CN111685057A - 一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置及方法。该装置包括NMSS训练箱和NMMS训练及测试平台；NMSS训练箱内通过隔板分为sample区a和choice区a，隔板上设有自由开关的门；NMMS训练及测试平台系统包括sample区b、等待区、choice区b；sample区b箱体内通过隔板分成U型通道，U型通道的一端的箱体侧壁开口，另一端的箱体侧壁与choice区b通过等待区连接，且sample区b与等待区之间连接的箱体壁设有入口门，等待区与choice区b之间连接的箱体壁设有出口门；sample区a和sample区b内均设置至少一个设有带孔盒盖的盒子，choice区a和choice区b内均设置至少两个无盖的盒子。本发明装置简单，能有效对啮齿类动物进行工作记忆容量训练及测试。本发明方法基于非匹配原则的NMSS和NMMS规则学习，简单准确。

Description

一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置及方法，属于动物行为学领域。

背景技术

动物行为学实验已成为研究大脑高级功能不可或缺的重要手段，在神经生物学、神经生理学及神经药理学等研究领域有着重要地位。由于神经精神性疾病具有复杂性，其产生涉及到大脑最复杂的高级思维活动，动物行为实验方法将为认知、情绪和运动等复杂生命现象本质的探索研究。目前，动物行为学实验是神经精神性疾病研究的主要方法和手段，并且，行为学数据是神经精神药物发现和开发的基石。

既往的学习记忆研究，多基于视觉和听觉刺激的行为学范式，但这对于全面了解脑的高级功能，探究学习记忆的神经科学机制是远远不够的，并且，嗅觉作为啮齿类动物最为敏感的感官之一，对于啮齿类动物在环境中生存极为重要，不仅利用嗅觉线索寻找食物，还可以利用嗅觉线索躲避危险。目前，检测啮齿类动物的记忆容量主要包括八臂迷宫及基于嗅觉刺激的气味广度任务。实际应用表明，八臂迷宫用于检测啮齿类动物的记忆容量，由于其臂数有限，测量参数主要是进入重复臂的错误次数，存在明显的天花板效应，无法的得出确切的记忆容量的大小。目前的气味广度任务，应用非匹配原则训练动物学习，由于其任务设计的实验气味数目逐一增加是基于前一个实验的气味，因此气味会重复呈现，存在重复记忆及强化记忆，这与工作记忆的定义不符，并且，研究表明气味广度任务也存在明显的天花板效应。此外，以往的行为范式中未将学习过程和测试过程区分开，学习过程亦是测试过程，混淆学习策略在记忆容量测试中的影响。

工作记忆是短暂维持和处理信息的能力，是更为高级的认知功能的主要内容，但工作记忆容量非常有限，只能同时维持少数几个项目几秒钟，这也是认知功能最为核心的局限因素之一。米勒提出“Magic 7”理论，通过即时回忆任务，得出人的工作记忆容量是7±2的结论，神经心理理论进一步发展，自此记忆容量为何受限，以及如何提升记忆容量一直是研究的热点。除此之外，认知功能和工作记忆随着年龄增长会有所减退，许多精神疾病，包括精神分裂症，自闭症，退行性疾病都与之密切相关。

工作记忆参与许多高级认知活动，并且，记忆容量可以预测多种认知能力的水平，包括阅读理解力，写作技能，学术成就，推理能力和一般智力。因此，工作记忆容量是的一个体现认知能力的重要参数，合理且有效的检测方法，能对个体能力有预示，并对疾病的诊疗起指导意义，因此，通过建立啮齿类动物的嗅觉工作记忆容量行为范式，提供检测及研究记忆容量的新方式，研究嗅觉工作记忆容量受限、受损的机制，将为认知功能的脑可塑性提供更多理论依据。因此，本领域亟待开发研究有效测量啮齿类动物工作记忆容量的方法和装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置及方法。

本发明提供的一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，该装置包括NMSS训练箱和NMMS训练及测试平台；

所述NMSS训练箱为无盖箱体，其内通过隔板分为sample区a和choice区a，所述隔板上设有自由开关的门，使啮齿类动物自由进出所述sample区a和所述choice区a；

