50年經典，帶你深入了解八臂迷宮

更新時間：2026-09-01

點擊次數：114

八臂迷宮要求嚙齒類動物同時記住8條通路，并且不能重復進入同一條通路。本文將帶大家了解這套迷宮的工作原理，梳理當下借助它開展的前沿研究方向 —— 從神經炎癥到髓鞘生物學；同時也會介紹，借助自動化行為追蹤技術，迷宮的每一輪實驗都可以轉化為精準、客觀的實驗數據。

想象一下，假設你有8件待辦事項，每件事要去往一條獨立街道，且每條街道只能前往一次。你出發之后，每走到一條街道盡頭，都必須依靠記憶，判斷接下來該去往哪一條街。原路折返會浪費時間；一旦遺忘已經去過哪些地方，就可能買不到想要的商品。

從阿爾茨海默癥到普通衰老，在大量神經系統疾病中，這種 “記住哪些地方去過、哪些尚未到訪" 的決策能力，往往是最先受損的功能。過去近50年間，八臂迷宮正是把這類記憶損傷，轉化成科研人員可以量化測量的指標。

什么是八臂迷宮？

八臂迷宮擁有一個小型圓形中心區，向外延伸出8條臂，如同車輪輻條；每條臂的末端可放置食物獎賞。該裝置由奧爾頓（Olton）和塞繆爾森（Samuelson）于1976年設計，用于研究大鼠如何記憶不斷變化的選擇序列，也就是所說的“序列學習"。歷經近半個世紀，這套迷宮至今仍被廣泛使用，核心優勢在于：不同于簡單的曠場實驗或高架十字迷宮，它會讓動物在單次實驗中完成一整套連續決策，僅一次測試就能獲得大量決策相關數據，而非僅得到單個行為結果。

它也歸屬于空間記憶測試體系，同體系還有：比如莫里斯水迷宮，依靠外部環境線索引導動物尋找隱藏平臺；以及Y迷宮，要求動物在三條臂之間交替穿梭。科勒（Kohler）及其團隊對比了傳統八臂迷宮與新一代無需食物剝奪的自動化版本后指出：該迷宮最大的價值，是可以在單次實驗中區分兩套記憶系統，且無需開展大量前期訓練[1]。

八臂布局的基礎構型甚至已經跳出記憶研究范疇。朗基洛（Ronquillo）團隊借助動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)搭建了一套三維八臂迷宮，用來研究動物的焦慮樣行為。實驗中，小鼠需要持續在開闊暴露的通路和更安全的通路之間做出選擇[2]。這提醒我們：迷宮真正的創新點，并不是臂末端的食物獎賞，而是實驗過程中可被持續記錄、追蹤的一次次行為抉擇。

兩種記憶類型

工作記憶與參考記憶概念聽上去十分相近，但八臂迷宮可以將二者有效區分。

參考記憶：是動物對實驗任務形成的穩定認知，也就是清楚哪些臂會設置食物獎賞。
工作記憶：是單次實驗過程中實時動態的記憶，即記住哪些設有獎賞的臂已經到訪過。

研究人員可以靈活配置迷宮：全部臂都投放獎賞，就可以單獨檢測工作記憶；僅固定部分臂設置獎賞，則可同時檢測參考記憶。借此科研人員能夠精準定位實驗想要探究的記憶損傷類型。

八臂迷宮的各類研究應用

阿爾茨海默癥與神經保護研究

修復大腦自身的穩態代謝通路，能否改善受損的記憶功能？加爾（Gall）團隊使用鏈脲佐菌素構建散發性阿爾茨海默病大鼠模型，該模型可以模擬部分疾病特征 —— 大腦胰島素抵抗。實驗持續40天，給部分模型大鼠施加褪黑素干預，利用EthoVision系統記錄并分析八臂迷宮實驗結果。

結果顯示，褪黑素處理組大鼠的工作記憶、參考記憶錯誤次數均低于未干預模型組；同時大腦內小膠質細胞與星形膠質細胞激活水平下降——這是神經炎癥的標志性損傷[3]。

另一組研究中，金（Kim）團隊采用5xFAD轉基因小鼠（過表達突變型淀粉樣前體蛋白）開展八臂迷宮實驗。系列研究分別測試微電流單獨干預、微電流聯合阿爾茨海默病藥物多奈哌齊的效果。數據表明，小鼠迷宮行為表現得到改善，同時大腦淀粉樣斑塊負荷與神經炎癥水平降低[4,5]。不過在該團隊最新一項預實驗中，微電流聯合多奈哌齊方案，相比單獨使用多奈哌齊，僅呈現出改善的趨勢，并未達到統計學顯著性差異[6]。這也提醒我們：并非所有聯合干預方案都能達到預期。

