水平梯子测试是一项运动和协调测试,用于评估小鼠和大鼠等啮齿动物的熟练行走能力。步数被计算并分类为正确/功能性的爪子放置、滑倒或失误。可以通过移除单个梯级来进一步评估前后肢的协调性,以评估啮齿动物如何瞄准单个梯级。
动物需要自发地在水平梯子上行走,梯级之间的间距各不相同。水平梯子允许移除单个梯级。柔韧且可夹在端板上,以允许厌恶或奖励运动。透明的墙壁允许使用TOP-ATPX动物运动轨迹跟踪系统或其他视频分析系统轻松录制视频。
水平梯子用于梯级行走测试以评估运动功能,这最初由 Metz 和 Whishaw 提出(Metz 和 Wishaw.,2002)。
使用水平梯级梯子分析大鼠的运动。为了评估大鼠(以及后来适应的小鼠 )的熟练行走能力,应监测前肢和后肢的功能。检查肢体放置、踏步、协调和其他方面以进行定量和定性评估。
动物需要自发地在水平梯子上行走,梯级之间的间距各不相同。经常使用间距的变化,以便动物不会适应并通过学习来限制实验的有效性。通过使用运动功能的定量和定性测量,可以提高确定脊髓损伤或其他神经退行性疾病的测试效率。使用补偿策略,例如响应另一个肢体错位的失步或补偿步骤,也被考虑在内以进行准确评估。
在梯级测试中,可以看到运动系统损伤的动物出现损伤。这项任务很容易执行,因为它需要最少的培训。这项任务是慢性缺陷和长期治疗的良好衡量工具。
水平梯子的侧壁由透明Plexiglas制成,长1米,高19厘米,从梯级的高度测量。插入金属横档(直径 3 mm)以创建行走地板。横档之间的最小距离应为 1 厘米。梯子用两个笼子高出地面 30 厘米;起点是一个中性笼,另一端是一个本垒打笼。
理想情况下,小巷的宽度应比动物的宽度宽 1 厘米,这样它就不会转身。水平梯子有两面墙,上面有由横档(杆)连接的孔。这些横档(杆)是可拆卸的。梯子的宽度可以根据动物的大小进行调整(两堵墙之间的距离),这样动物就不能转身。
可以通过更改金属横档的间距来修改任务的难度。动物将能够学习和预测是否保持规律的模式。不规则的模式会阻止动物适应环境。规则图案在金属横档之间具有 2 厘米的均匀间距。可以通过为每次试验制作不规则模式来修改难度;横档的距离可以在 1 厘米 – 5 厘米之间变化。可以为每只动物制作五个类似的不规则模式,以标准化实验,保持难度水平恒定并获得可以有效比较的结果。
使用TOP-ATPX视频分析系统进行视频录制的摄像机可以同时观察所有四个肢体。轻微的腹侧角将是一个理想的设置。快门速度应设置为 500 – 2000 秒,视频录制应以 30 f/s 的帧速率进行分析。
这些动物经过训练,可以从中性笼子穿过梯子到家笼,家笼里有同窝动物,以提供积极的强化。每只动物每次应沿同一方向穿越梯子 5 次。动物在训练过程中会适应身高,所以这不会在实验过程中引起焦虑。
足部失误评分(定性)
在分析视频记录后,仅对每个肢体的连续步骤进行评分。步态中断或停止之前的最后一步以及中断后的第一步不计分。在步行梯子结束时执行的最后一个步数循环也不计入计分。评分是根据肢体位置或未命中情况下的肢体突出来进行的。
7 类量表用于对爪子在梯级上的位置进行评分。这包括放置时爪子的位置或放置精度的误差。下图说明了 7 类评分量表:
(0)完全踏空 | 如果爪子完全错过梯级并发生跌倒,则给 0 分。跌倒被描述为一只爪子深深地落在扰乱平衡的梯级之间。 |
(1) 滑倒 | 肢体最初被放置在梯级上,但在跨步时滑落,导致跌倒。 |
