Name: 梯级步行任务:一个评分系统，其实际应用。 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-06-12T00:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: 学习梯级步行任务评估大鼠熟练行走能力的方法，该实验装置可测量前后肢放置、步态及肢体间协调性。此标准化评分系统为神经科学研究提供了可靠的动物运动功能评估工具。

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本研究获得了医学研究委员会、加拿大自然科学与工程研究理事会以及加拿大卒中网络的资助。GAM 还得到了阿尔伯塔医学研究遗产基金会的支持。

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。
行为训练与测试分析
动物被训练从一个中性笼子穿过梯子到达其所在的家笼，家笼中的同窝幼崽提供了行走的正向强化。所有动物均沿同一方向穿过梯子。未提供其他强化措施来激励动物穿越梯子。每次实验中，所有动物均被训练和测试五次。
足部错误评分
使用先前描述的足部错误评分系统（Metz 和 Whishaw，2003）对前肢和后肢的放置进行定性评估。通过逐帧检查视频记录进行分析。仅分析每个肢体的连续步态。因此，在步态中断（如停顿或足部错误）之前的最后一步以及中断之后的第一步不予评分。在梯子末端完成的最后一个步态周期也排除在评分之外。当发生失误时，根据肢体落在横杆上的位置以及肢体在横杆之间的伸出情况进行评分。
使用7个类别的评分标准对足部或爪子在横杆上的放置方式进行评分（见图2）。根据足部或爪子的位置以及放置准确性方面出现的错误进行评分。
（0）完全错过。 当肢体完全错过横杆，即未接触横杆，并发生坠落时，得分为0分。坠落的定义是肢体严重陷入横杆之间，且身体姿势和平衡受到干扰。 （1）严重打滑。 肢体最初放置在横杆上，但在承重时滑脱并导致坠落。 （2）轻微打滑。 肢体放置在横杆上，在承重时发生滑脱，但未导致坠落，也未中断步态周期。在此情况下，动物能够保持平衡并继续协调行走。 （3）重新放置。 肢体放置在横杆上，但在承重前迅速抬起并放置到另一横杆上。 （4）纠正动作。 肢体原本朝向某一横杆，随后在未接触该横杆的情况下放置到另一横杆上。或者，若肢体放置在横杆上后，在同一横杆上迅速调整位置，则也记录为4分。 （5）部分放置。 肢体以前肢的腕部或指部，或后肢的足跟或脚趾部分接触横杆。 （6）正确放置。 肢体掌部中段完全置于横杆上，并实现充分承重。
当多种错误同时发生时，记录其中最低的分数。例如，若一只脚先踩在一个横档上，然后在同一步行周期中又踩到另一个横档（得分为3），随后在两个横档之间滑落并跌落（得分为1），则记录得分为1。当发生跌落时，仅对引发错误的肢体进行评分，在动物将所有肢体重新调整到位之前，不对其他肢体进行评分。五次试验的错误得分取平均值用于分析。
步位准确性分析（错误次数）
统计每次穿越过程中的错误次数。错误根据足部失误评分系统确定，每次肢体放置得分为0、1或2分时即定义为一次错误，即任何类型的足部滑动或完全踏空均视为错误。每只肢体的错误次数和步数均分别记录。根据这些数据，计算每次试验中每步的平均错误数，并对五次试验的结果取平均值。第二个定量分析参数是动物穿越整个梯子任务所需的平均时间。计时从动物被放置到梯子上并开始行走整个梯子长度时开始，动物在行进过程中停留的时间不计入总时间。
前爪脚趾评分
当前爪的中段正确放置在横杆上时（即前肢步态错误评分系统中的6分），记录前爪趾评分。根据前爪趾围绕横杆弯曲的程度，采用三级评分标准进行评定（图2）。评分时以前肢垂直支撑在横杆上、承重最大的位置为准。具体评分标准如下： （0）趾部弯曲角度约为90度。 （1）趾部弯曲角度约为45度。 （2）趾部完全环绕横杆弯曲。 取五个步态动作的评分平均值用于分析。
图注
<img src="/files/ftp_upload/old/1204_2009_1_20_6/Fig%201%20Grid.png" alt="静力平衡，ΣFx=0 示意图，展示梁在力偏移和图案对齐条件下的稳定性。" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 1"> 
图1. 前外侧视角下的熟练梯格行走测试装置，图中显示了装置的具体尺寸。本研究中使用了两种不同的梯格模式：模式A，规则梯格排列；模式B，不规则梯格排列。不规则梯格排列在连续试验之间有所变化。
<img src="/files/ftp_upload/old/1204_2009_1_20_7/Fig%202%20(angle%20lines).png" alt="前肢脚趾评分示意图；通过数值评分评估实验设置中的运动功能。" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2">
图2. 代表性照片展示手指评分的三个类别。注意在完全承重时手指相对于前肢的角度。

