Name: 一个评估在大鼠近端和远端的前肢功能的新方法:欧文，Beatties和布雷斯纳汉（IBB）前肢规模 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-16T16:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 46 s
Description: 了解IBB前肢功能评估方法，用于检测大鼠脊髓损伤后近端和远端前肢功能的恢复情况。该方法通过视频记录分析关节位置、物体支撑和抓握技术，为神经科学研究提供可靠的行为学评估工具。

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美国国立卫生研究院资助项目 NS038079（MSB 和 JCB）、美国国立卫生研究院资助项目 AG032518（MSB 和 JCB）、纽约州 CoRE 19772（MSB 和 JCB）、美国国立卫生研究院资助项目 NS069537（ARF）以及美国国立卫生研究院资助项目 NS053059（ARF）。

<ol><li>Anderson, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeting+recovery%3A+priorities+of+the+spinal+cord-injured+population%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population.</a> J Neurotrauma. 21 (10), 1371-1383 (2004).</li>
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<li>Bertelli, J. A., Mira, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+evaluating+methods+in+the+objective+clinical+assessment+of+motor+function+after+experimental+brachial+plexus+reconstruction+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Behavioral evaluating methods in the objective clinical assessment of motor function after experimental brachial plexus reconstruction in the rat.</a> J Neurosci Methods. 46, (1993).</li>
<li>Gensel, J. C., Tovar, C. A., Hamers, F. P., Deibert, R. J., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+and+histological+characterization+of+unilateral+cervical+spinal+cord+contusion+injury+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Behavioral and histological characterization of unilateral cervical spinal cord contusion injury in rats.</a> J Neurotrauma. 23, 36-54 (2006).</li>
<li>Girgis, J., Merrett, D., Kirkland, S., Metz, G. A., Verge, V., Fouad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaching+training+in+rats+with+spinal+cord+injury+promotes+plasticity+and+task+specific+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Reaching training in rats with spinal cord injury promotes plasticity and task specific recovery.</a> Brain. 130 (PT 11), 2993-3003 (2007).</li>
<li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skilled+reaching+an+action+pattern%3A+stability+in+rat+%28Rattus+norvegicus%29+grasping+movements+as+a+function+of+changing+food+pellet+size%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size.</a> Behav Brain Res. 116 (2), 111-122 (2000).</li>
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<li>Pearse, D. D., Lo, T. P. J. r, Cho, K. S., Lynch, M. P., Garg, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histopathological+and+behavioral+characterization+of+a+novel+cervical+spinal+cord+displacement+contusion+injury+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Histopathological and behavioral characterization of a novel cervical spinal cord displacement contusion injury in the rat.</a> J Neurotrauma. 22 (6), 680-702 (2005).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat%3A+a+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behav. Brain Res. 41 (1), 49-59 (1990).</li>
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</ol>

未声明任何利益冲突。

Irvine、Beatties 和 Bresnahan 前肢评分（IBB）是一种用于评估前肢功能恢复进程的 10 分制等级量表。IBB 通过观察动物在摄取两种特定形状的完整谷物（分别为球形和环形谷物）时前肢的使用情况，分析其近端和远端前肢的多种行为特征。通过录制动物进食谷物的视频，评估其对两种形状谷物最常使用的前肢行为（包括关节位置、支撑物体的方式、手指运动及抓握技术），并根据能够最大程度反映前肢恢复程度的组合行为，确定相应的 IBB 评分。评估时必须使用大小和形状一致的谷物，因此动物在食用破碎谷物时不应进行评分。动物必须完全表现出量表中描述的每一项行为才能获得对应分数，否则应按最接近的缺陷等级进行评分。
IBB 被创建用于评估实验性诱导的颈段脊髓损伤（SCI）后前肢功能的恢复情况。我们实验室的初步研究发现，与其他行为学检测方法类似，使用 IBB 评分评估的恢复程度对损伤严重性具有敏感性。IBB 的应用可能不仅限于颈段 SCI，也可能适用于其他影响前肢正常功能的中枢和周围神经损伤。

