جهت گردش شاخصی جهت پیش­بینی میزان یادگیری و به یاد­آوری در ماز آبی موریس 

نرجس السادات حایری، مهدی صادق و محمدرضا پالیزوان^*

اراک، دانشگاه علوم پزشکی اراک، دانشکده پزشکی، گروه فیزیولوژی 

تاریخ دریافت: 7/5/94                  تاریخ پذیرش: 28/9/94 

چکیده

در این تحقیق ارتباط بین یادگیری فضایی موش‌های نر و ماده در ماز آبی موریس و جهت چرخش آن‌ها موردبررسی قرارگرفته است. میزان یادگیری 54 سر موش صحرایی نر و ماده نژاد ویستار در ماز آبی موریس سنجیده شد. سپس ارتباط یادگیری فضایی حیوانات در ماز آبی با جهت گردششان در لحظه‌ی رهاسازی مورد ارزیابی قرارگرفت. در موش‌های صحرایی‌ نر میزان یادگیری فضایی چپ‌گردها نسبت به راست‌گردها بهتر بود. در‌حالیکه در ماده‌‌ها، یادگیری فضایی در راست‌گردها و بیادآوری در چپ‌گردها بهتر بود. مقایسه جهت گردش در موش‌های نر و ماده نشان داد که اگرچه مقایسه کل موش‌های نر و ماده نشان‌دهنده عدم وجود اختلاف در میزان یادگیری بین موش‌های نر و ماده بود، ولی یادگیری در موش‌های ماده راست‌گرد و به یادآوری در موشهای ماده چپ‌گرد بهتر از معادل‌های آنها در موش‌های نر بود. نتایج این تحقیق نشان داد که می‌توان از روی جهت گردش در اولین آزمون آموزش در ماز آبی موریس، میزان یادگیری موش‌های صحرایی نر و ماده را پیش‌بینی نمود. در نظر گرفتن این متغیر می‌تواند در توجیه تفاوت‌های جنسیتی در ماز آبی موریس مفید باشد. 

واژه‌­های کلیدی: دست‌برتری، حافظه و یادگیری، ماز آبی موریس، موش صحرایی، جنسیت

* نویسنده مسئول، تلفن: 08634173502 ، پست الکترونیکی: dr.palizvan@arakmu.ac.ir

مقدمه

زمانیکه یکی از نیمکره‌های مغز برای انجام پاره‌ای از اعمال، غالب باشد (نیمکره‌ی چپ یا راست) نامتقارن شدن در مغز ایجاد می‌گردد و سیستم عصبی مرکزی (CNS) نامتقارن (lateralized) در نظر گرفته می‌شود. به‌عبارت‌دیگر عدم تقارن رفتاری، ناشی از عدم تقارن عملکردی CNS در جانوران است. این عدم تقارن نوعی تکامل در سیستم عصبی است که توانایی حیوان را برای انجام دو وظیفه‌ی همزمان بالا می‌برد (11).

دست‌برتری (handedness)، بهترین شاخص عدم تقارن در انسان است که به‌طور گسترده مورد مطالعه قرارگرفته است (18). در انسان‌ها علاوه بر چپ‌دست و یا راست‌دست بودن، اختلاف بین دو نیمکره در زبان و اعمال شناختی نیز وجود دارد. عدم تقارن در نیمکره‌های مغزی در انسان محدود به برتری دست، پا، چشم یا غالب بودن یک گوش نیست و ارجحیت در گردش (ازجمله پیچیدن و گردش زمان راه رفتن، شنا کردن یا تابیدن) را هم شامل می‌شود (19). ارجحیت در گردش علاوه بر انسان در تعدادی دیگر از گونه‌ها ازجمله جوندگان نیز گزارش‌شده است (22). تقریباً در 90% انسان‌ها راست‌دستی غالب است که این اولویت موازی با پردازش نامتقارن در سیستم حرکتی می‌باشد (18).

