作者：宋艳，张莉，郜翔，索盟，王剑超，杜克莘
【摘要】 目的 研究不同背景音乐刺激对成年大鼠空间长时学习记忆的影响。方法 应用Morris水迷宫行为学实验方法，检测训练中给与摇滚音乐和轻音乐刺激，大鼠寻找站台的潜伏期及其搜寻策略，并在训练结束7 d后检测其空间长时记忆。结果 Morris水迷宫训练过程中摇滚音乐组与轻音乐组间、轻音乐组与对照组间寻找站台平均潜伏期和策略均无显著性差异，而摇滚音乐组寻找站台平均潜伏期较对照组长，且采用直线式策略的百分比较对照组少。7 d后的长时记忆检测发现，三组大鼠寻找站台潜伏期和穿越站台次数以及原站台所在象限停留时间均无显著性差异。结论 大鼠空间学习时给予背景摇滚音乐刺激，对大鼠空间学习能力有一定影响，而对大鼠的空间长时记忆没有影响。而施加背景轻音乐刺激，对大鼠空间学习记忆均未见影响。
【关键词】 空间长时学习记忆；Morris水迷宫；音乐
ABSTRACT: Objective To study the effect of background music on spatial long-term learning and memory in rats. Methods Morris’ water maze was used to examine the mean latencies and strategies of the rats to the target while playing rock music (RM) and light music (LM). The long-term memory was tested on day 7 after the training sessions. Results During Morris’ water maze training， no significant difference was found in the mean latencies and the strategies to the target between RM and LM groups as well as LM and the normal control (NC) groups. But the mean latency in RM group was significantly longer than that in the NC group. The average percentage of straight strategy in RM group was significantly smaller than that in the NC group. The examination of memories， when tested on day 7 after the end of training， indicated that the mean latencies and the strategies to the target as well as the time taken to cross the target in the three groups were not significantly different. Conclusion Background rock music can influence the spatial learning ability， but not the spatial long-term memory. On the other hand， there is no effect in the spatial long-term learning and memory when light background music is played.
KEY WORDS: spatial long-term learning and memory; Morris water maze; music
学习和记忆是哺乳类动物生存的重要基础。人的学习和记忆除了与情绪、兴趣和内分泌、行为训练等有关外，还受气候、噪音等诸多环境因素的影响。长期以来，人们注意到音乐对人的情绪、行为的影响，并且把音乐用于教育(胎期和生后) 和疾病治疗等方面。有研究表明，孕期接受中国民间音乐刺激可提高后代空间学习能力［1］。但在Morris水迷宫作业的训练过程中，给予一定的音乐刺激对学习和记忆的影响，目前尚未见报道。本研究通过对大鼠进行Morris水迷宫记忆强化训练，训练过程中分别播放摇滚音乐和轻音乐，观察不同背景音乐对其空间学习和记忆的影响，为环境因素干预学习和记忆能力的机制研究提供资料。
1 材料与方法
1.1 实验动物及其分组
健康成年Sprague Dawley雄性大鼠29只，体重200-240 g，由西安交通大学医学院实验动物中心提供。动物按体重随机分为摇滚音乐组(RM group， n=10)、轻音乐组(LM group， n=9)、对照组 (NC group， n=10)。
1.2 实验材料
Morris水迷宫；Morris动物行为实验软件(中国科学院心理所)；摇滚音乐(摇滚的高)和轻音乐(班德瑞)，控制背景音乐强度为75-85 dB。
