APP/PS1/Tau转基因小鼠认知功能检测方案

一、研究对象

品系： APP/PS1/Tau 三重转基因阿尔茨海默病模型小鼠 (常用背景如C57BL/6)
特点： 模拟人类AD的核心病理特征（Aβ沉积、神经纤维缠结、神经元丢失）并伴随进行性认知障碍。
分组： 转基因组 (Tg) vs. 同窝/同周龄野生型对照组 (WT)
年龄： 根据研究目的选择认知障碍开始出现或加重的年龄段（如6-12月龄）。

二、核心认知行为学检测项目

1. Morris水迷宫 (Morris Water Maze, MWM)

检测目的： 评估小鼠的空间学习与参考记忆能力，主要反映海马依赖的长时程记忆。
设备： 圆形水池（直径通常100-150cm），水深>30cm，水温维持在20-25℃ ± 1℃。池壁标记空间线索。可移动隐藏平台（通常直径10cm），位于水面下1-1.5cm。视频追踪系统记录运动轨迹。
测试阶段：
- (1) 隐藏平台训练 (空间获取/Spatial Acquisition):
  - 天数： 通常连续5-7天。
  - 每天训练： 每天4次/鼠，每次最长游泳时间（如60秒）或直到找到平台。若未找到，引导至平台，停留15-20秒。
  - 起始位置： 每次训练从池壁不同等分点（N, S, E, W）入水，平台位置固定。
  - 关键指标：
    - 逃避潜伏期 (Escape Latency): 从入水到找到平台的时间（秒）。学习能力的核心指标，Tg组潜伏期通常显著长于WT组。
    - 游泳路径长度 (Path Length): 从入水到找到平台的总游泳距离（厘米）。反映搜索效率。
    - 游泳速度 (Swim Speed): 评估运动能力/动机，排除运动缺陷干扰。
- (2) 空间探针测试 (Spatial Probe Test):
  - 时间： 通常在隐藏平台训练结束24小时后（或研究设计指定时间点）。
  - 操作： 撤除隐藏平台。将小鼠从与训练时不同的起始点放入水池，让其自由游泳一段时间（通常60秒）。
  - 关键指标：
    - 目标象限停留时间百分比 (% Time in Target Quadrant): 小鼠在原来平台所在象限停留时间占总时间的比例。反映对平台位置的记忆保持。
    - 穿越平台位置次数 (Platform Crossings): 小鼠穿越原平台所在位置的次数。
    - 平均接近平台距离 (Mean Distance to Platform Location): 反映小鼠与目标位置的接近程度。
- (3) 可视平台测试 (Visible Platform Test):
  - 目的： 排除小鼠的视觉、运动能力及游泳动机对MWM结果的干扰。
  - 操作： 平台升出水面（或加明显标记），位置随机且可见。小鼠从不同点入水寻找平台。
  - 关键指标： 逃避潜伏期、游泳速度。正常小鼠应能快速学会并找到平台。若Tg组表现正常，说明其在隐藏平台测试中的缺陷源于认知而非感觉运动问题。

2. 认知墙 (Cognition Wall)