شواهد نشان می‌دهد که اختلاف در دست برتری با برخی تفاوت‌های آناتومیک (15، 24) و رفتاری (5) مرتبط است. شیوع چپ‌دستی در مردان (10%) بیشتر از زنان (6%) است (2). بعلاوه دست‌برتری (لترالیتی) در حیوانات هم قابل‌تشخیص است (1). در جوندگان درصد کمتری از راست‌دستی نسبت به انسان‌ها گزارش‌شده است (21). تاکنون مطالعات زیادی در مورد ارتباط بین عدم تقارن مغز و توانایی‌های شناختی در انسان‌ها و حیوان‌ها انجام‌گرفته ‌است. برخی مطالعات ارتباط بین دست برتری و توانایی شناختی را گزارش کرده‌اند و نشان داده‌اند که چپ‌دست‌ها در توانایی شناختی ضعف بیشتری را نشان می‌دهند (10، 17).

گزارش‌ها نشان داده است که توانایی یادگیری فضایی در مردان بهتر از زنان ‌است (3). بسیاری از محققین گزارش کرده‌اند که تفاوت‌های جنسیتی در توانایی یادگیری جوندگان نیز وجود دارد. اغلب، جوندگان نر تست‌های فضایی را بهتر از ماده‌ها انجام می‌دهند. این تفاوت در یادگیری فضایی بین رت‌های نر و ماده در ماز آبی موریس نیز دیده‌شده‌ است و رت‌های نر عملکرد بهتری نسبت به رت‌های ماده در پیدا کردن سکو از خود نشان می‌دهند (23). تفاوت در الگوهای عدم تقارن مغزی نقش مهمی را در تفاوت‌های جنسیتی در انسان و جوندگان بازی می‌کند. تفاوت‌های جنسیتی در جوندگان به شکل تفاوت در یادگیری فضایی (به نفع نرها) و تفاوت در شکل‌گیری هیپوکمپ گزارش‌شده ‌است. مغز نرها بیشتر نامتقارن است و تمایل بیشتری به سمت راست دارد (13). به دلیل اینکه سازماندهی مدارها و ساختار‌های مغز در افراد راست‌دست و چپ‌دست و نیز در دو جنس نر و ماده باهم متفاوت است، این انتظار می‌رود که این دو جنس در اعمال مغزی و شناختی از قبیل حافظه و یادگیری با یکدیگر متفاوت باشند. با توجه به اینکه مطالعه‌ای در خصوص بررسی حافظه و یادگیری وابسته به جنس، با در نظر گرفتن فاکتور دست‌برتری (جهت گردش در ماز آبی) در حیوانات آزمایشگاهی صورت نگرفته ‌است، این تحقیق جهت مقایسه میزان یادگیری فضایی در موش‌های نر و ماده راست‌گرد و چپ‌گرد طراحی گردید.

مواد و روشها

این مطالعه از نوع تجربی می‌باشد. در این تحقیق 34 سر موش‌های صحرایی نر و 20 سر موش صحرایی ماده بالغ نژاد ویستار با محدوده وزنی 250-200گرم تهیه‌شده از مرکز تکثیر حیوانات آزمایشگاهی دانشگاه علوم پزشکی اراک مورداستفاده قرارگرفت. حیوانات در گروه‌های چهارتایی در قفس‌های مخصوص با شرایط دوره روشنایی-تاریکی12ساعته و دمای2± 22درجه نگهداری شده و به‌جز در مواقع آزمایش حیوانات دسترسی آزاد به آب و غذا داشتند. شرایط نگهداری و نیز نحوه به دست‌گیری و کار کردن با موش‌ها براساس توصیه‌های قوانین حمایت از حیوانات آزمایشگاهی انجام شد. این پژوهش با کد شماره 11-159-92 در شورای اخلاق دانشگاه علوم پزشکی اراک تصویب‌شده و تمامی آزمایشها تحت نظارت این کمیته انجام‌گرفته است.