所述NMMS训练及测试平台系统包括sample区b、等待区、choice区b；所述sample区b和所述等待区均为无盖箱体设置，所述choice区b为一平台；所述sample区b箱体内通过隔板分成U型通道，所述U型通道的一端的箱体侧壁开口，其另一端的箱体侧壁与所述choice区b通过所述等待区连接，且所述sample区b与所述等待区之间连接的箱体壁设有入口门，所述等待区与所述choice区b之间连接的箱体壁设有出口门；

所述sample区a和所述sample区b内均设置至少一个设有带孔盒盖的盒子，所述choice区a和所述choice区b内均设置至少两个无盖的盒子。

本发明中，所述NMSS训练的英文全称为nonmatching to single sample odor，中文名称为非匹配单样本气味训练；

所述NMMS训练的英文全称为nonmatching to multiple sample odors，中文名称为非匹配多样本气味训练。

本发明中，所述sample区a和所述sample区b内均设置至少一个设有带孔盒盖的盒子，目的让啮齿类动物鼻触进去闻到气味，而所述choice区a和所述choice区b的盒子无盖，目的，让啮齿类动物自由探索choice区的气味盒子，挖掘目标气味盒子木屑里的食物。

本发明装置，适用的所述啮齿类动物为小鼠或大鼠，优选适用于小鼠。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸和/或装有具有气味的内容物；具体的，所述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸，或所述盒子内装有具有气味的内容物并且装有无味木屑并埋有食物奖励丸，或装有具有气味的内容物并且装有无味木屑。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述sample区b的箱体内的所述盒子沿所述入口门向所述开口方向依次设置；

所述choice区b的平台内设置的所述盒子位置随机。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述sample区a内设有1个盒子，所述choice区a设有2个盒子；使用时，所述choice区a设有与所述sample区a具有相同数量的相同气味的盒子，所述choice区a多出的那个盒子为具有不同气味的盒子；

所述sample区b内设有1～5个盒子；所述choice区b设有2～6个盒子，且所述choice区b比所述sample区b内的盒子数量多1个；使用时，所述choice区b设有与所述sample区b具有相同数量的相同气味的盒子，所述choice区b多出的那个盒子为具有不同气味的盒子；具体地，所述sample区b内设有5个盒子；所述choice区b设有6个盒子。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述choice区b平台呈正方形、圆形、长方形、椭圆形和梯形中的至少一种；

所述入口门与所述出口门设置于所述sample区的相对箱体壁上，便于研究工作记忆时间延迟效应；

所述等待区的箱体呈正方形、长方形和圆形中的至少一种；其尺寸根据所用于的啮齿类动物进行设计；具体地，如用于小鼠，所述等待区箱体底面为正方形，其边长为10cm～20cm，所述等待区箱体底面为长方形，其长：15cm～20cm、宽：10cm～15cm所述等待区箱体底面为圆形，半径5cm～10cm，以使得小鼠在所述等待区停留的时间为5s，达到记忆延时效果。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述具有气味的内容物包括如下质量份的组分组成：

木屑粉末5～10份；

食物粉末1份；

气味香料0.1～1份。

上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中，所述气味香料具体包括莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中的至少一种；所述气味香料更具体为20种，为莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜；

所述食物奖励丸为奶酪粒、糖粒和饲料颗粒中的至少一种，质量为0.05g～0.1g。

本发明中，所述具有气味的内容物，具体由如下质量份的组分组成：木屑粉末7份；食物粉末1份；气味香料0.5份。

本发明还提供了采用上述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置进行啮齿类动物行为训练及测试方法，包括如下步骤：

(1)将啮齿类动物置于所述NMSS训练箱中所述sample区a，然后打开所述NMSS训练箱内的门，让所述啮齿类动物在所述sample区a和所述choice区a内自由活动，进行环境适应；

(2)对步骤(1)中进行所述环境适应结束后的所述啮齿类动物取出，对其进行限食处理；将所述choice区a内放置所述盒子，所述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸，并且打开所述NMSS训练箱内的门，然后将所述啮齿类动物置于所述sample区a，让其自由活动寻找所述食物奖励丸并吃掉，目的让啮齿类动物学习寻找挖掘食物；

(3)NMSS训练学习阶段：将在所述sample区a和所述choice区a各放置一个内装有具有相同sample气味的盒子，所述choice区a还放置一个具有不同于所述sample气味的choice气味盒子，且埋有食物奖励丸；将步骤(2)中处理后的啮齿类动物置于所述sample区a内，待所述啮齿类动物用鼻尖触进所述sample气味的盒子的盒盖圆孔后，打开所述NMSS训练箱内的门，所述啮齿类动物进入所述choice区a内选择，建立当所述啮齿类动物选择与所述sample区a内具有不同的气味的盒子才能获得食物奖励的学习，进行气味区分训练，使啮齿类动物掌握学习非匹配单样本原则；

