一. 引言
跳台实验由J.Bures和O.Bures于1963年首次提出，是研究被动回避学习（Passive Avoidance Learning）的经典行为范式。其设计基于啮齿类动物天然倾向于从高处平台下到空旷区域进行探索的习性。通过将平台下方的区域与厌恶刺激（通常为温和的足部电击）相关联，动物学会抑制其下台探索的本能，这种学习过程涉及恐惧记忆的形成和行为抑制。与主动回避范式（如穿梭箱）相比，跳台实验具有设备简单、操作便捷、实验周期短等优势，被广泛用于初步药物筛选和遗传学研究。特别是近年来，随着视频追踪技术和自动化分析系统的发展，跳台实验的精确度和效率得到显著提升，成为研究学习记忆神经机制的重要工具。
二. 实验原理与神经基础
2.1 行为学原理
跳台实验的核心原理基于被动回避学习。动物天生具有从相对安全的平台下到地面进行探索的倾向。当这种本能行为与厌恶刺激（足部电击）配对后，动物学会抑制下台行为，形成"平台-安全"和"地面-危险"的关联记忆。实验通常包含三个阶段：
- 适应阶段：动物熟悉实验装置，建立基线行为
- 训练阶段：下台行为立即伴随足部电击，形成条件反射
- 测试阶段：记录动物抑制下台行为的能力，评估记忆保持
2.2 神经生物学机制
跳台实验中的学习记忆过程涉及多个脑区的协同作用：
- 海马体：在情境记忆编码中起核心作用，特别是CA1区神经元活动与回避行为密切相关
- 杏仁核：处理情绪和恐惧相关记忆，是厌恶刺激加工的关键区域
- 前额叶皮层：参与决策制定和行为抑制，特别是在记忆提取过程中
- 纹状体：介导习惯形成和行为自动化
在分子机制层面，胆碱能系统、NMDA受体、蛋白激酶A（PKA）和脑源性神经营养因子（BDNF）信号通路在记忆形成过程中发挥重要作用。
三. 实验材料与方法
3.1 实验装置
现代跳台实验系统通常包含以下组件：
- 实验箱：通常为透明有机玻璃制成的方形箱体（25×25×40cm），箱底设有不锈钢栅栏用于传递电击
- 平台：位于箱体中央，通常为圆柱形（直径4-5cm，高度4-5cm），材质为橡胶或塑料
- 电刺激系统：可调节的电流发生器（0.1-1.0mA），通过箱底栅栏传递足部电击
- 视频记录系统：高清摄像头记录动物行为，配合分析软件自动记录潜伏期和错误次数
3.2 实验动物准备
动物选择：常用C57BL/6J品系小鼠（8-12周龄），体重20-30g
适应性饲养：实验前7天将动物移至行为实验室，维持12/12小时光暗周期
习惯化处理：实验前3天每天进行5分钟轻柔抓取，减少操作应激
预筛选：排除有运动或视觉缺陷的个体
3.3 标准化实验流程
阶段一：适应期（第1天）
将小鼠轻轻放置在平台上，允许其自由探索装置2分钟，不施加电击。记录基础活动水平和探索行为。
阶段二：训练期（第1天）
将小鼠放在平台上，启动计时器。当动物四足全部离开平台时，立即施加足部电击（0.3-0.5mA，持续2秒）。电击结束后将动物放回饲养笼，训练间隔至少2小时，可进行多次训练。
阶段三：测试期（第2天，训练后24小时）
将小鼠放在平台上，不施加电击，记录以下参数（测试时间5分钟）：
- 下台潜伏期：从放置到四足离开平台的时间
- 错误次数：5分钟内下台的总次数
- 平台停留时间：在平台上停留的总时间比例
3.4 数据分析
关键指标包括：
- 下台潜伏期：反映记忆保持强度，潜伏期越长表明记忆越好
- 错误次数：反映记忆准确性，次数越少表明记忆越好
- 记忆保存指数：(测试期潜伏期-训练期潜伏期)/测试期潜伏期
统计方法采用t检验或方差分析，多组比较使用事后检验，显著性水平设为p<0.05。
四. 应用范围
4.1 神经退行性疾病研究
跳台实验广泛应用于阿尔茨海默病（AD）模型的研究：APP/PS1转基因小鼠显示下台潜伏期显著缩短，错误次数增加。Aβ注射模型表现出剂量依赖性的记忆损伤。Tau蛋白病变模型显示记忆巩固障碍。
4.2 药理学评价
跳台实验是中枢神经系统药物筛选的重要工具：东莨菪碱（胆碱能拮抗剂）可诱导记忆获得障碍，多奈哌齐（胆碱酯酶抑制剂）改善AD模型记忆缺陷，美金刚（NMDA受体拮抗剂）显示神经保护作用。
4.3 衰老研究
自然衰老小鼠表现出年龄相关的记忆衰退：12月龄小鼠下台潜伏期较3月龄缩短40-50%，错误次数随年龄增长而增加。抗氧化剂和运动干预可改善年龄相关记忆衰退。
4.4 神经毒性研究
跳台实验用于评估环境毒素对认知功能的影响：重金属暴露（铅、汞）导致剂量依赖的记忆损伤，农药暴露与学习记忆功能下降相关，空气污染物影响认知发育。
