动物行为实验专题：动物运动功能测试仪器集锦

1、介绍

运动功能和其他能力，如沟通，对个人的生活质量有很大贡献。通过运动系统管理精确运动的协调，以执行预期动作，如行走或书写。该系统的功能是基于中枢神经系统、肌肉骨骼系统以及感觉系统的协作。

运动技能的发展遵循三个不同的原则；头尾部、近端-远端和一般至特定，如Arnold Gesell博士所观察到的。Gesell的发展方向原理表明，运动发育从头部到脚趾，从最靠近身体到最远部位，以有序的方式开始(Salkind，2004)。随着对这些部分的控制得到改善，个体开始发展更精细的运动技能。

运动技能分为：

• 大运动技能：这些技能涉及大肌肉群，是儿童运动学习的一部分。技能可以进一步分为运动技能和物体控制技能。

• 精细运动技能：这些技能涉及较小的肌肉，包括手和脸，以控制较小的动作。精细运动技能是在发展粗大运动技能后获得的。此外，与即使在一段时间不使用后仍能保留的粗大运动技能不同，如果不使用，精细运动技能可能不会保留。

运动技能的数量和质量变化取决于中枢神经系统和肌肉系统的成熟。运动学习经历三个阶段：认知阶段、联想阶段和自主阶段。运动学习的进展可以通过桑代克的（经验）效应定律来理解。运动技能和结果之间的正相关促进了技能的学习。随着正相关变得越来越强，会发生强大的神经元修饰。然而，影响运动学习的不仅仅是动作的反馈。其他因素，例如身体健康、遗传因素和心理健康等，也会影响运动发育速度。总的来说，虽然运动发育不依赖于年龄和经验，但在很大程度上受它们的影响（Salkind，2004）。

延迟获得这些技能或障碍可能是疾病和障碍的标志，例如自闭症谱系障碍和帕金森病。运动功能的部分或完全丧失也可能是肌肉骨骼系统或神经系统损伤的结果。除了这些原因，感觉系统的缺陷也可以表现为运动控制障碍。

2. 运动评估分析

2.1 步态分析

尽管人类和动物的步态存在差异，但基于动物的步态研究为疾病、紊乱和损伤导致的运动障碍提供了重要的见解。步态评估允许观察步态异常，这些异常是使用步长、速度、站姿和足迹面积等参数进行评估的。

步态测试

多年来，步态测试经历了许多转变。该设备的设计非常简单，并且足够有效，可以观察步态异常。该装置由一条内衬纸的线性轨道组成，该轨道通向一个封闭的盒子。将动物的爪子浸入墨水或油漆后，将它们放在轨道上。动物被封闭的盒子激励穿过轨道，从而可以观察它们的运动和足迹。

VisuGait步态分析系统

VisuGait被设计为一种更复杂的步态测试方法（Mendes 等人，2015 年）。与传统方法相比，VisuGait结合了使用非侵入性光学触摸传感器和高速成像对动物步态进行自动分析。该装置除了记录步态分析的标准参数外，还允许记录与运动相关的一系列其他运动学参数。

跑步机

虽然经常用作锻炼系统，但跑步机也可用于观察啮齿动物在不同速度和倾斜度下的步态模式。该设备作为多车道跑步机，在开始时带有震动网格，可用于激励测试动物。

2.2平衡测定

视觉系统、前庭系统和本体感觉的缺陷通常与失去平衡有关。在动物研究中，广泛的行为评估依赖于运动，失去平衡可能表现为认知功能障碍。因此，平衡测定被用作一种预评估工具，以消除运动功能障碍的可能性。这些测定还提供了对由损伤、神经退行性疾病和衰老引起的运动障碍的见解。平衡测定通常利用动物对跌倒的恐惧来激励它们完成任务。这些检测中通常记录的参数包括完成任务或留在设备上所需的时间以及跌倒次数。

平衡木（Balance Beam）

平衡木有一个简单的设计，通常包括一个放置在离地面一定高度的圆杆。除了包含起始盒和终止盒之外，该设备的简单性允许使用杆厚度和形状的不同组合。实验者可以选择在末端包括一个封闭的盒子，以鼓励受试者越过杆。

旋转棒（Rotarod）

Rotarod 是一个电动圆柱体，受试者被放置在该圆柱体上以评估他们的平衡和运动协调性。该设备允许以类似于跑步机的方式改变加速度。自动计时器和红外传感器有助于性能评估。

趋地性测试（Geotaxis Test）

该装置有金属和丙烯酸结构。Geotaxis 装置由一个网格/高摩擦可倾斜平面组成，可以评估前庭敏感性。将飞机倾斜到不同角度的能力可以控制任务难度。（另见倾斜梯子）。