(4)NMMS训练学习阶段：经步骤(3)中NMSS训练学习阶段后的啮齿类动物进入所述NMMS训练及测试平台系统学习非匹配多样本规则，所述sample区b和所述choice区b各放置相同的具有sample气味的盒子，所述choice区b还放置一个作为choice气味的盒子；让所述啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述sample气味后，将上述等待区的入口门打开，待所述啮齿类动物在所述等待区停留后，将所述出口门打开，其进入所述choice区b，训练所述啮齿类动物找到与所述sample区b内具有不同的气味的choice气味的盒子，使啮齿类动物掌握学习非匹配多样本原则；

(5)工作记忆容量测试：经步骤(4)中NMMS训练学习阶段的啮齿类动物，按照与步骤(4)中相同规则，增加所述样本气味的数量进行训练，当所述啮齿类动物在所述choice区b连续两次选择所述sample气味即终止测试，因此所述啮齿类动物的工作记忆容量为完成对应实验的sample气味数目，即啮齿类动物能记住的气味数目，即为工作记忆容量的大小。

本发明中，步骤1)中，环境适应不需要喂食，就是让啮齿类动物(如小鼠)熟悉训练环境。

上述的方法中，所述啮齿类动物为小鼠或大鼠，优选小鼠。

上述的方法中，所述食物奖励丸的质量为0.05g～0.1g，具体可为0.05g。

上述的方法中，步骤(3)中，所述sample区a内具有sample气味的盒子为盒子内装有具有气味的内容物，其中所含气味香料为莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中任一种；

所述choice区a具有choice气味的盒子为盒子内装有具有气味的内容物，其中所含气味香料为莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中任一种。

上述的方法中，步骤(3)中，所述sample区a和所述choice区a放置的盒子中气味设置选自如下10个组合：20种不同所述气味香料随机配对成10个组合，每个组合中一种作为sample气味、一种作为choice气味；

步骤(3)中，所述气味区分训练过程如下：当所述啮齿类动物在所述choice区a，先到达所述具有sample气味盒子，并做出反应：根据信号检测论理论，若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则记为False反应，同时将所述啮齿类动物取出，并将所述choice区a的气味盒子随机调换位置，重新开始实验；若所述啮齿类动物未直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味盒子进行寻找食物，并转头到所述具有choice气味盒子寻找食物，则记为Correct reject反应，待啮齿类动物找到并吃完食物，将啮齿类动物取出，进行下一组气味组合的实验；当啮齿类动物在所述choice区a，先到达所述具有choice气味盒子，并做出反应：若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有choice气味盒子木屑里寻找食物，则记为Hit反应；若所述啮齿类动物未直接用鼻子或前爪在所述choice气味盒子进行寻找食物，并转头到所述具有sample气味的盒子寻找食物，则记为Miss反应；每天进行至少10次上述训练，且包含上述10个气味组合的训练，连续进行8天训练；若啮齿类动物正确率至少达到80％，即所述啮齿类动物能完成NMSS的训练学习，说明其掌握了非匹配原则，通过记住sample气味刺激信息，并进一步指导选择；

其中，所述正确率(％)＝(correct reject反应数+hit反应数)/(correct reject反应数+hit反应数+false反应数+miss反应数)×100。

上述的方法中，步骤(4)中，所述sample区b和所述choice区b放置的盒子中气味设置选自如下：20种不同所述气味香料随机配对成5个组合，由随机取1个所述气味香料作为所述sample气味的训练开始，按照公差为1呈等差数列递增，直至完成随机取5个不同所述气味香料作为所述sample气味的训练，每个组合中有一个choice气味；

所述啮齿类动物在所述等待区停留的时间为3s～8s，优选5s；

训练所述啮齿类动物找到所述choice区b内的所述具有choice气味的盒子的过程如下：所述啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述sample气味后，所述等待区的入口门打开，待所述啮齿类动物在所述等待区停留后，所述出口门打开，所述啮齿类动物进去所述choice区b，对气味做出选择；若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则立即将所述啮齿类动物从所述choice区b取出，将所述choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次训练；若所述啮齿类动物在所述choice区b中所述具有choice气味的盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一组气味训练；由随机取1个所述气味香料作为所述sample气味的训练开始，按照公差为1呈等差数列递增，直至完成随机取5个不同所述气味香料作为所述sample气味的训练；连续进行4天的训练，当所述啮齿类动物能连续2天完成2个所述sample气味的难度，即可进入工作记忆容量测试。