<table><tbody><tr><td>果圈（Froot Loops）</td><td>Kellogg&amp;rsquo;s</td><td></td><td>环形早餐麦片，可在以下地区购买：印度、澳大利亚、加拿大、美国、德国、中东和南美洲。&lt;br/&gt;直径：约 81 mm</td></tr><tr><td>里斯巧克力豆（Reese&amp;rsquo;s Pieces）</td><td>好时公司（Herseys Co.）</td><td></td><td>球形早餐麦片，可在以下地区购买：美国&lt;br/&gt;直径：约 63 mm</td></tr><tr><td>有机玻璃圆筒（Perspex Cylinder）</td><td>Tapp Plastics</td><td>N/A</td><td>直径：约 200 mm，高度：约 460 mm</td></tr><tr><td>带DVD播放功能的数码相机</td><td>索尼公司（Sony Corporation）</td><td>DCR-DVD403 NTSC</td><td>10倍光学变焦/120倍数字变焦，快门速度1/4–1/4000，全范围手动/自动对焦</td></tr><tr><td>2面大镜子</td><td>任意供应商（Any Supplier）</td><td>N/A</td><td>宽度：约 750 mm，高度：约 500 mm</td></tr></tbody></table>

一种评估大鼠前肢近端和远端功能的新方法：欧文-比蒂斯-布雷斯纳汉（irvine, beatties and bresnahan, ibb）前肢功能评分

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) Forelimb Scale

近年来，已开发出多种颈段脊髓损伤（SCI）的实验模型，用于评估脊髓这一节段受损后的后果（Pearse 等., 2005；Gensel 等., 2006；Anderson 等., 2009），因为大多数人类SCI发生在此区域（Young, 2010；www.sci-info-pages.com）。行为功能缺陷包括由于白质受损导致的前肢功能丧失，白质损伤影响下行运动系统和上行感觉系统，同时灰质中包含处理前肢感觉输入和运动输出的节段性神经环路。此外，恢复手部/手臂功能是颈段SCI患者临床康复的重要目标（Anderson, 2004）。因此，需要能够评估前肢近端和远端功能的结局指标。尽管已有多种行为检测方法可敏感地反映颈段SCI实验模型中前肢功能恢复的不同方面（Girgis 等., 2007；Gensel 等., 2006；Ballerman 等., 2001；Metz 和 Whishaw, 2000；Bertelli 和 Mira, 1993；Montoya 等., 1991；Whishaw 和 Pellis, 1990），但很少有技术能够提供关于精细运动控制和手指运动恢复的详细信息。
目前的测量技术——Irvine、Beatties 和 Bresnahan 前肢评分法（IBB）能够检测前肢近端和远端功能的恢复情况，包括在一种自然发生的行为中出现的指部运动，且该行为无需大量训练或剥夺以增强动机。IBB 是通过观察单侧 C6 脊髓损伤（SCI）后的恢复过程而建立的，其方法包括记录动物进食两种形状不同（球形和环形）、大小一致的谷物时的视频。这些视频随后被用于评估前肢使用特征，如关节位置、物体支撑、指部运动及抓握技术。
IBB与其他前肢行为学任务类似，表现出对损伤程度敏感的稳定恢复模式。此外，IBB量表也可用于评估其他影响前肢正常功能的损伤后的恢复情况。

本文将介绍一种啮齿类动物行为学检测方法，该方法可检测前肢近端和远端功能的恢复情况，包括在自然发生的行为过程中对指头运动的评估，且该行为无需进行大量训练或通过剥夺手段来增强动物的动机。

