1、中國科技論文在線路標影響高體鳑鲏的空間學習與記憶基金項目：高等學校博士學科點專項科研基金資助課題（20090146120021）；國家自然科學基金（30970443，31101647） 朱玉蓉朱玉蓉作者簡介：朱玉蓉（1975-），女，講師，主要研究方向：魚類行為學. E-mail: zhuyr1.51.51.51.51.51.51.51.5高等學校博士學科點專項科研基金（4010-091024）；華中農業大學科研啟動基金（52204-09016）；華中農業大學校科技創新基金（52204-08036）College of Fishery,Huazhong Agriculture Universi

2、ty,Wuhan 430070華中農業大學水產學院，武漢 4300704300701533720139987282113華中農業大學水產學院zhuyr朱玉蓉（1975-），女，講師，主要研究方向：魚類行為學朱玉蓉Zhu Yurong1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51*|*專著*|*Ebbinghaus H. Memory: A contribution to experimental psychologyM. New York:Teachers College, Columbia University,1913.<CR>2*|*期刊*|*Th

3、orndike E L. Animal intelligence: An experimental study of the associative processes in animalsJ. Psychological Monographs, 1898, 2.<CR>3*|*期刊*|*Tolman E C, Honzik C H. Introduction and removal of reward, and maze performance in ratsJ. University of California Publications Psychology, 1930,4:2

4、57-275. <CR>4*|*專著*|*Skinner B F. Beyond freedom and dignityM. New York: Knopf,1971.<CR>5*|*期刊*|*Triplett N. The educability of the perchJ. Animal Journal of Psychology, 1901, 12: 354-360.<CR>6*|*專著*|*尚玉昌. 動物行為學M.北京： 北京大學出版社. 2005.<CR>7*|*期刊*|*Dittman A H,Quinn T P. Homing in

5、 Pacific salmon: Mechanisms and ecological basisJ. Experimental Biology.1996，119(1):83-91.<CR>8*|*期刊*|*吳志強，邵燕，袁樂洋. 魚類實驗動物J. 生物學通報，2003，38（11）：2022.<CR>9*|*期刊*|*蘇彥捷.動物認知J.科學中國人，2003，12：44-45.<CR>10*|*期刊*|*Kelly D M, Kippenbrock S, Templeton J, Kamil A C.Use of a geometric rule or ab

6、solute vectors: landmark use by Clarks nutcrackers (Nucifraga Columbiana)J. Brain Res Bull,2008 76:293299.<CR>11*|*期刊*|*Pot P, Kanngiesser P, Saporiti M, Amiconi A, Blasing B, Call J ,Searching in the MiddleCapuchins (Cebus apella) and Bonobos (Pan paniscus) Behavior During a Spatial Search Ta

7、skJ. J Exp Psychol Anim Behav Process,2010,36:92109.<CR>12*|*期刊*|*Sturz B R, Katz J S. Learning of absolute and relative distance and direction from discrete visual landmarks by pigeons (Columba livia)J. J Comp Psychol ,2009, 123:90113.<CR>13*|*期刊*|*Clayton N S, Krebs J R.Memory for spat

8、ial and object-specific cues in food-storing and non-storing birdsJ. J Comp Physiol A ,1994, 174: 371379.<CR>14*|*期刊*|*Pravosudov V V. Search for and storage of food by P. cinctus lapponicus andP. montanus borealis (Paridae)J. Zool Zh ,1985,64: 10361043.<CR>15*|*期刊*|*梁旭方. 鱖捕食行為的研究M. 海洋與湖

9、沼增刊.1995，26：119-124.<CR>16*|*期刊*|*Suboski M D,Templeton J J. Life skills training for hatchery fish: social learning and survivalJ. Fisheries Research, 1989, 7: 343352.<CR>17*|*期刊*|*Murphy K E,Pitcher T J. Predator attack motivation influences the inspection behaviour of European minnows

10、J. Journal of Fish Biology, 1987, 50: 407417.<CR>18*|*專著*|* OKeefe J,Nadel L. The hippocampus as a cognitive mapM, Oxford University Press, 1978.<CR>19*|*期刊*|*Williams F E., White D,Messer J W S. A simple spatial alternation task for assessing memory function in zebrafishJ. Behavioural P

11、rocesses, 2002, 58: 125-132.<CR>20*|*期刊*|*Odling-Smee L,Braithwaite V A. The influence of habitat stability on landmark use during spatial learning in the three-spine sticklebackJ. Animal Behaviour, 2003, 65: 701-707.<CR>21*|*期刊*|*Croy M I,Hughes R N. The influence of hunger on feeding b

