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该方法是研究睡眠功能及其对认知、情绪和神经健康影响的经典实验技术,主要通过改良多平台法(Modified Multiple Platform Method, MMPM)实现,利用动物对落水的本能恐惧来中断睡眠。MMPM是一种可靠、低应激的睡眠剥夺建模方法,通过周期性落水机制干扰动物睡眠,广泛用于睡眠障碍、情绪与认知功能研究。

实验原理

啮齿动物(小鼠或大鼠)进入慢波睡眠(SWS)或快速眼动睡眠(REM)时,肌肉张力下降,站立不稳,会从平台滑入水中而被迫觉醒。通过反复打断睡眠过程,实现持续的睡眠剥夺,尤其可有效抑制REM睡眠(又称“矛盾睡眠”)。

雄性C57BL/6J小鼠(8周龄以上)饲养于12小时光照周期(上午7点开灯),自由摄取标准鼠粮和自来水。

矛盾睡眠剥夺(PSD)建模(小鼠)

采用改良多平台法对小鼠进行24小时睡眠剥夺,从上午9点开始。该方法已被证实可有效消除矛盾睡眠(PSD,即REM睡眠)并减少慢波睡眠(SWS)。

具体操作:

将小鼠从原有饲养笼(27.3 × 16.8 × 12.7 cm)转移至较大的聚碳酸酯笼(43.2 × 21.6 × 21.0 cm);

笼内设置多个直径和高度均为2.54 cm的圆形PVC平台,平台间距足够大,防止小鼠在平台上躺卧或连续睡眠;

加入自来水至水面与平台顶端齐平;

每笼放置3–4只同窝小鼠,以减少社交隔离带来的应激影响。

对照组设置:

处理对照组:上午9点短暂抓取小鼠后立即放回原笼;

环境对照组:小鼠置于相同MMP装置中24小时,但不加水,以排除装置本身和转移操作的影响;

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Fig1 大鼠MMPM示意图

- 小鼠睡眠水剥夺专用笼 -

实验准备(以大鼠为例)

多平台箱构建

制作一个无盖不透明塑料水箱(110×60×40 cm³);

在底部固定15个圆形平台(高8 cm,直径6.5 cm),呈3行5列排列,行间距约13 cm,列间距约10 cm;

在箱体侧面设置排水口并安装水龙头;

配置铁丝网盖,并悬挂饲料盒。

动物分组与饲养:

使用8周龄、体重约200–210 g的雄性Wistar大鼠;

用记号笔标记尾根编号,称重后剔除过轻或过重个体,随机分为模型组和对照组;

将大鼠放入清洁笼具中,适应实验室环境至少3天,自由饮水进食。

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MMPM建模流程(大鼠睡眠剥夺模型)

1. 建模时间:每日18:00至次日8:00,持续14小时,连续21天。

2. 装置准备:

使用定制塑料水箱(110×60×40 cm³),底部固定15个圆形平台(直径6.5 cm,高8 cm),呈3行5列排列,间距合理,确保大鼠可站立但无法躺卧休息。

向箱内注入约7 cm深的温水(25±3 °C),水面距平台顶端约1 cm。

安装铁丝网盖,悬挂饲料盒和水瓶,确保大鼠在平台上可获取食物和饮水。

3. 动物分组:

模型组:将大鼠放入水箱平台,通过落水惊醒实现睡眠剥夺;

对照组:同笼大鼠置于普通饲养笼中,正常作息,自由饮食。

- 小鼠睡眠水剥夺专用笼 -

4. 建模操作:

将模型组大鼠轻柔投入水中(非直接放于平台),激发其对水的恐惧,促使其主动爬上平台;大鼠在REM睡眠期因肌肉松弛会滑落水中而立即惊醒,从而实现选择性睡眠中断;

实验期间全程监控,防止大鼠长时间溺水;若某只大鼠落水超过1小时未爬回,立即取出并剔除;每日8:00结束实验,取出模型组大鼠,用吹风机吹干毛发,检查编号并补标,送回原笼休息,自由饮食。

5. 清洁与维护:

排空污水,彻底冲洗水箱每个角落;

用75%乙醇喷洒消毒,紫外灯照射30分钟以上,保持环境清洁。

优势特点

相比单平台法,多平台设计允许多只大鼠同箱共处,维持社交互动,显著降低应激;有效诱导REM睡眠剥夺,适用于研究睡眠剥夺对神经行为及认知功能的影响。

改良多平台法是一种可靠、低应激的睡眠剥夺建模方法,通过周期性落水机制干扰大鼠睡眠,广泛用于睡眠障碍、情绪与认知功能研究。

模型评估

所有测试在行为学实验室进行,避免噪音和强光干扰。优先进行旷场实验(OFT),因其对后续行为影响最小。

旷场实验(OFT)

1. 检查摄像机是否覆盖开阔场箱全区域并与工作站连接,调节光照消除阴影;

2. 将大鼠连笼带入行为室,适应至少1小时;

3. 用75%乙醇清洁场地,去除残留气味和粪便;

4. 抓起大鼠背部皮肤,轻放于箱中央,迅速撤离手臂;

5. 输入编号开始录像,记录5分钟内直立(rearing)和攀爬等垂直活动次数;

6. 结束后取出大鼠送回笼中,重复以上步骤完成全部动物测试。

高架十字迷宫(EPM)

1. 同OFT进行设备检查与动物适应;

2. 抓起大鼠背部皮肤,轻放于开臂与闭臂交界处,使其面向左侧开臂,迅速撤离;

3. 开始录像并记录进入各臂次数;若大鼠掉落,立即捡回并记录情况;

4. 5分钟后结束测试,取出大鼠送回笼中;

5. 清理排泄物,75%乙醇擦拭迷宫去味;

6. 重复操作直至全部完成。

文献引用:

  • Patti CL, Zanin KA, Sanday L, Kameda SR, Fernandes-Santos L, Fernandes HA, Andersen ML, Tufik S, Frussa-Filho R. Effects of sleep deprivation on memory in mice: role of state-dependent learning. Sleep. 2010 Dec;33(12):1669-79. doi: 10.1093/sleep/33.12.1669.

  • Machado RB, Hipólide DC, Benedito-Silva AA, Tufik S. Sleep deprivation induced by the modified multiple platform technique: quantification of sleep loss and recovery. Brain Res. 2004;1004:45–51. doi: 10.1016/j.brainres.2004.01.019.

  • Nunes JGP, Tufik S. Validation of the modified multiple platform method method, MPM, of paradoxical sleep deprivation in rats. Sleep Res. 1994;23:419.

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