脑声常谈：动物行为实验指南丨基于视觉感知路标的迷宫实验测试方法

在迷宫实验中，小鼠需要通过视觉感知路标来导航并找到通往水奖励的正确路径。这种设计要求小鼠利用视觉信息来进行决策，从而完成迷宫任务。通过迷宫实验，研究小鼠如何利用视觉信息进行学习和决策，评估小鼠的视觉感知能力和空间导航能力。

该实验使用了两台相机：一台是俯视相机，另一台固定在实验对象的头部。俯视相机通过有线连接到计算机，并安装在迷宫上方，用于监控实验对象在迷宫中的移动和位置。俯视相机安装在一个L形钢支架的水平臂末端。为了捕捉迷宫的整体视图，相机被放置在迷宫中心的正上方。俯视相机到迷宫地面的距离为2.4米。迷你相机以640 × 480像素的分辨率实时捕获视频帧，并通过无线方式传输到计算机。迷你相机直径为7毫米，长度为23毫米，重量轻（50克），适合大鼠携带。迷宫由10×10个单元组成（每个单元尺寸为15厘米×15厘米×15厘米）。每个单元可以配置四个可移动的周围墙壁。通过移除或插入周围的墙壁，可以分别连接或阻塞相邻的两个单元。

(a) V1大鼠机器人的组成，大鼠的中脑束（Medial Forebrain Bundle, MFB）植入了刺激电极。安装在大鼠背部的背包刺激器接收来自计算机的 MFB 刺激参数，并向大鼠的大脑输送刺激脉冲。一只俯视相机监控大鼠的移动和位置。

(b) V2大鼠机器人的组成。V2大鼠机器人的硬件与V1大鼠机器人相同，唯一的区别是前者携带了一个头戴式迷你相机，而不是俯视相机。迷你相机无线传输视频帧到计算机，计算机随后尝试识别地标。

(c) 迷宫，迷宫由10 × 10个单元格组成（每个单元格为15 cm × 15 cm × 15 cm）。所有单元格周围的墙壁都是可拆卸的，使迷宫可以重新配置成任意形状。在作者的实验中，迷宫设计包含六个决策点。这六个决策点的正确方向可以随机设置为左转或右转，从而产生多达64种不同的迷宫配置。

迷宫可以通过随机设置六个决策点的方向来配置，例如LLRRLR，其中L代表左转，R代表右转。路标是一个菱形盒子（6厘米×6厘米×1厘米），由透明玻璃制成，指示正确的前进方向。路标的内侧贴有红蓝相间的图案纸，以便视觉感知。在实验过程中，迷宫还被一个透明玻璃板覆盖，以防止小鼠爬上迷宫。每次试验开始时，小鼠被放置在起始单元中。每个决策都是一个二元选择，小鼠必须在决策位置选择两个方向中的一个。正确的方向会引导小鼠到达下一个决策点或获得水奖励，而错误的方向则会引导小鼠到达死胡同。对于不同的实验，每个决策点的正确选择是随机分布的。

迷宫学习任务

行为训练：

在一系列迷宫学习任务之前，通过“大鼠准备”中MFB刺激的初步测试的大鼠在迷宫中接受训练，以确保在之前的迷宫学习任务中受试者具有相同的导航经验。训练前，小鼠的水源被剥夺了2天。在训练期间，小鼠被放置在起始单元，并允许自由探索迷宫。每次到达水奖励位置时，小鼠都会获得少量水奖励（0.05毫升）。然后，小鼠被带出迷宫并再次放置在起始单元进行下一次训练。经过15到30次这样的训练后，小鼠应该能够学会迷宫任务，并在被放入迷宫时迅速到达水奖励位置（即目标单元）。如果小鼠能够连续至少3次沿着正确的路径导航，它们就被确定已经学会了当前迷宫的任务。训练程序重复5天，每天20次，训练小鼠记住迷宫学习任务。一旦小鼠学会了迷宫，迷宫配置就会改变。在训练阶段不活跃且无法学会迷宫任务的小鼠将被排除在随后的迷宫学习实验之外。

在迷宫实验中，小鼠通过视觉感知路标。路标是一个由透明玻璃制成的菱形盒子，其内侧面贴有红蓝相间的图案纸，以便小鼠能够通过视觉进行识别。这些图案为小鼠提供了必要的视觉线索，帮助它们在迷宫中导航。此外，迷宫上方覆盖着透明玻璃板，防止小鼠爬上迷宫，确保它们依赖视觉线索进行路径选择。实验中，小鼠需要在迷宫中自由探索，并通过视觉感知路标来学习正确的路径，以便到达水奖励的位置。这种设计要求小鼠利用视觉信息来做出决策，从而完成迷宫任务。

奖励机制：

水奖励：在迷宫的终点或特定位置放置水奖励，激励小鼠完成任务。

奖励位置：确保水奖励的位置在每次实验中保持一致，以便小鼠能够通过学习记住正确的路径。

 为了捕捉迷宫的对称图像，俯视相机被放置在迷宫中心的正上方，固定在一个L形钢三脚架的水平臂末端。相机的高度为2.4米  

文献引用：Wu, Z., Zheng, N., Zhang, S. et al. Maze learning by a hybrid brain-computer system. Sci Rep 6, 31746 (2016). https://doi.org/10.1038/srep31746