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小鼠Staircase Test(阶梯测试) 是一种广泛应用于神经科学和行为药理学领域的实验方法,主要用于评估小鼠的前肢(尤其是前爪)的精细运动功能、伸展能力、协调性和力量。它特别适用于检测由神经系统损伤(如中风、脊髓损伤、帕金森病模型)或药物干预引起的前肢功能缺陷或恢复情况。

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1. 实验装置

  • 核心结构: 一个狭窄的透明塑料测试盒(通常为长方形)。

  • 关键组件: 在测试盒的一侧或两侧壁上,安装有一个特殊的“阶梯”装置。

  • 阶梯设计: 该阶梯由一系列水平排列、深度(或高度)逐级递减的凹槽或小平台组成,通常有 7-9 级。这些凹槽排列在测试盒壁的内侧。

  • 食物奖励: 在实验前,每个凹槽中会放置一粒小鼠喜爱的食物奖励(如糖粒、早餐谷物圈)。

  • 中央平台: 测试盒底部中央有一个平台,小鼠站在这个平台上进行取食操作。

2. 实验原理

  • 小鼠被放置在测试盒中央的平台上。

  • 为了获取放置在阶梯状凹槽中的食物,小鼠必须伸出前爪(前肢),越过盒壁的边缘,向下(或向上,取决于阶梯方向)够取不同深度凹槽中的食物粒

  • 最靠近中央平台的凹槽最容易够到,随着凹槽深度增加(或高度降低),够取的难度也随之增加,需要小鼠有更好的伸展能力、精细运动控制、协调性和一定的力量才能成功取回食物。

  • 实验通常测试双侧前肢(左右爪)的功能。

3. 实验流程

  1. 适应与食物剥夺: 实验前几天,让小鼠适应实验环境和操作者。实验前进行适度食物剥夺(通常 12-24 小时),以增加其对食物奖励的动机,但需确保动物福利。

  2. 训练期: 将小鼠放入测试盒进行训练(通常持续几天)。训练期间,所有阶梯凹槽中都放置食物粒。目的是让小鼠学会使用前爪伸出去够取食物,并熟悉操作。训练通常持续到小鼠能稳定地取食大部分阶梯的食物。

  3. 测试期:

    • 在正式测试日,再次进行适度食物剥夺。

    • 将小鼠放入测试盒中,开始计时(通常测试持续 10-15 分钟)。

    • 观察并记录小鼠的行为。

  4. 重复测试: 为了获得可靠数据,通常会在几天内进行多次测试(例如连续 5 天),取平均值。

4. 主要测量指标

  • 成功取食的阶梯数: 这是最核心的指标。记录小鼠成功用前爪取出并吃掉的食物的阶梯数量(按深度/难度分级)。例如,能取到第 7 级阶梯的食物就比只能取到第 3 级的动物前肢功能更好。

  • 每级阶梯的成功取食次数: 记录在每个难度级别上成功取食的次数。

  • 总取食数量: 在整个测试期间成功取食的食物粒总数。

  • 首次取食延迟: 小鼠放入盒子后到第一次成功取食所需的时间。

  • 偏好/不对称性: 如果装置是双侧的,可以比较左右前肢的使用情况,评估是否存在功能不对称(例如脑损伤后对侧肢体功能障碍)。

  • 尝试次数与失误: 有时也会记录尝试取食但失败(如将食物拨落)的次数。

5. 实验目的与应用

  • 评估神经损伤模型: 检测中风、脊髓损伤、神经退行性疾病(如帕金森病、亨廷顿病)等模型小鼠的前肢运动功能缺损程度。

  • 评价治疗效果: 测试药物、细胞疗法、康复训练等干预措施对受损前肢功能的恢复效果。

  • 研究运动控制机制: 用于基础研究,探索大脑(如运动皮层、基底神经节)和脊髓对精细运动控制的神经机制。

  • 药物筛选: 评估影响运动功能或具有神经保护/修复潜力的化合物。

  • 转基因/基因敲除小鼠表型分析: 研究特定基因对运动功能的影响。

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6. 优点

  • 客观定量: 提供可量化的数据(成功阶梯数、取食数)。

  • 评估精细运动: 特别擅长检测涉及伸展、抓取、操作物体的精细运动功能,这是许多其他运动测试(如转棒、旷场)无法直接评估的。

  • 无需复杂训练: 相比一些需要复杂操作学习的任务(如莫里斯水迷宫),阶梯测试的训练相对简单直接。

  • 可重复性好: 在标准化条件下,结果稳定可靠。

  • 可测双侧: 双阶梯装置可同时评估左右前肢功能。

7. 注意事项

  • 动机控制: 食物剥夺的程度至关重要,既要保证动机,又不能损害健康。

  • 装置标准化: 阶梯的尺寸、间距、深度梯度需要标准化,以保证结果可比性。

  • 行为观察: 需要仔细记录,区分成功取食和失败尝试(如食物掉落)。

  • 品系差异: 不同品系小鼠的运动能力基线可能有差异。

  • 测试者影响: 实验过程中应尽量减少人为干扰。

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