2.3 握力和机械载荷试验

在握力测定中评估神经肌肉功能和肌肉力量。这种能力的评估提供了对由于神经退行性疾病和神经肌肉疾病导致的肌肉功能下降的见解。在老龄化人口中，握力下降往往对生活质量产生重大影响。在这些测定中经常记录的参数可以包括设备的持续时间、承重以及跌倒或滑倒。

抓力计（Grip Strength）

该装置由连接到力传感器的网格组成。对象被它的尾巴轻轻抬起，使其前爪抓住网格。握力的评估是通过轻轻地拉着受试者的尾巴向后拉直到它释放网格来完成的。

倾斜滚梯（Incline Rolling Ladder）

倾斜滚梯通常用于评估由运动障碍引起的功能缺陷。一般任务涉及受试者爬上由可调节梯级组成的装置，这些梯级由半光滑且可移动的表面和半纹理且不可移动的表面制成。受试者区分质地和握力的能力在完成任务中起着至关重要的作用。

网格测试（Grid Test）

网格测试本质上是测试对象挂在网格上的能力。该装置由一个从地面升高到一定高度的金属网组成。动物被它的尾巴抬起并放在网的中心，直到它用所有四只爪子抓住它。然后倒转装置，并计时。该设备还有其他两种变体，水平网格和垂直网格。

楼梯测试（Stairway Test）

该装置包括一个由细圆柱梯级制成的垂直上升楼梯。该装置首先由Boltze 等人介绍 。(2006) 评估大鼠的感觉运动性中风缺陷。虽然害怕跌倒是这个三角形楼梯的动机，但主要的动机是梯子顶部的家庭笼子的存在。然而，这个家笼在任务期间是不可见的，它的存在是在任务会话期间获悉的。

攀登塔（Climbing Tower）

攀岩塔通常用作抗阻练习，以评估机械载荷的影响。该装置由一个高大的圆柱形网塔组成，顶部装有水瓶。允许受试者自愿爬上塔获得水奖励。

2.4 运动协调试验

运动协调涉及运动学和动力学组件的组合以执行动作。这些能力的缺陷可见于自闭症谱系障碍等疾病，并且也与衰老有关 。此外，与平衡非常相似，运动协调障碍也会影响动物在其他行为测试（如Morris水迷宫）中的表现。在这些测定中观察到的参数可以包括定向时间、功能性爪子放置和运输时间。

水平梯（Horizontal Ladder）

水平阶梯由Metz 和 Whishaw (2002)设计，用于评估皮层和皮层下病变大鼠的熟练行走。该装置由一个带有可移动横档的水平路径组成，允许调整它们之间的空间。梯子可以固定在盆地上，可以用来为任务添加厌恶或非厌恶的动机。此外，路径宽度可以防止动物在轨道上掉头。

静棒测试（Static Rod Test）

静态杆测试涉及受试者在一端夹紧的圆形杆上行走，另一端伸入太空。试验从最宽的杆开始，随后是更窄的杆，直到受试者无法从悬挂边缘转动并到达夹紧端。类似的装置包括三重单杠和双杠。

平行杆地板测试（Parallel Rod Floor Test）

与其他设备不同，平行杆地板测试不会强迫受试者移动。该设备允许对共济失调进行可靠的评估。地板由平行的金属棒组成，对象使用透明的亚克力盒包含在这个舞台内。

2.5 灵巧度测定

患有神经退行性疾病和障碍（例如关节炎和帕金森病）的个体的灵巧运动能力可能会受到限制。充血性心力衰竭、重复性压力损伤和先天性障碍，以及其他疾病和障碍，也会影响灵活性。

熟练前肢测试（Skilled Forelimb Test）

该设备在熟练程度的评估中很受欢迎。自动化设备要求动物通过设备壁上的槽拉动手柄，直到达到预定的力阈值，以获得食物奖励。

粗鲁性状测试（Pawedness Trait Test）

Pawedness Trait Test 仪器允许观察啮齿动物的多爪程度。该装置由放置在开放区域内的网状圆柱体组成。动物的任务是获得放置在网格后面的食物奖励。这种网格设计可以观察获得奖励所需的中间运动。

2.6 运动和走动试验

运动活动受损通常是由疾病或受伤引起的运动功能丧失的结果。涉及对生物体运动的广义观察的研究可以在开放的竞技场甚至迷宫中观察到，这些迷宫通常用于学习和记忆任务，例如T 迷宫和八臂迷宫。使用VisuTrack等跟踪和记录系统有助于观察行为。

旷场实验（Open Field）

开放场测试由 Hall 和 Ballachey (1932) 开发，用于涉及探索性行为的各种测试。该装置包括一个由高墙包围的开放式竞技场，以防止动物逃离竞技场。该装置有透明和不透明壁的不同组合以及一个装置中的舞台数量，以允许观察多只动物。

智能笼系统

SmartCage 系统提供对一系列行为活动的观察，包括主动/非主动运动和饲养。自动化系统使行为数据的观察和记录变得容易。