Morris 水迷宫对仔鼠学习记忆能力的影响

内容

Morris 水迷宫对仔鼠学习记忆能力的影响

　　 摘 　 要 : 　 【目的】 　 胚胎期脑发育对内外界环境 (包括母体环境) 的变化极为敏感 , 本研究旨在探讨妊娠期静磁场暴露对不同月龄仔鼠学习记忆的影响 。 　 【方法】 　 将孕鼠置于 1 . 5 T 的静磁场中 ,连续 7 d ( 孕期 12～18 d) ,每次10 mi n ; 将仔鼠根据年龄及性别分为 6 组 : 即 1 、 2 、 5 月龄雌性和雄性组 ; 采用 Morris 水迷宫 ( Morris Water Maze ,MWM) 的方法检测各组大鼠的空间学习记忆能力 。 　 【结果】 　 与对照组相比 , 5 月龄雌性仔鼠的空间学习与记忆能力均降低 ,表现为寻找站台的潜伏期明显延长 ( F = 12 . 609 , P < 0 . 01) ,穿越站台次数减少 ( F = 7 . 680 , P < 0 . 05) ; 其它

各组与对照组相比差异无显著性 。 　 【结论】 　 妊娠期静磁场暴露可以降低 5 月龄雌性仔鼠的空间学习记忆能力 。

关键词 : 　 妊娠期 ; 静磁场 ; 大鼠 ; Morris 水迷宫

　　 妊娠期是胚胎或胎儿中枢神经系统发育的重要时期 ,在此期间胚胎脑对内外界环境 ( 包括母体环境) 的变化极为敏感 。 已有研究证实妊娠期静磁场暴露影响胚胎的眼部发育 , 以及胚胎的重量。 但是妊娠期接受静磁场暴露是否影响子代的学习记忆等脑的高级功

能却少见报道 。 本研究采用行为学实验方法探讨了妊娠期静磁场暴露对子代学习记忆的影响 。

1 　 材料和方法

1 . 1 　 材料 　 15 只 SD 母鼠 (西安交通大学医学院实验动物中心提供) 。 随机选取妊娠 12～18 日孕鼠 8 只为磁场照射实验组 ,每日 7 : 00 p m 进行 M R I 磁场照射 ,每次 40 mi n ,共 7 d 。静磁场 1 . 5 T , 照射时 , 将装有孕鼠的笼子置于磁共振检查台上 , 横穿线圈 。7只孕鼠在相同的时间内放于一个与磁场照射相近的屏蔽环境 ,为对照组 。

1 . 2 　 仔鼠分组 　 母鼠分娩后 , 将每一窝单独放于一塑料笼中 ( 46 c m × 31 . 5 c m × 20 c m) ,母鼠可自由饮水和进食 。 当仔鼠 21 d 龄断奶 ,并将雌雄分笼饲养 。1 、2 、 5 月龄进行行为检测 。 共 89 只动物 。

1 . 3 　 Morris 水迷宫行为测定 　 Morris water Maze( M WM) 水迷宫为一直径 160 c m 、 高 55 c m 的圆形水池 ,水池内壁被漆为黑色 , 池内水深 41 c m , 水温保持在 23 ℃± 1 ℃,房间内光照恒定 ,并保证无光线反射在水池内 。池壁上以四个等距离点东 ( E) 、 南 ( S) 、 西( W) 、 北 ( N ) 将水池分为四个象限 , 分别称 SW 、 N W 、S E 及 N E 象限 , 在 N E 象限正中 , 距离池壁 35 c m 处放有一个直径为 8 c m , 高 40 c m 的圆形透明站台 , 站台低于水面 1 c m 。迷宫上方安置着连接显示与采样系统的摄像机 。 大鼠的运动轨迹及测试结果的显示和处理均采用上海欣软信息科技有限公司研制开发的动物行为学软件 。 训练期间迷宫外参照物保持不变 。

