测试运动行为的行为学评价方法
(一)神经功能损伤严重程度评分(neurological severity score, NSS)
NSS系统是目前较常用的脑损伤后神经行为学评价方法。由10项不同的任务组成,用于评价伤后大鼠或小鼠的运动能力、平衡能力、机敏程度等。作者参照Beni-Adani等2001年的评分方法进行了一些调整,脑外伤前训练小鼠,训练持续1个月,使每只小鼠的评分达到10分。成功造模后,于第0、1、4、7、10、15、19、24、28天进行正式神经功能损伤严重程度评分。评分结果:9~10分为极重度神经功能损伤;7~8分为重度神经功能损伤;5~6分为中度神经功能损伤;小于5分为轻度神经功能损伤。具体评分指标见表3-1。
(二)金属丝悬挂或握力实验
该模型是一种测试前庭运动功能的行为学评价方法。常用于测试小鼠的前肢肌力和功能。将动物置于一根水平细丝或细金属丝上悬于距地面约30cm的空中。正常动物能够抓住细丝悬挂60s,大多数TBI动物不到60s就会滑落。但由于动物的体重不同,是否运用后肢和停留在细丝上的动机不同,所以,尽管该实验结果存在统计学差异,但很难让人明确究竟是TBI引起还是以上干扰因素所致。Xuan等(2013)对该实验进行了改进,发展了一种抓绳运动测试(wire grip and motion test, WGMT),该测试把动物置于一根水平金属细丝上悬于距地面约45cm的空中,按一定的评分项目来评价其运动能力,成功造模后于第0、1、4、7、10、15、l9、24、28天进行评分。具体评分项目见表3-2。
(三)倾斜平板实验
平板由两个矩形三合板铰链形成,其中一块板作为底板,另一块板为倾斜板,与水平位置的底板成一定角度,倾斜角度可以调节,一个长约0.2cm的橡胶垫固定于成65°角的倾斜板上。将动物置于倾斜板上部,观察其停留在倾斜板上而不滑落的最大倾斜角度。 Beaumont等把该实验用于评价TBI大鼠伤后行为学变化。发现大鼠停留在倾斜板上而不滑落的最大倾斜角度与脑损伤程度有关。
(四)悬垂实验
将小鼠轻执尾部放在1根高45cm的金属横杆上,小心让小鼠两前肢接触横杆,然后松开尾巴,根据每只小鼠在30s内的行为表现评分,并记录在横杆上的停留时间。评分标准分为5个等级,各等级的行为表现为:0分,放上后马上掉下;1分,单侧前肢抓棍至少1s以上;2分,两前肢同时抓棍至少1s以上;3分,两前肢和任一后肢同时抓棍至少1s以上;4分,四肢同时抓棍。脑外伤前训练小鼠,使每只动物的悬垂评分达到4分,悬垂时间达到30s。脑外伤后,分别于1h、2h、4h、8h、12h、24h记录每只小鼠的悬垂实验评分。
(五)旋转实验
实验装置由动力化轮和位于动力化轮之间的圆柱状钢条旋转轴(直径约3cm)构成,实验前需要对动物进行筛选,把动物放在旋转轴上,30s内滑落的动物将被剔除,实验过程中将筛选过的动物放在旋转轴上,开启旋转轴,转速由慢变快,实验者可根据不同的实验目的自行调整转速,一般为2~10r/min,记录动物在旋转轴上的平衡跑动时间,时限为300s,每天测试两次,中间间隔休息30~60min。该实验主要用于TBI大鼠运动功能的评价,目的在于评价动物的平衡和协调运动功能。
(六)肢体放置实验