12、ehaviour and on the acquisition of learned foraging skills by the fifteen-spined stickleback, Spinachia spinachia LJ. Animal Behaviour, 1991, 41: 161170.*|1|朱玉蓉|Zhu Yurong|華中農業大學水產學院，武漢 430070|College of Fishery,Huazhong Agriculture University,Wuhan 430070|朱玉蓉（1975-），女，講師，主要研究方向：魚類行為學|華中農業大學水產學院|430

13、070|zhuyr|87282113標影響高體鳑鲏的空間學習與記憶|The influence of landmark in spatial learning and memory in R. ocellatus|高等學校博士學科點專項科研基金資助課題（20090146120021）；國家自然科學基金（30970443，31101647）- 7 -（華中農業大學水產學院，武漢 430070）摘要：本文研究了高體鳑鲏的空間學習與記憶能力，實驗研究在有一個標記物和無標記物情況下高體鳑鲏的空間學習與記憶能力。結果表明高體鳑鲏具有很好的空間學習與記憶能力。而且在有一個標記物存

14、在時高體鳑鲏學習能力較強，這可能揭示出不同的學習策略對記憶形成快慢有影響，路標的視覺提示作用能夠起到比自身方向感更強烈的刺激記憶形成的作用。關鍵詞：行為學；空間；學習；記憶；標記物；高體鳑鲏中圖分類號：Q95The influence of landmark in spatial learning and memory in R. ocellatusZhu Yurong(College of Fishery,Huazhong Agriculture University,Wuhan 430070)Abstract: In present study, the capability of spa

15、tial learning and memory of R.ocellatus were studied through the comparison of results from different experiments with one landmark and with no landmark. The results showed that the R.ocellatus possessed good spatial cognition ability. R.ocellatus could perform better with one landmark in spatial le

16、arning and memory, which revealed that different cognition strategies affect the rate of memory formation. The visual cues may play a better role than the fishess own sense of direction in promoting memory formation. . Key words: behavioural；spatial; learning; memory; landmark; R. ocellatus0 引言動物的空間

17、學習和記憶能力是其重要的腦功能之一，它將動物的認知、行為與生理有機地結合在一起。一般情況下，動物通過對其生存環境的認知，調整自己的行為模式，從而最大限度地保證自己在自然環境中的生存。學習和記憶為什么能塑造動物的行為，它們又是在什么樣的條件下、如何塑造動物的行為的，這些問題，早在19世紀初期就引起了心理學研究者的廣泛關注和研究1，隨后，許多行為學家以哺乳動物和鳥類為實驗對象，對認知行為進行了一些基礎的研究2 3 4。第一次系統地以魚類為研究對象的認知行為實驗是由Mobius在1873年完成的。在Triplett以鱸魚為研究對象的文章發表之后，魚類的學習和記憶開始獲得更多的關注5。空間認知能力在動

18、物的生命史中扮演著重要的角色，動物的空間認知能力存在種間差異，同時也受到不同環境條件的影響6。許多動物都具有卓越的空間認知能力，它們可以利用環境提供的各種視覺的、化學的（如嗅覺、味覺等）、機械的、電磁的等等感覺線索來確定方位，魚類也同樣如此。例如，大馬哈魚在其入海前的幼魚期會對當下的水域形成嗅覺印記，依靠這種特殊的學習與記憶，成年大馬哈魚能夠在生殖洄游過程中準確定位，回到自己的出生水域7。魚類為了在不斷變化的環境中生存與繁殖，必須能夠感知環境的變化并作出相應的反應，而對外界信息的感受，也為魚類的空間認知提供了信息。盡管我們還不太清楚魚類處理空間信息的神經過程，但是我們發現魚類的空間認知能力與其

19、生存環境有很大的關系8。基于環境中可見標記物的存在與否，動物會采取不同的空間認知策略：基于自身左右方向感的認知及以可見標記物為參照的認知，兩者均屬于聯想學習范疇9。研究表明，大量動物都會使用可見標記物作為定向線索10 11 12，在路標指示下，松鴉能夠準確找到食物儲藏點13 14，猩猩和人類兒童能夠通過有規律排列的路標找到隱藏的目標物。相對于鳥類和哺乳類，魚類使用路標信息作為空間線索的研究較少，本文擬以具有特殊繁殖行為的高體鳑鲏為對象，研究其經過訓練能否獲得空間記憶，以及不同的標記物條件，對實驗對象空間學習和記憶形成的影響。1 材料與方法1.1 實驗魚的采集與飼養選擇16尾性成熟，體形完整，身

