Name: 在鼠年达到熟练的前肢结构:一个运动评定量表 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-08-08T04:38:00.000+00:00
Duration: 12 min 6 s
Description: 学习大鼠熟练前肢抓取行为评估方法，通过三点量表系统分析运动功能。该标准化方案为神经科学研究中的运动障碍评估提供了可靠工具，有助于深入理解动物模型的运动控制机制。

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由加拿大自然科学与工程研究理事会资助的研究

该实验包括训练大鼠抓取食物，然后拍摄其抓取动作的运动过程。
<ol>
<li>Long Evans 实验大鼠轻度禁食 10 天后，被适应于一个带槽的盒子，它们可通过该槽抓取食物颗粒。 </li>
<li>经过约 10 天的训练后，大鼠能够稳定地进行抓取动作，并表现出对某一前爪的偏好。 </li>
<li>使用高快门速度（1,000 帧/秒）对抓取动作进行拍摄，并从多个角度进行录像。 </li>
<li>随后通过逐帧回放的方式重放抓取动作。 </li>
<li>相关运动行为在配套视频中进行了描述。</li>
</ol>

<ol><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%5BTitle%5D)+AND+%22Bev.+Br.+Res%22%5BJournal%5D)">The structure of skilled forelimb reaching in the rat.</a> Bev. Br. Res. 41, 49-59 (1990).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Kolb, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWhishaw%2C+IQ+%22The+behavior+of+the+laboratory+rat%22">The behavior of the laboratory rat</a>. , Oxford Univ. Press. 162-170 (2005).</li>
</ol>

以往对大鼠肢体使用的研究主要从运动终点、成功或失败，或从爪子朝向目标的笛卡尔轨迹角度来描述运动。本研究则从肢体节段之间、其他身体部位与目标之间的关系角度来描述该运动。

大鼠熟练前肢抓取运动的结构：一种运动评分量表

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

获取食物是一项古老的进化行为，许多动物物种都会表现出这一行为，包括啮齿类和灵长类这两个近缘分支的物种。本视频描述了一种实验情境，可用于拍摄轻度食物剥夺后的大鼠重复进行食物获取动作的过程。实验中训练大鼠穿过固定箱上的狭缝，抓取食物颗粒，并将其送入口中进食。该获取动作主要依靠肢体近端驱动完成，但远端肢体运动则用于前爪的旋前、抓握食物以及将食物释放入口中。每一次抓取动作至少可分为前肢的十个运动阶段，且整个抓取过程伴随着姿势调整以提供支持。文中对各个运动阶段进行了详细描述，并从多个观察角度提供了相应的动作示例。通过对每个运动要素采用3分制评分，可对抓取动作进行量化分析。多项研究已表明，运动系统损伤（包括运动皮层、基底神经节、脑干和脊髓的损伤）会改变这些运动要素。在可建立大鼠模型的神经系统疾病中，例如帕金森病和亨廷顿病，这些运动也发生相应改变。因此，该评分量表可用于量化运动功能障碍以及评估神经修复与康复治疗的效果。由于大鼠的抓取行为与人类及非人灵长类的抓取行为非常相似，该量表也可用于跨物种比较研究。