1.3 动物的训练与测试
1.3.1 训练时间与方式
本实验所用Morris水迷宫为一直径120 cm、高55 cm的圆形水池，水池内壁被漆为黑色，池内水深42 cm，水温保持在(22±1)℃，房间内光照恒定，无光线反射在水池内。池壁上以四个等距离点即东(E)、南(S)、西(W)、北(N)将水池分为四个象限，分别称SW、NW、SE及NE象限，在NE象限正中，距离池壁35 cm处放有一个直径为8 cm、高40 cm的圆形透明站台，站台低于水面2 cm。迷宫上方安置着连接显示系统的摄像机。大鼠运动轨迹及测试结果的显示和处理均采用中国科学院心理研究所研制开发的动物行为学软件。
3组大鼠的训练与测试，参照Ramirez-Amaya的Morris水迷宫训练程序进行［2］，训练历时5 d，每天分两个时间段，中间间隔1 h，所有大鼠每天上午8时开始进行实验，训练时随机选择一个象限的中心作为入水点，将大鼠面向池壁轻轻放入水中。如果大鼠在水中游泳一段时间后爬上站台，并在站台上停留时间达到5 s，则认为大鼠找到站台，立即将大鼠从站台上移走，软件系统将记录大鼠在水中游泳的时间，此为寻找站台的潜伏期。根据大鼠在水中搜索站台的游泳轨迹确定其搜索策略。如果大鼠在60 s内未找到站台，则将其引至站台，并在站台上停留10 s，潜伏期记为60 s。每两次训练间的最短时间间隔为10 min，每相邻5次训练的潜伏期的平均值作为该训练时段的成绩，记为平均潜伏期，进行统计分析。背景音乐组训练期间分别播放摇滚音乐、轻音乐，对照组无音乐背景。音乐播放期间，音箱和大鼠的位置及音乐的强度保持恒定。
1.3.2 记忆的检测
训练结束后第7天上午8时检测，包括定位航行实验和空间探索实验两部分。定位航行实验中，选择SW象限的中心作为入水点，将大鼠面向池壁放入水中，检测其寻找站台的潜伏期及搜索策略。间隔10 min后撤除站台，进行空间探索实验，选择SW象限的中心作为入水点，观察并记录60 s内动物在原站台所在象限的停留时间以及穿越原站台次数。
1.3.3 搜索策略
根据大鼠在Morris水迷宫中搜索站台的游泳轨迹，可判断其寻找水下站台的搜索策略。一般有4种搜索策略：直线式、趋向式、边缘式及随机式［3-4］。边缘式策略(marginal strategy)是以大鼠的运动区域中心为圆心，取半径的75%作一个圆，如果大鼠70%以上的时间均在该圆外活动，软件系统则判断大鼠此次的运动为边缘式策略。直线式策略(straight strategy)以大鼠入水后找到的第一个点与站台之间的连线为中轴，如果大鼠的所有运动轨迹点与中轴的距离均不超过半径的15%，并且在设定区域中运动的时间至少占运动总时间的70%，则认定该运动策略为直线式，表明动物根据迷宫外线索逐渐形成参考认知。趋向式(tendency)与直线式的策略相似，但运动轨迹范围在半径的50%内，采用此策略的大鼠对目标的位置及方向的判断基本正确，定位精确性尚不足，但它与盲目的随机式和以自我为参照点的边缘式有质的差异。若大鼠的运动策略与以上三种均不同，则系统判定是随机式(random)，随机式策略的轨迹出现于迷宫的大部分区域，具有较大的盲目性［5］。
1.4 统计学分析
所有数据以均数±标准误(±s)表示。各组间潜伏期数据的比较采用重复测量的方差分析比较组间差异，站台所在象限停留时间的数据符合正态性数据分布，比较采用单因素方差分析。大鼠寻找站台所用策略百分数采用nonparanetric tests中的Mann-Whiteney秩检验比较组间差异。检验水准为α＝0.05。
2 结 果
2.1 各组大鼠空间学习能力的比较
2.1.1 定向航行试验中潜伏期的比较
三组大鼠不同训练时段的潜伏期见图1。所有大鼠在训练中，随着训练时段的增加，在水中寻找站台的潜伏期越来越短。摇滚音乐组与轻音乐组、轻音乐组与对照组比较无显著性差异(P>0.05)，而摇滚音乐组潜伏期与对照组比较有显著性差异(P<0.05)，潜伏期长于对照组。
2.1.2 定向航行试验中搜索策略的比较
三组大鼠均较多地采用了趋向式和直线式的有效策略(图2)。边缘式、趋向式、随机式策略的使用3组间均无显著性差异。摇滚音乐组采用直线式的搜索策略明显少于对照组，有显著性差异(P<0.05)。
2.2 各组大鼠空间记忆能力的比较
于训练后第7天检测3组大鼠的空间记忆力，结果显示3组间大鼠寻找站台潜伏期、穿越站台次数以及在原站台所在象限停留时间均无显著性差异(表1)。表1 三组大鼠空间记忆能力的比较（略）
3 讨 论
学习和记忆是一个非常复杂的过程，脑内许多结构参与学习的不同过程，并与不同的学习方式相关联。音乐可以提高中枢神经系统高级功能活动，可通过多种不同的机制实现。首先，音乐刺激能扩大脑内相关功能代表区，提高神经功能活动。长期音乐训练引起大脑皮质体感和听觉皮质代表区扩大，而且这种影响是音乐刺激特异性的，正弦声波刺激并不引起这种变化［6］；其次，音乐刺激可改变脑电活动，从而影响脑的高级功能活动。深部脑电图研究显示，人类海马对不同音乐刺激有不同反应［7］；第三，音乐刺激还通过改变神经活动发挥作用。研究显示，少年时期接受音乐刺激者，其单词的记忆能力比没有接受过训练者显著增强［8］；同时聆听歌曲可以增强健忘症患者的学习和记忆能力［9］；第四，音乐刺激可以调节神经系统某些物质的表达状态，改变神经系统的功能。有研究表明孕期接受音乐刺激可以提高大鼠的空间参考记忆和工作记忆能力，而音乐对大鼠学习和记忆能力的提高依赖于音乐刺激的作用时间，音乐刺激作用时间长则提高明显，并具有时间依赖性［1］。
