奖惩刺激对幼年小鼠情绪和空间认知能力的影响

摘要

在我们的日常学习和生活中，奖惩现象无处不在。高等动物为了适应恶劣复杂的生存环境，其大脑逐渐进化出强化其正确行为的奖赏中枢和抑制其错误行为的惩罚中枢。心理学研究表明奖惩中枢的发展在人和动物心理、行为的发展中占有重要地位，而且因其特殊的神经联系和功能在高等动物和人的学习记忆过程中发挥着关键作用。先前关于奖惩理论的研究主要集中在奖励、惩罚手段是如何通过强化学习动机来影响学生的学习行为，而关于奖惩手段是如何影响学习和记忆能力的细胞和分子机制却知之甚少。本研究拟以幼年昆明小鼠为研究对象，探讨奖惩刺激对小鼠情绪和空间认知能力的影响及其潜在的分子机制，以期让奖惩手段能够更好地服务于人类的行为改造。
　　本研究中分别用小鼠喜爱性坚果类食物和足底电击处理作为奖励和惩罚刺激。第一部分:首先用条件性位置偏爱实验检测喜爱性食物和足底电击处理对小鼠是否具有奖惩效应，然后用高架十字迷宫实验检测奖惩刺激对小鼠焦虑情绪的影响，最后用酶联免疫吸附测定法检测经奖惩刺激处理后各组小鼠纹状体中神经递质多巴胺含量的改变。结果显示:(1)在条件性位置偏爱实验中，幼年小鼠对与喜爱性食物相匹配的区室产生偏爱趋势，而对与足底电击相匹配的区室则表现出厌恶趋势。(2)在高架十字迷宫实验中，与对照组相比，奖励组小鼠进入开放臂的次数和在开放臂逗留的时间明显增加(p＜0.05)，而惩罚组小鼠进入开放臂的次数和在开放臂逗留的时间显著减少(p＜0.05)。(3)酶联免疫分析结果显示，与对照组相比，奖励组小鼠纹状体中多巴胺的含量明显增加(p＜0.01)，而惩罚组纹状体中多巴胺的含量显著减少(p＜0.05)。
　　第二部分:分别给予小鼠上述奖励和惩罚刺激处理，并用Morris水迷宫和Y迷宫行为学方法分别检测上述处理对小鼠空间学习和参考记忆能力以及空间识别记忆能力的影响;然后用在体LTP电生理记录技术检测经奖惩刺激处理后各组小鼠海马齿状回突触传递效能的改变，并用高尔基染色法观察各组小鼠海马中神经元突起和树突棘生长的变化;最后用免疫印迹方法检测各组小鼠海马中PKA和CREB活性以及BDNF和PSD-95蛋白表达水平的变化。结果显示:(1)在Morris水迷宫实验中，与对照组相比，奖励组小鼠在定位航行阶段中寻找隐藏平台的逃避潜伏期明显缩短(p＜0.05)，在空间探索阶段中其在目标象限滞留的时间显著延长(p＜0.05)，穿越原平台位置的次数显著增多(p＜0.01)，而惩罚组小鼠中这些指标没有明显改变(p＞0.05)。(2)在Y-迷宫实验中，与对照组相比，奖励组小鼠在新异臂中逗留的时间明显增加(p＜0.05)，而惩罚组小鼠在新异臂中逗留的时间没有明显改变(p＞0.05)。(3)LTP电生理学实验结果显示，与对照组相比，奖励组小鼠海马齿状回群峰电位的相对幅值在高频刺激后明显升高(p＜0.05)，而惩罚组小鼠海马中LTP没有明显变化(p＞0.05)。(4)高尔基染色结果显示，与对照组相比，奖励组小鼠海马神经元突起的数量增多，长度变长以及树突棘密度明显增加(p＜0.05)，而惩罚组小鼠海马神经元的生长没有明显变化(p＞0.05)。(5)免疫印迹结果显示，与对照组相比，奖励组小鼠海马中PKA催化亚基、p-CREB(Ser133)、BDNF和PSD-95的蛋白表达水平明显增加(p＜0.05)，而惩罚组小鼠海马中这些记忆相关蛋白的含量没有明显改变(p＞0.05)。
　　以上结果表明:奖励刺激能够减弱幼年小鼠的焦虑情绪，而惩罚刺激却加重了小鼠的焦虑情绪，这可能与奖励刺激可以促进幼年小鼠纹状体中神经递质多巴胺的释放，而惩罚刺激可以抑制小鼠纹状体多巴胺的释放有关。同时，奖励刺激较之惩罚刺激能够显著提高幼年小鼠的空间认知能力，这可能与奖励刺激能够增强幼年小鼠海马齿状回的突触传递功能，促进小鼠海马神经元的形态发生，增加PKA-CREB信号通路中BDNF和PSD-95的表达水平有关。

目录

声明

摘要

英文缩略词简表

1．前言

1．1 奖惩的强化理论

1．2 奖惩刺激与多巴胺

1．3 纹状体和海马与认知功能

1．4 PKA-CREB信号通路与学习和记忆

1．5 BDNF与认知功能

1．6 PSD-95与学习和记忆

1．7 本研究的目的及意义

2．材料与方法

2．1 主要仪器设备

2．2 主要试剂和抗体

2．3 实验动物与分组

2．4 奖惩刺激处理

2．5 条件性位置偏爱实验检测奖惩效应

2．6 高架十字迷宫实验检测焦虑情绪

2．7 ELISA法测定纹状体中神经递质多巴胺的含量

2．8 Morris水迷宫实验检测空间学习和参考记忆能力

2．9 Y-迷宫实验检测空间识别记忆能力

2．10 在体LTP电生理记录技术检测突触传递功能

2．11 高尔基染色法观察神经元突起和树突棘

2．12 免疫印迹生化分析

2．13 数据统计与分析

3．结果

3．1 喜爱性食物和足底电击对幼年小鼠条件性位置偏爱的影响

3．2 奖惩刺激对幼年小鼠焦虑情绪的影响

3．3 奖惩刺激对幼年小鼠纹状体中神经递质多巴胺含量的影响

3．4 奖惩刺激对幼年小鼠空间学习和参考记忆能力的影响

3．5 奖惩刺激对幼年小鼠空间识别记忆能力的影响

3．6 奖惩刺激对幼年小鼠海马齿状回突触传递长时程增强的影响

3．7 奖惩刺激对幼年小鼠海马中神经元突起和树突棘生长的影响

3．8 奖惩刺激对幼年小鼠海马中PKA和CREB活性的影响

3．9 奖惩刺激对幼年小鼠海马中BDNF和PSD-95表达水平的影响

4．讨论

4．1 奖惩刺激方式的选择

4．2 奖惩刺激涉及的相关脑区

4．3 奖惩刺激与多巴胺

4．4 奖惩刺激与焦虑情绪

4．5 奖惩刺激与PKA-CREB信号通路

4．6 奖惩刺激与空间认知能力

4．7 奖惩刺激与LTP

4．8 奖惩刺激与神经元突起和树突棘生长

5．结论

参考文献

附录

致谢