上述的方法中，步骤(5)中，所述测试的时间为连续测试3～5天，具体可为3天；

步骤(5)中，训练所述啮齿类动物找到所述具有choice气味的盒子的过程如下：啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述sample气味后，所述等待区的入口门打开，待啮齿类动物在所述等待区停留后，所述出口门打开，所述啮齿类动物进去所述choice区b，对气味做出选择；若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则立即将所述啮齿类动物从所述choice区b取出，将所述choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次训练；若啮齿类动物在所述choice区b中所述具有choice气味的盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一组气味训练，直至连续2次犯错，未正确找到choice气味盒子，停止测试，即得到啮齿类动物的工作记忆容量。

本发明具有以下优点：

本发明装置简单，能有效对啮齿类动物(如小鼠)进行工作记忆容量训练及测试。本发明方法基于非匹配原则的NMSS和NMMS规则学习，简单准确。本发明装置及方法，很好的模拟了人类工作记忆加工过程，不仅能够有效检测啮齿类动物的工作记忆容量，测试结果稳定，避免了以往八臂迷宫及气味广度任务等方法测试工作记忆容量的天花板效应，而且，提供了研究工作记忆维持过程的时间效应方法，以及探究工作记忆不同成分的有效工具。

附图说明

图1为本发明用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中NMSS训练箱的结构示意图。

图2为本发明用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置中NMMS训练及测试平台的结构示意图。

图1-2中各个标记如下：

1设有带孔盒盖的盒子；2无盖的盒子；3自由开关的门；4入口门；5出口门。

图3为本发明方法通过NMSS训练方法训练后，C57小鼠在实验中的测试结果；其中图3(a)为正确率结果，图3(b)为记忆容量结果，图3(c)测试中的工作记忆容量大小结果。

图4为本发明方法通过NMMS训练方法训练后，5×FAD小鼠在实验中的测试结果；其中图4(a)为正确率结果，图4(b)为记忆容量结果，图4(c)测试中的工作记忆容量大小结果。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、小鼠工作记忆容量训练及测试装置

如图1-2所示，为本发明小鼠工作记忆容量训练及测试装置，它包括：

NMSS训练箱为无盖箱体，其内通过隔板分为sample区a和choice区a，隔板上设有自由开关的门3；

NMMS训练及测试平台包括sample区b、等待区、choice区b；sample区b和等待区均为无盖箱体设置，choice区b为一平台；sample区b箱体内通过隔板分成U型通道，U型通道的一端箱体侧壁开口，另一端的箱体侧壁与choice区b通过等待区连接，且sample区b与等待区之间连接的箱体壁设有入口门4(具体设置可为sample区b与等待区之间连接的箱体壁为上下推拉门设置)，等待区与choice区b之间连接的箱体壁设有出口门5(具体设置可为等待区与choice区b之间连接的箱体壁为上下推拉门设置)；

sample区a和sample区b内均设置至少一个设有带孔盒盖的盒子1，choice区a和choice区b内均设置至少两个无盖的盒子2。

进一步的，上述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸，或盒子内装有具有气味的内容物并且装有无味木屑并埋有食物奖励丸，或装有具有气味的内容物并埋有无味木屑。

进一步的，20种气味盒子，其内容物具体由包含7g木屑粉末，1g食物粉末及0.5g对应的气味香料组成。每个盒子装有一种气味香料，气味香料分别为莳萝，肉桂，辣椒，百里香，洋葱，迷迭香，孜然粉，五香粉，丁香，杏仁，薄荷，抹茶，罗勒，咖喱，姜，香菜，咖啡，芹菜，白胡椒和菠菜。

进一步的，sample区b的箱体内的盒子1沿入口门4向开口方向依次设置；

choice区b的平台内设置的盒子2位置随机。

进一步的，sample区a内设有1个设有带孔盒盖的盒子1，choice区a设有2个无盖的盒子2；

sample区b内设有1～5个设有带孔盒盖的盒子1；choice区b设有2～6个无盖的盒子2，且choice区b比sample区b内的无盖的盒子2数量多1个；具体地，sample区b内设有5个设有带孔盒盖的盒子1；choice区b设有6个无盖的盒子2。

