一种梯形水迷宫视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法与流程

本发明涉及一种梯形水迷宫视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法。

背景技术：

在行为学分子和遗传基础的学习研究中，小鼠一直被认为是非常良好的实验对象，主要表现在其适合多种多样的实验处理。在我们测量生物物种对于复杂决策的认知能力过程的同时，也大大促进了我们对神经生物学机制原理的更深一步理解。在这种研究过程中，一种被现代科学广泛采用的实验技术就是反转学习，反转学习是对动物认知能力评估的一种常用方式，是一种抑制先前被奖励行为的能力，是在一次行为测试过程中，在已经完成的辨别学习任务后，将原先的一对可能提供奖励的条件相互颠倒，测试被实验者的适应性反应。同样地，反转学习也可以分析以认知灵活性、冲动和冒险为特征的神经病理学的条件特性，如精神分裂症和毒瘾。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种梯形水迷宫视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法，操作简单且容易实现，并为在精神障碍症疾病的相关科学研究方面提供基础实验思路。

本发明的技术方案是：一种梯形水迷宫视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法，具体包括如下步骤：

1）视觉辨别预备训练阶段：

第一步将小鼠多次放置在潜藏平台上，阳性刺激在两显示器中随机发生，且该潜藏平台与发出阳性刺激的显示器设置在同一侧；

第二步将小鼠多次放置在挡板长度二分之一处并处于阳性刺激的那一侧，若小鼠无法认知潜藏平台位置，将小鼠从水中接到潜藏平台上，并使其在潜藏平台上滞留；

第三步将小鼠多次放置在挡板外边缘水平线上并处于阳性刺激的那一侧，若小鼠无法认知潜藏平台位置，将小鼠从水中接到潜藏平台上，并使其在潜藏平台上滞留；

2）视觉辨别正式训练阶段：

将小鼠由释放滑槽槽口处释放，小鼠自主寻找潜藏平台，小鼠身体后部越过对侧选择线（即对侧挡板外边缘水平线）时，视为一次错误，并在错误产生后仍没有正确找到潜藏平台位置时，将小鼠从水中接到潜藏平台上，并使其在潜藏平台上滞留；

3）视觉辨别训练稳定阶段：

多次重复上述步骤2）形成训练组，并记录每组训练正确率，连续两组训练正确率大于90%时，视为小鼠已经将阳性刺激和潜藏平台位置相互联系，完成学习目标；

4）反转学习正式训练阶段：

阴性刺激在两显示器中随机发生，且潜藏平台与发出阴性刺激的显示器设置在同一侧，将小鼠由释放滑槽槽口处释放，小鼠自主寻找潜藏平台，小鼠身体后部越过对侧选择线（即对侧挡板外边缘水平线）时，视为一次错误，并在错误产生后仍没有正确找到潜藏平台位置时，将小鼠从水中接到潜藏平台上，并使其在潜藏平台上滞留；

5）反转学习训练稳定阶段：

多次重复上述步骤4）形成训练组，并记录每组训练正确率，连续两组训练正确率大于90%时，视为小鼠已经将阴性刺激和潜藏平台位置相互联系，完成学习目标。

本发明的优点是：

1．本发明的梯形水迷宫作为视觉辨别任务和反转学习任务的实验训练装置，其视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法操作简单且容易实现，并为在精神障碍症疾病的相关科学研究方面提供基础实验思路。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明在预备训练阶段第一步的示意图；

图3为本发明在预备训练阶段第二步的示意图；

图4为本发明在预备训练阶段第三步的示意图；

图5为本发明在正式训练阶段结构示意图；

图6为本发明视觉辨别任务训练结果示意图；

图7为本发明反转学习任务训练结果示意图；

图8为本发明（阶梯法提升光栅频率后）反转学习任务训练结果示意图；

其中：1梯形迷宫，2浑浊水域，3潜藏平台，4挡板，5显示器，6释放滑槽。

具体实施方式

参照图1所示：梯形水迷宫包括梯形迷宫1，设于梯形迷宫1底部的浑浊水域2，以及放置于浑浊水域2下并低于水平面1cm的潜藏平台3，整个梯形水迷宫需要规避外界环境因素的干扰，我们将梯形水迷宫装置放置于一个高约55cm的梯形铁架台上，尽可能排除外部环境干扰。

该梯形迷宫1由厚度约为6mm的透明亚克力有机玻璃材质制成，梯形迷宫1上底25cm，下底100cm，梯形高度140cm，装置高度50cm，浑浊水域15cm深，其内的潜藏平台3，供小鼠逃逸。在实验之前，有必要使浑浊水域2的水溶液达到浑浊的状态，这是为了起到进一步掩藏水下供小鼠逃逸的潜藏平台3、降低视觉可见度的效果，同时也是为了在视频监测器中更好的监测黑色小鼠的行动轨迹，并提高录制画面的对比度，基于这一点在水中加入了一些粉末状食品添加剂（白色且无毒），配置成白色浑浊溶液。

在梯形迷宫1的长底一端内侧壁设有一垂直设置的挡板4，所述潜藏平台3设于挡板4的其中一侧，该挡板4为与梯形迷宫1相同材质的透明亚克力有机玻璃板，挡板4长度46cm，高度30cm。

