尾部悬吊对小鼠学习记忆功能的影响
作者：王圣平 吴大蔚 沈羡云 董颀 程张红 张淑静
单位：王圣平(中国医学科学院药用植物研究所，北京 100094)吴大蔚 沈羡云 董颀 程张红 张淑静(航天医学工程研究所，北京 100094)
关键词：失重模拟；学习；记忆；脑功能；小鼠
航天医学与医学工程000403摘要： 目的 研究大鼠尾部悬吊模拟失重对脑学习记忆能力的影响。 方法 在方形水迷宫实验中测量对照组、对照束缚组、对照尾吊组、束缚组和尾吊组小鼠学习期和测试期中的正确分数、错误次数和通过率；在跳台实验中测量对照(CON)组、尾吊1(TS-1)组、尾吊2(TS-2)组小鼠的潜伏期和错误时间。 结果 学习期各组动物的上述各指标均无显著性差异；测试期尾吊组的正确分数及通过率较学习期末明显降低；跳台实验结果：与尾吊5 h时相比，尾吊后训练的鼠尾吊2 d时的潜伏期和错误时间无明显改变。训练后再尾吊的鼠尾吊2 d时潜伏期和错误时间明显缩短，7 d时反而延长，提示尾吊5 h时小鼠学习能力下降，而记忆能力并未受到影响，7 d时记忆能力下降。 结论 急性尾吊使小鼠学习能力、学习质量下降，尾吊7 d及12 d空间记忆能力降低。
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中图分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)04-0244-05
Effects of Tail Suspension on Learning and Memory Function of Mice
WU Da-wei SHEN Xian-yun DONG Qi WANG Sheng-ping CHENG Zhang-hong ZHANG Shu-jing
(Institute of Space Medico-Engineering,Beijing,100094,China)
Abstract： Objective To study the effects of simulated weightlessness on learning and memory capability of the brain. Method Accuracy fraction, error frequency and pass rate were observed among control, restrained control, tail suspended(TS) control, restrained, and tail suspended mice in square water maze tests. And latent period and error time were observed in control and 30° tail suspension mice in step down test. Result The indices did not change significantly during learning period. Accuracy fraction of tail suspended group was reduced significantly in the tests accompared with pretest values. In step down test,latent period and error time showed no difference between TS 5 h and 2 d in untrained mice, but shortened evidently after TS 2 d and prolonged after TS 7 d in trained mice，which suggested the degradation of learning and memory ability after TS 5 h and 2 d respectively. Conclusion Acute tail suspension depressed brain's learning ability and quality, while tail suspension of 7 d and 12 d impaired the spatial memory in mice.
, 百拇医药
Key words：weightlessness simulation;learning;memory;brain function;mice
航天中综合性的物理因素(失重、超重、振动、噪声、辐射等)引起的生理变化及一些特异的心理因素将影响航天员的脑功能状态。航天医学研究的结果证明失重飞行期间航天员的感觉功能、认知功能、视觉和运动协调能力均发生一定程度的变化，结果造成航天员工作能力的下降[1,2]，而直接影响到航天任务的完成和航天员的健康。对失重时脑功能的变化及其机制的探讨已被学者们广为关注。在此领域的研究中，有关失重对学习、记忆能力影响的研究较少，失重引起的体液头向分布对学习记忆能力的作用也不完全明确。因此，本实验采用尾部悬吊的方法模拟失重，观察小鼠在尾吊前后学习、记忆能力的变化，以了解失重引起的体液头向分布和运动减退对学习、记忆能力的影响，为今后失重脑功能的研究提供实验依据。
方 法
, 百拇医药
水迷宫实验
