用于小鼠空间学习记忆的巴恩斯迷宫实验测试方法（心得篇）

Barnes 迷宫是一种基于旱地的啮齿动物行为范式，用于评估空间学习和记忆，最初由其同名的 Carol Barnes 开发。它代表了更受欢迎的Morris水迷宫的成熟替代方案，并提供了不受游泳行为潜在混淆影响的优势。在此, 我们将详细描述巴恩斯迷宫实验装置和相应的小鼠测试和分析程序（VisuTrack软件，上海欣软）。

设备安装准则

巴恩斯迷宫实验装置包括：

A、用于分析的行为测试室和相邻房间的布局

B、巴恩斯迷宫平台

C、启动室

D、逃生通道 （可安装 40 个逃生孔）

E、铝制支架

F、高架摄像机（连接装有VisuTrack软件的计算机）

G、单一视觉提示的远端标识物（用户自行选择在实验室墙壁悬挂，建议尺寸30cm）

测试方法

1、习惯（第 1 天）

1. 将逃生隧道连接到平台上，并为每个小鼠习惯试验添加一张干净的纸巾。周围的视觉提示应该到位。在习惯、习得和探索试验阶段，这些线索应保持不变。

2. 将小鼠放在逃生隧道中 1 分钟。

3. 将小鼠放在仪器的中心。让它探索，直到它进入逃生隧道或 5 分钟过去。

4. 用 70% 乙醇清洁设备和逃生通道

2、习得培训（第 1-10 天）

1. 在习惯化和获得训练开始之间允许至少 1 小时的间隔。将逃生隧道连接到平台上与习惯试验不同的位置。在训练期间，逃生通道的位置相对于房间内的空间线索保持在这个固定位置。在每次小鼠采集试验的逃生通道中添加一张干净的纸巾。

2. 训练包括每天两次采集试验（每次试验限制 3 分钟；试验间间隔约 1 小时），起始位置在四个象限中伪随机变化。

3. 在每次试验开始时，将小鼠置于位于四个象限之一中心的灰色 PVC 起始室中。15 秒后，启动室被抬起，并允许小鼠探索迷宫。在每次试验期间，通过扬声器播放响亮的白噪声 (90 dB) 以诱导逃跑行为。当老鼠进入逃生隧道时，试验结束（图 3D) 或 3 分钟过去。如果老鼠在 3 分钟内未能找到逃生隧道，研究人员会将其放入隧道中，并在移除前允许其停留 15 秒。注意：刺激条件也有老师使用强光刺激，供参考

4. 每次试验后，用 70% 乙醇清洁迷宫和逃生通道。

5. 对于每次试验，都会记录许多参数以评估性能。这些包括定位（主要延迟）和进入（总延迟）逃生隧道的延迟，以及在定位（主要错误）和进入（总错误）隧道之前检查的错误孔的数量。错误被定义为检查任何不包含逃生隧道的洞，并使用计数计数器实时评分。还记录了在定位逃生隧道之前行进的距离（路径长度）和每次试验的总距离。此外，VisuTrack还记下每次试验期间由给定小鼠检查的第一个孔相对于逃生隧道（主要孔距离）的位置。对于此度量，值的范围从 0（目标孔）到 20（与目标孔直接相对）。小鼠的主要错误和主要孔距离得分为 3 或更低的试验被定义为空间搜索。小鼠大部分时间在外围以顺时针或逆时针方式进行系统性洞搜索的试验被归类为连续搜索。所有其他试验均被视为随机搜索，包括小鼠在 3 分钟试验期内未能进入逃生隧道的试验。

3、试探

a、在最后一次采集训练三天后，小鼠进行 1 分钟的探测试验，其中逃生隧道从设备中移除。

b、探测试验以与采集试验类似的方式进行，不同之处在于起始室放置在设备的中心，而不是任何给定象限的中心。

c、对于探测试验，记录到达先前逃生隧道位置之前的延迟和行进距离（路径长度），以及主要孔距离、总行进距离、目标孔检查次数和错误孔检查次数。

文献参考

1. Bach M. E., Hawkins R. D., Osman M., Kandel E. R. and Mayford M.(1995). Impairment of spatial but not contextual memory in CaMKII mutant mice with a selective loss of hippocampal LTP in the range of the theta frequency. Cell 81(6): 905-915.

2. Barnes C. A.(1979). Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol 93(1): 74-104.

3. Harrison F. E., Hosseini A. H. and McDonald M. P.(2009). Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res 198(1): 247-251.

4. Kesby J. P., Kim J. J., Scadeng M., Woods G., Kado D. M., Olefsky J. M., Jeste D. V., Achim C. L. and Semenova S.(2015). Spatial cognition in adult and aged mice exposed to a high-fat diet. PLoS One 10(10): e0140034.

附：VisuTrack动物行为学软件介绍

VisuTrack啮齿类动物行为分析软件是上海欣软信息科技有限公司自主开发的新一代系统，集视频采集、行为学实验观察、行为学实验分析、指标记录以及数据统计为一体，VisuTrack软件拥有更加人性化的实验文件结构、丰富实用的可扩展插件、同步第三方软件的输入输出控制模块以及最前沿的图像识别算法。

VisuTrack的行为识别技术（Behavior Recognition）解决了 What, Where, When 以及与生物信号的整合问题，大大领先于目前市场上的其他技术。与在空间上把动物减低到一个点（通常是质心）并仅是跟踪这个点的视频跟踪技术（video tracking）不同，VisuTrack的行为识别技术（Behavior Recognition）可以区分动物身体各部分（如头，尾，前躯中心，身体重心，四肢等）以及动物的复杂精细动作。以此为基础，行为识别技术能自动识别复杂的动物行为，即动物在做什么；而目前其他国内的的视频轨迹跟踪技术只能用于检测动物在哪里。行为识别技术能全面捕捉的复杂的、自然的、和刻板的如下行为：

•  What—动物在做什么

•  When—动物什么时候做这个动作

•  Where—动物在哪里做

 I/O Module—将行为与生物信号（脑电图、血压、神经元活动、超声波发声）和实验刺激（声音、光、电击等）整合，VisuTrack提供整合方案和模块写入等方式同步实时分析

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