飲食與神經炎癥

動物的飲食結構、大腦炎癥水平，是否會影響迷宮任務中的行為表現？開展褪黑素研究的同一課題組進一步探究：補充維生素D，能否修復維生素D缺乏大鼠的記憶能力。

數周內，維生素D缺乏大鼠完成了包括八臂迷宮在內的全套行為學檢測，全部數據由 EthoVision采集分析。維生素D缺乏組大鼠，在莫里斯水迷宮與八臂迷宮中表現最差；補充膽鈣化醇（維生素D3）的大鼠學習能力顯著提升。但有趣的是，各組小鼠在新物體識別實驗中沒有表現出差異。這說明：某一種干預手段帶來的記憶改善效果，不一定能在全部記憶范式中復現[7]。

還有一項同樣使用EthoVision分析的研究，直接聚焦神經炎癥機制。樸（Park）團隊給小鼠注射脂多糖（一種細菌毒素，可穩定誘發大腦炎癥與行為障礙），部分小鼠使用植物源抗氧化物質奎寧酸進行干預。接受奎寧酸處理的小鼠，八臂迷宮犯錯次數更少，同時海馬區膠質細胞激活標志物水平降低[8]。

饑餓感與探索行為

大腦的饑餓信號被抑制后，動物記憶食物位置的能力是否會隨之改變？斯塔克（Stark）團隊特異性抑制小鼠嗅球內的生長激素促分泌素受體（GHSR，饑餓激素饑餓素的作用受體）。

測試過程中，這類小鼠進入迷宮臂的次數變少，整體移動距離縮短，覓食動機下降。但對比正確獎賞臂與無效臂的選擇正確率，實驗組和對照組沒有差異[9]。簡言之：動物覓食的驅動力下降，但其底層的空間記憶能力并未受損。

衰老、基因與性別差異

同一套迷宮，能否檢測出因基因、性別不同而產生的記憶衰退差異？博爾貝利（Borbely）團隊比較了年輕和年老且缺乏TRPA1受體的小鼠。TRPA1 受體以感知溫度與疼痛為人熟知，但也存在于大腦中。老年野生型小鼠在八臂迷宮中錯誤次數顯著增多，找到獎賞前的探索時間也比青年小鼠更長。反觀老年TRPA1缺乏小鼠，衰老帶來的記憶衰退程度更輕。

值得注意的是，這批老年小鼠在Y迷宮、莫里斯水迷宮中，并未觀測到顯著記憶差異。這意味著：另外兩套范式無法捕捉到的衰老相關記憶改變，被八臂迷宮成功檢測出來[10]。森特什（Szentes）團隊研究生長抑素受體亞型sst4缺乏小鼠，全部行為測試（含八臂迷宮）均基于EthoVision平臺記錄。缺乏該受體后，迷宮行為改變僅出現在雌性小鼠，雄性不受影響；同時衰老反而提升雌性小鼠的工作記憶得分，雄性小鼠則無變化[11]。

大型手術后的記憶恢復研究

生殖系統手術十分常見，這類手術是否會影響大腦功能？克貝勒（Koebele）團隊對大鼠開展子宮切除手術（部分同步切除卵巢），持續觀察長達一年，反復使用水版八臂迷宮開展測試。手術處理組大鼠的工作記憶錯誤多于假手術對照組，這種記憶缺陷，在術后6周、7個月甚至1年后依然存在[12]。

學習在大腦中留下印記：少突膠質細胞與八臂迷宮

學習全新事物，除了改變大腦內化學信號，是否還會實實在在重塑大腦神經環路？

清水（Shimizu）團隊訓練小鼠完成全自動門控八臂迷宮，整套實驗從追蹤到閘門控制全部由EthoVision完成。成功的迷宮訓練，會促使任務核心腦區（前額葉皮層、海馬）生成更多新生少突膠質細胞 —— 這類細胞負責為軸突包裹絕緣髓鞘。

當科研人員通過基因手段阻斷小鼠生成新髓鞘，小鼠的八臂迷宮任務表現就會變差；訓練過程中生成少突膠質細胞最多的小鼠，行為成績也較好[13]。該研究充分展現了迷宮自動化的能力：EthoVision除了記錄每一次入臂行為，還可以編程直接控制迷宮閘門。

借助EthoVision實現八臂迷宮自動化

上述所有研究，都面臨行為實驗的共性痛點：大量試驗會產生海量需要統計的個體決策，人工打分不僅效率低下，還極易引入人為誤差。正如少突膠質細胞相關研究所示，自動化不只是自動計分，更可以實現整套迷宮實驗的運行管控。