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<li>Ploughman, M., Attwood, Z., White, N., Doré, J. J., Corbett, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endurance+exercise+facilitates+relearning+of+forelimb+motor+skill+after+focal+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Endurance exercise facilitates relearning of forelimb motor skill after focal ischemia.</a> Eur J Neurosci. 25, 3453-3460 (2007).</li>
<li>Thallmair, M., Metz, G. A. S., Z'Graggen, W. J., Kartje, G. L., Schwab, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+recovery+parallels+enhanced+plasticity+of+the+lesioned+adult+CNS+by+antibodies+to+neurite+growth+inhibitors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional recovery parallels enhanced plasticity of the lesioned adult CNS by antibodies to neurite growth inhibitors.</a> Nature Neurosci. 1, 124-131 (1998).</li>
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<li>Whishaw, I. Q., Coles, B. L., Pellis, S. M., Miklyaeva, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impairments+and+compensation+in+mouth+and+limb+use+in+free+feeding+after+unilateral+dopamine+depletions+in+a+rat+analog+of+human+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Impairments and compensation in mouth and limb use in free feeding after unilateral dopamine depletions in a rat analog of human Parkinson's disease.</a> Behav Brain Res. 84, 167-177 (1997a).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Woodward, N. C., Miklyaeva, E., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+limb+use+by+control+rats+and+unilateral+DA-depleted+rats+in+the+Montoya+staircase+test%3A+movements%2C+impairments+and+compensatory+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Analysis of limb use by control rats and unilateral DA-depleted rats in the Montoya staircase test: movements, impairments and compensatory strategies.</a> Behav Brain Res. 89, 167-177 (1997b).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Gorny, B., Sarna, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paw+and+limb+use+in+skilled+and+spontaneous+reaching+after+pyramidal+tract%2C+red+nucleus+and+combined+lesions+in+the+rat%3A+behavioral+and+anatomical+dissociations%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Paw and limb use in skilled and spontaneous reaching after pyramidal tract, red nucleus and combined lesions in the rat: behavioral and anatomical dissociations.</a> Behav Brain Res. 93, 167-183 (1998).</li>
<li>Z'Graggen, W. J., Metz, G. A. S., Kartje, G. L., Schwab, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+recovery+and+enhanced+ccrtico-fugal+plasticity+in+the+adult+rat+after+unilateral+pyramidal+tract+section+and+blockade+of+myelin-associated+neurite+growth+inhibitors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional recovery and enhanced ccrtico-fugal plasticity in the adult rat after unilateral pyramidal tract section and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors.</a> J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).</li>
</ol>

我们没有需要披露的内容。

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）。<...

梯子横杆行走任务：评分系统及其实际应用

The Ladder Rung Walking Task: A Scoring System and its Practical Application.

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。

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。

在中风、脊髓损伤及其他神经退行性疾病动物模型开发的进展中，需要采用高敏感性的检测方法来……

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有机玻璃壁组成，长度为一米，高20厘米，底部向上一厘米处设有横档。每隔一厘米钻有小孔。在墙壁底部以规则或不规则的间距放置长13厘米、直径3毫米的金属横杆。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转运箱上。一端是中性的起始箱，另一端是大鼠熟悉的家园箱。测试对象可能需要一定时间才能开始并完成一次穿越，以维持较低的应激水平。至少不应推搡或刺激大鼠。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，指大鼠爪子在尝试放置时未能触及横杆，导致动物掉落的情况。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。四肢爪子完全未踩中横杆的情况较为罕见。深部打滑是指肢体虽放置在横杆上，但在承重时滑脱，从而导致跌倒。四肢的深部打滑也较为罕见。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横杆时，即为重新放置。当一只爪子瞄准一个横档但落在另一个横档上，且未触碰到目标横档时，即为一次校正动作。如果一只爪子落在横档上后在承重前迅速调整位置，也属于一次校正。此类校正动作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。正确的足部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（通常为对侧后爪）已接触横杆并完全支撑大鼠的体重，则视为完成了一个步进周期。这实际上是四个独立的步骤，即前肢一步、后肢一步，接着又是前肢一步、后肢一步。这样可使大鼠建立行走节律，仅对连续的步态周期进行评分。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计入评分。大鼠到达梯子末端之前的最后一个周期也不进行评分。其他爪子产生的错误不予记录。在出错的爪子完成一个成功的周期之前，不应恢复评分。

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