آزمون حافظه و یادگیری: در این تحقیق برای ارزیابی حافظه و یادگیری در حیوانات از ماز آبی موریس استفاده شد. ماز آبی از یک مخزن آب استوانه‌ای سیاه‌رنگ به قطر 140 سانتی‌متر و ارتفاع 60 سانتی‌متر تشکیل‌شده که تا ارتفاع 5/32 سانتی‌متر از آب پر می‌شد. استخر به شکل فرضی به 4 ربع تقسیم می‌شد. یک سکوی قابل جابجایی به ارتفاع 30 سانتی‌متر و به رنگ سیاه در یک جایگاه مشخص از استخر قرار داده می‌شد به شکلی که به‌اندازه‌ی 5/2 سانتی‌متر زیرآب قرار می‌گرفت. استخر در اتاقی قرار داشت که اشکالی در خارج از ماز بر روی دیوار آن نصب‌شده بود. در هنگام آزمایش شخص آزمایش‌کننده همواره در یکجا می‌ایستاد. در بالای ماز دوربینی قرار دارد که حرکات حیوان را در طول آزمایش ثبت می‌کرد. در پایان آزمایش‌ها، رفتار حیوان در ماز آبی توسط نرم‌افزار Matlab موردبررسی قرارگرفته و طول مسیر طی شده توسط حیوان، زمان لازم برای پیدا کردن سکو و متوسط سرعت شنا کردن حیوان اندازه‌گیری می‌شد.

به هرکدام از موش‌ها به مدت 4 روز آموزش داده می‌شد. هرروز آموزش شامل 4 بار رها شدن حیوان در آب بافاصله‌ی زمانی 10 دقیقه بود. 24ساعت قبل از شروع آموزش به حیوان اجازه‌ی 1 دقیقه شنای آزاد داده می‌شد. در هر بار آموزش در حالیکه سر حیوان به سمت دیواره استخر بود از یکی از قسمت‌های چهارگانه به داخل آب رها می‌شد. پس از رها شدن حیوان در آب تمایل حیوان جهت چرخش به سمت راست و یا چپ ثبت می‌شد. به حیوان مدت‌زمان یک دقیقه زمان داده می‌شد تا برای پیدا کردن سکو تلاش کند. اگر در این مدت سکو را پیدا می‌کرد به مدت 20 ثانیه روی سکو قرار می‌گرفت و سپس از استخر خارج می‌شد. موشهایی که محل سکو را پیدا نمی‌کردند توسط آزمایشگر با دست به سمت سکو راهنمایی شده و پس‌ازاینکه 20 ثانیه روی سکو می‌ماند از ماز خارج‌شده به‌آرامی خشک و به قفس منتقل می‌شدند. در روز پنجم، سکو از داخل استخر خارج‌شده هرکدام از حیوانات در نقطه‌ای دریکی از ربع‌ها (که برای همه‌ی موش‌ها یکسان بود) به داخل استخر رها می‌شدند. یک دقیقه به حیوان‌ها فرصت داده می‌شد تا در استخر شنا کنند و مدت‌زمانی که حیوان در یک‌چهارم هدف (قسمتی که سکو در آن قرار داشت) سپری می‌کرد برای بررسی میزان حافظه رفرانس حیوان مورد ارزیابی قرار گرفت.

همانطور که گفته شد حیوان در لحظه‌ی ورود به ماز رو به دیواره رها می‌شد. جهت گردش حیوان در جهت عقربه‌های ساعت، راست‌گرد و در خلاف جهت عقربه‌های ساعت، چپ‌گرد در نظر گرفته شد. جهت گردش در لحظه‌ی ورود در هر آزمون ثبت گردید. ارتباط جهت گردش در لحظه‌ی شروع اولین آزمون با عملکرد فضایی و نیز جهت گردش در آزمون اول هرروز با عملکرد حیوان در همان روز موردبررسی قرارگرفت.

تجزیه‌وتحلیل داده‌ها: در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار SPSS 20 داده‌ها در گروه‌های مختلف موردبررسی قرار‌گرفت. پس از اطمینان از نرمال بودن توزیع داده‌ها با استفاده از آزمون Kolomogorov-Smirnov، برای مقایسه نسبت موش‌های چپ‌گرد و راست‌گرد از آزمون sample z-test استفاده‌شده. برای مقایسه بین دو گروه مستقل از تست unpaired t-test و برای بررسی داده‌ها در دو گروه با دو متغیر جنس و جهت گردش از آنالیز واریانس دوطرفه استفاده گردید. هنگامی‌که آنالیز واریانس اختلاف معنی‌دار را نشان می‌داد، برای مقایسه گروه‌ها از آزمون توکی استفاده شد. در این تحقیق داده‌ها به‌صورت میانگین ±انحراف معیار گزارش‌شده است و (0.05>P) به‌عنوان شاخص معناداری در نظر گرفته‌شده است.

