近交RHA与RLA大鼠在物体识别、物体位置和空间工作记忆表现中的损伤

《Frontiers in Behavioral Neuroscience》：Impairment of object recognition, object location and spatial working memory performance in inbred RHA vs. RLA rats

　　

近交Roman大鼠品系（inbred Roman rat strains）是根据其获得双向往避任务（two-way active avoidance task）的极高能力（RHA）或极低能力（RLA）进行选择并培育的，构成一个双向遗传模型，其中每个品系在大量行为和神经生物学表型上彼此不同和/或与“标准”实验室大鼠品系不同。与Roman低避（RLA）大鼠相比，Roman高避（RHA）大鼠表现出中脑边缘多巴胺功能增强、社交缺陷以及注意力和认知灵活性受损，此外还有许多其他神经行为表型，使其成为注意力/认知相关综合征（如精神分裂症或注意缺陷/多动障碍，ADHD）的有前景的动物模型。本研究旨在利用物体识别测试（ORT），一种评估物体记忆编码、巩固和提取的非空间陈述性记忆任务，研究Roman大鼠品系中的非空间工作记忆和长时记忆。还使用了物体位置测试（OLT），该测试测量对物体位置的识别而非物体之间的差异，以评估短时和长时记忆。此外，利用Morris水迷宫中的延迟匹配位置（DMTP）任务评估了品系间的空间工作记忆差异。研究结果显示，在ORT中，RHA大鼠比RLA大鼠表现出受损的工作记忆和长时记忆。先前对测试环境的习惯化程度显著影响RHA大鼠的物体识别记忆。RHA大鼠在OLT中也表现出短时记忆受损。在DMTP任务中，RHAs的空间工作记忆同样受损。RHA大鼠表现出的记忆缺陷似乎与其已知的（精神分裂症样）海马和前额叶皮层改变一致。对测试环境进行相对长时间的习惯化可挽救RHA大鼠的长时物体识别记忆缺陷，这一发现提示，注意力受损（可能与其相对多动有关）可能是该缺陷的一个因素。本研究的发现支持以下观点：近交RHA大鼠品系在非空间和空间工作/短时记忆方面均存在损害，这与精神分裂症或ADHD患者中观察到的认知症状一致。

**论文解读：近交RHA与RLA大鼠在物体识别、物体位置和空间工作记忆中的损伤**

**研究背景与问题**
Roman大鼠品系是通过对双向往避任务（two-way active avoidance task）获得能力进行双向选择培育而成的遗传模型。其中，RHA（Roman High-avoidance）大鼠表现出冲动性增强、社交缺陷、注意力与认知灵活性受损、中脑边缘多巴胺功能亢进、前额叶皮层（mPFC）和海马（HPC）体积及功能降低、代谢型谷氨酸受体2（mGlu2）缺乏、5-HT_2A受体密度升高等神经行为表型，被视为精神分裂症及注意缺陷/多动障碍（ADHD）相关症状的潜在动物模型。然而，过去对近交RHA与RLA大鼠在空间工作记忆方面的研究结果不一致或不明确，且缺乏关于非空间（无条件）记忆任务（如物体识别测试，ORT）以及涉及空间成分的物体位置测试（OLT）的研究。因此，研究人员开展本研究以系统评估两种近交品系在非空间和空间工作/短时记忆及长时记忆方面的差异。

**研究内容与结论**
研究人员使用181只雄性近交Roman大鼠（RLA 92只，RHA 89只），进行四项实验：（1）物体识别测试（ORT）在两种习惯化方案（短时习惯化S-Hab vs. 长时习惯化L-Hab）下评估非空间工作记忆和长时记忆；（2）ORT在单次15分钟习惯化方案下重复验证；（3）物体位置测试（OLT）评估短时和长时空间位置记忆；（4）Morris水迷宫中的延迟匹配位置（DMTP）任务评估空间工作记忆。主要结论：RHA大鼠在ORT中表现出工作记忆和长时记忆（仅S-Hab条件下）受损；长时间习惯化（L-Hab或15分钟单次习惯化）可挽救RHA大鼠的长时记忆缺陷；RHA大鼠在OLT中短时空间位置记忆受损；在DMTP任务中，RHA大鼠空间工作记忆显著低于RLA。这些记忆缺陷与RHA海马和前额叶皮层功能降低、注意力缺陷及多动特征一致。研究进一步支持RHA品系作为精神分裂症/ADHD认知症状模型的翻译效度。该论文发表于《Frontiers in Behavioral Neuroscience》。

