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脑声常谈丨啮齿动物中风模型行为测试范式汇总

来源：萌宠菠菠乐园时间：2024-10-25 15:57

啮齿动物中风模型中常用的运动/感觉运动和认知测试。

Fig1 啮齿类动物中风模型中常用的行为测试

运动和感觉运动测试

神经系统评分:

神经系统评分最初是用来评估人类患者的预后。它评估了神经功能的多个方面，包括意识、视觉、运动功能、感觉功能、语言反应和脑干反射。各种评分系统，包括Bederson评分， mNSS和Garcia量表已经被开发用于评估啮齿动物的中风结果。

1.Bederson评分

可以应用于大鼠和小鼠，评估整体神经功能。Bederson评分对啮齿动物的评分为0-3。如果动物悬挂在地板上时，将两个前肢向地板延伸，则指定为0级（无缺陷）。当动物显示前肢屈曲而没有任何其他异常时，给予1级（轻微缺陷）。当动物表现出前肢屈曲和向瘫痪侧的侧推阻力降低时，给予2级（适度缺陷）。进一步表现出盘旋行为的动物被评为3级（严重缺陷）。为了反映更严重的神经功能缺损，该评分系统已被修改，纳入4级和5级。其中，脑卒中后有纵向旋转的动物分为4级，无运动的动物分为5级。它通常在术后24小时内进行，以评估急性中风的结果。该评分，作为一种简单的运动功能评估，对脑出血不够敏感。需要更复杂和更敏感的测试来进行脑出血的结果评估。此外，由于Bederson评分主要评估身体不对称性（如循环行为和单侧肢体缺陷），因此它对导致整体脑损伤的SAH无效。不需要特殊的设备，而且易于执行。然而，它也有局限性。首先，它不能准确地评估某些区域的大脑损伤，无法评估长期结果，因为一些缺陷在中风后迅速恢复。该评分不能用于全脑损伤的模型，如全脑缺血和SAH。

2.mNSS

mNSS是另一种广泛应用于啮齿动物中风后的神经学试验。它结合了多个方面的神经学评估，包括运动功能、感觉功能、反射功能，总分14分。1 ~ 4分表示轻度缺陷，5 ~ 9分表示中度缺陷，10 ~ 14分表示严重缺陷。mNSS已被用于评估各种中风模型的长期预后。在局灶性脑缺血模型中，脑卒中大鼠在MCAO后第1天和第28天的mNSS评分显著升高，提示神经功能障碍。mNSS是一种有用的评估长期中风的结果，并可用于评估新的治疗方法的神经保护作用。mNSS的一个优点是，它可以对多种神经功能进行全面的评估，这使它可以用于长期卒中预后评估。综合评分可能涵盖了某些中风模型所特有的一些神经功能缺陷。例如，一些小鼠在后肢运动功能上得分较高，而另一些小鼠在出血性中风后的前肢运动功能上得分较高。由于身体不对称和运动功能障碍，这种差异可能被相似的总体得分所覆盖。

3.Garcia评分

为了评估MCAO的功能结果，Garcia开发了一种神经系统量表来评估大鼠的运动和感觉功能。具体来说，根据动物的自发活动（0-3）、肢体运动的对称性（0-3）、前肢伸展（0-3）、攀爬和握力（0-3）、身体本体感觉的对称性（0-3）和触须的感觉功能（0-3）进行评分。在这个量表中，得分较低意味着更严重的中风结果。Garcia评分主要用于缺血性中风，Garcia量表是对缺血性卒中后运动和感觉功能的敏感评估，还可用于评估出血性脑卒中后急性期的神经功能。但需要注意的是，Garcia量表更关注前肢功能，而不是后肢功能。如果动物有严重的后肢缺陷，但前肢有轻微的功能障碍，前肢评估评分越高，就会影响整体结果。因此，Garcia量表应与其他功能评估相结合，以获得更全面的卒中预后评估。此外，由于缺血性卒中中病变部位更可控，脑出血的功能结果预测较差，Garcia量表在缺血性卒中中相对更有效。