نتایج

بررسی ارتباط یادگیری و جهت گردش: بررسی جهت گردش در ماز آبی موریس نشان داد که تعداد موش‌های چپ‌گرد هم در جنس نر و هم در جنس ماده به شکل معنی‌داری از موش‌های راست‌گرد کمتر بود. مقایسه‌ی نسبت موش‌های نر و ماده‌ی چپ‌گرد نشان داد که نسبت موش‌های نر چپ‌گرد به شکل معنی‌داری بیشتر از موش‌های ماده‌ی چپ‌گرد است بااین‌حال تجزیه‌وتحلیل آماری با استفاده از آزمون  sample z-test نشان داد که این اختلاف معنی‌دار نیست (جدول 1). بررسی‌ نتایج یادگیری در ماز آبی موریس نشان داد که در موش‌های صحرایی نری که در آزمون اول هرروز گردش‌به‌چپ داشتند، مدت‌زمان پیدا کردن سکو در همان روز به‌طور معنی‌داری کمتر از راست‌گردها بود. به این معنی که چپ‌گردی با عملکرد بهتر در ماز آبی در آن روز همراه ‌است [n=136, t(132)=-2.03, p=0.044] (شکل 1- الف). ارتباط معنی‌داری بین جهت گردش در لحظه‌ی ورود به ماز آبی در اولین آزمون آموزش (آزمون اول روز اول) و عملکرد موش‌های نر در چهار روز دیده نشد. در مقابل تجزیه‌وتحلیل داده‌های مربوط به موش‌های ماده نشان داد که در این گروه، میانگین زمان پیدا کردن سکو در چهار روز آموزش در راست‌گردها کمتر از چپ‌گردها بود
  [n=20, t(18)=2.226, p=0.039](شکل1-ب) اما مدت‌زمان حضور در یک‌چهارم هدف در روز آزمون بیادآوری (probe) کمتر از چپ‌گردها بود. آنالیز آماری با استفاده از آزمون unpaired t-test اختلاف معنی‌داری [n=20, t(18)=2.26, p=0.036] را بین گروه چپ‌گرد و راست‌گرد نشان داد (شکل1- ج). در این گروه بین جهت گردش در آزمون اول هرروز با عملکرد فضایی در همان روز ارتباط معناداری وجود نداشت.

شکل1.الف) مقایسه مدت‌زمان پیدا کردن سکو در چهار روز آموزش در موش‌های صحرایی نر بر اساس جهت گردش در آزمون اول همان روز

[*: n=136, t(132)=-2.03, p=0.044]. ب) مقایسه میانگین مدت‌زمان پیدا کردن سکو در چهار روز آموزش در موش‌های صحرایی ماده‌ی راست‌گرد و چپ‌گرد [*: n=20, t(18)=2.226, p=0.039]. ج) مقایسه مدت‌زمان حضور در یک‌چهارم هدف در روز آزمون بیادآوری در موش‌های صحرایی ماده‌ی راست‌گرد و چپ‌گرد [*: n=20, t(18)=2.26, p=0.036]. تجزیه‌وتحلیل داده‌ها با استفاده از unpaired t-test. نتایج نشان داد که نرهای چپ‌گرد و ماده‌های راست‌گرد در طی چهار روز آموزش سکو را در مدت‌زمان کمتری پیدا کردند همچنین در آزمون بیادآوری

ماده‌های چپ‌گرد زمان بیشتری را در یک‌چهارم هدف سپری کردند.

