Водный лабиринт Морриса¶

Водный лабиринт Морриса (также известный как тест Морриса, Morris water maze) — это экспериментальная методика, используемая в поведенческой нейробиологии для оценки пространственного обучения и памяти у лабораторных грызунов (преимущественно мышей и крыс). Метод был разработан в 1981 году британским нейробиологом Ричардом Г. Моррисом. Основной принцип теста заключается в том, что животное, помещённое в бассейн с непрозрачной водой, должно найти скрытую под водой платформу, ориентируясь по внешним визуальным подсказкам. Тест широко применяется для изучения механизмов гиппокампальной функции, а также для тестирования воздействия различных фармакологических веществ, генетических модификаций и патологических состояний (например, болезни Альцгеймера) на когнитивные способности.

¶История

Методика была впервые описана Ричардом Моррисом в статье «Spatial localization does not require the presence of local cues», опубликованной в журнале Learning and Motivation в 1981 году. До этого для оценки пространственной памяти у грызунов использовались в основном радиальные лабиринты и лабиринты Барнса. Моррис предложил более простую и, как показали дальнейшие исследования, более чувствительную альтернативу. Ключевым нововведением стало использование воды как мотивирующего фактора: животное, не любящее воду, стремится как можно быстрее найти выход, что исключает необходимость в пищевой депривации или других формах подкрепления. С 1980-х годов водный лабиринт Морриса стал золотым стандартом в исследованиях пространственного обучения и памяти, особенно в контексте изучения роли гиппокампа.

¶Устройство и процедура

¶Оборудование

Водный лабиринт Морриса представляет собой круглый бассейн (обычно диаметром от 1,2 до 2 метров для крыс и от 0,8 до 1,2 метра для мышей) с высокими стенками, чтобы предотвратить выпрыгивание. Бассейн заполняется водой, которую делают непрозрачной с помощью добавления нетоксичной краски (например, белой темперной) или порошкообразного молока. Температура воды поддерживается на уровне 22–26 °C. Внутри бассейна находится скрытая платформа — круглая или квадратная площадка, расположенная на 1–2 см ниже поверхности воды. Платформа может быть неподвижной или перемещаемой в зависимости от протокола эксперимента. Вокруг бассейна размещаются крупные, контрастные визуальные ориентиры (например, геометрические фигуры, плакаты, лампы), которые служат пространственными подсказками.

¶Процедура обучения

Процедура обычно состоит из нескольких этапов:

1. Привыкание: Животное помещают в бассейн без платформы на короткое время (например, 60 секунд), чтобы оно привыкло к воде и обстановке.
2. Обучение (тренировка): Проводится серия сессий (обычно 4–8 сессий в день в течение 4–7 дней). В каждой сессии животное помещают в воду в одной из нескольких стартовых позиций (например, север, юг, восток, запад). Животное должно найти платформу. Если оно не находит её в течение заданного времени (обычно 60–120 секунд), его направляют к платформе вручную. После нахождения платформы животное остаётся на ней на 15–30 секунд для запоминания её местоположения. Регистрируются такие параметры, как время поиска платформы (латентность), длина пройденного пути, скорость плавания и траектория движения.
3. Тестовое испытание (пробный тест): После завершения обучения проводят тестовое испытание, в котором платформа удаляется из бассейна. Животное плавает в течение 60–90 секунд. Анализируется, сколько времени оно проводит в квадранте, где ранее находилась платформа (целевой квадрант), а также количество пересечений места, где была платформа. Это позволяет оценить, насколько хорошо животное запомнило её местоположение.
4. Видимое испытание (контроль): Для проверки сенсорных и моторных способностей, а также мотивации, проводят сессию с видимой платформой (например, с флажком). Если животное не может найти видимую платформу, это может указывать на проблемы со зрением или двигательные нарушения, а не на когнитивный дефицит.