旷场实验

主要检测大鼠的自由活动与焦虑情绪。大鼠被放入矩形空旷盒子中（90cm×90cm×50cm）并进行适应环境，实验区与外界隔音，光照均匀，环境温度维持在（24.0±0.5）℃。实验时用纸板将大鼠轻轻移入旷场中央并同时进行数据采集，视频录制10min。每只大鼠测试完成后清理粪便、尿液，然后用75%酒精消除气味，待旷场完全干燥后放入下一只大鼠进行实验。整个过程实验者保持安静，并远离测试大鼠。通过视频采集系统采集实验录像，使用软件对大鼠运动轨迹和速度进行分析。通过使用视频跟踪软件等自动分析系统，也可以对鼠标的路径进行可视化和分析。该试验已被用于评估缺血性脑卒中的运动能力和焦虑水平。此外，旷场试验也被用于确定缺血性中风后的焦虑水平。可用于评估出血性脑卒中后的运动能力和焦虑能力。当测试导致运动缺陷的疾病模型时，可能需要一个黑暗的环境来促进探索，因为光线可能会进一步减少啮齿类动物的运动活动。

爬杆实验

爬杆实验评估了啮齿类动物的整体运动功能，主要用于小鼠，很少用于大鼠中风模型。在此测试中，将鼠放置在一个8mm（直径）×50厘米（长度）的木杆的顶端，头部向上，鼠头部向下下降到地板上。记录转弯的延迟（Tturn）和下降的时间（TD）。对于没有向下下降的小鼠，TD用来代表Tturn。将动物放置在杆子底部，记录动物到达杆子顶部所需的时间和在杆子上停留的时间。需要注意的是，小鼠在下降时不能暂停，如果发生这种情况，试验应该被排除并重复试验。爬杆实验相对容易执行，并且需要最少的设备。这是一种客观、敏感的运动功能测试方法。此外，能够评估缺血性卒中患者的长期运动功能。

足失误试验

足部故障测试，也被称为网格行走测试，用来评估啮齿类动物的运动功能和肢体协调能力。基本上，动物被放置在一个带有方形开口的高架网格上（小鼠1.69cm2，大鼠6.25cm2），并允许它们移动跨越整个网格。足错测试是评估中枢神经系统疾病啮齿动物模型运动功能的工具。受试者被放置在高架水平梯子上并接受训练以穿过该装置。当动物穿过梯子时，视频评分或传感器会记录爪子沿着梯子的台阶滑动。每次测试都会记录爪子错位和行走时间；计算完成试验的平均时间以及每次试验的平均错位。足错测试对于转基因小鼠品系的表型分析以及中枢神经系统损伤的实验模型非常有用。可评估运动功能和肢体协调能力，它还可以评估缺血性和脑出血模型中的长期卒中预后。

圆筒实验

中风最重要的症状之一是感觉运动不对称性，这可以通过许多行为测试来评估，包括圆筒实验。最初用于评估中枢神经系统损伤后前肢的自发性运动活动。一般情况下，将动物放置在一个透明的圆柱体容器中（小鼠直径9cm，大鼠直径20cm），用摄像机记录它们的探索行为（使用前肢接触墙壁和陆地）。在圆筒后面放置了一个镜子，以便在动物转身离开摄像机时进行记录。通过量化受损和未受损前肢使用探索和着陆的百分比，可以评估肢体使用不对称性。圆筒实验是一种简单而客观的行为不对称性测试，本测试不需要特殊设备，能够检测缺血性卒中和脑出血模型中的长期卒中结果。

转角测试

转角测试评估感觉运动功能障碍的方向模式，一般情况下，两个30 cm20 cm的卡板以30°角连接，在接头处有一个小开口。动物被放置在两个纸板的中间，这样当它们进入角落时，两侧的振动器就可以受到刺激。它们回头的方向会被记录下来。通常情况下，动物不会偏好任何一个方向。然而，在中风导致对侧肢体缺陷后，动物倾向于使用同侧肢体来后退。向一方倾斜的倾向越高，表明中风的结局越严重。与其他评估感觉运动不对称性的测试相比，转角测试有几个优点。首先，这是一个客观和定量的检验。接下来，它能够评估中风后慢性阶段的感觉运动缺陷。然而，缺点是，当动物病得太重或由于反复测试而失去动力时，它们可能会表现不佳。为了减少或避免这种影响，试验之间应给予较长的间隔。此外，转角试验的使用应仅限于单侧卒中模型。

粘合剂去除试验

粘合剂去除试验广泛应用于啮齿动物的感觉运动功能障碍和运动不对称性。简单地说，动物被放在一个15厘米×25厘米的透明盒子里，用相同的压力将两根类似的胶带粘在每个前爪的无毛部分。接触和去除刺激所需的时间会被记录下来。一般来说，动物花更多的时间接触和从对侧前爪移除胶带，而它们接触和从同侧前爪移除胶带容易。粘合剂去除试验已被用于评估缺血性模型中的长期中风结果。在远端局灶性脑缺血模型中，粘附剂去除试验能够检测到损伤后3周内小鼠的感觉运动缺陷。粘合剂去除试验具有多种优点。它是一种客观、敏感的感觉运动功能评估测试，可用于慢性期评估长期卒中预后。动物通常在中风诱导前每天训练一次5天，以减少个体差异。

