爬梯試驗(yàn)

爬梯試驗(yàn)（staircase test）也稱爪子伸展測(cè)試，該行為范式提供了一種新的測(cè)量嚙齒動(dòng)物在任務(wù)中使用爪子的方法，樓梯測(cè)試測(cè)量獨(dú)立的前肢伸展、感覺能力、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和抓握技能。并且同時(shí)從幾只動(dòng)物測(cè)試，現(xiàn)在已經(jīng)被用作幾種病變范例中損傷的可靠測(cè)量方法。這種特定的測(cè)試主要用于大鼠，并利用一個(gè)由每側(cè)兩個(gè)狹窄樓梯組成的腔室，鼓勵(lì)大鼠使用單個(gè)前肢來(lái)伸爪、抓住和吃掉食物顆粒。該裝置是一個(gè)帶有可拆卸誘餌雙樓梯的有機(jī)玻璃箱，食物顆粒被放置在樓梯上，并在達(dá)到難度的7個(gè)分級(jí)階段雙側(cè)呈現(xiàn)，以提供側(cè)偏、Zui大前肢伸展和抓握測(cè)量。在本實(shí)驗(yàn)中，該裝置用于評(píng)估大鼠在感覺運(yùn)動(dòng)皮層單側(cè)病變或嗅球雙側(cè)病變后的性能，通過測(cè)量不同類型病變后的爪子伸展情況，可用于研究中SHU神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用，且設(shè)備的簡(jiǎn)單性允許同時(shí)測(cè)試許多動(dòng)物。

實(shí)例應(yīng)用：

1. 研究腦損傷后自發(fā)恢復(fù)所涉及的發(fā)育過程。在爬梯測(cè)試中可能有助于研究大腦經(jīng)歷發(fā)育變化的關(guān)鍵時(shí)期。

2. 成年期腦損傷后的自發(fā)恢復(fù)。由于此任務(wù)可以重復(fù)，并且在長(zhǎng)時(shí)間延遲訓(xùn)練后動(dòng)物性能保持穩(wěn)定，爪子伸展測(cè)試適用于研究給定神經(jīng)系統(tǒng)部分病變后功能隨時(shí)間推移的恢復(fù)。

3. 成年期腦損傷后的藥恢復(fù)。這項(xiàng)任務(wù)可能用來(lái)確定是否肢體使用的表現(xiàn)可以通過預(yù)處理動(dòng)物的藥來(lái)改善。

在開始訓(xùn)練之前，對(duì)動(dòng)物進(jìn)行稱重。然后訓(xùn)練要求動(dòng)物接受測(cè)試，每批4-6只，每天10-15分鐘。訓(xùn)練動(dòng)物完成這項(xiàng)任務(wù)所需的時(shí)間Zui初至少需要一周，并可能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)在幾個(gè)月內(nèi)重復(fù)進(jìn)行。動(dòng)物必須在每個(gè)測(cè)試日結(jié)束時(shí)稱重和喂食，以使它們的體重保持在自由喂養(yǎng)體重的大約90% 。