健康雄性昆明小鼠109只(通利实验动物养殖中心)，体重18～22 g。动物适应环境3 d后开始实验。采用航天医学工程研究所与医科院药植所联合研制的水迷宫图像分析处理系统(WM系统)进行小鼠学习能力的训练和记忆能力的测试。水迷宫水深20 cm，水温20～25℃。整个实验分二步进行。
小鼠学习能力的训练和测试(学习期) 目的是观察3种状态对小鼠学习能力的影响及为小鼠记忆能力的测试提供条件。实验开始前将109小鼠按体重随机分为3组：
第1组：对照组，63只，实验期间自由活动；
第2组：束缚组，23只，与尾吊组相同的方法束缚小鼠尾部，限制其自由活动；
第3组：尾吊组，23只，头低位30°尾部悬吊；
, 百拇医药
上述3组均进行8 d的水迷宫训练，方法是每天每只鼠于相同时刻在方形水迷宫中游泳1～2次，2 min/次，用WM系统记录整个实验过程。
小鼠记忆能力的测试(测试期) 从上述3组鼠中选出学习能力排名在前的87只小鼠，其中将1组的53只小鼠随机分再分为3组：
第4组：18只，保持原状态不变作对照组；
第5组：18只，束缚尾部，限制其自由活动；
第6组：17只，-30°尾部悬吊。
从原第2和第3组中分别选出的17只小鼠，保持原分组和原状态不变。
以上各组均于上一步实验后的第4天，采用WM系统测量小鼠对水迷宫的记忆能力。两个实验期间，各组动物均为单只笼养，饮食、饮水不限。
, 百拇医药
水迷宫实验的测试指标：记录动物从开始区域到达平台正确分数、错误次数和通过率。
跳台实验
健康雄性6周龄Balb-C小鼠42只(通利实验动物养殖中心)，体重15～20 g。随机分为3组：(1)对照(CON)组：14只，常态笼养，跳台实验时间同尾吊1组；(2)尾吊1(TS-1)组：13只，-30°尾吊后5 h、2 d、7 d时进行跳台实验；(3)尾吊2(TS-2)组：15只，第一次跳台实验后尾吊，尾吊5 h、7 d时再进行跳台实验。
跳台实验的测试指标：记录小鼠跳上跳台的潜伏期(LP)和5 min内停留在错误区的时间(Te)和错误次数(No)。
上述实验均于每天的相同时刻在安静、光线均匀适中、室温为20～25℃的实验室中进行，实验环境设施合格证号：医动字第01-2073(一级)。
, 百拇医药
数据分析
采用SPSS统计学软件包中的多因素方差分析比较实验中各参数的变化，各组间比较采用LSD检验。非正态分布资料采用非参数Mann-Whitney检验。
结 果
水迷宫实验
学习期各组鼠的变化 随着训练时间的增加，小鼠在水迷宫中的学习记忆能力逐渐增强，表现为：正确分数增加，错误次数逐渐减少(表1)，小鼠运动轨迹分布图的密度随着训练次数的增加而逐步降低(图1)。上述变化与第1天的自身对照值相比具有统计学极显著性，而2组和3组在学习初期虽然也有上述变化趋势，但统计学计算变化不明显，到第6次训练后与第1次的值相比才有明显差别。各训练时刻3组间相比无统计学差异。
测试期各组鼠的变化 测试期第4组小鼠的正确分数进一步增加，错误次数逐渐减少；而其它各组则表现出不同程度的学习记忆能力下降，正确分数下降，错误次数逐渐增加，运动轨迹图也由疏逐渐变密，以第3组最为明显(表2)。
, 百拇医药
表1 学习期各组小鼠学习记忆能力的改变(
±s)
Table 1 Learning and memory ability in each mice group during learning period(±s) time
accuracy fraction(%)
error frequency(%)
group 1
(n=63)
group 2
, 百拇医药
(n=23)
group 3
(n=23)
group 1
(n=63)
group 2
(n=23)
group 3
(n=23)
1
48.782±7.821
49.526±7.733
, http://www.100md.com
50.356±7.761
9.524±4.540
8.826±4.951
8.087±4.379
2
53.343±10.512*
55.161±11.651
55.796±12.730
7.439±4.530*
5.783±2.763*
, 百拇医药 6.087±2.984
3
52.718±10.899*
52.552±11.367
50.744±11.971
7.746±4.604*
5.696±4.050*
7.130±4.434
4
53.505±9.929*
, 百拇医药 53.404±9.785
57.496±15.262
7.254±3.881*
4.652±3.099*
5.478±3.728
5
58.259±14.174*
50.496±13.364
55.778±15.596
6.111±3.857*
, http://www.100md.com
5.957±2.977*
5.609±3.799
6
60.489±16.890*
60.035±13.004*
61.696±17.341*
5.254±3.968*
4.913±3.617*
5.087±3.848*
, http://www.100md.com 7
61.241±15.160*
59.200±13.057*
64.387±16.655*
6.318±4.246*
4.870±3.794*
4.957±3.914*
8
65.465±13.954*
63.548±15.747*
, 百拇医药
71.539±17.251*
4.794±3.566*
4.391±3.244*
2.870±2.865*
9
70.054±14.942*