进一步的，choice区b平台呈正方形、圆形、长方形、椭圆形和梯形中的至少一种；

入口门与出口门设置于sample区的相对箱体壁上，便于研究工作记忆时间按延迟效应；

等待区的箱体呈正方形、长方形和圆形中的至少一种；其尺寸根据所用于的啮齿类动物进行设计；具体地，如用于小鼠，所述等待区箱体底面为正方形，其边长为10cm～20cm，所述等待区箱体底面为长方形，其长：15cm～20cm、宽：10cm～15cm所述等待区箱体底面为圆形，半径5cm～10cm，以使得小鼠在所述等待区停留的时间为5s，达到记忆延时效果。

实施例2、小鼠行为训练方法

采用本发明实施例1中小鼠工作记忆容量行为训练及测试装置，具体的，sample区a内设有1个盒子(sample气味香料是肉桂)，choice区a设有2个盒子(肉桂、洋葱，其中洋葱为choice气味)；sample区b内设有5个盒子(由入口至等待区方向依次摆放具有香菜、洋葱、肉桂、罗勒和薄荷的sample气味的盒子)；choice区b设有6个盒子(在平台的边缘随机位置摆放具有香菜、洋葱、肉桂、罗勒、薄荷和五香粉气味的盒子，其中五香粉为choice气味)；对小鼠行为训练及测试方法，包括以下步骤：

(1)首先，将小鼠置于气味辨别训练箱sample区，训练箱中间的门打开，可通向choice区，让其自由穿梭活动10min，进行连续3天的环境适应，以消除小鼠对实验环境的恐惧。

(2)环境适应结束后，对小鼠进行限食处理，使小鼠饥饿从而对奖励食物有较强的寻找动机。然后，将埋有食物奖励丸的无味木屑盒子置于choice区a，将小鼠置于sample区a，让其自由探索，寻找食物奖励并将其吃掉，目的让小鼠学习寻找挖掘食物。

(3)NMSS训练学习阶段：该阶段基于非匹配原则，学习单样本非匹配规则，进行气味区分训练，建立只有与sample气味不同的气味盒子才能获得食物奖励的学习，其中，20种不同香料气味得木屑盒子随机配对成10个组合，一种作为sample气味，一种作为choice气味。在sample区a，放入sample气味盒子并附有圆孔(鼻触)的盒盖，同时在choice区a，放入相同的sample气味盒子和choice气味盒子，其中只有choice气味盒子木屑里埋有食物奖励。将老鼠置于sample区a，待小鼠用鼻尖触进盒盖圆孔，表示小鼠闻过sample气味，此时，NMSS训练箱中间的自由开关的门打开，小鼠穿越此门，到choice区a进行选择。当小鼠在choice区a，先到达sample气味盒子，并做出反应：根据信号检测论理论，若小鼠直接用鼻子或前爪在sample气味盒子木屑里寻找食物，则记为False反应，同时将小鼠取出，并将choice区a的气味盒子随机调换位置，从新开始实验；若小鼠未直接用鼻子或前爪在sample气味盒进行寻找食物，并转头到choice气味盒子寻找食物，则记为Correct reject反应，待小鼠找到并吃完食物，将小鼠取出，进行下一组气味组合的实验。当小鼠在choice区a，先到达choice气味盒子，并做出反应：若小鼠直接用鼻子或前爪在choice气味盒子木屑里寻找食物，则记为Hit反应；若小鼠未直接用鼻子或前爪在choice气味盒进行寻找食物，并转头到sample气味盒子寻找食物，则记为Miss反应。每天进行至少10次上述训练，其中包含10个气味组合实验，连续进行8天训练。若小鼠正确率达到80％，小鼠能很好地完成NMSS的训练学习，说明其掌握了非匹配原则，通过记住sample气味刺激信息，并进一步指导选择。