　　 Mo r ri s 水迷宫的测试包括定位航行试验 ( p l acena vi gat io n) 和空间探索试验 ( sp at i al p ro be t e st ) 两个部分 。 定位航行试验用于检测大鼠对水迷宫的空间学习和记忆的能力 。 实验历时 4 . 5 d ,每天分上 、 下午两个时间段 ,每段训练 4 次 ,共 9 个训练段 。 训练时随机选择一个象限的中心作为入水点 , 将大鼠面向池壁轻轻放入水中 ,4 次训练大鼠假性随机分别从四个不同的入水点入水 。 如果大鼠在水中游泳一段时间后爬上站台 ,并在站台上停留时间超过 3 秒 ,则认为大鼠找到站台 ,立即将大鼠从站台上移走 ,软件系统将记录大鼠在水中游泳的时间 , 此为寻找站台的潜伏期 。如果大鼠在 120 秒内未找到站台 ,则将其引至站台 ,并在站台上停留 5 秒 ,潜伏期记为 120 秒 。两次训练的最小时间间隔为 15 mi n 。观察并记录 9 个训练段大鼠每次寻找站台所需的潜伏期和采用的策略 。

　　 空间探索试验用于测试大鼠学会寻找站台后 , 对站台空间位置记忆的能力 。 即在第 5 d 下午训练时撤除站台 ,然后任选一个入水点 ( 本实验各组动物均选择SW 象限的中心作为入水点) 将大鼠面向池壁放入水中 ,观察并记录 120 秒内动物在原站台所在象限的停留时间和搜索原站台的游泳轨迹 。 空间探索试验只进行一次 。

1 . 4 　 统计学方法 　 各组子代大鼠寻找站台所需潜伏期以及在站台所在象限的停留时间均以 Š x ± s 表示 。比较各组间潜伏期的差异采用重复测量的方差分析( RANOVA) ,处理 、 年龄和性别为 3 个组间的影响因素 ,站台所在象限的停留时间的数据比较采用单因素方差分析 , P < 0 . 05 为差异有显著性 。数据处理应用SPSS 10 . 0 统计软件 。

2 　 结 　 果

2 . 1 　 仔鼠空间学习能力的检测 　 所有动物在测试中 ,均随着训练次数的增加 ,在水中逃逸 、 寻找平台的潜伏期越来越短 ( F = 42 . 262 , P < 0 . 05) ,直至达到稳定水平 。 表明接受训练的各组大鼠通过学习 , 均可对水下的安全逃逸站台产生空间定位记忆 。

　　 三个组间因素 ( 实验处理 、 年龄 、 性别) 之间的交互作用 ,实验处理的交互显著 ( F = 7 . 450 , P < 0 . 05) , 处理与性别 ( F = 2 . 2 0 8 , P > 0 . 0 5 ) , 性别与年龄 ( F =2 . 387 , P > 0 . 05) 及处理与年龄 、 性别间 ( F = 0 . 116 , P> 0 . 05) 的交互作用均不显著 。为进一步分析实验处理的主因素作用 , 对每个年龄段每种性别处理组和对照组进行组间比较 。5 月龄雌性子代间处理的主因素影响显著 ( F = 12 . 609 , P <0 . 05) ,其它组间处理的主因素影响不显著 ( 1 月龄雄性 : F = 0 . 339 , P > 0 . 05 ; 2 月龄雄性 : F = 2 . 266 , P >0 . 05 ; 5 月龄雄性 : F = 2 . 857 , P > 0 . 05 ; 1 月龄雌性 : F= 0 . 653 , P > 0 . 05 ; 2 月龄雌性 : F = 3 . 510 , P > 0 . 05) 。

2 . 2 　 仔鼠空间记忆能力的影响 　 各组仔鼠在站台所在象限的停留时间 。 各组间均未发现在原站台所在象限停留时间有差异 ( P 均 < 0 . 05) 。 