Fig1 樓梯測(cè)試的前視圖（上圖）和后視圖（下圖）

放置大鼠的裝置由一個(gè)帶有鉸鏈蓋的透明腔室組成。一個(gè)較窄的隔室，中央凸起的平臺(tái)沿其長(zhǎng)度運(yùn)行，在兩側(cè)有一個(gè)19毫米寬的槽，連接到腔室。側(cè)隔間的狹窄阻止大鼠轉(zhuǎn)身，因此它只能使用左前爪從左側(cè)到達(dá)顆粒，使用右前爪從右側(cè)到達(dá)顆粒。平臺(tái)的頂面寬35毫米，懸掛在平臺(tái)兩側(cè)，這樣大鼠就不能在平臺(tái)的一側(cè)獲取食物顆粒。一個(gè)可移動(dòng)的雙層樓梯箱插入盒子的末端，滑入中央平臺(tái)兩側(cè)的槽中。樓梯的八級(jí)臺(tái)階每1級(jí)都有一個(gè)3毫米深的小孔，里面放置著兩個(gè)食物顆粒，45毫克食物或糖精味顆粒，樓梯兩側(cè)各放置十六顆顆粒。樓梯的Zui高1級(jí)臺(tái)階在中央平臺(tái)下13毫米，Zui低1級(jí)臺(tái)階在平臺(tái)下64毫米。饑餓的動(dòng)物可以通過伸爪進(jìn)入食槽來(lái)收集食丸，去除顆粒的步驟數(shù)提供了鼠可以到達(dá)多遠(yuǎn)的指標(biāo)，測(cè)試結(jié)束時(shí)剩余的顆粒數(shù)量表明鼠成功抓住和取的回顆粒數(shù)。如果鼠在抓起顆粒后掉落顆粒，顆粒會(huì)掉落在鼠無(wú)法接觸到的盒子的隔間中。這使研究者能夠估計(jì)測(cè)試中的成功率，由“吃的顆粒”和“拿的顆粒”之間的比率定義，包括嘗試、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和成功。測(cè)試結(jié)束時(shí)剩下的食丸數(shù)量表明動(dòng)物鼠成功地抓住和取回了食丸。動(dòng)物需要在一個(gè)安靜的房間里進(jìn)行測(cè)試，且背景光照度適宜。

詳細(xì)的試驗(yàn)測(cè)試程序

? 單籠飼養(yǎng)并食物剝奪

測(cè)試前一周，動(dòng)物被放置在單獨(dú)的籠子里，每個(gè)動(dòng)物的體重監(jiān)測(cè)和維持更準(zhǔn)確地通過相應(yīng)的調(diào)整其每日食物供給。大鼠被稱重并進(jìn)行食物剝奪，在下午結(jié)束時(shí)喂8-12克食物。研究發(fā)現(xiàn)，在測(cè)試期間保持90% 的自由喂養(yǎng)體重，可以提供一個(gè)適當(dāng)?shù)膭儕Z水平，用于這項(xiàng)測(cè)試的訓(xùn)練。食物剝奪開始三天后，動(dòng)物們開始習(xí)慣于吃顆粒食物，因?yàn)?/span>動(dòng)物一開始會(huì)對(duì)新奇的食物產(chǎn)生恐懼感。這是通過在幾天內(nèi)每天兩次將幾個(gè)顆粒放入家庭籠子中并驗(yàn)證它們是否被吃掉來(lái)發(fā)現(xiàn)的。

? 訓(xùn)練

兩個(gè)食物顆粒被放置在雙層樓梯的每個(gè)孔里。第1天，動(dòng)物們通過將它們放入試驗(yàn)箱15到30分鐘來(lái)熟悉實(shí)驗(yàn)籠。在實(shí)驗(yàn)的第2天和第3天，實(shí)驗(yàn)者必須在15分鐘的時(shí)間里幫助動(dòng)物們確定放入籠中的顆粒的位置。為此，一些顆粒首先沿著平臺(tái)分布，以吸引動(dòng)物到較窄的隔間。然后用鑷子夾住這些顆粒，以幫助動(dòng)物定位顆粒。此外，六至八顆顆粒被放置在每個(gè)孔的Zui高1級(jí)的樓梯。大鼠可以很容易地用舌頭接觸到這些顆粒。如果一些動(dòng)物沒有抓住食物，它們可能會(huì)接受更廣泛的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)的第四天，動(dòng)物們將開始學(xué)習(xí)如何獲得食物。

動(dòng)物被放置在測(cè)試箱每天一次，每次10分鐘。在次測(cè)試結(jié)束時(shí)，樓梯會(huì)被移走，而每一邊的剩余顆粒會(huì)被算在內(nèi)。為了方便比較不同組別的結(jié)果，結(jié)果可以表示在過去五次試驗(yàn)中，樓梯內(nèi)剩余的顆粒的平均數(shù)目。

