旋钮旋后任务：一种评估大鼠前肢功能的半自动化方法

该行为学实验的总体目标是训练大鼠将旋钮从掌心向下转动至掌心向上，这一动作称为旋后。该工具用于在损伤或干预前后测试运动系统功能。我们开发此任务以检测大鼠的皮质脊髓功能。

我们发现，旋钮旋前任务对皮质脊髓束损伤的敏感性高于当前的灵巧性任务（如颗粒物抓取任务）。该任务为半自动化，具有定量、客观和高通量的特点。通过量化旋前动作，该任务可测量一种具有重要临床意义的运动，用于评估关键的神经通路。

演示该实验操作的是我们的实验室主管兼研究技术员 Thelma Bethea。在整个实验过程中，每天对大鼠进行两次训练，分别在上午和下午各一次，两次训练之间至少间隔数小时。首先让大鼠适应环境，使其熟悉测试箱以及实验人员的抓取操作。

首先，设置实验箱。通过按自动定位器上的向下箭头键，将旋钮装置完全缩回。然后将大鼠放入行为实验箱中，持续 15 分钟。

15分钟后，用手抓取每只大鼠至少5分钟，使大鼠熟悉实验操作者。在开始实验前，连续重复此操作五天。下一阶段是建立奖励关联。

目标是训练大鼠将转动旋钮与获得食物奖励联系起来。首先，打开软件，在“名称”下输入大鼠的编号，然后将阶段设置为 K1：旋钮塑形（无滑轮）。这样，在两秒的奖励窗口期间，只要大鼠将旋钮转动超过三度，即可获得食物奖励。

接下来，将大鼠放入行为学实验箱，然后按“开始”以启动实验。通过手动释放两到三粒食丸并轻敲奖励槽所在位置的箱壁，使大鼠熟悉奖励槽的位置。一旦大鼠知晓奖励位置后，仅当大鼠移动到孔洞前方时才手动释放一粒食丸。

这将使奖励与孔洞相关联。当大鼠能够稳定地朝孔洞移动以期待获得食丸奖励时，开始训练大鼠与操作杆进行互动。通过在操作杆附近放置一颗45毫克的食丸来引导大鼠与其接触。

如果此方法无效，可直接将颗粒粉尘涂抹在操作装置上。当大鼠远离孔洞时，轻敲操作装置附近的箱体以重新引导其注意力。仅当大鼠用手触碰旋钮时才给予奖励，若其用嘴啃咬或用鼻子触碰操作装置则不予奖励。

当大鼠连续获得10次奖励后，使用自动定位器上的向下箭头键将操作杆回撤0.25厘米。继续以0.25厘米为增量调整操作杆的位置，直至其距离孔洞1.25厘米。此步骤为奖励关联的最终目标，一旦大鼠在连续两次训练中均能达到该要求，即可进入配重训练阶段。

训练半小时后，通过在软件中按下“停止”来结束训练。为设置配重训练，请先将一个3克的配重块放置在操纵杆的L形连接点上。然后将配重绳穿过滑轮，直至配重块自由悬挂。

运行实验时，首先打开软件，输入大鼠的名称，并将阶段设置为 K2：旋钮塑形滑轮。此设置使操作装置距离孔洞 1.25 厘米。接着，将大鼠放入行为箱中，然后在软件中按下“开始”以启动实验。

完成100次或更多成功试验后，通过在软件中按下“停止”来结束本次训练。当大鼠连续两次训练的成功试验次数均超过100次时，在下一次训练中将配重质量增加1克。按照此方案，在平均六次训练内逐步将配重增加至6克。

在训练过程中，必须对正确的旋后动作给予奖励，同时逐步纠正错误的旋后动作。对旋后动作的塑造也延续到基线训练阶段。在纠正旋后行为时，应手动限制操作装置的运动，并对即使未成功的正确旋后行为也给予奖励，方法是按下软件上的“Feed”按钮。

此时，训练大鼠达到基线标准，即在旋钮上施加6克配重的情况下，以75%或更高的成功率将旋钮旋转75度。设置配重后，在软件中选择KSB4：旋钮训练中位数75最大值选项，该设置将初始阈值设为5度。

将命中阈值的下限设为15度，上限设为75度。软件会根据大鼠的身份及其过往表现自动提高旋钮转动的最低阈值，因此在此阶段用户输入被降至最低。30分钟后，结束该次实验。

经过大约10天或20次训练后，大多数大鼠完成适应阶段，能够将旋钮转动至平均峰值角度达到75度或以上。基线训练完成后，将大鼠推进到下一阶段的训练，该阶段由软件阶段K27:75 Degrees控制。在此阶段，以30分钟或100次试验中先到达者为准，按下停止按钮以结束训练 session。

每只大鼠在此训练阶段需持续训练，直至能够连续完成四次基线测试，且成功率不低于75%。达到标准的大鼠即可用于后续实验操作，并以此任务作为前肢功能的评估指标。在56只大鼠的样本中，75%成功掌握了初始任务。

这一阶段包含最多的实际操作训练。接下来，大鼠在第七天开始使用六克配重，随后用10天时间学习旋转旋钮，其旋前角度总体呈上升趋势。到第17天时，大多数大鼠记录到了首次基线值，若某只大鼠在第20天仍未达到基线标准，则将其剔除出研究。

一只不成功的大鼠可能在最初几天表现出一定的进展，但由于抓握方式不正确，无法与群体同步前进。在训练的前三分之一阶段，大鼠可能开始出现前臂旋后动作，但其动作的波形图可显示，它需要完成两次旋转才能达到成功大鼠仅需一次旋转即可完成的动作。在训练的中间三分之一阶段，正常大鼠的峰值角度会从20度显著增加至50度，并呈现出明确的单峰曲线，而未能正确完成旋后动作的大鼠，其峰值角度的增加则仅表现为轻微上升。

训练进行到后期三分之一阶段时，应出现非常明显的单一波形；然而，训练不成功的 rats 可能表现出远低于规定成功标准的峰值角度，同时还伴有多个峰值。这些 rats 虽然最终可能学会完成任务，但可能依赖非旋前代偿动作，因此不建议将其用于后续研究。观看本视频后，您应能够充分掌握如何训练 rats 在基线水平执行前肢旋前动作，并能识别和纠正错误的旋前运动。

在大鼠学习旋后动作的过程中，务必保持高度警觉和细致观察。在早期阶段纠正旋后行为对本训练方案的成功至关重要。总体而言，该方案旨在节省时间、提高效率。

当大鼠达到基线水平后，实验人员只需将大鼠放入箱中，启动软件，待其完成实验阶段后将其取出即可。除本视频外，我们实验室网站上还提供多种相关资源。感谢观看，祝您的实验顺利成功。