【原】脑声笔记丨动物前肢抓取实验测试方法总结
2026-02-20 14:43:02 拉莫斯世界杯
2024-01-24
单颗粒抓握（Single pellet grasping，SPG）任务是一项熟练的前肢运动任务，主要用于评估SCI啮齿动物模型中前肢功能的恢复。该任务要求动物获取位于围栏前部狭缝之外的架子上的食物颗粒。在SPG任务中手动训练和测试大鼠需要大量时间，并且通常产生结果变异性高且治疗窗口小的结果。适应训练和测试所有动物都接受单颗粒抓取任务的训练，以评估前肢的精细运动控制，评估其运动技能和协调性。单颗粒抓握任务是一项熟练的前肢运动任务，通常用于评估中枢神经系统损伤和疾病啮齿动物模型中的伸展和抓握运动学以及前肢功能的恢复。
实验步骤
伸爪取回物体需要前肢精确和协调的运动。当小鼠被反复训练以抓住和检索位于特定位置的食物奖励时，它们的运动性能（定义为准确性和速度）随着时间的推移逐渐提高，并在持续训练后趋于稳定。一旦掌握了这种伸手技巧，就不需要不断练习。单颗粒到达任务以研究小鼠熟练前肢运动的获得和维持。结合小鼠遗传学，这种范式可以用作探索学习和记忆的解剖学基础、生理特性和分子机制的行为平台。在SPG任务中训练大鼠，通常将动物限制食物，然后将其放置在SPG任务围栏内，并在位于任务围栏前部狭缝之外的平台上放置食物颗粒10-30分钟。此外，在动物的光照周期中经常进行训练，这对于小鼠和大鼠等夜间啮齿动物来说可能会影响性能。目前也有种自动颗粒呈递系统（APP），用于在SPG任务中训练和测试大鼠，该系统减少了手动训练的一些程序弱点。
前肢抓取范式
将动物放置在一个Plexiglas箱（34 × 14厘米）中，两端有两个开口，并训练抓取颗粒（45毫克无尘精密颗粒）。抓握性能的评分如下：如果动物用其喜欢的爪子正确地瞄准新呈现的颗粒，将其取回并将其直接送到嘴里，则抓握被归类为成功（得分为“1”）。如果动物需要多次尝试抓住颗粒，而不将爪子从窗户缩回盒子中，则也给出1分，这是定义为尝试的结束。如果成功后抓紧颗粒被扔进了盒子里则给出0.5分。如果动物将颗粒从架子上敲下来，则试验得分为0。成功率计算为百分比所有试验数量的颗粒。对动物进行3-4周的训练前的基线记录。只有基线成功率为60%或更高的动物才进行后续实验研究。在测试过程中，在最长10分钟内给予动物20个颗粒。在康复训练期间，动物每天至少抓取100个颗粒。评估所有动物在基线以及中风后2天、7天和4-5周前肢功能在单粒抓取任务中，拍摄所有过程用于进一步分析。
- 单颗粒抓取任务在中风动物中的应用 -
自动颗粒呈递系统的前肢抓取测试
- 用于SCI前后自动连续SPG训练的APP系统 -
APP损伤前训练遵循与先前描述的未损伤大鼠相同的训练方案。SPG训练分为四个阶段；3个损伤前训练阶段（第1-3阶段），随后是1个损伤后阶段。第1阶段旨在使大鼠适应颗粒呈现系统并轻松获得颗粒。在第1阶段，大鼠传感器系统被停用，颗粒非常靠近狭缝开口<15 mm并与狭缝中心对齐。在这种配置中，大鼠可以很容易地接触到颗粒，并且不需要返回外壳的背面进行随后的颗粒呈现。所有在第1阶段至少有一天进行≥30次尝试（n = 8）的大鼠被认为已经了解了颗粒的位置并进入第2阶段。
鉴于第1阶段（<15mm）中颗粒的紧密性，少数大鼠（n = 3）优先通过舔而不是抓握获得颗粒。第2阶段旨在促进前肢抓握而不是舔舐，并训练大鼠在每次尝试时移动到围栏的后部。为了训练鼠移动到围栏的后部，屏障将保持关闭状态，直到围栏前半部分的老鼠传感器没有检测到鼠。由于大鼠前爪可以比伸出的舌头更远地穿过狭缝，因此每3-7天将颗粒与狭缝的距离逐渐增加0.5-1毫米，从<15毫米增加到高达20毫米，直到大鼠不再试图通过舔舐来获得颗粒。
在第3阶段，根据它们喜欢的爪子饲养大鼠。此外，还设置了APP系统，使颗粒呈现平台位于距狭缝开口14.5-15 mm的位置，并与右爪大鼠狭缝的左边缘或左爪大鼠的狭缝右边缘对齐。在这种配置中，大鼠不会复发通过舔舐获得颗粒。
第4阶段在SCI后6-8天开始，并在受伤后持续6周，n = 7只动物。在第四阶段训练的前6天，一只动物平均每24小时周期进行4次尝试，在随后的14天的第四阶段训练中，每24小时平均进行零次尝试。因此，这只动物在经过4周的受伤后训练后就被从APP系统中移除。
- 单颗粒抓取任务在APP系统范式中的结果 -
指标分析
对每只动物在SCI前最后一周和受伤后训练的最后一周的所有训练的成功率进行平均。通过。当大鼠使用它们前爪成功地从颗粒平台上抓住一个颗粒并将其通过狭缝带回任务围栏时算为得分，否则视为失败。
总结
与手动训练的大鼠相比，APP训练的训练强度范围有所提高，除了这些优点之外，减少研究人员使用APP训练大鼠所需的时间，使APP系统成为前肢伸展和抓握的首选训练和/或测试范式。
参考文献
Chen CC, Gilmore A, Zuo Y. Study motor skill learning by single-pellet reaching tasks in mice. J Vis Exp. 2014 Mar 4;(85):51238. doi: 10.3791/51238.
Fenrich KK, May Z, Hurd C, Boychuk CE, Kowalczewski J, Bennett DJ, Whishaw IQ, Fouad K. Improved single pellet grasping using automated ad libitum full-time training robot. Behav Brain Res. 2015 Mar 15;281:137-48. doi: 10.1016/j.bbr.2014.11.048.
Fenrich KK, May Z, Torres-Espín A, Forero J, Bennett DJ, Fouad K. Single pellet grasping following cervical spinal cord injury in adult rat using an automated full-time training robot. Behav Brain Res. 2016 Feb 15;299:59-71. doi: 10.1016/j.bbr.2015.11.020. Epub 2015 Dec 2.
特别鸣谢