71.265±12.768*
70.061±17.887*
5.079±4.615*
, 百拇医药
3.435±3.591*
3.696±3.936*
10
74.232±12.662*
67.517±14.667*
74.904±14.256*
3.143±2.862*
3.217±2.354*
3.348±3.700*
, 百拇医药
Note:*P<0.01，as compared with 1
图1 尾吊前后小鼠运动轨迹分布图的变化
Fig.1 Swimming tracks of mice before and after tail suspension
表2 测试期各组小鼠学习记忆能力的改变(±s)
Table 2 Learning and memory ability in each mice group during testing period(±s) group
, 百拇医药
n
pretest
test
accuracy
fraction
group 4
18
75.097±12.526
76.028±9.002
group 5
18
74.233±10.620
, 百拇医药
70.211±15.526
group 6
17
77.441±11.004
75.600±14.149
group 2
17
73.321±11.410
70.741±12.914
group 3
17
78.377±12.478
, 百拇医药
70.471±12.518*
error
frequency
group 4
18
3.500±3.932
2.889±1.605
group 5
18
3.500±2.813
4.444±3.365
group 6
, 百拇医药
17
3.059±2.881
3.000±2.574
group 2
17
2.794±2.962
3.235±2.488
group 3
17
2.853±3.267
4.471±3.262
pass rate
, http://www.100md.com
group 4
18
100
100
group 5
18
100
83.333
group 6
17
100
94.118
group 2
, http://www.100md.com
17
100
94.118
group 3
17
100
94.118
Note:*P<0.01,as compared with pretest
跳台实验
跳台实验对照组小鼠随着训练次数的增加，跳上跳台的潜伏期和停留在错误区的总时间逐渐缩短，错误次数明显减少。尾吊1组小鼠在第2、3次跳台实验时潜伏期和错误时间与第1次跳台实验时相比无明显差别，且明显高于对照组；错误次数的变化与对照组相似。尾吊2组第2次跳台实验时的变化与对照组相似，但尾吊第7天进行的第3次跳台实验时潜伏期和错误时间与第1次相比无明显差别，且明显高于对照组(表3)。
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讨 论
模拟失重对小鼠学习记忆能力的影响
研究微重力对脑功能的影响及探讨其机理将有助于提高航天员飞行中工作效率和健康水平，所以失重时脑功能的研究已列为航天医学研究的重点[2,3]。但由于此研究的起步较晚，在飞行中进行研究有一定困难，研究还不够深入。一些学者研究了地面模拟失重状态下人的学习、记忆能力，证明其可引起人学习记忆能力的下降。魏金河[3～5] 等采用ERPs、脑电图、事件关联脑电功谱等方法研究了头低位模拟失重条件下视觉关联、心算关联的ERPs的变化，发现模拟失重对脑的注意功能有影响，并在心算过程中8～10 Hz、15～17 Hz活动显著下降，脑后区40 Hz左右活动显著下降。作者认为模拟失重使脑的注意反应能力、回忆及存储记忆等高级脑活动能力下降，对大脑皮层及以下结构均有一定的抑制作用。
本实验通过小鼠的模拟失重模型，采用水迷宫和跳台实验方法，进一步证明尾部悬吊可引起动物学习记忆能力的下降，表现在以下几方面：
, 百拇医药
(a)水迷宫实验中，正确分数是评价小鼠学习记忆能力的一个非常重要的指标。正确分数＝前进路程/(前进路程+后退路程)。它与小鼠的游泳速度、运动时间无关，也不受小鼠运动状态的限制，可以较正确地反映小鼠的学习记忆能力。在反复1～2次/d的训练强度下，学习期各组最后获得对水迷宫空间认识的时间并无显著性差异(表1)，但第3组鼠前2～5次训练时正确分数和错误次数 与第1次训练相比无明显改进，第6次训练后才有明显改善，这一变化与1、2组不同，后者从第2次训练开始就表现出对第1次训练的明显改进，说明尾吊对动物的学习能力和学习质量是有一定曩的。而间隔3 d后的测试期第4组正确分数进一步增加，错误次数进一步减少，通过率维持在100%，说明相隔4 d，对照组小鼠仍保持良好的记忆能力，对已获得知识未出现遗忘；但其余各组均出现不同程度的正确分数减少，错误次数增加，而以第3组最为明显，与测试前相比具有统计学显著性(表2)，说明尾吊状态下的反复训练并没有建立巩固的神经环路，易于遗忘。这一结果提示我们：尾部悬吊使小鼠学习质量和记忆能力均受到影响，尾吊组和束缚组均出现对已获得记忆的渐近性遗忘，有效记忆能力减退。此结果与航天的一些结果相符，俄罗斯航天员飞行头半个月中，亲身体验到有效记忆能力的减退，例如，出现忘记5 min前发生的事，刚刚放下的东西找不到，忘却地面上已经掌握的知识等。前苏联生物卫星试验表明，经过18～22 d飞行的大白鼠的脑发生了明显的细胞学和组织化学的变化，学习能力也明显下降[7]。这一状况在飞行半个月后得以好转。表3 模拟失重对小鼠跳台实验各参数的影响
