梯子横杆行走任务：评分系统及其实际应用

摘要

梯子行走任务是一种新的测试方法，用于评估精细行走能力，并测量前肢和后肢的放置、迈步以及肢体间的协调性。

摘要

在中风、脊髓损伤及其他神经退行性疾病动物模型的开发进展中，需要采用高敏感度的检测方法，以细致评估运动功能的不同方面，并检测运动能力的细微丧失。为了提高检测的有效性和分辨力，测试方法应能够对运动功能进行定性和定量测量，并对恢复期间的行为变化具有敏感性。本研究描述了一种用于评估大鼠精细行走能力的新任务，可同时测量前肢和后肢功能。实验要求动物在水平梯子上行走，梯子横档间距可变且定期调整。横档间距的变化可防止动物学习横档的绝对或相对位置，从而最大限度地减少动物通过学习来代偿功能缺损的可能性。此外，改变横档间距使得该测试可在长期研究中重复使用。本文还描述了用于定量和定性评估前肢与后肢表现的方法，包括肢体放置、迈步动作及协调性。此外，当某一肢体发生错位时，动物出现的失误步态或代偿性步态可反映其代偿策略的使用情况。

方案

梯子踏步行走测试装置

水平梯 rung 行走测试装置由透明有机玻璃侧壁和金属横档（直径 3 mm）组成，金属横档可插入以形成横档间距最小为 1 cm 的地面（见图 1；Metz 和 Whishaw，2003）。侧壁长 1 m，从横档高度起测量高 19 cm。梯子离地高度为 30 cm，起始端设有一个中性起始笼，末端设有一个避难处（动物的家笼）。由于动物在训练期间已适应环境，该装置的高度不太可能引起焦虑。通道的宽度根据动物体型进行调整，使其比动物体宽约 1 cm，以防止动物在通道内转身。

通过改变金属横档的位置来调节任务的难度。规则排列的横档可使动物在多次训练过程中学会该模式，并预判横档的位置（图1，模式A）。而每次试验均变化的不规则排列方式则防止动物学习到规律（图1，模式B）。对于规则排列，横档间距为2 cm。对于不规则排列，横档间距在1至5 cm之间系统性地变化。共使用五种不同的不规则横档排列模板，以便对所有动物采用相同的模式，从而标准化测试难度并提高结果的可比性（见结果部分）。

视频记录

将一台相机（Canovision，佳能公司）置于略微腹侧的角度，以便同时记录四肢的所有位置。快门速度设置为 500 - 2000 s。视频记录通过每秒 30 帧的逐帧分析进行解析。

讨论

本研究引入梯子横档行走任务作为一项新的测试方法，用于评估精细行走能力、肢体定位及肢体协调性。梯子横档行走任务通过结合对精细行走的定性与定量分析，能够区分运动功能中细微的功能障碍。视频分析程序可用于更详细地描述功能缺损情况，本文所述的简单评分量表可揭示抓握横档时肢体定位错误及趾（指）屈曲异常。定性分析包括统计行走过程中足部落点错误的次数以及通过装置所需的时间。这些指标可对足部定位准确性和趾（指）使用情况进行有效且可靠的评估。

存在多种步行测试方法，包括转棒行走测试、横梁行走测试、圆筒实验、步态分析以及地面反作用力分析（Muir, 2005）。这些测试均可有效地将肢体放置动作分解，用于行为学分析。然而，本测试方案具有若干优势。首先，该测试允许对动物的自发性行走进行观察，因为无需通过食物或饮水剥夺来激发其运动动机。其次，动物需跨越梯状跑道的横杆，这一过程要求精确的足部定位与抓握动作，从而可同时对迈步和抓握行为进行分析。最重要的是，本测试通过对横杆间距进行变化，对持续性运动构成挑战，这种变化可用于评估持续行走能力及/或对迈步模式的记忆能力（McVea 和 Pearson, 2007）。<.......