Fig2 樓梯測(cè)試實(shí)例

1. 標(biāo)準(zhǔn)條件：在這個(gè)階段，雙側(cè)都是誘餌。這個(gè)階段決定了大鼠兩只前爪各自的接近能力。選的爪子被定義為大鼠用來(lái)獲得Zui多顆粒的爪子。通過一系列的測(cè)試，動(dòng)物們的表現(xiàn)將得到改善: 至少在樓梯的一側(cè)，殘留的顆粒數(shù)量將會(huì)減少。當(dāng)動(dòng)物的表現(xiàn)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，可以認(rèn)為它們已經(jīng)學(xué)會(huì)了這項(xiàng)任務(wù)。這個(gè)階段可以重復(fù)，以評(píng)估手術(shù)和恢復(fù)對(duì)爪子伸展的影響。還可比較病變組和對(duì)照組手術(shù)前后的表現(xiàn)，以評(píng)估手術(shù)的結(jié)果。測(cè)試可以繼續(xù)進(jìn)行，缺陷的穩(wěn)定性或重復(fù)測(cè)試中肢體使用的恢復(fù)。

2. 強(qiáng)迫使用爪子：只有樓梯的一側(cè)可供動(dòng)物使用，這迫使動(dòng)物只能使用一只爪子來(lái)取回食物。

在所有實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照動(dòng)物學(xué)習(xí)從任何一側(cè)到達(dá)食物: 樓梯兩側(cè)留有少量顆粒。經(jīng)過廣泛的訓(xùn)練，每個(gè)前爪的表現(xiàn)都會(huì)變得相同。在這項(xiàng)任務(wù)中對(duì)動(dòng)物的觀察表明，正常的大鼠首先會(huì)嘗試用舌頭取出顆粒。從Zui高孔中取回顆粒同樣可以由肢體使用嚴(yán)重受損的大鼠實(shí)現(xiàn)。

正常動(dòng)物的典型表現(xiàn)是在測(cè)試的第1分鐘內(nèi)，在容易到達(dá)的范圍內(nèi)，迅速收集接下來(lái)2-4個(gè)步驟中的顆粒。然后，他們將花幾分鐘時(shí)間在他們能夠到達(dá)的范圍內(nèi)向食物伸展，并且通常在10分鐘測(cè)試結(jié)束時(shí)放棄嘗試。因此，選擇測(cè)試階段的持續(xù)時(shí)間是為了使每只動(dòng)物有機(jī)會(huì)在沒有時(shí)間壓力的情況下獲得Zui大數(shù)量的食物顆粒。當(dāng)食丸觸手可及時(shí)，正常的動(dòng)物會(huì)毫不費(fèi)力地抓取食丸。通常使用回收的顆?？倲?shù)作為成功接觸的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在爪子伸展的階梯試驗(yàn)中，許多病變產(chǎn)生了明顯的缺陷，像黑質(zhì)紋狀體損傷的后果。大鼠在用爪子同側(cè)到達(dá)病變側(cè)時(shí)表現(xiàn)出很少或沒有缺陷，而它們無(wú)法用對(duì)側(cè)爪子收集顆粒。

參數(shù)分析：

回收的顆粒，去除的顆?？倲?shù)，它提供了動(dòng)物可以到達(dá)的距離的指標(biāo)。

樓梯測(cè)試特點(diǎn):

測(cè)試分?jǐn)?shù)只是簡(jiǎn)單地計(jì)算在每個(gè)測(cè)試結(jié)束時(shí)，而不是需要不斷的監(jiān)測(cè)；正常大鼠可能需要連續(xù)十天的測(cè)試才能在該測(cè)試中達(dá)到穩(wěn)定和Zui佳的性能；該測(cè)試提供了獨(dú)立的兩個(gè)前爪伸展能力的測(cè)量方法，通過反復(fù)測(cè)試得出穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。它提供了限制大鼠一次只使用一只前爪的可能性。階梯試驗(yàn)是評(píng)估大鼠肢體偏好的一種簡(jiǎn)單而有效的試驗(yàn)，與其他試驗(yàn)相比，這項(xiàng)任務(wù)不需要為了收集基本數(shù)據(jù)而對(duì)動(dòng)物的行為進(jìn)行詳細(xì)的觀察。但樓梯測(cè)試可能對(duì)研究自發(fā)肢體偏好不夠敏感。

文獻(xiàn)引用：

Montoya CP, Neurosci Methods. 1991.

B. Dunnett, Neuroscience Protocols,1994.

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Pourmotabbed et al., 2004

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Kleim et al., 2007

Plowman and Kleim, 2011

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