转棒试验

旋转式试验评估啮齿类动物的平衡行为和运动能力。在正式实验前，首先，将小鼠放置于转速从 4 r/min 逐渐增加至 40 r/min 不停转动的疲劳转棒仪器中，并按照转棒旋转相反的方向进行为期4天的运动训练，每天训练2次，2次训练时间间隔30 min，以此作为疲劳恢复时间。每天逐渐增加训练时间，从第1天每次训练60 s到第4天每次训练180 s，在训练过程中，任何过早从转棒跌落到平台的小鼠都会被放回继续进行训练。训练结束后，筛选出能在40 r/min 转速的转棒上停留超过180 s的小鼠以进行后续试验，排除不达标小鼠。将所筛选出的达标小鼠进行随机分为对照组、模型组、给药组等。记录小鼠在转棒上的停留时间为跌落潜伏期。将分组后的小鼠分别置于转速为 40 r/min 的转棒上，测试在该转速下小鼠的跌落潜伏期，记录为T0。若小鼠的跌落潜伏期超过180 s，则按180 s 记录。每组分别给药，给药后每组再进行3次测试，每次测试时间间隔30min，记录小鼠给药后跌落潜伏期，分别记录为 T1、T2及 T3。根据 T1、T2及 T3较 T0变化的程度来分析用药对小鼠运动平衡能力和肌肉协调性的影响。统计结果以停留时间(s)表示。小鼠在转棒仪上的停留时间越长，说明小鼠四肢平和协调能力越好，反之，说明小鼠平衡协调能力越差。

线挂测试

线挂测试评估运动能力的多个方面，包括握力，耐力。它被广泛用于患有神经系统疾病和/或肌肉无力的啮齿类动物。基本上，动物被放置在一根悬挂在离地面50 ~ 60厘米处的电线上，它们必须用四肢悬挂身体，记录动物花在钢丝上的时间（坠落前的潜伏期）。不同的悬挂行为评分如下：0，动物直接从钢丝上掉下来；1，动物用前肢悬挂；2，动物用前肢悬挂并试图爬上去；3，后肢被悬挂；4，动物用四肢和尾巴悬挂；5，动物成功逃脱。该评分系统与运动能力和身体结合能力密切相关。钢丝悬挂试验能够评估缺血性中风后的长期运动功能，并评估新的治疗方法的神经保护作用。线挂试验相对容易进行，对设备的要求较低。它可以评估缺血性模型中的长期中风预后。

熟练到达任务

在这个实验中，一只动物被放置在一个有机玻璃到达盒中（小鼠19.5厘米×8厘米×20厘米，大鼠30厘米×14厘米×45厘米），在前壁中间有一个10毫米宽的槽。在槽前放置两个凹槽，距槽两侧1cm。动物首先接受一个训练试验，以学习如何获得食物颗粒。在训练试验中，一个食物颗粒被放置在托盘上的舌头距离上，然后逐渐移动得更远，这样动物就需要用它的爪子来取回食物颗粒。经过一周的训练，动物们学习了如何获取食物颗粒。当动物获得颗粒时，将计算成功到达，如果动物敲击食物或扔掉颗粒，则计算失败。单侧脑损伤可以通过成功到达对侧肢体颗粒的百分比来评估。单颗粒到达任务可用于区分单侧神经损伤后的代偿和恢复。单颗粒到达任务能够独立评估同侧和对侧肢体的运动功能。熟练到达任务，如单颗粒任务，被专门用于评估前肢的熟练使用和检测熟练的运动缺陷。单颗粒任务是一种敏感的测试，可用于评估短期和长期中风的结果。然而，要执行这项任务，还需要进行一系列的训练试验。此外，个体差异在很大程度上影响动物的行为表现。

认知测试

认知涉及各种重要的神经功能，包括记忆和情绪。许多行为测试已经被开发出来评估动物的记忆。一系列的行为测试，包括Morris水迷宫、Y迷宫、新型物体识别/位置测试、高架十字迷宫，已经被开发用于评估啮齿动物的记忆和认知。