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Table 3 Effects of tail suspension on changes of indices of mice in step down test group
n
LP (s)
Te (s)
No
1st
2nd
3rd
1st
2nd
3rd
, 百拇医药
1st
2nd
3rd
CON
14
17.81
5.93
1.71
34.57
6.71
2.21
1.64
0.43
, http://www.100md.com
0.21
±14.13
±7.06*
±1.49**
±36.48
±6.67*
±1.72**
±1.91
±0.51*
±0.42**
TS-1
, 百拇医药
13
17.85
17.23
35.92
21.92
19.31
36.31
1.08
0.15
0.08
±19.12
±15.12
±31.00△
, 百拇医药
±19.05
±18.04
±30.56△
±1.04
±0.38*
±0.44*
TS-2
15
29.47
9.20
32.33
43.80
, http://www.100md.com
10.13
35.20
1.33
0.20
0.27
±28.94
±12.25*
±57.29
±45.66
±11.88**
±56.30
±1.50
, 百拇医药
±0.56**
±0.70*
Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with 1st value;△P<0.05，as compared with control
(b)跳台实验中，对照组和尾吊1组都是第1次跳台训练后的第2天进行测试，这次测试结果表明小鼠的学习能力。对照组在第2天测试时，小鼠跳上跳台的潜伏期、停留在错误区的时间和错误次数都明显下降，说明小鼠已学会了对电刺激的反应。尾吊1组是在尾吊后5 h开始第1次跳台训练，第2天检测时潜伏期和错误区时间与对照组相比无明显改进，只有错误次数减少，说明尾吊引起的体液头向分布对小鼠的学习能力有影响(表3)。
(c)对照组和尾吊2组相比，第1次跳台训练后的第2天进行测试时，两组小鼠跳上跳台的潜伏期、错误区时间和错误次数与第1次相比均显著性降低，而两组间无差别。由于尾吊2组第2次跳台测试前已进行了5 h的尾吊，因此，这一结果说明，急性尾吊5 h时小鼠的记忆能力并未受到影响。
, 百拇医药
(d)相隔5 d后第7天跳台测试的结果可以反映小鼠对跳台反应的记忆能力。由表3可见对照组和尾吊1组间有明显的差别：对照组的潜伏期，错误区时间和错误次数甚至低于第2天的测试值，说明此组小鼠有良好的记忆能力，而尾吊1组的潜伏期和错误次数与第1次无明显差别，与对照组有明显的差别，说明尾吊7 d降低了小鼠的记忆能力。
综上所述，-30°尾部悬吊使小鼠的学习能力、学习质量降低，急性尾吊5 h时记忆能力未受影响，7 d及12 d的记忆能力下降。
束缚对脑学习记忆功能的影响
心理紧张、紧急突发事件和其它应激因素会使机体产生应激反应，应激激素增多，主要表现为血浆糖皮质激素的增高。研究发现，慢性应激或长期给予高水平糖皮质激素会导致海马CA1-CA3区细胞形态、突触塑性甚至基因表达的改变，出现动物空间学习记忆能力降低[8,9]。经大量的实验证明鼠尾部悬吊方法可以模拟失重引起的体液头向分布和低动力对机体的影响，是一种较好的、已被国际公认的模拟失重模型。但是，尾吊和束缚的本身也是一种应激，它也可能影响小鼠的学习和记忆能力。为了区分体液头向分布和束缚产生的应激对小鼠学习、记忆能力的影响，本实验在水迷宫实验中设立了束缚组。结果是学习期对照组、尾吊组和束缚组的各指标间均无显著性差异，表明与尾吊组相比，束缚组中应激成分所起作用不大；而在测试期对照组和束缚组正确分数无明显改变，尾吊组明显降低，提示模拟失重时小鼠脑学习记忆功能的下降可能与体液头向分布的关系更为密切。
, 百拇医药
一些研究也发现，短时间的应激对学习记忆能力无明显影响，如6 h/d的贴身笼具束缚作用7 d时，海马CA3锥体神经元的基树突和顶树突并无改变，动物空间记忆能力甚至有较小的改善，但这种变化持续时间较短。这一结果与长期应激的作用完全不同，6 h/d×21 d的贴身束缚作用后，则引起大鼠可逆性的空间记忆能力的明显下降，这一变化与海马CA3锥体神经元的可逆性萎缩平行出现。作者认为应激持续时间的不同对学习记忆的作用也不相同，短期束缚应激(7 d)可能使动物出现适应，而较长束缚(21 d)使动物产生去适应性改变[12]。
失重飞行时航天员学习、记忆能力下降的原因尚不清楚，影响因素较多，特异环境引起的航天员心理状态改变，重力消失后重力感受器传入冲动的减少或消失引起的中枢神经系统调节紊乱及体液头向分布引起的航天员生理变化都是起因之一。沈羡云等[13]证明模拟失重兔在头低位倾斜期间脑循环和脑功能状态都发生明显的改变，航天和地面模拟失重的实验也证明失重可引起神经递质的变化，如五羟色胺受体数量的增加，垂体后叶加压素含量的下降，多种神经细胞机能、活性的改变等。这些都可能造成脑主动抑制能力降低，而引起学习、记忆能力的下降。今后对其变化机理需进行深入的研究。
