梯子横杆行走任务：评分系统及其实际应用
2009年6月12日
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。
梯子行走任务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。该装置由两块透明的聚甲基丙烯酸甲酯壁组成，长度为一米，高20厘米，底部向上一厘米处设有横档。
已以一厘米为间隔钻出小孔。在墙壁底部沿长度方向以规则或不规则间距放置长13厘米、直径3毫米的金属横档。该装置的墙壁可调节，以适应被测大鼠的大小。
墙壁间距应足够窄，以防止大鼠在装置内转身，但又不能过窄而妨碍大鼠自然行走。大鼠身体两侧各留出1厘米的间隙较为合适。横杆梯装置的每一端均放置于运输箱上。
一端为中性起始箱，另一端为大鼠熟悉的家园箱。为保持较低的应激水平，可能需要较长时间让实验动物开始并完成一次穿越。至少不应推或戳大鼠。
最好让动物自行从容通过。如果大鼠在装置中不断转身，可能是梯子侧壁间距过宽。若缩小梯子侧壁间距仍无法阻止该行为，测试者可将手置于大鼠后方的通行通道内，以记录错误行走任务。
设计了一种七分制评分系统，其中每只爪子在横杆上的放置位置得分范围为零到六分，分别对应完全错过、严重打滑、轻微打滑、重新放置、纠正、部分放置以及完全正确放置。完全错过得分为零分，指大鼠在尝试放置爪子时未能触碰到横杆，导致动物跌落的情况。
跌倒的定义是当肢体穿过横杆之间，导致身体姿势和平衡受到破坏。四肢爪子完全错过横杆的情况较为罕见。深部打滑是指肢体放置在横杆上后，在承重时滑脱，从而导致跌倒。
四肢在横杆上的深度打滑也较为罕见。轻微打滑是指足爪放置后从横杆上滑落，但未导致干扰行走的跌落。当足爪放置在横杆上后，在承受任何重量之前迅速移动到另一根横杆时，即为重新放置。
当一只爪子瞄准一个横杆但落在另一个横杆上，且未接触目标横杆时，即为一次校正动作。如果一只爪子落在横杆上后在承重前迅速调整位置，也属于一次校正。此类校正在后肢爪子中较为罕见。
部分放置是指前肢的腕部或趾部，或后肢的足跟和趾部仅接触到横杆。正确的放置要求掌心的中点正对横杆上方。当完全承重时，若一只前爪和一只后爪（通常是同侧的后爪）已接触横杆并完全支撑大鼠的体重，则认为完成了一个步进周期。
这实际上是四个独立的步骤，即前爪四步和后爪一步，接着再次前爪四步和后爪一步。这种方法使大鼠能够建立稳定的迈步节律，仅对连续的步态进行评分。当大鼠在梯子上停止移动时，停止前的最后一个周期以及停止后的第一个周期不予评分。
大鼠到达梯子末端之前的最后一个运动周期不进行评分。其他爪子产生的错误也不予记录。在出错的爪子完成一个成功的运动周期之前，不应恢复评分。
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概述
梯子行走任务是一种用于评估大鼠精细行走能力的新型检测方法。该测试可同时测量前肢和后肢的放置、迈步以及肢体间的协调性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为评估
- 运动协调
背景
- 梯格行走任务可提供有关运动技能的信息。
- 对于理解动物模型中的运动行为至关重要。
- 该任务有助于评估影响运动的神经系统状况。
- 该装置可调节，以适应不同体型的大鼠。
研究目的
- 评估大鼠的熟练行走能力。
- 测量前肢与后肢之间的协调性。
- 提供一种标准化的方法以评估运动功能。
使用的方法
- 使用带有可调节侧壁的梯子装置。
- 评估动物的踩踏和迈步行为。
- 测量任务过程中的肢体间协调性。
- 根据横档间距分析动物行为表现。
主要结果
- 证明了精确测量复杂行走能力的可行性。
- 揭示了基于肢体协调性的表现差异。
- 强调了实验装置设计在测试中的重要性。
- 提供了一种可靠的未来神经功能评估方法。
结论
- 梯子行走任务可用于评估运动技能。
- 该方法可用于评价神经系统疾病的影响。
- 此方法有助于加深对动物模型运动行为的理解。
常见问题
行业重要性概述
梯子行走任务为啮齿类动物模型中的精细行走能力提供了一种敏感且定量的测量方法，能够检测神经退行性疾病研究中的细微运动功能缺陷。通过同时评估前肢和后肢的落脚位置、迈步动作以及肢体间的协调性，该方法有助于对影响运动功能的治疗靶点进行机制层面的风险评估。其在纵向研究中可重复使用的特点，增强了临床前靶点验证和先导化合物筛选工作的预测可靠性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：能够验证与疾病模型中运动环路功能及通路完整性相关的治疗假设。
- 操作价值：通过量化特定肢体的运动功能障碍及代偿策略，支持生物学风险的降低。
- 预测价值：通过与靶点结合相关的客观、可重复的运动表现读数，促进项目组合的筛选。
筛选与检测方法开发
- 检测准备就绪： 提供标准化的定量输出（每只爪子放置评分0-6分），可用于可靠地筛选化合物对运动功能的影响。
- 可重复性： 可变的横杆间距可防止学习效应干扰，确保在不同实验阶段和不同实验室之间获得一致的性能测量结果。
- 可扩展性： 可调节的装置可适应不同大小的大鼠，支持跨研究的一致性，并可在发现研究流程中重复使用平台。
转化与临床前研究
- 转化连续性：在啮齿类动物模型中测量与疾病相关的运动功能，与脑卒中、脊髓损伤及神经退行性疾病中的临床终点相一致。
- 风险调整型推进：可敏感检测细微的运动功能恢复或恶化，为临床前研发中的推进/终止决策提供依据。
- 机制性风险降低：能够区分真正的运动功能障碍与基于学习的代偿行为，从而提高对靶点介导效应的信心。
流程与工作流整合
该方法可整合到从早期靶点验证、先导化合物鉴定到临床前药效测试的整个发现流程中，尤其适用于针对运动功能障碍的项目。
- Discovery Biology: 支持对控制熟练行走和肢体间协调的神经通路进行假设验证。
- Screening: 提供定量且可重复的运动功能数据，对于评估化合物对运动功能的影响至关重要。
- Analytics: 对每只 paw 的放置生成0-6的等级评分，从而实现不同实验组间运动表现的统计学比较。
- Translational Research: 将啮齿类动物的运动表现与神经系统疾病中的临床运动缺陷相联系，支持生物标志物的对应分析。
- Enterprise Reuse: 代表一种可扩展、标准化的检测平台，适用于多种神经治疗药物发现项目。
运营与企业影响
- 科学价值：通过降低运动表型评估中的机制模糊性，提高靶点验证的预测可信度。
- 操作价值：通过固定的评分标准和可调节的装置设计，确保实验的标准化和可重复性。
- 战略价值：在药物发现流程早期提供敏感且定量的运动功能数据，从而提升“推进/终止”决策的质量。
- 项目组合影响：基于化合物的运动安全性和有效性特征，实现基于风险的化合物优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物行为测试和运动功能评估的专业知识。
- 依赖于带有可调节有机玻璃壁和可更换横杆的专用设备。
- 要求评分人员接受标准化培训，以确保一致应用0-6分放置评分系统。
- 在跨模型解释结果时，需考虑不同物种和品系特有的运动基线。
- 仅限于技能性行走评估；无法捕捉自发的笼内活动或复杂的步态模式。
