小鼠物体-位置任务的任务优化与个体发育特征

《Neurobiology of Learning and Memory》：Task optimization and ontogenetic profile of the object-in-Place task in mice

　　

记住不同空间元素的身份和位置对于动物成功探索其环境至关重要。定位食物和庇护所只是依赖于在空间元素的身份和位置之间形成有效关联的少数行为。物体-位置（object-in-place，OiP）任务常用于大鼠以评估这种身份-位置关联。尽管遗传资源的可用性使小鼠成为神经科学研究中日益常用的动物模型，但很少有研究成功评估小鼠的OiP。为应对这一局限，研究人员在成年C57/129?J和C57BL/6?J小鼠中测试了自发OiP偏好任务的三种不同实验设计。C57BL/6?J小鼠（而非C57/129?J小鼠）在四物体版本的OiP任务中表现出OiP偏好。相比之下，两种品系的小鼠均成功完成了两物体OiP任务设计，保留间隔为五分钟和一小时。为扩大任务验证，研究人员揭示了C57/129?J小鼠两物体OiP的个体发育特征，该特征在该品系小鼠中于出生后第（postnatal day，P）25天至P28天之间出现。研究数据建立了成功评估小鼠整个生命周期中OiP偏好的可靠指南，扩展了用于小鼠空间记忆研究的现有行为学工具箱。

**论文解读：小鼠物体-位置任务的任务优化与个体发育特征**

**研究背景与问题**
物体-位置（object-in-place，OiP）偏好任务衡量动物将特定物体特征与其空间位置关联的能力，这种空间记忆对于环境中的空间识别至关重要，并指导适应性行为所需的背景特征检测。在人类中，精神分裂症等神经发育障碍患者表现出身份-位置关联受损，且这类障碍的早发性（如精神分裂症通常在青春期或成年早期发病）强调需要临床前认知评估与临床发病时间线匹配，从而要求对幼年啮齿动物进行研究。在大鼠中，OiP任务传统上使用四个不同物体，但在小鼠中，仅有少数研究成功评估了OiP偏好，且常与其他类型识别记忆评估混杂，或采用大鼠文献中不常见的实验设计。因此，目前缺乏专门用于小鼠的可靠OiP实验设计。鉴于小鼠遗传操作工具的广泛性和可及性使其成为神经发育和神经疾病生物学基础研究的重要模型，建立可靠的OiP行为方案具有迫切需求。本研究旨在优化小鼠OiP任务设计，并揭示其个体发育特征，为空间记忆研究提供新的行为学工具。该论文发表在《Neurobiology of Learning and Memory》。

**主要技术方法**
研究人员使用成年C57/129J和C57BL/6J小鼠（均购自Jackson Laboratory）进行行为学测试。关键方法包括：1）三种自发OiP偏好实验设计（四物体单样本期、四物体双样本期、两物体单样本期）；2）行为分析采用ANY-maze?软件，定义物体探索为主动嗅探和/或抓挠物体2 cm范围内的物体定向注视，并使用判别指数（discrimination index，DI）衡量相对新颖性偏好；3）统计分析使用单因素或双因素重复测量方差分析（ANOVA）及Sidak事后检验，DI与机会水平（0.5）比较采用单样本t检验；4）个体发育实验在出生后第25天（P25）、P28和P35进行，采用同窝匹配设计。

**研究结果**
**4.1 四物体实验设计**
- 在四物体单样本期设计中，C57/129J小鼠在样本期无物体偏好，测试期探索移位（displaced）与非移位（non-displaced）物体时间无差异，判别指数处于机会水平（0.5），表明无法表达OiP偏好。
- 在四物体双样本期设计中，增加一次样本期后，C57/129J小鼠仍无OiP偏好；而C57BL/6J小鼠在测试期显著偏好移位物体，判别指数高于机会水平，表明该品系能在四物体双样本期设计中成功表达OiP偏好。

**4.2 两物体实验设计**
- 在两物体单样本期设计中，C57/129J和C57BL/6J小鼠在样本期无物体偏好，测试期均显著偏好移位物体，判别指数高于机会水平，表明两品系均能在两物体设计中成功表达OiP偏好。
- 在保留间隔延长至1小时的两物体设计中，两品系小鼠在测试期仍显著偏好移位物体，判别指数高于机会水平，表明两物体OiP记忆可维持至少1小时。

**4.3 小鼠两物体OiP的个体发育**
- 在P25、P28和P35三个年龄组中，C57/129J小鼠在样本期均无物体偏好。测试期显示，P28和P35小鼠显著偏好移位物体，而P25小鼠无差异；判别指数分析显示，P28和P35小鼠的判别指数高于机会水平，而P25小鼠处于机会水平。这表明C57/129J小鼠的两物体OiP偏好于P25至P28之间出现。

**讨论与结论**
讨论部分指出，C57/129J小鼠无法在四物体版本中表达OiP偏好，即使增加样本期也不足以改善，而C57BL/6J小鼠则能成功，提示品系间差异可能影响任务难度敏感性。与既往大鼠研究相比，小鼠四物体OiP的成功率较低，可能源于物种差异和任务复杂性。个体发育数据表明，C57/129J小鼠的两物体OiP偏好于P25-P28间出现，与大鼠中两物体OiP的起始时间（P26-P30）一致，并略晚于同一品系小鼠的新物体识别（NOR，P25）和物体位置（OL，P21）任务，而与时间顺序识别（TOR，P28）起始时间重合，这可能与这些任务共同依赖内侧前额叶皮层（mPFC）有关。
**研究结论部分翻译**：这些结果验证了跨小鼠品系、保留间隔和年龄的两物体OiP任务，该任务也允许重复测试，为小鼠OiP评估提供了可靠方案。通过确定小鼠OiP偏好的个体发育特征，这些结果勾勒出早期探查空间处理缺陷（神经发育障碍的标志性特征）的发育时间线。