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沈羡云,兰景全,向求鲁等.模拟失重时兔脑微循环的变化[J].航天医学与医学工程,1989,2(2):89～93
收稿日期：1999-11-24, 百拇医药
单位：王圣平(中国医学科学院药用植物研究所，北京 100094)吴大蔚 沈羡云 董颀 程张红 张淑静(航天医学工程研究所，北京 100094)
关键词：失重模拟；学习；记忆；脑功能；小鼠
航天医学与医学工程000403摘要： 目的 研究大鼠尾部悬吊模拟失重对脑学习记忆能力的影响。 方法 在方形水迷宫实验中测量对照组、对照束缚组、对照尾吊组、束缚组和尾吊组小鼠学习期和测试期中的正确分数、错误次数和通过率；在跳台实验中测量对照(CON)组、尾吊1(TS-1)组、尾吊2(TS-2)组小鼠的潜伏期和错误时间。 结果 学习期各组动物的上述各指标均无显著性差异；测试期尾吊组的正确分数及通过率较学习期末明显降低；跳台实验结果：与尾吊5 h时相比，尾吊后训练的鼠尾吊2 d时的潜伏期和错误时间无明显改变。训练后再尾吊的鼠尾吊2 d时潜伏期和错误时间明显缩短，7 d时反而延长，提示尾吊5 h时小鼠学习能力下降，而记忆能力并未受到影响，7 d时记忆能力下降。 结论 急性尾吊使小鼠学习能力、学习质量下降，尾吊7 d及12 d空间记忆能力降低。
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中图分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)04-0244-05
Effects of Tail Suspension on Learning and Memory Function of Mice
WU Da-wei SHEN Xian-yun DONG Qi WANG Sheng-ping CHENG Zhang-hong ZHANG Shu-jing
(Institute of Space Medico-Engineering,Beijing,100094,China)
Abstract： Objective To study the effects of simulated weightlessness on learning and memory capability of the brain. Method Accuracy fraction, error frequency and pass rate were observed among control, restrained control, tail suspended(TS) control, restrained, and tail suspended mice in square water maze tests. And latent period and error time were observed in control and 30° tail suspension mice in step down test. Result The indices did not change significantly during learning period. Accuracy fraction of tail suspended group was reduced significantly in the tests accompared with pretest values. In step down test,latent period and error time showed no difference between TS 5 h and 2 d in untrained mice, but shortened evidently after TS 2 d and prolonged after TS 7 d in trained mice，which suggested the degradation of learning and memory ability after TS 5 h and 2 d respectively. Conclusion Acute tail suspension depressed brain's learning ability and quality, while tail suspension of 7 d and 12 d impaired the spatial memory in mice.
, 百拇医药
Key words：weightlessness simulation;learning;memory;brain function;mice
航天中综合性的物理因素(失重、超重、振动、噪声、辐射等)引起的生理变化及一些特异的心理因素将影响航天员的脑功能状态。航天医学研究的结果证明失重飞行期间航天员的感觉功能、认知功能、视觉和运动协调能力均发生一定程度的变化，结果造成航天员工作能力的下降[1,2]，而直接影响到航天任务的完成和航天员的健康。对失重时脑功能的变化及其机制的探讨已被学者们广为关注。在此领域的研究中，有关失重对学习、记忆能力影响的研究较少，失重引起的体液头向分布对学习记忆能力的作用也不完全明确。因此，本实验采用尾部悬吊的方法模拟失重，观察小鼠在尾吊前后学习、记忆能力的变化，以了解失重引起的体液头向分布和运动减退对学习、记忆能力的影响，为今后失重脑功能的研究提供实验依据。
方 法
, 百拇医药