动物实验严格遵循莱斯布里奇大学动物护理委员会以及加拿大动物护理委员会相关规定和指南进行。

熟练抓取量表将前肢取食动作中的运动分解为若干组成要素，每个要素均采用三分制进行评估。该评分量表基于正常大鼠的行为制定，可用于评估神经运动功能障碍。

获取食物的抓取动作是一种古老的进化行为，许多动物物种都会表现出这种行为，包括啮齿类及其姐妹类群中的物种……

在开始抓取训练之前，需先让动物适应训练装置中将要获取的食物。为此，在开始抓取训练前的两到三天内，每天向动物的饲养笼中放入少量该食物，使其逐渐熟悉。训练开始时，实验对象会被引入一个新环境，例如取食箱。与熟悉的食物来源相比，实验对象开始食用未知食物所需的时间会更长。大鼠通常会在第一次实验期间探索取食箱的周围环境，并逐渐适应该环境。将数个食丸放置在动物舌头可触及范围内的取食盘凹槽中。第一阶段的目标是让大鼠熟悉食物及其位置，因此允许其用舌头取食。如果实验动物对食物表现出足够的兴趣，可将食丸逐渐移至离取食槽较远的位置，以促使大鼠使用前爪取食，同时使其适应伸手动作。在训练托盘上放置多个食丸以提高抓取成功率并强化大鼠使用前爪的偏好是可取的。一旦大鼠表现出明显使用某一前爪抓取的偏好，即可在抓取托盘上使用凹槽，使每次仅提供两粒食物丸供其抓取。这有助于确定哪一侧前爪为优势爪。当确定了前爪优势后，通过仅在左侧或右侧的支架上放置一个食物颗粒，限制大鼠仅使用该侧前爪。第二次训练的目标是培养稳定且熟练的抓取行为。因此，食物颗粒会快速连续地放入抓取凹槽中。本阶段不进行评分。第三阶段的重点是建立大鼠的抓取模式，以便研究者将每一次抓取视为独立且可观察的事件进行分析。由于研究者不仅关注灵巧的掌部操作，还关注整个身体姿势，因此确保大鼠每次抓取均为独立、分离的事件至关重要。研究人员利用大鼠的自然行为模式，塑造出符合测试方法需求的行为。在大鼠完成一次抓取动作后，无论成功与否，研究人员都会等待大鼠返回笼子后部，再放置下一个食物颗粒。测试动物很快会将返回笼子后部与获得食物奖励联系起来，并在每次抓取尝试后主动返回笼子后部。尽管在训练初期需要对部分受试者进行指导，但大多数受试动物会很快适应行为塑造过程。如果实验动物 Bobbles 或掉落食物颗粒，研究人员可迅速将颗粒从食盘中移除。该操作有助于增强对单次抓取成功的专注度，并减少重复性抓取行为。当大鼠达到足够的抓取熟练程度后，可通过额外训练将非奖励性抓取行为降至最低。在完整的抓取序列中，大鼠通常会用鼻子探查抓取槽。本训练阶段的目标是训练动物识别食物颗粒的存在或缺失。如果大鼠在没有食物丸粒的情况下仍靠近嗅探并伸爪，该行为不会得到奖励。研究人员必须等待受试动物从笼子后部返回，确认没有食物丸粒且不伸爪。训练有素的动物在没有丸粒存在时不会伸爪。此步骤可能也需要研究人员付出一定的时间，但即使在很短的实验时段内也能完成。一旦测试动物能够 consistently 将每次试验视为独立且分离的事件，并在每次抓取后返回笼子后部，研究人员就应开始一个非正式的评分过程，以确定基线能力是否已经达成。基线能力定义为测试动物得分趋于稳定的平台期。在非正式评分阶段，不再采用10分钟的时长，而是改用10至20粒食丸的方案。每只受试动物先给予10粒食丸作为热身，随后进行20粒食丸的正式评分。建议提前将食丸摆放好。为避免混淆，实验动物通常在经过8到10次训练后达到基线操作水平。正式的数据采集评分可在10至14次训练后开始。一次抓取定义为前爪穿过抓取狭缝的任何向前动作。试验开始时，测试动物位于笼子后部，包括向取食槽靠近，随后进行抓取动作，结果为成功抓取或抓取失败。抓取失败定义为爪子穿过槽口但未取到食丸的任何动作。当动物完成一次抓取动作，成功抓握住食物食丸并将食物送至口中时，即为成功抓取。要使抓取行为被视为成功，必须吃掉颗粒。原则上，可采用多种评分方法。在方法一中，最宽松的评分标准不记录抓取行为。所需的信息仅是动物在单次试验中是否获得了食丸。方法二是在该方法中最为常见的测量方案。动物得分的总命中次数除以其执行的总抓取次数。方法三 是所有测量方案中要求最高的。在此项测量中，只有在一次试验中通过单次伸展动作成功获取食物目标时，才记为一次有效命中。

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科研

JoVE Journal

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生物学

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