一种评估大鼠前肢近端和远端功能的新方法：欧文-比蒂斯-布雷斯纳汉（Irvine, Beatties and Bresnahan, IBB）前肢功能评分

近年来，已开发出多种颈椎脊髓损伤（SCI）的实验模型，用于评估该水平损伤所导致的后果。

本视频演示了Irvine Bates和Bresnahan前肢功能评分量表（IBB），该量表可用于检测近端和远端前肢功能的恢复情况。首先使大鼠适应测试环境，然后观察其单侧C6脊髓损伤后的表现。接着记录大鼠摄取两种形状不同但大小一致的谷物时的行为。通过视频评估跌倒使用中的各项特征，如关节位置、物体支撑、手指运动和抓握技术，并将不同行为特征的存在情况记录到IBB评分表上。IBB呈现出一致的恢复模式，且对损伤严重程度具有敏感性。此外，IBB量表还可用于评估其他影响正常跌倒功能的损伤类型后的恢复情况。尽管已有多种行为学检测方法可敏感地反映四肢功能恢复的不同方面，以及颈椎脊髓损伤的实验模型，但很少有技术能够提供关于精细运动控制和手指运动恢复的详细信息。该方法可能有助于回答有关脊髓损伤后功能恢复的关键问题，例如特定轴突通路在前肢近端和远端功能恢复中所起的作用。例如，红核脊髓束或皮质脊髓束。该技术的应用前景可延伸至人类疾病的治疗。大多数人类脊髓损伤发生在颈椎部位。此外，对于颈椎脊髓损伤患者而言，恢复手部和手臂功能是一个关键的治疗目标。因此，需要能够评估前肢近端和远端功能的结局指标。尽管该方法可为脊髓损伤后前肢功能恢复提供重要信息，但也可应用于其他影响前肢正常功能的损伤类型，例如脑卒中或周围神经病变。初次使用该方法的研究人员可能会因为需要在大鼠进食过程中评估大量行为特征而感到困难。我们最初是在观察大鼠脊髓损伤后恢复期间进食行为时萌生了这一方法的想法。本方法在先前其他研究者的工作基础上发展而来，包括 Ian Wisha 及其合作者的研究。该方法的可视化演示至关重要，因为肢体运动的行为特征发生得非常迅速，因此需要通过视频示例来展示评分所依据的行为，或用于培训观察者掌握该技术。动物一到达动物实验设施后，就应使其接触麦片的气味和味道，以便逐渐适应食用这种食物。同时，动物也应适应测试环境。将一个有机玻璃圆筒放置在地面上，并在将大鼠放入之前，在圆筒内放入几片谷物早餐。过度理毛、排尿、排便和跳跃均为动物处于应激状态的迹象，表明需要更长时间进行适应。一旦动物已充分适应测试环境，下一步即在拍摄过程中对动物取食谷物的行为进行视频记录。最好手持摄像机进行拍摄，因为动物在进食过程中可能会改变位置。需拍摄动物分别完整进食一颗球形和一颗环形麦片的过程，因为不同形状所需的动作存在差异，而最佳评估需要观察这两种序列。在评分表上分别记录每种形状麦片的进食数据，然后将得分合并，得出该大鼠在受伤后当天的总体评分。现在让我们了解一些评估视频的技巧。应在动物开始进食麦片时立即开始评估其抓取功能，并在麦片被吃完的瞬间停止评估。评估应仅使用在开始进食前大小和形状一致的球形或环形麦片进行。在评估前，如果动物食用的是断裂的谷物，则不应进行评分。强烈建议在评估前将视频播放速度至少减慢至原始速度的一半，因为即使受伤的大鼠进食速度也可能很快，关键行为的发生可能因此被遗漏。在观察动物时，可通过 QuickTime 或 Windows 媒体播放器等程序实现降速播放。使用 IBB 评分表记录以下行为特征的出现情况，接下来我们将逐一说明这些行为特征。评估大鼠肘关节的主要位置，即在进食阶段持续时间超过50%的最常见肘部姿势：伸展位，指肘关节伸直，角度大于160度；部分屈曲位，指肘关节屈曲，角度小于160度但大于90度；完全屈曲位，指肘关节屈曲，角度小于90度。同时评估大鼠近端坠落动作，即受损坠落肢体的肩关节和/或肘关节所产生的动作。这些动作可能接触或不接触序列（serial），具体分为：无动作，指受损坠落肢体的肩关节和/或肘关节无任何运动；轻微动作，指肩关节和/或肘关节活动范围不足其全范围的三分之一，抽动和耸动属于此类；大幅度动作，指肩关节和/或肘关节活动范围超过其全范围的一半。