水迷宫实验
健康雄性昆明小鼠109只(通利实验动物养殖中心)，体重18～22 g。动物适应环境3 d后开始实验。采用航天医学工程研究所与医科院药植所联合研制的水迷宫图像分析处理系统(WM系统)进行小鼠学习能力的训练和记忆能力的测试。水迷宫水深20 cm，水温20～25℃。整个实验分二步进行。
小鼠学习能力的训练和测试(学习期) 目的是观察3种状态对小鼠学习能力的影响及为小鼠记忆能力的测试提供条件。实验开始前将109小鼠按体重随机分为3组：
第1组：对照组，63只，实验期间自由活动；
第2组：束缚组，23只，与尾吊组相同的方法束缚小鼠尾部，限制其自由活动；
第3组：尾吊组，23只，头低位30°尾部悬吊；
, 百拇医药
上述3组均进行8 d的水迷宫训练，方法是每天每只鼠于相同时刻在方形水迷宫中游泳1～2次，2 min/次，用WM系统记录整个实验过程。
小鼠记忆能力的测试(测试期) 从上述3组鼠中选出学习能力排名在前的87只小鼠，其中将1组的53只小鼠随机分再分为3组：
第4组：18只，保持原状态不变作对照组；
第5组：18只，束缚尾部，限制其自由活动；
第6组：17只，-30°尾部悬吊。
从原第2和第3组中分别选出的17只小鼠，保持原分组和原状态不变。
以上各组均于上一步实验后的第4天，采用WM系统测量小鼠对水迷宫的记忆能力。两个实验期间，各组动物均为单只笼养，饮食、饮水不限。
, 百拇医药
水迷宫实验的测试指标：记录动物从开始区域到达平台正确分数、错误次数和通过率。
跳台实验
健康雄性6周龄Balb-C小鼠42只(通利实验动物养殖中心)，体重15～20 g。随机分为3组：(1)对照(CON)组：14只，常态笼养，跳台实验时间同尾吊1组；(2)尾吊1(TS-1)组：13只，-30°尾吊后5 h、2 d、7 d时进行跳台实验；(3)尾吊2(TS-2)组：15只，第一次跳台实验后尾吊，尾吊5 h、7 d时再进行跳台实验。
跳台实验的测试指标：记录小鼠跳上跳台的潜伏期(LP)和5 min内停留在错误区的时间(Te)和错误次数(No)。
上述实验均于每天的相同时刻在安静、光线均匀适中、室温为20～25℃的实验室中进行，实验环境设施合格证号：医动字第01-2073(一级)。
, 百拇医药
数据分析
采用SPSS统计学软件包中的多因素方差分析比较实验中各参数的变化，各组间比较采用LSD检验。非正态分布资料采用非参数Mann-Whitney检验。
结 果
水迷宫实验
学习期各组鼠的变化 随着训练时间的增加，小鼠在水迷宫中的学习记忆能力逐渐增强，表现为：正确分数增加，错误次数逐渐减少(表1)，小鼠运动轨迹分布图的密度随着训练次数的增加而逐步降低(图1)。上述变化与第1天的自身对照值相比具有统计学极显著性，而2组和3组在学习初期虽然也有上述变化趋势，但统计学计算变化不明显，到第6次训练后与第1次的值相比才有明显差别。各训练时刻3组间相比无统计学差异。
测试期各组鼠的变化 测试期第4组小鼠的正确分数进一步增加，错误次数逐渐减少；而其它各组则表现出不同程度的学习记忆能力下降，正确分数下降，错误次数逐渐增加，运动轨迹图也由疏逐渐变密，以第3组最为明显(表2)。
, 百拇医药
表1 学习期各组小鼠学习记忆能力的改变(
±s)Table 1 Learning and memory ability in each mice group during learning period(
±s) timeaccuracy fraction(%)
error frequency(%)
group 1
(n=63)
group 2
, 百拇医药
(n=23)
group 3
(n=23)
group 1
(n=63)
group 2
(n=23)
group 3
(n=23)
1
48.782±7.821
49.526±7.733
, http://www.100md.com
50.356±7.761
9.524±4.540
8.826±4.951
8.087±4.379
2
53.343±10.512*
55.161±11.651
55.796±12.730
7.439±4.530*
5.783±2.763*
, 百拇医药 6.087±2.984
3
52.718±10.899*
52.552±11.367
50.744±11.971
7.746±4.604*
5.696±4.050*
7.130±4.434
4
53.505±9.929*
, 百拇医药 53.404±9.785
57.496±15.262
7.254±3.881*
4.652±3.099*
5.478±3.728
5
58.259±14.174*
50.496±13.364
55.778±15.596
6.111±3.857*
, http://www.100md.com
5.957±2.977*
5.609±3.799
6
60.489±16.890*
60.035±13.004*
61.696±17.341*
5.254±3.968*
4.913±3.617*
5.087±3.848*
, http://www.100md.com 7
61.241±15.160*
59.200±13.057*
64.387±16.655*
6.318±4.246*
4.870±3.794*
4.957±3.914*
8
65.465±13.954*
63.548±15.747*
, 百拇医药
71.539±17.251*
4.794±3.566*
4.391±3.244*