¶Виды и модификации

Существует несколько модификаций классического водного лабиринта Морриса, адаптированных для различных исследовательских задач:

• Классический (пространственный) вариант: Платформа находится в фиксированном месте, животное учится ориентироваться по внешним подсказкам.
• Вариант с обратным обучением (reversal learning): После того как животное выучило местоположение платформы, её перемещают в новый квадрант. Оценивается гибкость пространственного обучения.
• Вариант с рабочим (кратковременным) обучением (working memory): Платформа меняет своё местоположение каждый день или каждую сессию. Животное должно запоминать новое место в течение дня.
• Вариант с двумя платформами: Используется для изучения конкуренции между разными пространственными стратегиями.
• Вариант с визуальными подсказками на платформе: Платформа может быть обозначена ярким объектом, что позволяет оценить ассоциативное обучение, не связанное с пространственной памятью.

¶Применение

Водный лабиринт Морриса является одним из наиболее распространённых поведенческих тестов в нейробиологии. Он применяется для:

• Изучения механизмов памяти: Исследование роли гиппокампа, энторинальной коры, префронтальной коры и других структур мозга в пространственном обучении.
• Тестирования фармакологических препаратов: Оценка влияния ноотропов, антидепрессантов, анксиолитиков, холинергических и глутаматергических агентов на когнитивные функции.
• Моделирования заболеваний: Изучение когнитивных нарушений при болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, болезни Хантингтона, инсульте, черепно-мозговой травме, шизофрении и других патологиях. Для этого используются генетически модифицированные мыши (например, с мутациями, связанными с болезнью Альцгеймера) или модели, созданные с помощью химических веществ (например, скополамин).
• Оценки воздействия токсинов и стресса: Изучение влияния пестицидов, тяжёлых металлов, радиации, хронического стресса на когнитивные способности.
• Генетических исследований: Сравнение когнитивных функций у разных линий мышей или у животных с нокаутом определённых генов.

¶Критика и ограничения

Несмотря на широкое распространение, водный лабиринт Морриса имеет ряд недостатков:

• Стресс: Плавание является стрессовым фактором для грызунов, что может влиять на результаты, особенно при изучении эффектов, связанных с тревогой или стрессом.
• Влияние двигательных навыков: Животные с нарушениями двигательной функции (например, при болезни Паркинсона) могут демонстрировать худшие результаты не из-за когнитивного дефицита, а из-за неспособности эффективно плавать.
• Влияние зрения: Тест требует хорошего зрения, так как животные ориентируются по визуальным подсказкам. Слепые или слабовидящие животные не могут выполнять задание.
• Температура воды: Неправильная температура воды может вызвать гипотермию или дискомфорт, что исказит результаты.
• Сложность интерпретации: Разные стратегии поиска (например, плавание по кругу, поиск по краю бассейна) могут быть ошибочно интерпретированы как пространственное обучение.
• Этические аспекты: Использование воды как аверсивного стимула вызывает вопросы с точки зрения благополучия животных.

¶Интересные факты

• Ричард Моррис первоначально использовал бассейн, который был сделан из старого детского надувного бассейна.
• В некоторых лабораториях для снижения стресса используют воду, подогретую до 30 °C, или добавляют в воду нетоксичные ароматизаторы.
• Тест Морриса считается одним из самых надёжных и воспроизводимых поведенческих тестов, что делает его стандартом в доклинических исследованиях.
• Существует версия теста для людей, называемая «виртуальный водный лабиринт Морриса», где испытуемые управляют аватаром в компьютерной симуляции бассейна.

¶Источники

• Morris, R. (1981). Spatial localization does not require the presence of local cues. Learning and Motivation, 12(2), 239–260.
• Vorhees, C. V., & Williams, M. T. (2006). Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocols, 1(2), 848–858.
• D'Hooge, R., & De Deyn, P. P. (2001). Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Research Reviews, 36(1), 60–90.
• Brandeis, R., Brandys, Y., & Yehuda, S. (1989). The use of the Morris water maze in the study of memory and learning. International Journal of Neuroscience, 48(1-2), 29–69.