在早期恢复阶段，这些动作可能数量较多且不稳定。通过评估大鼠是否能够利用受损前肢的非掌面来固定谷物块，以判断其运动功能。在此过程中，大鼠将食物保持在有利于进食的位置。前肢可能作为支撑的部位包括腕部以上的前臂、腕部或手指背部；在进食阶段，前肢不提供非VLA支撑时则为“无”。某些情况下，在进食阶段会出现物体的非A支撑，但并非总是如此；而几乎总是或总是会在进食阶段出现物体的非VOA支撑。在95%至100%的时间内，对大鼠进行评估时记录其主要的fopo体位，即在进食过程中超过50%的时间内手指所保持的体位，表现为手指弯曲并紧握成拳状，关节角度约为90度，即“屈曲、固定且成团状”。伸展非适应性：指足趾伸展角度大于或等于160度，且不能部分贴合所握持物体的形状；部分屈曲适应性：指足趾呈部分屈曲状态，并能贴合物体的形状。对大鼠进行接触掌面支撑能力的评估，即其能否利用患侧前足掌面（vola surface）来稳定食物块，并在此过程中维持适当位置以辅助进食。无支撑：在进食过程中从未使用前足掌面提供支撑，或使用时间少于5%；部分支撑：在进食过程中有时会使用前足掌面支撑物体，但并非始终如此，或使用时间少于95%；几乎始终支撑：在进食过程中几乎总是或始终使用前足掌面支撑物体，使用时间达95%至100%。通过观察大鼠进食过程中患侧前足掌部是否存在腕部运动来评估其功能。一旦建立了掌部支撑，在患侧前足掌与表面无接触时发生的运动不予计分。计分的运动可朝任何方向发生。例如，从背侧到腹侧或从内侧到外侧的方向，可能的评分包括“是”或“否”。只要大鼠至少完成一次腕部运动，即记为该行为“是”。需评估大鼠受损前肢所做出的运动，这些运动应与未受损前肢成功完成的操作性动作同步，并有助于对串行物体进行正确的操作。 当偏瘫侧肢体未出现连续调整动作时，不存在异常；当偏瘫侧肢体的肩部和/或肘部和/或腕部产生动作，导致足底接触面（fopo）与串状物（serial）之间完全失去接触时，异常表现被放大。此类情况持续时间短暂，通常恰好发生于偏瘫侧足底接触面成功完成对串状物的操控性动作之前。当偏瘫侧肢体的肩部和/或肘部和/或腕部在进食过程中发生动作，但足底接触面与谷物（cereal）之间未失去接触时，需评估大鼠在进食过程中是否存在各个脚趾的独立运动。这些运动可分为非接触性操控和接触性操控两类，对于非接触性运动。手指会发生运动，但不会与物体接触，因此不构成接触性操作动作。手指的运动导致手指掌面与物体接触，并在此过程中有助于对物体的操控，可能的评分结果仅为“是”或“否”。评估大鼠在进食阶段最常使用的抓握技术，该技术出现的频率需超过50%。存在多种抓握方法，但最常见的是钳形抓握、钩形抓握和全握。大鼠在抓取谷物时所采用的抓握技术具有典型性，具体方式取决于谷物的大小和形状。可能的评分包括“异常”：在进食阶段，持续使用与损伤前不同的抓握方式来支撑和控制谷物；“有时正常”：在进食阶段，不一致地使用损伤前的抓握方式来支撑和控制谷物；以及“几乎始终正常”。在进食阶段，应持续使用损伤前的抓握方法来支撑和控制串行食物片段。一旦掌握该技术，拍摄可在5到10分钟内完成；而评估与评分则需要更长时间，因为需要降低视频播放速度，并偶尔重新检查行为表现中不明确的部分。在实施该操作过程中，重要的是要确保拍摄大鼠完整进食一根谷物条的全过程，并进行近距离、清晰对焦的拍摄，以便准确判断大鼠的行为表现。完成该操作后，可对损伤部位进行组织学分析，以回答进一步的问题，例如在运动功能恢复过程中，哪些轴突或哪些神经元细胞群体对关键运动特征的恢复具有重要作用。该技术将帮助脊髓损伤领域的研究人员探索啮齿类动物前肢近端和远端的功能恢复，并将其与灵长类动物及人类的恢复情况进行关联。观看本视频后，您应能充分理解如何训练动物在测试环境中进食，同时对其进行录像，以识别不同的行为特征，并使用IBB评分表记录这些特征，进而能够进行评分。

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