非对称走道:一种新的行为检测方法的研究不对称步态

在这里，我们提出了一种量化啮齿动物精确步度的协议。在阻塞运动期间，需要皮质和脊髓中央模式发生器信号来精确放置足部。我们在这里报告了直接检查精确踩踏行为的新型约束行走任务。

该视频报道了一种使用精确的运动肢体定位任务评估大鼠步态不对称的新型低成本方法。四足步态在一定行走速度范围内的相位持续时间用于计算对动物能力进行评分的指数。我们的基本原理是开发一项行为任务，定量评估对称运动行为的精确控制变化。

这项任务提供了一个机会来辨别下降途径对运动期调节的贡献。例如，运动皮层中的同时记录或刺激将报告为该任务中肌肉相位的调节做出贡献。将设备搭建成一个开口塑料盒，每个角落都有铝制支架。

包括一个由带槽铝栏杆制成的框架，为钉子放置提供灵活的机会。钉子的位置定义了对动物施加的步幅。在四个角中的每一个角上，放置一个 20 厘米的方形平台。

平台之间的空间应容纳至少一个完整步长周期所经过的距离。要创建步态条件，请将铝钉连接到导轨上。这些是老鼠迈步的立足点。

钉子应预先弯曲到距离尖端 5 厘米的两点，直径应为 1 厘米。用滑动支架固定钉子，滑动支架可以用螺丝刀调整，从而精确定位脚踏板。定位立足点后，确保距离正确，并且它们位于同一水平面上。

标准化三个步进任务的钉子位置。首先，通过将左右步幅设置为 7 点 5 厘米，以 15 厘米的步幅完成对称运动任务。其次，通过将这些长度更改为 6 厘米来创建一个具有跨步挑战的对称条件，从而将步幅更改为 12 厘米。

第三，创建一个步幅为 15 厘米的不对称任务。调整钉子之间的位置，使跨步长度不均匀 20%该任务有两种配置，左或右跨步更短。因此，每个走道一侧都可以表示单独的步态条件。

现在，在设备的侧面，放置一个每秒可以录制 60 帧的高清摄像机。调整视野以涵盖大约 7 个台阶，不包括最靠近平台的台阶。首先，准备训练环境。

将跨步长度设置为仅 1 厘米，并在每个平台上放置奖励。现在，让老鼠自由探索新环境大约五分钟。接下来，通过向动物赠送奖励来引导动物穿过钉子安排。

当老鼠到达平台时，除了食物奖励外，还要提供口头奖励，并抚摸它的背。快来这里，快来这里。你离得太近了。

五次训练运行后，在接下来的五次运行中，将钉子之间的间距增加 1 或 2 厘米。目标是逐渐延长钉子距离，直到完成对称的 15 厘米步幅。如果老鼠在学习任务时遇到困难，那么从不一致的步伐、频繁的停止和蹲伏的姿势中可以明显看出。

每当增加的钉间距引起焦虑或不适时，只需将钉子重新调整到之前的位置并重复该级别的训练即可。如果老鼠有动机，可以在一天内训练然后测试同一只老鼠。当老鼠学会了任务后，它的行走将是一致的，没有停止或失误。

它的头部摆动很小，背部会拱起，尾巴会抬起。然而，速度变化很小的快速步伐通常表明老鼠使用的是疾驰而不是步行。这种行为应该可以通过训练老鼠以较低的速度移动来预防。

从摄像机的角度来看，在站姿阶段的开始和偏移时，每个肢体都必须可见。当这些标准全部满足时，就可以开始检测了。对于测试，使用四种标准化的钉子配置和随机会话设计，包括休息时间，以避免适应任务。

文本协议中提供了详细信息。保存视频，并使用视频编辑软件挑选步行回合进行分析。每秒 60 帧的速率对于任务评分至关重要。

对于每场步行回合，对运动学阶段的开始和偏移进行评分。这可以在各种软件中逐帧完成。在这种情况下，使用用 MATLAB 编写的自定义软件。

当运动模糊丢失时，将对 Stance onset（站姿开始）进行评分。当出现运动模糊的第一个迹象时，将对 Stance offset 进行评分。一旦所有摆动阶段都被计算在内，使用 MATLAB 脚本将它们绘制为相应步骤循环的函数。

从 8 名受试者收集数据并按描述进行分析。这里看到的是一个主题的不对称分析。对 8 个受试者的综合分析表明，一般来说，对于喜欢运动条件的一侧，前肢站立阶段的调节减少，反之亦然。

具有保守 Bonferroni 校正的方差分析显示，两种不对称条件在不对称指数（包括前水平对称指数）方面存在显著差异。右侧垂直不对称性显示两种情况之间存在差异的趋势。同样，发现两个不对称条件之间的对角线指数存在显着差异。

根据带有事后 t 检验的方差分析，该指数在其他任务之间没有发现差异，并且没有 alpha 校正。局灶性卒中和脊髓损伤的动物模型会导致类似于临床观察到的运动缺陷，并且以这种方式损伤皮质脊髓轨道会阻碍这种精确的踏步行为。这可能导致连续运动期开始的延迟，这与在中风后患者中观察到的步长比和单肢支撑时间的不对称性一致。

获得该任务的动物现在主要用于皮质损伤模型（如大脑中动脉闭塞和创伤性脑损伤）的运动评估。