(4)NMMS训练学习阶段：通过NMSS训练学习阶段，小鼠掌握了单样本非匹配规则，进入NMMS训练学习阶段，小鼠进一步学习多样本非匹配规则。

sample区b和choice区b放置的盒子中气味设置选自如下：20种不同气味香料随机配对成5个组合，由随机取1个气味香料作为sample气味的训练开始，按照公差为1呈等差数列递增，直至完成随机取5个不同气味香料作为sample气味的训练，每个组合中有一个choice气味；小鼠进入NMMS训练及测试平台的sample区b，闻过所有sample气味后，等待区的入口门打开，待小鼠在等待区停留5s后，出口门打开，小鼠进去choice区b，对气味做出选择。若小鼠直接用鼻子或前爪在sample气味盒子木屑里寻找食物，则立即将小鼠从choice区b取出，将choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次实验。若小鼠在choice气味盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一个实验，直至完成5个sample气味的实验。连续进行4天的训练，小鼠能连续2天完成2个sample气味的难度，即可进入下工作记忆容量测试。

(5)工作记忆容量测试：工作记忆容量测试的规则与NMMS类似，随着sample气味数目的增加，即难度的增加。啮齿类动物进入sample区b内，闻过所有sample气味后，等待区的入口门打开，待啮齿类动物在等待区停留后，出口门打开，啮齿类动物进去choice区b，对气味做出选择；若啮齿类动物直接用鼻子或前爪在具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则立即将啮齿类动物从choice区b取出，将choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次训练；若啮齿类动物在choice区b中在具有choice气味的盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一组气味训练，直至连续2次犯错，未正确找到choice气味盒子，停止测试，因此小鼠的工作记忆容量为完成对应实验的sample气味数目，即小鼠能记住的气味数目，连续测试3天。

使用该装置和方法训练的行为结果如图3。该图3(a)展示了9只C57小鼠经过NMSS训练后，结果显示平均正确率有显著提高。图3(b)展示小鼠经过NMMS训练，结果显示记忆容量稳步上升。方法训练的实验结果表明，小鼠学会了NMSS和NMMS规则，说明该装置和训练方法有效且具有可实施性。图3(c)展示了记忆容量测试的结果，经过连续5天的测试，结果表明，该方法测试的小鼠工作记忆容量稳定，且符合工作记忆的核心特征，即记忆容量的有限性。上述结果可见，本发明的装置合理有效，训练及测试方法具有可实施性，以及可再现性。综上，本发明的装置和方法训练，很好的模拟了人类工作记忆加工过程，不仅能够有效检测小鼠的工作记忆容量，测试结果稳定，而且避免了以往八臂迷宫及气味广度任务等方法测试工作记忆容量的天花板效应。除此之外，本发明得装置和方法训练，将啮齿类动物的学习过程和测试过程区分开，避免了以往行为范式中，学习过程亦是测试过程，混淆学习策略在记忆容量中的影响。

实施例3、阿尔茨海默病疾病模型小鼠5×FAD小鼠工作记忆容量的检测

采用本发明实施例1中小鼠工作记忆容量行为训练及测试装置，对阿尔茨海默病疾病模型小鼠5×FAD，进行训练及测试，检测5×FAD转基因小鼠(Tg)和野生型小鼠(Wt)的工作记忆容量。具体方法与本发明实施例2中方法相同。

使用该装置和方法训练的行为结果如图4。图4(a)展示了5×FAD小鼠经过NMSS训练后，结果显示平均正确率有显著提高，并且5×FAD转基因小鼠和野生型小鼠之间没有显著差异。图4(b)展示5×FAD小鼠经过NMMS训练，结果显示记忆容量稳步上升，并且5×FAD转基因小鼠和野生型小鼠之间没有显著差异。方法训练的实验结果表明，小鼠学会了NMSS和NMMS规则，5×FAD转基因小鼠和野生型小鼠之间，规则学习能力没有显著差别。说明该装置和训练方法有效且具有可实施性。图4(c)展示了记忆容量测试的结果，经过连续3天的测试，结果表明，该方法测试的5×FAD小鼠工作记忆容量稳定，依然呈现容量的有限性，并且，5×FAD转基因小鼠的工作记忆容量显著低于野生型小鼠。上述结果可见，本发明的装置合理，检测有效，训练及测试方法具有可实施性，以及可再现性。综上，本发明的装置和方法训练，很好的模拟了人类工作记忆加工过程，不仅能够有效检测阿尔茨海默病疾病模型小鼠5×FAD小鼠的工作记忆容量损害，测试结果稳定，而且避免了学习过程和测试过程的重叠，减小了学习策略混淆在记忆容量测试中的影响。

Claims (10)

