爬梯試驗(yàn)

爬梯試驗(yàn)（staircase test）也稱(chēng)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(jué)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(jué)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(guò)測(cè)量不同類(lèi)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(guò)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(guò)預(yù)處理動(dòng)物的藥來(lái)改善。

在開(kāi)始訓(xùn)練之前，對(duì)動(dòng)物進(jìn)行稱(chēng)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(chēng)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(guò)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(guò)相應(yīng)的調(diào)整其每日食物供給。大鼠被稱(chēng)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(kāi)始三天后，動(dòng)物們開(kāi)始習(xí)慣于吃顆粒食物，因?yàn)?/span>動(dòng)物一開(kāi)始會(huì)對(duì)新奇的食物產(chǎn)生恐懼感。這是通過(guò)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(guò)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(méi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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(méi)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(guò)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.

Montoya et al. 1991

Barneoud et al. 1995

Barneoud et al. 2000

Pourmotabbed et al., 2004

Schaar et al., 2010

Kleim et al., 2007

Plowman and Kleim, 2011

如果您也對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)感興趣，歡迎關(guān)注和推薦關(guān)注知乎帳號(hào)：知鼠達(dá)理和微信公眾號(hào)：BrainTalks, 腦聲常談，專(zhuān)注于動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)的方法傳播與分享交流，您可以推薦給您身邊的朋友、同學(xué)以及老師，我們會(huì)定期更新您需要的相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法的視頻和文章，希望能對(duì)大家?guī)?lái)幫助！

對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有興趣的小伙伴可以聯(lián)系知鼠達(dá)理の劉工13262879783