20、體健康的雌性高體鳑鲏為實驗對象（為避免性別差異的影響，選擇單一性別個體進行本實驗）。高體鳑鲏采自湖北省大冶市保安湖。實驗魚飼養在實驗室的大型魚缸中，使用充氧泵充氧，以保證魚缸中有充足的氧氣供應。使用加熱棒維持魚缸的水溫。整個實驗過程中，魚缸的水溫維持在約20左右。通過實驗室內的燈光裝置控制光周期，光照與無光照的時間比為12：12。在飼養期間，每天給實驗魚喂食足夠的凍孑孓。1.2 實驗裝置本實驗采用十字形實驗缸（見圖1）。實驗缸由灰色不透明塑料制成。每個臂長30cm,寬15cm，高30cm。可以通過手動操作封閉任意一個臂，從而其它三個臂就可以形成一個“T”形迷宮。在“T”形迷宮的左右兩臂，離開末

21、端15cm處放置可移動的活動門（1520cm），門上開有長5cm，寬3cm的洞口。在擋板被升起后，門上的洞口露出，實驗魚可以通過該洞口進入兩臂的末端。而擋板被放下后，則實驗魚將被限制在臂的末端。1.3 實驗過程實驗過程由預備實驗、記憶獲得實驗和記憶驗證實驗三部分組成。1.3.1 預備實驗預備實驗的目的是為了使實驗魚熟悉實驗缸，不獲取實驗數據。預備實驗階段，實驗缸中不放置路標，并且兩臂的活動擋板升起，實驗魚可以在整個T形實驗缸中自由游動。T形迷宮的兩臂末端各放有一個培養皿，兩個培養皿中均放有足夠數量的凍孑孓。將實驗魚隨機分為2組，每組8尾，每次預備實驗時將同組的8尾實驗魚同時放入實驗缸的起始格，

22、以組為單位進行實驗。第1組的預備實驗在無路標存在的條件下進行；第2組在有一個路標存在的條件下進行（路標為綠色人造水草，無氣味），每組進行3次預備實驗。每次預備實驗開始時，將同組的實驗魚放入迷宮的起始格（起始格隨機選擇），5分鐘后，升起起始格的擋板，此時實驗魚可以自由地在整個T形迷宮中游動。每次預備實驗時，實驗魚在T形迷宮中停留4小時。4小時后，將魚轉移回飼養缸。只有當實驗魚在迷宮中時才給予食物15。3次預備實驗結束后，將16尾實驗魚編號，分別用小型魚缸（203525cm）單獨飼養。預備實驗結束3天后（3天中不給予實驗魚食物），開始進行記憶獲得實驗。1.3.2 記憶獲得實驗實驗魚每天進行3次訓練

23、，整個記憶獲得實驗共進行了24次訓練。每次訓練中，T形迷宮兩臂末端各放有一個培養皿，但是只有一個培養皿中放有可獲得的食物報償。為了排除鳑鲏利用嗅覺覓食的可能性，我們在另一邊的培養皿中放置用消毒紗布包裹的凍孑孓16，如果實驗魚選擇了這一邊，將無法獲得食物報償，對無路標組組魚的訓練中，為了防止實驗魚可能存在的方向性偏好，我們將一半實驗魚的食物報償固定在左邊，另一半在右邊，該實驗檢驗實驗魚對左、右方向的選擇是否存在顯著差異；在有路標組魚的訓練中，綠色路標放置在與食物報償端相對應的轉角處，我們會調整食物報償端和水草的方向，以避免實驗魚對固定的左右方向形成記憶17，該實驗檢驗實驗魚將標記與食物聯系的能力

24、。每天訓練開始時，將實驗魚放入起始格，此時，起始格擋板是放下的（起始格隨機選擇）。實驗魚適應環境5分鐘后，擋板升起，開始記錄實驗魚從離開起始格至進入食物臂末端所花費的時間、實驗魚第1次所選擇的方向以及運動軌跡（如折返、兩臂間往返、停頓等）。當實驗魚成功攝食了凍孑孓，或者10分鐘之后未攝食，均結束本次訓練。每天3次訓練結束后，將實驗魚放回原來的小型飼養缸。記憶獲得實驗過程中，實驗魚只有在T形迷宮中可以得到食物。1.3.3 記憶驗證實驗記憶驗證實驗共進行了3次，這3次實驗穿插在記憶獲得階段的最后6次實驗中。記憶獲得階段的基本實驗操作和數據記錄與記憶獲得階段相同，但實驗缸設置有所改變：無路標組撤消了