依托深度學習識別算法，EthoVision可以追蹤動物的鼻尖、身體中心、尾根位置。只有當動物真正完成入臂行為，系統才會記錄入臂事件，識別重復入臂錯誤。軟件能夠自動輸出入臂序列、潛伏期、錯誤數量等指標，科研人員無需再逐幀查看模糊的實驗錄像手動統計。

最新版本EthoVision 19新增諾達思校準卡，幾秒內即可完成迷宮場景校準；AI追蹤模型進一步優化，錄像結束片刻就能輸出實驗數據。八臂迷宮實驗的核心就是統計各類行為，而這套系統帶來的數據一致性，讓科研人員能夠可靠識別細微的記憶損傷，或是證實不存在記憶損傷。

展望未來

自奧爾頓與塞繆爾森打造初代八臂迷宮至今已過去50年，這套裝置依舊煥發全新科研價值：廣泛應用于阿爾茨海默癥動物模型、飲食與神經炎癥、攝食調控環路、基因與性別差異、髓鞘生物學，以及生殖手術后長期認知改變等方向。

這些方向迥異的研究，并未圍繞同一種疾病或分子機制，卻共同依托八臂迷宮的設計內核：迫使動物做出連續不斷的選擇，將記憶轉化為可以統計的行為序列。精準的自動化統計，讓科研人員可以信任細微的實驗效應，同樣也可以客觀解讀無差異的實驗結果。

想要了解更多EthoVision產品相關信息，歡迎聯系我們！

參考文獻

Kohler, J.; Mei, J.; Banneke, S.; Winter, Y.; Endres, M.; Emmrich, J.V. Assessing spatial learning and memory in mice: Classic radial maze versus a new animal-friendly automated radial maze. Front. Behav. Neurosci. 2022, 16, 1013624.
Ronquillo, J.; Nguyen, M.T.; Rothi, L.Y.; Bui-Tu, T.-D.; Yang, J.; Halladay, L.R. Nature and nurture: Comparing mouse behavior in classic versus revised anxiety-like and social behavioral assays. Genes Brain Behav. 2023, 22, e12869.
Gall, Z.; Boros, B.; Kelemen, K.; et al. Melatonin improves cognitive dysfunction and decreases gliosis in the streptozotocin-induced rat model of sporadic Alzheimer’s disease. Front. Pharmacol. 2024, 15, 1447757.
Kim, E.H.; Lee, W.S.; Kwon, D.R. Microcurrent Therapy Mitigates Neuronal Damage and Cognitive Decline in an Alzheimer’s Disease Mouse Model. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 6088.
Kim, E.H.; Lee, W.S.; Lee, J.H.; Kwon, D.R. Microcurrent therapy as the nonpharmacological new protocol against Alzheimer’s disease. Front. Aging Neurosci. 2024, 16, 1344072.
Kim, E.H.; Lee, Y.J.; Moon, Y.S.; Kwon, O.D.; Kwon, D.R. Evaluation of microcurrent as an adjunct to donepezil therapy in an Alzheimer’s disease mouse model: a pilot study. Front. Aging Neurosci. 2025, 17, 1689593.
Gall, Z.; Csudor, A.; Savel, I.-G.; Kelemen, K.; Kolcsar, M. Cholecalciferol Supplementation Impacts Behavior and Hippocampal Neuroglial Reorganization in Vitamin D-Deficient Rats. Nutrients 2024, 16, 2326.
Park, Y.; Paing, Y.M.M.; Cho, N.; et al. Quinic Acid Alleviates Behavior Impairment by Reducing Neuroinflammation and MAPK Activation in LPS-Treated Mice. Biomol. Ther. 2024, 32, 309-318.
Stark, R.; Zigman, J.M.; Andrews, Z.B. GHSRs in the olfactory bulb suppress food motivation and promote exploration without altering spatial memory in male mice. J. Neuroendocrinol. 2025, 37, e70096.
Borbely, E.; Payrits, M.; Hunyady, A.; Mezo, G.; Pinter, E. Important regulatory function of transient receptor potential ankyrin 1 receptors in age-related learning and memory alterations of mice. GeroScience 2019, 41, 643-654.
Szentes, N.; Tekus, V.; Mohos, V.; Borbely, E.; Helyes, Z. Exploratory and locomotor activity, learning and memory functions in somatostatin receptor subtype 4 gene-deficient mice in relation to aging and sex. GeroScience 2019, 41, 631-641.
Koebele, S.V.; Bernaud, V.E.; Northup-Smith, S.N.; et al. Gynecological surgery in adulthood imparts cognitive and brain changes in rats. Horm. Behav. 2023, 155, 105411.
Shimizu, T.; Nayar, S.G.; Swire, M.; et al. Oligodendrocyte dynamics dictate cognitive performance outcomes of working memory training in mice. Nat. Commun. 2023, 14, 6499.

歡迎關注我們的公眾號，了解更多精彩內容