检测目的： 评估小鼠的工作记忆 (Working Memory)、规则学习 (Rule Learning)、认知灵活性 (Cognitive Flexibility) 及注意力 (Attention)。这些功能涉及前额叶皮层等脑区，在AD早期也可能受损。
设备： 由一系列（通常8-12个）带有可探测鼻触孔的刺激面板组成，排列成“墙”状。每个孔后连接液体/食物奖励分配器。系统自动记录小鼠的鼻触行为。
测试阶段与范式：
- (1) 适应/预训练： 让小鼠熟悉设备、奖励机制（如糖水）及鼻触操作。
- (2) 简单辨别学习 (Simple Discrimination):
  - 规则： 所有孔中，只有一个特定孔（如位置固定的孔）被激活（灯光提示）。小鼠鼻触该孔可获得奖励，触其他孔无奖励。
  - 关键指标：
    - 达到学习标准所需天数/次数。
    - 正确率 (% Correct Responses)。
    - 错误类型： 遗漏错误（Omissions - 无反应）、探索错误（Exploratory Errors - 触碰非目标孔）。
- (3) 工作记忆任务 (Working Memory Task - 常用延迟非匹配样本/DNMS 或延迟匹配样本/DMS 变体):
  - 规则：
    - 样本期： 随机亮起一个孔（样本孔），小鼠鼻触之获得奖励。
    - 延迟期： 短暂延迟（几秒到几十秒）。
    - 选择期： 亮起两个孔，其中一个为样本孔（DMS：匹配样本；DNMS：非匹配样本）。小鼠需鼻触非样本孔（DNMS）或样本孔（DMS）以获得奖励。
  - 关键指标：
    - 不同延迟时间下的正确率： 评估工作记忆保持能力。延迟越长，Tg组正确率下降可能更显著。
    - 工作记忆错误 (Working Memory Errors)： 选择错误选项。
- (4) 逆转学习 (Reversal Learning):
  - 规则： 在动物掌握一个简单辨别规则（如孔A正确，孔B错误）后，将奖励规则反转（孔B正确，孔A错误）。
  - 关键指标：
    - 达到反转学习标准所需次数/天数。
    - 反转学习阶段的错误率、持续错误 (Perseverative Errors - 继续触碰原奖励孔)。 评估认知灵活性，Tg组可能表现出更强的持续性错误（认知僵化）。
- (5) 注意力任务 (可选，如信号检测任务):
  - 规则： 呈现不同强度或持续时间的刺激信号，小鼠需正确辨别信号出现与否或位置。
  - 关键指标： 击中率、虚报率、辨别力指数 (d')。

三、核心检测项目的关联性与互补性

MWM： 优势在于评估海马依赖的空间参考记忆。反映AD核心记忆障碍。
Cognition Wall： 优势在于评估前额叶依赖的认知功能，特别是工作记忆、规则学习、认知灵活性。这些功能在AD早期也可能受损，且对药物干预敏感。
结合意义： 两者结合可全面评估转基因小鼠不同维度（空间记忆 vs. 执行功能）和不同脑区（海马 vs. 前额叶）的认知缺陷，提供更完整的病理表型特征，并有助于评估干预措施对不同认知领域的效果。

四、重要配套检测项目

转基因鉴定： PCR确认APP, PS1, Tau转基因的存在。
病理学检测 (终点)：
- 免疫组织化学 (IHC)： 定量分析脑内（如海马、皮层）Aβ斑块负荷、磷酸化Tau (如AT8) 缠结负荷、神经炎症（如Iba1, GFAP）。
- 生化分析： 脑匀浆中可溶性/不可溶性Aβ (Aβ40, Aβ42) 水平、Tau蛋白磷酸化/聚集状态。
运动能力与焦虑样行为 (排除干扰)：
- 旷场实验 (Open Field)： 评估自发活动量（总路程）与焦虑样行为（中央区活动时间/路程）。
- 转棒实验 (Rotarod)： 评估运动协调与平衡能力。
- 高架十字迷宫 (Elevated Plus Maze)： 评估焦虑样行为。
测试关联性分析： 将行为学指标（如MWM潜伏期、Cognition Wall工作记忆正确率）与病理指标（如Aβ斑块数、Tau磷酸化水平）进行相关性分析，探讨行为缺陷的病理基础。

五、实验设计与注意事项

盲法： 实验操作者（行为测试、数据分析）及分组信息应保持盲态。
环境控制： 严格控制测试环境（光照、噪音、气味、测试时间）。
设备清洁： 不同小鼠测试之间彻底清洁水池或认知墙面板，避免气味线索干扰。
动物福利： 关注动物应激状态（如MWM水温、游泳时间控制；认知墙禁水控制需符合伦理），提供充足恢复时间。
品系背景： 注意不同背景小鼠（如C57BL/6 vs. 129）的基线行为差异。
数据分析： 使用合适的统计方法（如重复测量方差分析用于MWM训练期），考虑协变量（如游泳速度）。

六、总结

Morris水迷宫和认知墙是评估APP/PS1/Tau转基因小鼠认知障碍的核心互补工具。MWM是评估海马依赖空间记忆的“金标准”，而Cognition Wall则能精细剖析前额叶依赖的执行功能（工作记忆、认知灵活性等）。结合转基因鉴定、病理学分析及基础行为测试，该方案能够全面、客观地描绘该AD模型小鼠的认知表型及其神经病理学基础，为机制研究和治疗干预评估提供关键数据。