(2) 轻微滑移 | 滑倒的发生方式与 1 分类似,但没有导致跌倒或中断步态。相反,这只动物能够保持平衡并继续协调的步态。 |
(3) 支撑相替换 | 肢体被放在一个梯级上,但在它开始跨步之前,它被迅速抬起并放在另一个梯级上。 |
(4) 更正 | 该肢体对准一个梯级,但它被放置在另一个横档上,而没有碰到最初瞄准的肢体。如果一个肢体被放置在一个梯级上,但在保持同一梯级的同时迅速重新定位到另一个肢体,也可以获得 4 分。 |
(5) 部分放置 | 肢体与前肢的手腕/手指或后肢的脚趾/脚跟一起放置在横档上。 |
(6) 正确放置 | 肢体的中部放在梯级上,并有全重量支撑。 |
如果同时出现不同的错误,则记录最低分数。例如,如果将肢体放在梯级上并迅速抬起以取代梯级(得分 3),然后在梯级之间滑落(得分 1),则最低得分 (1) 将被记录下来。在跌倒的情况下,只会对造成错误的肢体进行评分,在动物重新定位所有肢体之前,不会对其他肢体进行评分。为了进行准确分析,可以对 5 次试验的误差分数进行平均。
在每次试验中,每个肢体的分数是单独计算的。这是单个前肢的一条轨迹的示例图表。也会为其他肢体创建类似的图表。
足部放置精度分析(定量)
使用足部故障评分系统计算错误数量。错误可以定义为 0、1 或 2 的任何分数,这意味着任何类型的跌倒或滑倒。错误数和总步数分别计算每个肢体。根据此数据,可以计算出每步的平均错误数,并且可以对 5 个跟踪项取平均值。
可以获取图表中的数据来计算每个肢体每步的平均误差数。让我们以左前肢为例:
总步长 = 40
错误总数 = 8
误差/步长 = 8/40 =0.2
同样,可以计算其余 4 个跟踪的每步平均错误数。
可以通过计算动物穿过梯级长度所需的平均时间来进行另一种定量分析。时间应该从动物被放在梯级上后开始,为了保持准确性,应该排除停下来的时间。
当在足部失误评分系统上得分为 6 时,即爪子被正确放置,中间部分在梯级上,则记录前爪数字得分。使用三分评分系统,测量当前肢垂直放置在梯级上时爪子手指可以弯曲的程度。[一]
梯级行走测试:
允许检查自发行走,因为没有食物或水的剥夺来激励。
需要在跨过横档时进行准确的放置和抓取,因此可以同时分析跨步和抓取。
由于梯级之间的间距不同,对正在进行的运动提出了挑战。这种变化可以用作对步进模式的持续运动和/或记忆的挑战。
这项任务的一个重要优势是它揭示了前肢和后肢的细微慢性损伤,需要前脑控制的损伤被揭示出来。该任务的不规则模式要求动物每走一步都调整它们的步幅、位置和体重分布。虽然正常动物可以通过很少的试验适应不规则模式,但患有运动系统病变的动物的适应能力有限。动物还需要调整它们常规的肢体协调以适应不规则的梯级距离。这意味着动物必须迅速改变它们的重量支撑,以纠正任何肢体放置错误。动物通过在单侧病变后使用完整的肢体支撑体重来部分补偿肢体放置错误。因此,该测试可以通过分析完整侧的足部放置误差来衡量补偿。
在成人和新生儿的运动系统病变后,梯级行走任务已被证明对慢性运动缺陷敏感,包括中风、帕金森病和脊髓损伤的大鼠模型。梯级步行测试还可以检测由轻度压力甚至饮食等生理因素引起的变化。该测试涉及负重步骤,因此如果正在测试严重的脊髓病变,则需要谨慎。
由于该测试甚至可以揭示细微的运动缺陷和代偿运动,因此它不仅是评估脊髓或脑损伤引起的功能丧失和恢复的绝佳工具,而且是衡量治疗方法的宝贵指标。
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