25、食物報償，；有路標組撤銷了食物報償和路標。活動擋板活動門培養皿起始格圖1 實驗所使用的十字形魚缸Fig.1 The 4 arms radial maze used in the experiment2 數據處理2.1 實驗數據的采集2.1.1 消耗時間即記錄實驗魚離開起始格開始到進入食物臂末端所花費的時間，消耗時間的單位為秒。2.1.2 正確率即實驗對象對方向選擇的正確情況。正確率的處理按照其在實驗缸中移動的軌跡進行加權，若實驗魚第一次就選擇并且進入了正確端，則記為最大值1；若實驗魚第一次選擇并且進入了錯誤端，則記為最小值0。2.1.3 習得次數為了比較不同路標條件對高體鳑鲏形成穩定記憶的影響

26、差異，制定了習得標準：在記憶獲得實驗階段，如果實驗對象在連續10次選擇中有6次選擇了正確的方向，則認為其獲得了穩定記憶，記錄該對象的習得次數。已經獲得穩定記憶的高體鳑鲏繼續參與訓練直到完成24輪實驗2.2 實驗數據的統計分析對受控選擇左邊的以及受控選擇右邊的個體每次訓練的均值作配對t檢驗，結果顯示，兩者間沒有顯著差異，所以我們將兩組數據合并分析。使用excel軟件統計消耗時間和正確率的平均值。使用spss19.0軟件對實驗數據進行相應的統計分析。消耗時間和正確率分析采用t檢驗。3 結果3.1 實驗過程中消耗時間變化在兩種不同的實驗條件下，高體鳑鲏到達其目標位置所消耗的時間變化曲線見圖2，從圖中

27、可以看出，無路標條件下和有路標條件下，時間消耗隨著實驗進程均表現出明顯下降的趨勢。對無路標組前三次記憶獲得實驗消耗時間均值與最后三次記憶獲得實驗消耗時間均值進行配對t檢驗，t7=1.651，P=0.143，未表現出顯著性差異；對有路標組前三次記憶獲得實驗消耗時間均值與最后三次記憶獲得實驗消耗時間均值進行配對t檢驗，t7=3.972，P=0.005，表現出顯著性差異。對無路標組和有路標組的最后三次實驗消耗時間均值進行比較，t14=0.864，P=0.402，未表現出顯著性差異。3.2 實驗過程中正確率變化對實驗魚在記憶獲得階段前三次正確率均值、記憶獲得階段最后三次正確率均值及驗證實驗正確率均值進

28、行了統計，不同路標條件下的正確率比較見圖3。圖中顯示，經過24輪記憶獲得實驗階段的訓練， 在無路標組和有路標組，實驗對象的正確率相對訓練前都有所增高。對無路標組前三次和后三次正確率均值進行比較，t4=0.-1.549，P=0.196，未表現出顯著性差異；對有路標組前三次和后三次正確率均值進行比較，t4=-4.950，P=0.008，表現出顯著性差異。3.3 不同路標條件下形成穩定記憶所需實驗次數比較對每尾參與實驗的高體鳑鲏達到學習標準所需的習得次數進行了統計，16尾個體均在24輪訓練中達到了制定的學習標準，其中無路標組的習得次數最少的為15次，最多的為23次，有路標組的習得次數最少為10次，最

29、多為16次。對兩組實驗對象的習得次數進行比較，t14=5.528，P=0.000 <0.05，兩者表現出顯著性差異。圖2 高體鳑鲏消耗時間曲線Fig. 2 The latency in R. ocellatus圖3 高體鳑鲏正確率比較Fig. 3 The percentage correct in R. ocellatus4 結論4.1 高體鳑鲏學習與記憶的表現早在1978年，OKeefe和Nadel就指出18，動物能夠根據環境中收集的空間信息在大腦中形成“認知地圖”。“認知地圖”是動物對其生存環境的空間模式產生的神經反映，它有助于動物在較復雜的環境條件中行使一定的行為，如短途追擊，迂回