实验1:在距桌面10cm高处,将大鼠缓慢放于桌面上,正常表现为前肢伸展并放在桌面上。实验2:大鼠前肢接触桌缘,头向上成45°,用下颌支持以防鼻子和鼻毛接触桌面。实验3:观察大鼠前肢在面对桌缘时如何放置,正常大鼠双前肢放在桌面上。实验4:观察大鼠身体一侧朝向桌缘移动时,前后肢的放置。实验5:大鼠放在桌面上,轻轻从后向前推向桌缘。正常大鼠将抓住桌缘,病变大鼠前肢掉下。实验6:与实验5方法相同,但大鼠推向后桌缘。上述6个实验评测前肢,后肢只在实验4和实验6中被评测。0分表示无放置;1分表示不完全或延迟(大于2s)放置;2分表示立刻并正确放置。躯体一侧最高得16分。
(七)平衡木行走实验
测定运动整合及协调能力,平衡木长80cm,宽2.5cm,平放在距离地面高10cm处,按 Feeney的计分标准:0分表示穿过平衡木,不会跌倒;1分表示穿过平衡木,跌倒机会小于50%;2分表示穿过平衡木,跌倒机会大于50%;3分表示能穿过平衡木,但受累的瘫痪侧后肢不能帮助向前移动;4分表示不能穿过平衡木,但可坐在上面;5分表示将大鼠放在平衡木上会掉下来。
(八)横杆跑动实验
该实验装置由一长约100cm、宽约215cm或更短、更细的横杆跑道(横杆跑道距地面高约90cm)和暗盒构成。横杆跑道上每间隔一段距离设置一障碍物以增加实验的难度,跑道终点为暗盒入口处。实验开始时让动物从暗盒入口处进入无噪声暗盒,允许其在暗盒内适应60s后取出动物,放在横杆跑道上,同时开启亮光或噪声刺激。为逃避亮光或噪声,动物会向暗盒方向跑动,动物跑入暗盒瞬间关闭亮光或噪声。记录其跑入暗盒的时间,时限为60s。TBI动物可能会有许多神经通路损伤,如运动皮质和小脑,结果造成平衡和运动功能不协调,因此往往跑动时间比正常动物长。研究表明,平衡木行走实验和横杆跑动实验对各种TBI损伤程度和药物控制的评价非常灵敏,目前被广泛应用。
(九)von Frey细丝实验
von Frey细丝是一种给予一定的已知压力会弯曲的细丝,把动物置于有机玻璃笼里,让其绕铁丝网行走,然后用von Frey细丝触其后爪的跖肌直到出现逃避反应。Linder等发现, TBI动物较正常动物需要更大的压力诱发出该逃避反应。
(十)转杆实验
实验装置由一个水平木制杆或金属杆(直径约410cm,长约150cm,距地面高约50cm,外部包以橡胶)和与其相连的马达组成。实验开始前亦需要对动物进行筛选,只有能停留在转杆上至少60s的动物才能用于该实验。实验开始时,要求动物穿越转杆(调节马达的转速,使转杆每分钟交替向左或向右旋转3~10次),记录动物从转杆上滑落的时间,时限3~5min,并对动物穿越转杆的能力进行定量评分。该实验的主要优点在于易观察,并且可以通过改变转杆的长度、直径和转速使其适用于不同的脑损伤动物模型。
(十一)贴纸实验(又称双侧触觉刺激实验)
实验开始时,把两张圆形贴纸贴在动物两前肢的远侧,记录动物用牙撕去贴纸的时间(用该时间评价躯体感觉不对称的程度)和顺序。逐渐增加受累肢体贴纸的大小,同时等量减小未受累肢体贴纸的大小,直到动物首先把受累肢体上的贴纸撕去。该实验目的是检测动物把感觉信息整合到运动反应中的能力。Schallert等发现,与正常动物相比,一侧脑损伤动物撕去对侧贴纸功能障碍。运用这一实验,可证实躯体感觉不对称程度和脑损伤严重程度之间存在相关关系。
(十二)本能地使用前肢实验
本实验可用于评价药物长期疗效的方法。把动物放在塑料缸内,记录动物抬起左前肢、右前肢或左右前肢置于塑料缸壁的次数,以评价其躯体感觉功能。本实验可用于控制性皮质冲击伤小鼠伤后躯体感觉功能的评价,发现躯体感觉不对称持续时间长达5个月。