在所述挡板4两侧、并位于所述梯形迷宫1的侧壁上各设有一显示器5，用来提供实验所需的视觉刺激，两显示器5分别显示阳性刺激为(s+)、阴性刺激为（s-）。

在所述梯形迷宫1的另一端设有释放滑槽6，其槽口正对挡板4方向，用于释放小鼠，其释放口径设置为10cm，宽度使得小鼠在释放时头部向前方，四肢正好贴合在释放滑槽6左右两端，迫使小鼠只能向前而不能转身往回游。

在所述梯形迷宫1内壁以及所述挡板4上粘贴有黑色遮光玻璃纸，同时在所述梯形迷宫1顶部内侧壁装有监控摄影装置，全程监控一个实验阶段中小鼠的行为活动，监控数据由计算机存储并做后期的实验分析。

如上述梯形水迷宫的视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法，具体包括如下步骤：

1）视觉辨别预备训练阶段，本阶段为实验小鼠提供一个适应训练，让实验小鼠适应即将实验的水迷宫环境，并意识到水面下有一个可供逃逸的潜藏平台3：

第一步将小鼠四次放置在潜藏平台3上30s时间（参照图2所示），随后将小鼠身上的水擦干后接回到电热毯上，阳性刺激在两显示器5中随机发生，由程序设定好尽量保持不要三次以上（包括三次）出现在同一侧显示器上，如果在同一侧阳性刺激的连续性过强会使小鼠产生方向偏好性，导致实验误差增大，且该潜藏平台3与发出阳性刺激的显示器5设置在同一侧；

第二步将小鼠四次放置在挡板4长度二分之一处（参照图3所示）并处于阳性刺激的那一侧，若小鼠无法认知潜藏平台3位置，一分钟后将小鼠从水中接到潜藏平台3上，并使其在潜藏平台3上滞留20s视为惩罚；

第三步将小鼠四次放置在挡板4外边缘水平线上（参照图4所示）并处于阳性刺激的那一侧，若小鼠无法认知潜藏平台3位置，一分钟后将小鼠从水中接到潜藏平台3上，并使其在潜藏平台3上滞留20s视为惩罚；

2）视觉辨别正式训练阶段：

将小鼠由释放滑槽6槽口处释放（参照图5所示），小鼠自主寻找潜藏平台3，小鼠身体后部越过对侧选择线（即对侧挡板外边缘水平线）时，视为一次错误，并在错误产生一分钟后仍没有正确找到潜藏平台3位置时，将小鼠从水中接到潜藏平台3上，并使其在潜藏平台3上滞留20s视为惩罚；

3）视觉辨别训练稳定阶段：

多次重复上述步骤2）形成训练组，并记录每组训练正确率，连续两组训练正确率大于90%时，视为小鼠已经将阳性刺激和潜藏平台3位置相互联系，完成学习目标。

）反转学习正式训练阶段：

阴性刺激在两显示器中随机发生，且潜藏平台与发出阴性刺激的显示器设置在同一侧，将小鼠由释放滑槽6槽口处释放（参照图5所示），小鼠自主寻找潜藏平台3，小鼠身体后部越过对侧选择线（即对侧挡板外边缘水平线）时，视为一次错误，并在错误产生一分钟后仍没有正确找到潜藏平台3位置时，将小鼠从水中接到潜藏平台3上，并使其在潜藏平台3上滞留20s视为惩罚；

5）反转学习训练稳定阶段：

多次重复上述步骤4）形成训练组，并记录每组训练正确率，连续两组训练正确率大于90%时，视为小鼠已经将阴性刺激和潜藏平台3位置相互联系，完成学习目标。

上述视觉辨别任务和反转学习任务的训练方法中，对小鼠每天进行两组训练，同时两组训练之间的间隔时间控制在7小时以上，每组训练包括12个正式训练单元，我们把其中的前2个训练作为每次实验开始前的适应训练，后面的10个训练计入实验并记录实验数据。

利用本实验方法还可以进行更深层次的研究，例如使用正弦光栅作为刺激时，在视觉辨别任务完成学习的后期实验阶段，通过改变光栅的频率，探究变化的视觉刺激对反转学习的影响。

实施例1：小鼠在低频（0.12cpd）横竖光栅刺激下的视觉辨别任务和反转学习任务：

经过一个阶段（即前述预备训练阶段）的适应以后，小鼠对于竖直光栅任务的学习正确率能达到百分之五十以上，可见此种方法能够使小鼠很快的学会视觉辨别任务，之后再经过8组的训练，可见小鼠的正确率能稳定在百分之九十，参照图6所示；之后我们再将任务进行反转，可见小鼠的第一次训练的正确率大概在百分之十左右，符合我们正常的统计规律，经过13组的学习，小鼠能够完全学会反转学习任务，参照图7所示。

实施例2：探究光栅频率变化的视觉刺激对反转学习的影响：

小鼠在低频（0.12cpd）横竖光栅学会任务之后，经过阶梯法提升光栅频率，即只是当小鼠连续对4个任务后，才上升0.03cpd光栅的空间频率，直至正确率低于70%，再降低空间频率0.03cpd，直至小鼠的正确率回到70%以上，经过45天的训练之后小鼠的反转学习曲线，如下图8所示，反转训练前期小鼠反应强烈在竖直光栅下反复徘徊，绝大多数小鼠在一分钟之内是找不到平台的，如图所示前三天的正确率都很低，低于百分之十，之后正确率稳定提升经过11天也就是22组的训练之后正确率基本稳定在百分之九十。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。