爬梯試驗(yàn)

爬梯試驗(yàn)（staircase test）也稱爪子伸展測試，該行為范式提供了一種新的測量嚙齒動物在任務(wù)中使用爪子的方法，樓梯測試測量獨(dú)立的前肢伸展、感覺能力、運(yùn)動協(xié)調(diào)和抓握技能。并且同時從幾只動物測試，現(xiàn)在已經(jīng)被用作幾種病變范例中損傷的可靠測量方法。這種特定的測試主要用于大鼠，并利用一個由每側(cè)兩個狹窄樓梯組成的腔室，鼓勵大鼠使用單個前肢來伸爪、抓住和吃掉食物顆粒。該裝置是一個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個分級階段雙側(cè)呈現(xiàn)，以提供側(cè)偏、Zui大前肢伸展和抓握測量。在本實(shí)驗(yàn)中，該裝置用于評估大鼠在感覺運(yùn)動皮層單側(cè)病變或嗅球雙側(cè)病變后的性能，通過測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)備的簡單性允許同時測試許多動物。

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。在爬梯測試中可能有助于研究大腦經(jīng)歷發(fā)育變化的關(guān)鍵時期。

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)，并且在長時間延遲訓(xùn)練后動物性能保持穩(wěn)定，爪子伸展測試適用于研究給定神經(jīng)系統(tǒng)部分病變后功能隨時間推移的恢復(fù)。

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

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

Fig1 樓梯測試的前視圖（上圖）和后視圖（下圖）

放置大鼠的裝置由一個帶有鉸鏈蓋的透明腔室組成。一個較窄的隔室，中央凸起的平臺沿其長度運(yùn)行，在兩側(cè)有一個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。平臺的頂面寬35毫米，懸掛在平臺兩側(cè)，這樣大鼠就不能在平臺的一側(cè)獲取食物顆粒。一個可移動的雙層樓梯箱插入盒子的末端，滑入中央平臺兩側(cè)的槽中。樓梯的八級臺階每1級都有一個3毫米深的小孔，里面放置著兩個食物顆粒，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級臺階在中央平臺下13毫米，Zui低1級臺階在平臺下64毫米。饑餓的動物可以通過伸爪進(jìn)入食槽來收集食丸，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)，測試結(jié)束時剩余的顆粒數(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，顆粒會掉落在鼠無法接觸到的盒子的隔間中。這使研究者能夠估計(jì)測試中的成功率，由“吃的顆粒”和“拿的顆粒”之間的比率定義，包括嘗試、運(yùn)動協(xié)調(diào)和成功。測試結(jié)束時剩下的食丸數(shù)量表明動物鼠成功地抓住和取回了食丸。動物需要在一個安靜的房間里進(jìn)行測試，且背景光照度適宜。

詳細(xì)的試驗(yàn)測試程序

? 單籠飼養(yǎng)并食物剝奪

測試前一周，動物被放置在單獨(dú)的籠子里，每個動物的體重監(jiān)測和維持更準(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)束時喂8-12克食物。研究發(fā)現(xiàn)，在測試期間保持90% 的自由喂養(yǎng)體重，可以提供一個適當(dāng)?shù)膭儕Z水平，用于這項(xiàng)測試的訓(xùn)練。食物剝奪開始三天后，動物們開始習(xí)慣于吃顆粒食物，因?yàn)?/span>動物一開始會對新奇的食物產(chǎn)生恐懼感。這是通過在幾天內(nèi)每天兩次將幾個顆粒放入家庭籠子中并驗(yàn)證它們是否被吃掉來發(fā)現(xiàn)的。

? 訓(xùn)練

兩個食物顆粒被放置在雙層樓梯的每個孔里。第1天，動物們通過將它們放入試驗(yàn)箱15到30分鐘來熟悉實(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分鐘的時間里幫助動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分布，以吸引動物到較窄的隔間。然后用鑷子夾住這些顆粒，以幫助動物定位顆粒。此外，六至八顆顆粒被放置在每個孔的Zui高1級的樓梯。大鼠可以很容易地用舌頭接觸到這些顆粒。如果一些動物沒有抓住食物，它們可能會接受更廣泛的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)的第四天，動物們將開始學(xué)習(xí)如何獲得食物。

動物被放置在測試箱每天一次，每次10分鐘。在次測試結(jié)束時，樓梯會被移走，而每一邊的剩余顆粒會被算在內(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 樓梯測試實(shí)例

1. 標(biāo)準(zhǔn)條件：在這個階段，雙側(cè)都是誘餌。這個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獲得Zui多顆粒的爪子。通過一系列的測試，動物們的表現(xiàn)將得到改善: 至少在樓梯的一側(cè)，殘留的顆粒數(shù)量將會減少。當(dāng)動物的表現(xiàn)達(dá)到穩(wěn)定時，可以認(rèn)為它們已經(jīng)學(xué)會了這項(xiàng)任務(wù)。這個階段可以重復(fù)，以評估手術(shù)和恢復(fù)對爪子伸展的影響。還可比較病變組和對照組手術(shù)前后的表現(xiàn)，以評估手術(shù)的結(jié)果。測試可以繼續(xù)進(jìn)行，缺陷的穩(wěn)定性或重復(fù)測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)可供動物使用，這迫使動物只能使用一只爪子來取回食物。

在所有實(shí)驗(yàn)中，對照動物學(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，每個前爪的表現(xiàn)都會變得相同。在這項(xiàng)任務(wù)中對動物的觀察表明，正常的大鼠首先會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)。

正常動物的典型表現(xiàn)是在測試的第1分鐘內(nèi)，在容易到達(dá)的范圍內(nèi)，迅速收集接下來2-4個步驟中的顆粒。然后，他們將花幾分鐘時間在他們能夠到達(dá)的范圍內(nèi)向食物伸展，并且通常在10分鐘測試結(jié)束時放棄嘗試。因此，選擇測試階段的持續(xù)時間是為了使每只動物有機(jī)會在沒有時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，正常的動物會毫不費(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)時表現(xiàn)出很少或沒有缺陷，而它們無法用對側(cè)爪子收集顆粒。

參數(shù)分析：

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

樓梯測試特點(diǎn):

測試分?jǐn)?shù)只是簡單地計(jì)算在每個測試結(jié)束時，而不是需要不斷的監(jiān)測；正常大鼠可能需要連續(xù)十天的測試才能在該測試中達(dá)到穩(wěn)定和Zui佳的性能；該測試提供了獨(dú)立的兩個前爪伸展能力的測量方法，通過反復(fù)測試得出穩(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)是評估大鼠肢體偏好的一種簡單而有效的試驗(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)而對動物的行為進(jìn)行詳細(xì)的觀察。但樓梯測試可能對研究自發(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

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