2.870±2.865*
9
70.054±14.942*
71.265±12.768*
70.061±17.887*
5.079±4.615*
, 百拇医药
3.435±3.591*
3.696±3.936*
10
74.232±12.662*
67.517±14.667*
74.904±14.256*
3.143±2.862*
3.217±2.354*
3.348±3.700*
, 百拇医药
Note:*P<0.01，as compared with 1
图1 尾吊前后小鼠运动轨迹分布图的变化
Fig.1 Swimming tracks of mice before and after tail suspension
表2 测试期各组小鼠学习记忆能力的改变(
±s)Table 2 Learning and memory ability in each mice group during testing period(
±s) group, 百拇医药
n
pretest
test
accuracy
fraction
group 4
18
75.097±12.526
76.028±9.002
group 5
18
74.233±10.620
, 百拇医药
70.211±15.526
group 6
17
77.441±11.004
75.600±14.149
group 2
17
73.321±11.410
70.741±12.914
group 3
17
78.377±12.478
, 百拇医药
70.471±12.518*
error
frequency
group 4
18
3.500±3.932
2.889±1.605
group 5
18
3.500±2.813
4.444±3.365
group 6
, 百拇医药
17
3.059±2.881
3.000±2.574
group 2
17
2.794±2.962
3.235±2.488
group 3
17
2.853±3.267
4.471±3.262
pass rate
, http://www.100md.com
group 4
18
100
100
group 5
18
100
83.333
group 6
17
100
94.118
group 2
, http://www.100md.com
17
100
94.118
group 3
17
100
94.118
Note:*P<0.01,as compared with pretest
跳台实验
跳台实验对照组小鼠随着训练次数的增加，跳上跳台的潜伏期和停留在错误区的总时间逐渐缩短，错误次数明显减少。尾吊1组小鼠在第2、3次跳台实验时潜伏期和错误时间与第1次跳台实验时相比无明显差别，且明显高于对照组；错误次数的变化与对照组相似。尾吊2组第2次跳台实验时的变化与对照组相似，但尾吊第7天进行的第3次跳台实验时潜伏期和错误时间与第1次相比无明显差别，且明显高于对照组(表3)。
, http://www.100md.com
讨 论
模拟失重对小鼠学习记忆能力的影响
研究微重力对脑功能的影响及探讨其机理将有助于提高航天员飞行中工作效率和健康水平，所以失重时脑功能的研究已列为航天医学研究的重点[2,3]。但由于此研究的起步较晚，在飞行中进行研究有一定困难，研究还不够深入。一些学者研究了地面模拟失重状态下人的学习、记忆能力，证明其可引起人学习记忆能力的下降。魏金河[3～5] 等采用ERPs、脑电图、事件关联脑电功谱等方法研究了头低位模拟失重条件下视觉关联、心算关联的ERPs的变化，发现模拟失重对脑的注意功能有影响，并在心算过程中8～10 Hz、15～17 Hz活动显著下降，脑后区40 Hz左右活动显著下降。作者认为模拟失重使脑的注意反应能力、回忆及存储记忆等高级脑活动能力下降，对大脑皮层及以下结构均有一定的抑制作用。
本实验通过小鼠的模拟失重模型，采用水迷宫和跳台实验方法，进一步证明尾部悬吊可引起动物学习记忆能力的下降，表现在以下几方面：
, 百拇医药
(a)水迷宫实验中，正确分数是评价小鼠学习记忆能力的一个非常重要的指标。正确分数＝前进路程/(前进路程+后退路程)。它与小鼠的游泳速度、运动时间无关，也不受小鼠运动状态的限制，可以较正确地反映小鼠的学习记忆能力。在反复1～2次/d的训练强度下，学习期各组最后获得对水迷宫空间认识的时间并无显著性差异(表1)，但第3组鼠前2～5次训练时正确分数和错误次数 与第1次训练相比无明显改进，第6次训练后才有明显改善，这一变化与1、2组不同，后者从第2次训练开始就表现出对第1次训练的明显改进，说明尾吊对动物的学习能力和学习质量是有一定曩的。而间隔3 d后的测试期第4组正确分数进一步增加，错误次数进一步减少，通过率维持在100%，说明相隔4 d，对照组小鼠仍保持良好的记忆能力，对已获得知识未出现遗忘；但其余各组均出现不同程度的正确分数减少，错误次数增加，而以第3组最为明显，与测试前相比具有统计学显著性(表2)，说明尾吊状态下的反复训练并没有建立巩固的神经环路，易于遗忘。这一结果提示我们：尾部悬吊使小鼠学习质量和记忆能力均受到影响，尾吊组和束缚组均出现对已获得记忆的渐近性遗忘，有效记忆能力减退。此结果与航天的一些结果相符，俄罗斯航天员飞行头半个月中，亲身体验到有效记忆能力的减退，例如，出现忘记5 min前发生的事，刚刚放下的东西找不到，忘却地面上已经掌握的知识等。前苏联生物卫星试验表明，经过18～22 d飞行的大白鼠的脑发生了明显的细胞学和组织化学的变化，学习能力也明显下降[7]。这一状况在飞行半个月后得以好转。表3 模拟失重对小鼠跳台实验各参数的影响