1.一种用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，其特征在于：该装置包括NMSS训练箱和NMMS训练及测试平台；

所述NMSS训练箱为无盖箱体，其内通过隔板分为sample区a和choice区a，所述隔板上设有自由开关的门；

所述NMMS训练及测试平台包括sample区b、等待区、choice区b；所述sample区b和所述等待区均为无盖箱体设置，所述choice区b为一平台；所述sample区b箱体内通过隔板分成U型通道，所述U型通道的一端的箱体侧壁开口，其另一端的箱体侧壁与所述choice区b通过所述等待区连接，且所述sample区b与所述等待区之间连接的箱体壁设有入口门，所述等待区与所述choice区b之间连接的箱体壁设有出口门；

所述sample区a和所述sample区b内均设置至少一个设有带孔盒盖的盒子，所述choice区a和所述choice区b内均设置至少两个无盖的盒子。

2.根据权利要求1所述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，其特征在于：所述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸和/或装有具有气味的内容物；

所述sample区b的箱体内的所述盒子沿所述入口门向所述开口方向依次设置；

所述choice区b的平台内设置的所述盒子位置随机。

3.根据权利要求1或2所述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，其特征在于：所述sample区a内设有1个盒子，所述choice区a设有2个盒子；

所述sample区b内设有1～5个盒子；所述choice区b设有2～6个盒子，且所述choice区b比所述sample区b内的盒子数量多1个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，其特征在于：所述choice区b平台呈正方形、圆形、长方形、椭圆形和等腰梯形中的至少一种；

所述入口门与所述出口门设置于所述sample区的相对箱体壁上；

所述等待区的箱体呈正方形、长方形和圆形中的至少一种。

5.根据权利要求2-4中任一项所述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置，其特征在于：所述具有气味的内容物包括如下质量份的组分组成：

木屑粉末5～10份；

食物粉末1份；

气味香料0.1～1份；

所述气味香料具体包括莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中的至少一种；

所述食物奖励丸为奶酪粒、糖粒和饲料颗粒中的至少一种，质量为0.05g～0.1g。

6.采用权利要求1-5中任一项所述用于啮齿类动物工作记忆容量训练及测试的装置进行啮齿类动物行为训练及测试方法，包括如下步骤：(1)将啮齿类动物置于所述NMSS训练箱中所述sample区a，然后打开所述NMSS训练箱内的门，让所述啮齿类动物在所述sample区a和所述choice区a内自由活动，进行环境适应；

(2)对步骤(1)中进行所述环境适应结束后的所述啮齿类动物取出，对其进行限食处理；将所述choice区a内放置所述盒子，所述盒子内装有无味木屑并埋有食物奖励丸，并且打开所述NMSS训练箱内的门，然后将所述啮齿类动物置于所述sample区a，让其自由活动寻找所述食物奖励丸并吃掉；

(3)NMSS训练学习阶段：将在所述sample区a和所述choice区a各放置一个内装有具有相同sample气味的盒子，所述choice区a还放置一个具有不同于所述sample气味的choice气味的盒子，且埋有食物奖励丸；将步骤(2)中处理后的啮齿类动物置于所述sample区a内，待所述啮齿类动物用鼻尖触进所述sample气味的盒子的盒盖圆孔后，打开所述NMSS训练箱内的门，所述啮齿类动物进入所述choice区a内选择，建立当所述啮齿类动物选择与所述sample区a内具有不同的气味的盒子才能获得食物奖励的学习，进行气味区分训练，使啮齿类动物掌握学习非匹配单样本原则；

(4)NMMS训练学习阶段：经步骤(3)中NMSS训练学习阶段后的啮齿类动物进入所述NMMS训练及测试平台系统学习非匹配多样本规则，所述sample区b和所述choice区b各放置相同的具有样本气味的盒子，所述choice区b还放置一个作为choice气味的盒子；让所述啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述样本气味后，将上述等待区的入口门打开，待所述啮齿类动物在所述等待区停留后，将所述出口门打开，其进入所述choice区b，训练所述啮齿类动物找到与所述sample区b内具有不同的气味的choice气味的盒子，使啮齿类动物掌握学习非匹配多样本原则；