جدول 1- نمایش اطلاعات جهت گردش موش‌ها در ماز آبی موریس به تفکیک جنسیت

مقایسه ارتباط یادگیری فضایی و جهت گردش بین گروه‌های نر و ماده: بررسی اثر جنس و جهت گردش در آزمون اول بر میانگین مدت‌زمان پیدا کردن سکو در چهار روز آموزش با استفاده از آنالیز واریانس دوطرفه اثر متقابل معنی‌داری بین جنس و جهت گردش بر میانگین مدت‌زمان پیدا کردن سکو را نشان داد. هرچند اختلاف معنی‌داری در میزان یادگیری فضایی بین موش‌های نر و ماده چپ‌گرد وجود نداشت، اما نتایج نشان داد که موش‌های ماده‌ی راست‌گرد یادگیری بهتری نسبت به موش‌های نر راست‌گرد داشتند [n=52, F(1,50)=5.179, p=0.027] (شکل2- الف). همچنین اثر متقابل معنی‌داری [n= 52, F(1,50)=4.571, p=0.037] بین جنس و جهت گردش بر مدت‌زمان حضور در یک‌چهارم هدف در روز آزمون بیادآوری وجود داشت و در چپ‌گردها، بیادآوری در موش‌های ماده‌ بهتر از موش‌های نر بود اما بیادآوری در موش‌های نر و ماده‌ی راست‌گرد اختلاف معنی‌داری نداشت (شکل2- ب). 

بحث و نتیجه‌گیری

نتایج نشان داد که ارتباط معنی‌دار و وابسته به جنسی بین جهت گردش فضایی در ماز آبی و میزان یادگیری فضایی وجود دارد. در موش‌های صحرایی‌ نر میزان یادگیری فضایی چپ‌گردها نسبت به راست‌گردها بهتر بود. در حالیکه در موش‌های صحرایی‌ ماده‌، یادگیری فضایی در راست‌گردها و بیادآوری در چپ‌گردها بهتر بود (شکل1).

در این مطالعه، یادگیری فضایی در موش‌های صحرایی نر چپ‌گرد نسبت به نرهای راست‌گرد به‌صورت معناداری بهتر بود. در مطالعات انجام‌شده بر روی حیوانات گردش‌به‌چپ را معادل برتری دست راست در نظر می‌گیرند (8، 16، 22). هیپوکمپ از نواحی مهم مغزی درگیر درروند یادگیری فضایی است (6). زابو و همکاران در سال 2001 گزارش کرده است که هیپوکمپ راست در راست‌دست‌ها بطور معنی‌داری بزرگتر از هیپوکمپ چپ است، اما چپ‌دست‌ها تفاوت معنی‌داری در حجم هیپوکمپ دو نیمکره نداشته‌اند (20). از طرف دیگر Grundman و همکاران در سال 2002 گزارش کرده‌اند که، حجم بیشتر هیپوکمپ با عملکرد بهتر در تست‌های مربوط به حافظه و شناخت همراه است (9). از سوی دیگر، مطالعات متعددی ارتباط بین دست‌برتری و توانایی شناختی را در انسان گزارش کرده‌اند و چپ‌دست‌ها ضعف بیشتری را در توانایی شناختی نشان داده‌اند (10، 17). بنابراین به نظر می‌رسد که موش‌های نر چپ‌گرد با دارا بودن هیپوکمپ راست بزرگتر و یا نامتقارن بودن بیشتر عملکرد نیمکره‌ها در آن‌ها توانایی‌های شناختی بیشتری نسبت به راست‌گردها داشته باشند.

شکل2- بررسی اثر جنس و جهت گردش در آزمون اول در لحظه‌ی ورود به ماز آبی بر: الف) میانگین مدت‌زمان پیدا کردن سکو در چهار روز آموزش که با استفاده از آنالیز واریانس دوطرفه اثر متقابل معنی‌دار بین جنس و جهت گردش بر میانگین مدت‌زمان پیدا کردن سکو وجود داشت و موش‌های صحرایی ماده‌ی راست‌گرد یادگیری بهتری از موش‌های صحرایی نر راست‌گرد داشتند  [*: n=52, F(1,50)=5.179, p=0.027].و ب) مدت‌زمان حضور در یک‌چهارم هدف در روز آزمون بیادآوری که اثر متقابل معنی‌داری دیده شد و در چپ‌گردها، بیادآوری در موش‌های صحرایی ماده‌ بهتر از موش‌های صحرایی نر بوده است [*: n=52, F(1,50)=4.571, p=0.037].