3 　 讨 　 论

　　 随着现代科学技术的发展 , 人类接触各种磁场的机会越来越多 ,因此对于磁场安全性方面的研究日益深入 ,其中也包括医用磁共振对生物体的影响 。磁共振的磁场包括静磁场 、 脉冲磁场和梯度磁场三部分 。脉冲磁场和梯度磁场只有在进行扫描时才存在 , 而且它们的强度与不同磁共振设备的静磁场强度有关 , 因此只有静磁场是持续存在的 。 目前磁共振常用的磁场强度是 1～2 T , 但是为了获得更好的影像效果 , 国外某些研究单位已经开始应用强度在 4～9 T 的设备 ,不久也将应用于临床 。 因此医疗检测的发展也将使人类暴露在更高强度的磁场下 。 目前已有报道关于静磁场的生物学效应 ,如可引起眩晕 、 恶心以及行为学的某些改变 。S Paci ni 等及其同事发现 , 即使在 0 . 2 T 强度下 ,培养细胞的形态就已经发生变化 ,而且参与信号转导的第二信使 ( 三磷酸肌醇和二酰甘油) 水平下降 ,说明细胞功能发生了变化 。

3 . 1 　 妊娠期静磁场照射可引起仔鼠空间学习能力降低 　 近年来 , 大量研究发现 , 多种频率的低能量电磁场 ,其非热效应均可影响细胞的生理功能 ,其中包括抑制培养神经元的轴突生长 ,引起基因突变 ,以及降低子宫内雌激素受体密度等 。 由于胚胎脑对各种理化因素十分敏感 ,因此静磁场暴露是否对胚胎脑发育产生影响值得关注 。

本研究结果显示 , 出生前暴露于静磁场可引起五月龄雌性子代大鼠 Mo r ri s 水迷宫任务测试过程中空间学习能力的损伤 。与对照组比较 , 它们寻找站台所花费的时间更多 。 在其它两个年龄段的雌性仔鼠和雄性各组均未发现显著影响 。H L ai 等将大鼠暴露于60 Hz 磁场 ,发现其在水迷宫任务中游泳速度降低和记忆能力损伤 ,在 12 臂放射迷宫测试中亦出现空间记忆的缺失 ,并且他指出其机制与胆碱能系统有关 。人类暴露于 50 Hz 磁场可对认知过程发生有害的影响 ,尤其是短期记忆 。 从以上可知 , 磁场可损害本代动物及人类的学习记忆能力 ,主要表现为记忆能力的损伤 。我们的实验指出 ,磁场对子代动物的学习记忆能力亦有损伤 ,而且这种损伤主要为学习能力的损伤 ,并且与性别及年龄有关 。

3 . 2 　 妊娠期静磁场照射引起仔鼠空间学习能力降低的可能原因 　 本实验结果中出现的性别差异与出生前其他处理方法所获得的研究结果相似 。 出生前暴露于酒精 、 甲苯或铅可引起雌性子代大鼠水迷宫测试能力降低,提示子代在出生前对外界环境中的有害因素的反应存在性别差异 。研究指出 , 雄性动物在水迷宫空间学习过程中通常仅使用一种线索 ( 多为几何性图形线索) ,而雌性动物则更多地依赖于多种线索 ( 标志性和几何性的线索)。因此 , 较雄性动物而言 , 雌性所采取的策略更复杂 ,要求的信息更多 ,可能是雌性动物在水迷宫任务中对产前有害因素更易感的原因 。大量文献报道 ,雌激素与学习记忆认知行为及神经可塑性有密切关系。 它可提高认知功能和学习和记忆能力 。 其可能的原因之一是雌激素受体与 N MDA 受体共同作用 在形 成兴 奋性突 触过 程中 具有 重要作用;在突触形成过程中 ,雌激素在局部起着转录后调控作用。 一定量的雌激素可促进学习记忆能力 ,过量则损害学习记忆能力 。 注射雌激素和孕激素可损伤卵巢切除大鼠水迷宫中的空间参考记忆能力 , 对非空间线索任务没有显著影响 。但是 , 产前暴露于磁场对性激素系统的影响 , 以及其影响学习记忆的确切原因还需进一步研究 。然而 ,本研究使用的 Mo r ri s 水迷宫仅是检测动物空间学习与记忆能力的方法 ,尽管本研究表明 ,静磁场影响仔鼠的学习能力 , 但尚不能揭示静磁场对仔鼠脑功能影响的全部 。 所以本研究结果提示 , 妊娠期静磁场暴露应该慎重 ; 尤其是 M R I 对胚胎发育的影响更值得关注 。

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