**关键技术方法**
- 动物来源：来自巴塞罗那自治大学永久繁殖群体的181只雄性近交Roman大鼠（92只RLA，89只RHA），实验开始时3-6月龄。
- 行为任务：物体识别测试（ORT）用于非空间陈述性记忆（工作记忆和长时记忆），包含不同习惯化方案（短时：单次5分钟；长时：4次5分钟；单次15分钟）；物体位置测试（OLT）用于空间短时/长时记忆；Morris水迷宫中的延迟匹配位置（DMTP）任务用于空间工作记忆。
- 数据统计：独立样本t检验、重复测量方差分析（ANOVA）、协方差分析（ANCOVA）及事后比较（Duncan检验），显著性水平p≤0.05。

**研究结果**

**3.1 研究1：两种习惯化方案下的物体识别测试**
- **习惯化**：首次习惯化中，RHA大鼠交叉次数显著多于RLA，理毛时间显著少于RLA（p<0.01）。长时习惯化（L-Hab）中，两个品系随习惯化进程交叉减少、理毛增加（品系×session交互作用显著）。
- **获取阶段**：L-Hab方案显著缩短了获取时间（p=0.026），且RHA大鼠改善更为明显。
- **保持阶段**：在工作记忆（2分钟延迟）中，RLA大鼠显著偏好新异物体，RHA无显著偏好；减法指数（SI）和辨别指数（DI）上RHA表现显著劣于RLA（p<0.01）。在长时记忆（24小时延迟）中，仅短时习惯化（S-Hab）下RHA表现显著受损（p<0.05），而L-Hab下品系差异消失（交互作用p<0.05）。获取时间与记忆指数无显著相关，表明记忆差异独立于获取阶段探索。

**3.2 研究2：15分钟单次习惯化下的物体识别测试**
- 获取时间无品系差异。
- 工作记忆：RLA的SI和DI显著高于RHA（p=0.002和p=0.025），且RLA对新异物体探索显著更多。
- 长时记忆：无显著品系差异。

**3.3 研究3：物体位置识别任务**
- 获取阶段总探索时间无品系差异。
- 短时记忆（90分钟延迟）：传统减法指数无显著差异，但通过比较移动物体位置变化（C-B）与未移动物体位置变化（A2-A1），重复测量ANOVA显示品系主效应显著（p=0.047），RHA的C-B指数显著低于RLA（p<0.033），表明RHA对移动物体的短时位置记忆受损。
- 长时记忆（24小时延迟）：无显著品系差异。

**3.4 研究4：Morris水迷宫延迟匹配位置任务**
- RLA的“T1-T2平均距离节省”显著大于RHA（p=0.024）。
- 标准化学习指数[(T1-T2)/(T1+T2)]中RLA显著高于RHA（p<0.001）。
- 在第二次试验（T2）中，RLA找到平台的潜伏期显著短于RHA（p<0.001），而第一次试验（T1）无差异。

**讨论与结论**
讨论部分指出，RHA大鼠在ORT、OLT和DMTP任务中的记忆缺陷与其已知的mPFC和HPC功能降低、注意力缺陷及多动有关。长时习惯化可挽救RHA的物体识别记忆缺陷，提示注意力分散（而非焦虑）是导致该缺陷的关键因素。RHA大鼠的冲动性增加（顶叶抑制控制受损）和异常的额叶-海马环路发育可能进一步加剧记忆损伤。研究局限性包括仅使用雄性大鼠，以及缺乏对周围皮层（perirhinal cortex）的直接神经数据。未来研究需结合行为与神经生物学方法以建立因果联系。

**研究结论（翻译）**：综上所述，研究人员首次报告了近交RHA大鼠相对于RLA大鼠在非空间（ORT）和空间（OLT及DMTP）工作/短时记忆方面存在缺陷。重要的是，RHA品系在ORT中亦表现出长时记忆受损，但仅在环境习惯化较短时出现；较长的环境习惯化可完全挽救该缺陷。这支持了环境习惯化程度可能关键影响ORT表现水平，且此类习惯化效应部分依赖于品系。总体而言，本研究发现进一步支持了近交RHA大鼠品系具有空间和情景工作记忆受损及其他注意力/认知改变的表型特征，这与精神分裂症患者及ADHD患者的部分认知表型一致。