, http://www.100md.com
Table 3 Effects of tail suspension on changes of indices of mice in step down test group
n
LP (s)
Te (s)
No
1st
2nd
3rd
1st
2nd
3rd
, 百拇医药
1st
2nd
3rd
CON
14
17.81
5.93
1.71
34.57
6.71
2.21
1.64
0.43
, http://www.100md.com
0.21
±14.13
±7.06*
±1.49**
±36.48
±6.67*
±1.72**
±1.91
±0.51*
±0.42**
TS-1
, 百拇医药
13
17.85
17.23
35.92
21.92
19.31
36.31
1.08
0.15
0.08
±19.12
±15.12
±31.00△
, 百拇医药
±19.05
±18.04
±30.56△
±1.04
±0.38*
±0.44*
TS-2
15
29.47
9.20
32.33
43.80
, http://www.100md.com
10.13
35.20
1.33
0.20
0.27
±28.94
±12.25*
±57.29
±45.66
±11.88**
±56.30
±1.50
, 百拇医药
±0.56**
±0.70*
Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with 1st value;△P<0.05，as compared with control
(b)跳台实验中，对照组和尾吊1组都是第1次跳台训练后的第2天进行测试，这次测试结果表明小鼠的学习能力。对照组在第2天测试时，小鼠跳上跳台的潜伏期、停留在错误区的时间和错误次数都明显下降，说明小鼠已学会了对电刺激的反应。尾吊1组是在尾吊后5 h开始第1次跳台训练，第2天检测时潜伏期和错误区时间与对照组相比无明显改进，只有错误次数减少，说明尾吊引起的体液头向分布对小鼠的学习能力有影响(表3)。
(c)对照组和尾吊2组相比，第1次跳台训练后的第2天进行测试时，两组小鼠跳上跳台的潜伏期、错误区时间和错误次数与第1次相比均显著性降低，而两组间无差别。由于尾吊2组第2次跳台测试前已进行了5 h的尾吊，因此，这一结果说明，急性尾吊5 h时小鼠的记忆能力并未受到影响。
, 百拇医药
(d)相隔5 d后第7天跳台测试的结果可以反映小鼠对跳台反应的记忆能力。由表3可见对照组和尾吊1组间有明显的差别：对照组的潜伏期，错误区时间和错误次数甚至低于第2天的测试值，说明此组小鼠有良好的记忆能力，而尾吊1组的潜伏期和错误次数与第1次无明显差别，与对照组有明显的差别，说明尾吊7 d降低了小鼠的记忆能力。
综上所述，-30°尾部悬吊使小鼠的学习能力、学习质量降低，急性尾吊5 h时记忆能力未受影响，7 d及12 d的记忆能力下降。
束缚对脑学习记忆功能的影响
心理紧张、紧急突发事件和其它应激因素会使机体产生应激反应，应激激素增多，主要表现为血浆糖皮质激素的增高。研究发现，慢性应激或长期给予高水平糖皮质激素会导致海马CA1-CA3区细胞形态、突触塑性甚至基因表达的改变，出现动物空间学习记忆能力降低[8,9]。经大量的实验证明鼠尾部悬吊方法可以模拟失重引起的体液头向分布和低动力对机体的影响，是一种较好的、已被国际公认的模拟失重模型。但是，尾吊和束缚的本身也是一种应激，它也可能影响小鼠的学习和记忆能力。为了区分体液头向分布和束缚产生的应激对小鼠学习、记忆能力的影响，本实验在水迷宫实验中设立了束缚组。结果是学习期对照组、尾吊组和束缚组的各指标间均无显著性差异，表明与尾吊组相比，束缚组中应激成分所起作用不大；而在测试期对照组和束缚组正确分数无明显改变，尾吊组明显降低，提示模拟失重时小鼠脑学习记忆功能的下降可能与体液头向分布的关系更为密切。
, 百拇医药
一些研究也发现，短时间的应激对学习记忆能力无明显影响，如6 h/d的贴身笼具束缚作用7 d时，海马CA3锥体神经元的基树突和顶树突并无改变，动物空间记忆能力甚至有较小的改善，但这种变化持续时间较短。这一结果与长期应激的作用完全不同，6 h/d×21 d的贴身束缚作用后，则引起大鼠可逆性的空间记忆能力的明显下降，这一变化与海马CA3锥体神经元的可逆性萎缩平行出现。作者认为应激持续时间的不同对学习记忆的作用也不相同，短期束缚应激(7 d)可能使动物出现适应，而较长束缚(21 d)使动物产生去适应性改变[12]。
失重飞行时航天员学习、记忆能力下降的原因尚不清楚，影响因素较多，特异环境引起的航天员心理状态改变，重力消失后重力感受器传入冲动的减少或消失引起的中枢神经系统调节紊乱及体液头向分布引起的航天员生理变化都是起因之一。沈羡云等[13]证明模拟失重兔在头低位倾斜期间脑循环和脑功能状态都发生明显的改变，航天和地面模拟失重的实验也证明失重可引起神经递质的变化，如五羟色胺受体数量的增加，垂体后叶加压素含量的下降，多种神经细胞机能、活性的改变等。这些都可能造成脑主动抑制能力降低，而引起学习、记忆能力的下降。今后对其变化机理需进行深入的研究。
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收稿日期：1999-11-24, 百拇医药