本研究采用的音乐强度是75-85 dB，该强度稍高于人类听觉舒适度的上限，对人类而言，85 dB及以下的声音不会破坏耳蜗内的毛细胞，而75 dB是人体耳朵舒适度上限。对动物而言，不引起听力下降而动物所能忍受的最大声强是85 dB，但日常动物进食及在笼内发出的声音很容易达到85 dB，而在研究噪音对大鼠学习记忆的影响时，噪音的强度大都设定在105-115 dB。我们选择该强度是参照国内外大鼠相关的研究，音乐强度大多是在65-85 dB［1，10］。在实验过程中施加背景音乐组的动物并未观察到应激现象，并且在训练过程中，3组大鼠寻找站台的潜伏期均逐渐缩短，趋势一致(图1)，说明背景音乐并未影响其注意力。
本研究结果显示，训练过程中摇滚音乐组比对照组大鼠寻找站台的潜伏期长，摇滚音乐组比对照组大鼠采用的直线式搜索策略百分比小。而其它组间比较均无显著性差异。比较3组大鼠空间长时记忆的检测结果发现，3组大鼠定位航行实验的潜伏期、空间探索实验的穿越原站台次数以及在原站台所在象限停留时间均无显著性差异，表明在学习过程中播放摇滚音乐有降低空间学习能力的影响，而对空间长时记忆却基本没有影响。轻音乐组大鼠与空白组大鼠相比较各指标均无显著性差异，提示学习过程中给与轻音乐对空间学习记忆没有显著影响。这与在小鼠孕期给予音乐刺激可提高其空间学习记忆能力有矛盾，但其音乐刺激持续整个孕期。而本研究结果可能与音乐刺激时间过短和音乐的种类以及音乐对情绪的影响有关。本研究结果表明在大鼠学习中给予短期摇滚音乐刺激，对大鼠空间学习能力有一定影响，而对大鼠的空间长时记忆能力没有影响。这种环境变化对大鼠其他类型的学习和记忆的影响则有待进一步研究。
参考文献
［1］王增贤，王晓亚，王怀经，等. 音乐对小鼠学习和记忆以及海马NMDA 受体表达的影响 ［J］. 第四军医大学学报， 2004， 5(24):2237-2240.
［2］Ramirez AV， Balderas I， Sandoval J， et al. Spatial long-term memory is related to mossy fiber synaptogenesis ［J］. J Neurosc， 2001， 21(18):7340-7348.
［3］冯寅，张烈雄，晁东满. 褪黑素对大鼠空间学习记忆的影响及其机制研究 ［J］. 生理学报， 2002， 54(1):65-70.
［4］Jiang ML， Han TZ， Pang W， et al. Gender- and age-specific impairment of rat performance in the Morris water maze following prenatal exposure to an MRI magnetic field ［J］. Brain Res， 2004， 995(1):140-144.
［5］杨炯炯，隋南，Albert Chen，等. 丹参改善大鼠颞叶梗死后空间认知加工障碍的研究 ［J］. 中国神经免疫和神经病学杂志， 1998， 5(4):198-202.
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［7］Wieser HG， Mazzola G. Musical consonances and dissonances: Are they distinguished independently by the right and left hippocampus ［J］. Neuropsychologia， 1986， 24(6):805-812.
［8］Chan AS， Ho YC， Cheung MC. Music training improves verbal memory ［J］. Nature， 1998， 396:128-129.
［9］Haslam C， Cook M. Striking a chord with amnesic patients: Evidence that song facilitates memory ［J］. Neurocase， 2002， 8(6):453-465.
［10］Kim H， Lee MH，Chang HY， et al. Influence of prenatal noise and music on the spatial memory and neurogenesis in the hippocampus of developing rats ［J］. Brain & Development， 2006， 28:109-114.