(5)工作记忆容量测试：经步骤(4)中NMMS训练学习阶段的啮齿类动物，按照与步骤(4)中相同规则，增加所述样本气味的数量进行训练，当所述啮齿类动物在所述choice区b连续两次选择所述样本气味即终止测试，因此所述啮齿类动物的工作记忆容量为完成对应实验的样本气味数目，即啮齿类动物能记住的气味数目，即为工作记忆容量的大小。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述啮齿类动物为小鼠或大鼠；所述食物奖励丸的质量为0.05g～0.1g；

步骤(3)中，所述sample区a内具有sample气味的盒子为盒子内装有具有气味的内容物，其中所含气味香料为莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中任一种；

所述具有choice气味的盒子为盒子内装有具有气味的内容物，其中所含气味香料为莳萝、肉桂、辣椒、百里香、洋葱、迷迭香、孜然粉、五香粉、丁香、杏仁、薄荷、抹茶、罗勒、咖喱、姜、香菜、咖啡、芹菜、白胡椒和菠菜中任一种。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤(3)，所述sample区a和所述choice区a放置的盒子中气味设置选自如下10个组合：20种不同所述气味香料随机配对成10个组合，每个组合中一种作为样本气味、一种作为choice气味；

步骤(3)中，所述气味区分训练过程如下：当所述啮齿类动物在所述choice区a，先到达所述具有sample气味盒子，并做出反应：根据信号检测论理论，若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则记为False反应，同时将所述啮齿类动物取出，并将所述choice区a的气味盒子随机调换位置，从新开始实验；若所述啮齿类动物未直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味盒子进行寻找食物，并转头到所述具有choice气味盒子寻找食物，则记为Correct reject反应，待所述啮齿类动物找到并吃完食物，将所述啮齿类动物取出，进行下一组气味组合的实验；当所述啮齿类动物在所述choice区a，先到达所述具有choice气味盒子，并做出反应：若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有choice气味盒子木屑里寻找食物，则记为Hit反应；若所述啮齿类动物未直接用鼻子或前爪在所述choice气味盒子进行寻找食物，并转头到所述具有sample气味的盒子寻找食物，则记为Miss反应；每天至少10次上述训练，且包含上述10个气味组合的训练，连续进行8天训练；若所述啮齿类动物正确率至少达到80％，即所述啮齿类动物能完成NMSS的训练学习；

其中，所述正确率(％)＝(correct reject反应数+hit反应数)/(correct reject反应数+hit反应数+false反应数+miss反应数)×100。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述sample区b和所述choice区b放置的盒子中气味设置选自如下：20种不同所述气味香料随机配对成5个组合，由随机取1个所述气味香料作为所述sample气味的训练开始，按照公差为1呈等差数列递增，直至完成随机取5个不同所述气味香料作为所述sample气味的训练，每个组合中有一个choice气味；

所述啮齿类动物在所述等待区停留的时间为3s～8s；

所述训练啮齿类动物找到所述choice区b内的所述具有choice气味的盒子的过程如下：所述啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述sample气味后，所述等待区的入口门打开，待所述啮齿类动物在所述等待区停留后，所述出口门打开，所述啮齿类动物进去所述choice区b，对气味做出选择；若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在所述具有sample气味的盒子木屑里寻找食物，则立即将所述啮齿类动物从所述choice区b取出，将所述choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次训练；若所述啮齿类动物在所述choice区b中所述具有choice气味的盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一组气味训练；由随机取1个所述气味香料作为所述sample气味的训练开始，按照公差为1呈等差数列递增，直至完成随机取5个不同所述气味香料作为所述sample气味的训练；连续进行4天的训练，当所述啮齿类动物能连续2天完成2个所述sample气味的难度，即可进入工作记忆容量测试。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述测试的时间为连续测试3～5天；

步骤(5)中，训练所述啮齿类动物找到所述具有choice气味的盒子的过程如下：啮齿类动物进入所述sample区b内，闻过所有所述样本气味后，所述等待区的入口门打开，待啮齿类动物在所述等待区停留后，所述出口门打开，啮齿类动物进去所述choice区b，对气味做出选择；若所述啮齿类动物直接用鼻子或前爪在sample气味盒子木屑里寻找食物，则立即将啮齿类动物从所述choice区b取出，将所述choice区b的所有气味位置随机变换，重复此次训练；若所述啮齿类动物在所述choice区b中所述具有choice气味的盒子找到食物，等其将食物吃完，放回鼠笼，等待进行下一组气味训练，直至连续2次犯错，未正确找到choice气味盒子，停止测试，即得到啮齿类动物的工作记忆容量。

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