Morris水迷宫测试

Morris水迷宫测试同时评估了认知和运动功能。它被广泛用于评估啮齿类动物中风后的长期认知功能。实验开始先将小鼠放入水池中自由游泳2min使其熟悉迷宫环境。实验共历时5d，每天定于固定时间段，每个时间段训练4次。训练开始时，将平台置于NW象限，从池壁四个起始点的任一点将小鼠面向池壁放入水池。自由录像记录系统记录小鼠找到平台的时间和游泳路径，4次训练即将小鼠分别从四个不同的起始点放入水中。Morris水迷宫实验方法小鼠找到平台后或120s内找不到平台，则由实验者将其拿上平台，在平台上休息15s再进行下一次试验。每天以小鼠4次训练潜伏期的平均值作为小鼠当日的学习成绩。

空间探索试验

第6天撤除原平台，将小鼠任选1个入水点放入水中，所有小鼠必须为同一入水点，记录大鼠在2min内跨越原平台的次数。

Y迷宫

Y型迷宫通常用于评估啮齿类动物的自发交替和空间记忆。包含三个双臂，彼此之间的夹角为120°。通过评估自发交替来评估啮齿动物的空间记忆。该测试包括一个单一的试验，其中动物被放置在Y迷宫的一只手臂上，并被允许探索一段时间。根据研究类型，探索时间从3分钟到15分钟不等。记录每个入口的顺序和入口总数。Y型迷宫任务已被用作缺血性中风后的认知评估。

新物体识别/位置测试

实验前，通过小鼠自主活动仪筛选，剔除活动异常的小鼠(活动过少、活动过多、转圈等)。实验当天，先将小鼠放到实验室，让其适应环境1h，然后进行正式实验。新物体识别实验包含三个阶段。阶段1(T1):分别将小鼠单独放入敞开的行为箱(底边长44cm×44cm的方形行为箱或半径为25cm的圆形行为箱)中，自由探索5min。探索完毕后将小鼠取出，放回饲养笼中。清理行为箱中小鼠的粪尿，75%酒精擦拭，消除异味。本阶段在实验第一天上午、下午分别进行一次。阶段2(T2):分别在行为箱的两个相对的区域中放入2个完全相同的物体(物体1和1’)，再次将小鼠放入行为箱中探索5min。每次实验结束后，彻底清理行为箱。本阶段实验在第二天上午进行。阶段3(T3):物体1不变(旧物体)，物体1’更换为物体2(新物体)，再次将小鼠放入行为箱中探索5min。每次实验结束后，彻底清理行为箱。本阶段实验在第二天下午进行。所有实验均在上午8点至下午5点之间进行。

放射臂迷宫测试

由一个中央枢纽和周围的放射臂组成，标准臂的数量有8个(八臂迷宫)。为避免动物逃跑，迷宫一般在地面上方。在实验前训练动物并限制饮食，在迷宫中央及周围臂中放入食物使其自由摄取及探索周围环境。实验开始后在每个臂末端或随机的4个臂末端放入诱饵(食物)，记录动物进入每臂的次数、时间及路线等参数。每个臂只进入一次为完美的表现，进入之前访问过的臂则被认为错误。

RAM可以评估工作记忆和参考记忆。与MWM相比，RAM表现更多的是基于动物的选择进入装有诱饵或食物的臂，该方法比较容易评估及操作，不需要跟踪软件。但RAM的动物必须要进行食物剥夺，以充分刺激它们在迷宫内觅食。由于使用了食物作为诱饵，动物可以利用嗅觉线索来探索迷宫。

高架十字迷宫

整个高架十字迷宫由两条等长的臂(35 cm× 5 cm)十字交叉组成，其中一条臂的四周有不透明的挡板围住，称为闭臂(35 cm×5 cm×15 cm)；另一条周围无挡板的臂称为开臂；两臂交叉的无挡板部分称为中央区(5 cm×5 cm)。整个迷宫离地约 60 cm，给小鼠营造一个恐惧的环境。实验时将小鼠背朝实验者，面向开臂放在高架十字迷宫的中央区，用摄像头记录小鼠 5 min 内的行为数据，然后将小鼠取回放入饲养笼，更换实验小鼠，面向同一开臂放入迷宫。每次试验之间，用 70%的乙醇清洗迷宫，若小鼠在迷宫中长时间无运动或从迷宫坠落，则不计入最后的分析。在SAH模型中，受伤的大鼠在中风后3周在开双放臂中停留的时间更少。另一项研究表明，SAH小鼠在术后第13天在开放中心区域的时间更少。一般来说，能够评估中风后的焦虑。