ｄ計算機視頻分析系統運用于 ＮＯＲ 實(shí)驗的探索評分，該系統為 ＮＯＲ 實(shí)驗提供了一個(gè)可重復性和比較準確的評估方法，并首先建立了實(shí)驗對象探索線(xiàn)路的３Ｄ 軌跡。 ＮＯＲ 實(shí)驗主要用于評估工作記憶、注意力以及焦慮等。其設備簡(jiǎn)單，無(wú)需外部獎勵或懲罰作為動(dòng)力，試驗時(shí)間短，也不需要進(jìn)行食物剝奪。但ＮＯＲ 實(shí)驗中每個(gè)動(dòng)物的探索水平有時(shí)不一致.

6 條件性恐懼（fear condition，ＦＣ）實(shí)驗

ＦＣ是一種基于經(jīng)典的巴甫洛夫條件反射而建 立起來(lái)的關(guān)聯(lián)學(xué)習方法，通過(guò)對實(shí)驗動(dòng)物的訓練條件刺激與非條件刺激聯(lián)系起來(lái)。其中情景恐 懼實(shí)驗用于評估嚙齒類(lèi)動(dòng)物的恐懼學(xué)習記憶。凍結行為是動(dòng)物在恐懼條件下常見(jiàn)的反應，是一種除了呼吸*不動(dòng)的狀態(tài)，該行為也是衡量恐懼相關(guān) 的學(xué)習記憶的指標。 在 ＦＣ實(shí)驗中，首先將動(dòng)物放 入訓練裝置中使其適應環(huán)境；隨后進(jìn)行 ３ 次恐懼環(huán) 境訓練，將動(dòng)物暴露于一個(gè)和聽(tīng)覺(jué)線(xiàn)索（條件刺激） 配對的足部電擊（非條件刺激）環(huán)境，使實(shí)驗動(dòng)物在 聽(tīng)覺(jué)線(xiàn)索與電擊之間、電擊與環(huán)境之間學(xué)會(huì )關(guān)聯(lián)記 憶；訓練完成 ４８ 小時(shí)后將動(dòng)物放入原訓練室，動(dòng)物 產(chǎn)生情景恐懼記憶，通過(guò)表現出凍結行為來(lái)應對恐 懼環(huán)境。 記錄一定時(shí)間內動(dòng)物出現凍結行為的次 數，實(shí)驗數據用相關(guān)公式計算為凍結百分比。ＦＣ 實(shí)驗的設備要求簡(jiǎn)單，動(dòng)物訓練時(shí)間少且不需要禁食。 但電擊刺激可能會(huì )對實(shí)驗動(dòng)物產(chǎn)生一定傷害。

7主動(dòng)逃避任務(wù)與被動(dòng)逃避任務(wù)

1.   主動(dòng)位置逃避任務(wù)（ ａｃｔｉｖｅ ｐｌａｃｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔａｓｋ）
2. °寬的避免區域，在舞臺旋轉時(shí)該區域位置保持不變，動(dòng)物進(jìn)入其中會(huì )有一個(gè)輕度的足部電擊懲罰。舞臺開(kāi)始緩慢旋轉后，動(dòng)物為逃避電擊而回避避免區域。實(shí)驗數據由視頻跟蹤系統記錄，包括進(jìn)入避免區域的次數、回避所需的至大時(shí)間、首先進(jìn)入避免區域的時(shí)間及路徑長(cháng)度等。主動(dòng)位置回避任務(wù)可用于評估動(dòng)物的短期變 化，實(shí)驗數據可以快速采集，動(dòng)物不需要食物剝奪。但足部電擊刺激可能會(huì )對動(dòng)物身體產(chǎn)生傷害。 類(lèi)似的主動(dòng)回避任務(wù)還有穿梭箱回避、爬桿 法、跑道回避等。
2.   抑制性逃避任務(wù)（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔａｓｋ）

  抑制性回避任務(wù)屬于被動(dòng)回避任務(wù)，利用嚙齒 類(lèi)動(dòng)物偏愛(ài)黑暗環(huán)境的天性而建立，常 用于嚙齒類(lèi) 動(dòng)物學(xué)習和記憶的研究。 在進(jìn)行實(shí)驗訓練時(shí)將動(dòng) 物放入一個(gè)回避裝置，該裝置由一個(gè)暗隔間和一個(gè) 亮隔間組成，中間有門(mén)連接。 打開(kāi)兩個(gè)隔室之間的門(mén)，當動(dòng)物由亮隔間進(jìn)入暗隔間時(shí)，遭遇一次足部 電擊。 在訓練后間隔２４或４８小時(shí)測量動(dòng)物從亮隔間到之前受到電擊的暗隔間的時(shí)間（潛伏期），潛伏 期越長(cháng)表示記憶越好。 抑制性回避任務(wù)只需要對動(dòng)物進(jìn)行短期訓練， 避免了記憶獲取與鞏固的重疊。 但厭惡刺激會(huì )對 動(dòng)物產(chǎn)生一定傷害。類(lèi)似的被動(dòng)回避任務(wù)還有跳臺實(shí)驗、兩室實(shí)驗等。

   隨著(zhù)人口老齡化進(jìn)程的到來(lái)，年齡相關(guān)的認知功能障礙已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。 為了更好的研究認知功能相關(guān)的病機理，選擇合適的行為學(xué)實(shí)驗研究方法是有必要的。 動(dòng)物模型的認知功能評估可以為相關(guān)病的研究提供重要的依據。 但也有其局限性，人類(lèi)的認知功能是一個(gè)復雜的腦部神經(jīng)活動(dòng)過(guò)程，動(dòng)物的行為學(xué)測試內容不*類(lèi)似于人類(lèi)的認知，還有許多認知功能是人類(lèi)*的或不能在實(shí)驗模型中充分表現出來(lái)的（例如語(yǔ) 言或數學(xué)）。 在實(shí)驗中，僅通過(guò)動(dòng)物的表現無(wú)法準確評估學(xué)習和記憶的相關(guān)信息，因為實(shí)驗對象可能受其他與認知能力不相關(guān)的信息的干擾，比如感覺(jué) 運動(dòng)功能、焦慮及活動(dòng)的應激反應等。 而每種行為 學(xué)實(shí)驗的側重點(diǎn)與使用條件不一樣，具體應用時(shí)要 根據不同的需求進(jìn)行選擇。 必要時(shí)結合多種行為 學(xué)方法進(jìn)行綜合分析，并與組織病理學(xué)、影像學(xué)及神經(jīng)電生理技術(shù)等結合，為認知功能障礙相關(guān)病的研究提供科學(xué)可靠的依據。