30、以及找到隱藏的目標等。不同環境提供給動物的空間信息是不同的。環境直接影響動物對空間問題的解決。近年來，很多行為學者對魚類的空間學習與記憶的表現進行了多方面的研究。Williams等以斑馬魚為實驗對象所作的有關空間轉換任務的研究19、Odling-Smee和Braithwaite以三刺魚為實驗對象所作的不同地理種群的認知策略研究20、Croy等以斑馬魚為實驗對象所作的對不同顏色標記物的聯想學習，都顯示出魚類具有很好的空間認知能力21。我們對高體鳑鲏的研究也顯示出相同的結果，無路標組前三次記憶獲得實驗消耗時間均值與最后三次記憶獲得實驗消耗時間均值比較，t7=1.651，P=0.143，正確率比較，

31、t4=0.-1.549，P=0.196，雖在時間和正確率變化上未表現出顯著性差異，但消耗時間曲線卻呈現出明顯下降趨勢，同時正確率相對實驗前明顯提高。有路標組時間和正確率的比較結果分別為：t7=3.972，P=0.005和t4=-4.950，P=0.008，兩者在訓練前后均表現出顯著性差異。結果表明經過訓練的高體鳑鲏，能夠依賴自身方向感或可見標記物定位，從而更快更準確地找到食物報償的位置。反映出高體鳑鲏具有良好的空間認知能力，在不同的環境條件下，它們都能夠根據感覺的，或者環境的線索，建立對食物報償的聯想性記憶。4.2 標記物對高體鳑鲏學習與記憶的影響在有可見標記物存在的環境中，動物將可見標記物作

32、為定向標志，在無可見標記物存在的環境中，動物也可依賴自身的左右方向感定位，這是兩種不同的認知策略。隨機分組的高體鳑鲏，在無標記物存在的條件下，達到學習標準的習得次數為15-23次，在有路標存在條件下，習得次數為10-16次，兩種不同環境下的習得次數比較，t14=5.528，P=0.000 <0.05，兩者表現出顯著性差異。結果顯示，不同條件下表現出的習得次數的顯著差異，可能揭示了不同的認知策略會影響高體鳑鲏穩定記憶的形成速度，在有可見標記物的條件下，高體鳑鲏能更快形成穩定的空間認知，路標的視覺提示作用能夠起到比自身方向感更強烈的刺激記憶形成的作用。而對兩組實驗對象記憶獲得后的消耗時間進行

33、比較，t14=0.864，P=0.402，未表現出顯著性差異，表明通過不同聯想途徑獲得的記憶，一旦穩定形成，表現在行動力上的效果是一致的，并沒有顯著差異。參考文獻 (References)1 Ebbinghaus H. Memory: A contribution to experimental psychologyM. New York:Teachers College, Columbia University,1913.2 Thorndike E L. Animal intelligence: An experimental study of the associative process

34、es in animalsJ. Psychological Monographs, 1898, 2.3 Tolman E C, Honzik C H. Introduction and removal of reward, and maze performance in ratsJ. University of California Publications Psychology, 1930,4:257-275. 4 Skinner B F. Beyond freedom and dignityM. New York: Knopf,1971.5 Triplett N. The educabil

35、ity of the perchJ. Animal Journal of Psychology, 1901, 12: 354-360.6 尚玉昌. 動物行為學M.北京： 北京大學出版社. 2005.7 Dittman A H,Quinn T P. Homing in Pacific salmon: Mechanisms and ecological basisJ. Experimental Biology.1996，119(1):83-91.8 吳志強，邵燕，袁樂洋. 魚類實驗動物J. 生物學通報，2003，38（11）：2022.9 蘇彥捷.動物認知J.科學中國人，2003，12：44-45

36、.10 Kelly D M, Kippenbrock S, Templeton J, Kamil A C.Use of a geometric rule or absolute vectors: landmark use by Clark's nutcrackers (Nucifraga Columbiana)J. Brain Res Bull,2008 76:293-299.11 Pot P, Kanngiesser P, Saporiti M, Amiconi A, Blasing B, Call J ,Searching in the Middle-Capuchins'

37、(Cebus apella) and Bonobos' (Pan paniscus) Behavior During a Spatial Search TaskJ. J Exp Psychol Anim Behav Process,2010,36:92-109.12 Sturz B R, Katz J S. Learning of absolute and relative distance and direction from discrete visual landmarks by pigeons (Columba livia)J. J Comp Psychol ,2009, 123:90-113.13 Clayton N S, Krebs J R.Mem