快速眼动睡眠与学习记忆的关系研究

快速眼动睡眠与学习记忆的关系研究

研究背景

在20世纪，Aserinsky和Kleitman突破性地发现快速眼动睡眠(rapid eye movement sleep,REM睡眠)，Aserinsky在实验中观察到人们在夜里大概每90 min就出现一次眼球来回转动且脑电活动增加，持续时间从睡眠开始时的几分钟到后来接近1 h，Kleitman发现在REM期叫醒的被试者比非快速眼动睡眠期(NREM期)叫醒的被试者更倾向说在做梦[1]。solms和Mark提出了REM睡眠(快速眼动睡眠）=梦的公式；Takeuchi和Tomoka等人利用ERP（事件关联电位技术）证明了REM睡眠与梦及其回忆程度有密切关系[2]。梦反映了记忆的活化和重组,这些记忆以及与记忆有关的东西可以在梦加工处理过程中进行修饰[3]。

实验设计依据

虽然睡眠对记忆有促进作用，牢固的记忆力发生在正常觉醒状态时，但还没有明确的证据显示许多记忆任务是否受REM睡眠的影响[3]。REM睡眠可是否以提高记忆，缺乏实验的验证，本实验通过REM睡眠剥夺和小鼠Morris水迷宫记忆实验，旨在探究REM睡眠对记忆的影响。

REM睡眠时，眼球在此阶段时会呈现不由自主的快速移动。并且梦境中跳跃性运动是眼睛在对记忆进行扫描[4]。但梦境和REM睡眠的

产生与眼球的转动是否有着密切的联系，缺乏实验的验证，本实验通过切断动眼神经，观察小鼠的表现，探究REM睡眠产生与眼球转动之间的联系。

最后通过实验得到的结论，再根据前人实验的结论，达到探究快速眼动睡眠与学习记忆的关系的目标。

研究目标

1.探究REM睡眠产生与眼动之间的联系。

2.探究REM睡眠对记忆的影响。

研究内容

1.动眼神经切断后小鼠REM睡眠产生情况。

2. REM睡眠剥夺后，小鼠的落水次数的变化（REM睡眠产生次数的变化）。

3.小鼠动眼神经切断和REM睡眠剥夺后，小鼠学习记忆能力发生的变化。

实验设计

实验动物:

选择年龄、体重等生长状况相同的雄性小鼠40只。分别随机均分为甲、乙、丙、丁四组，每组10只，22℃恒温环境中饲养，开灯时间为早8：00，关灯时间为晚20：00。

实验分组：

甲组：进行动眼神经切除，看REM睡眠是否会相应消失。

乙组：假手术组。

丙组：正常小鼠进行REM睡眠剥夺。

丁组：正常睡眠组。

实验方法：

一、水迷宫记忆训练和小鼠适应性训练

实验前3 d采用Morris水迷宫对甲、乙、丙、丁两组小鼠进行小鼠水迷宫记忆训练[6]。制作30×30×60 cm的鼠箱，将一直径3.5cm、高4cm的小平台(此平台面积仅允许小鼠抓握平台)置于鼠箱中央，鼠箱注水至水面距平台1 cm，将四组小鼠置于水中训练3d，其它条件均适宜[8]。

二、动眼神经切除手术

取甲、乙两组小鼠用乙醚轻麻醉后，在两侧部位于眼角的皮肤上切一同样大小的小口，甲组找出支配眼动的神经，在海绵窦切断眼动眼神经主干后,用双极电凝器电凝两断端,并将近端翻转到后颅窝（幕下），用尖刀头刀在海绵窦段锐性切断动眼神经主干。乙组除了不切除动眼神经，其它手术步骤同甲组。然后立即对两组小鼠应用11-0无创缝线行端端神经外膜180°对位缝合2针[7]。在REM睡眠剥夺装置（见下“三”）中睡眠，通过观察甲、乙两组小鼠是否落水，进而记录有无REM睡眠的产生。

三、REM睡眠剥夺动物的模型建立[9、10]

利用上述（“一”）小平台水环境建立小鼠REM睡眠剥夺动物模型：将甲乙丙三组组小鼠置于平台面积仅允许小鼠抓握的平台上，将丁组小鼠置于平台面积能让小鼠正常睡觉的平台上，小鼠可自由进食和饮水（其它条件均适宜），当甲乙丙组小鼠进入REM睡眠时，由于肌肉张力消失会导致头部触水或落入水中（水温用恒温水箱保持与小鼠体温相同的温度）而醒过来。如果丙组小鼠在睡眠过程中会落水，说明有REM睡眠产生，通过这个实验装置可以剥夺其REM睡眠。所以丙组是REM睡眠剥夺组，丁组是不处理的对照组。

同样，如果切除了动眼神经REM睡眠会消失，那么甲组动物在REM睡眠剥夺装置中就不会落水。而乙组(假手术组)则会落水而醒来，这个装置会剥夺其REM睡眠。

四、REM睡眠剥夺下睡眠和鼠水迷宫记忆测试实验

小鼠的睡眠与人类相反，是白天睡眠，晚上活动的。我们观察并记录四组小鼠的不同睡眠表现。在经过一天的实验后，对四组小鼠进行水迷宫记忆实验，记录小鼠到达终点时间及正确次数（记录的数据见表）。实验连续进行七天。

1.在REM睡眠剥夺下情况下睡眠落水次数记录表：

2.小鼠进行水迷宫记忆实验记录表：

对实验可行性的讨论：

1.我的指导老师虞燕琴有着充分的动物实验经验，可以在她的指导下在完成实验。

4. 实验的所需的Morris水迷宫、恒温水箱、REM睡眠剥夺模型都在

我的指导老师虞燕琴老师的实验室有，眼动神经的切除手术在虞燕琴老师的实验室也可以完成，为这个实验的进一步全部完成提供了必要条件。

预期结果:

1.甲组小鼠被切除动眼神经后REM睡眠消失，故不会在REM睡眠检测装置中掉入水中。而乙、丙组小鼠会有REM睡眠，故会掉入水中。

4.乙、丙组小鼠随着实验天数的增加，落水次数增加，也就是说REM 睡眠的产生次数增加。说明可能学习与记忆过程中会产生较多的REM 睡眠。

5.随着实验天数的增加，四组小鼠的水迷宫记忆实验达终点时间延长，正确的百分比都有降低。但是甲、乙、丙三组的降低的程度相较丙组更高。说明可能REM睡眠的剥夺会影响小鼠学习与记忆能力。

对预期结果的分析:

1.动眼神经切除后，小鼠不再落水，不再产生REM睡眠，证明眼球转动是REM睡眠的产生的重要条件之一。

2.REM睡眠剥夺后小鼠的记忆明显下降，证明REM睡眠有加强记忆的作用。

结论：

预期结论：