动物行为实验指南丨大小鼠平衡木（Balance Beam test）测试方法及注意事项

平衡木测试（Balance Beam test）用于评估小鼠穿越静止水平杆的能力。在该测试中，将啮齿类动物放置在窄梁的一端，并引导其走向另一端的安全平台。当动物移动时，可评估其维持平衡的能力并记录如踩空或跌落等错误行为。穿越梁所需的时间、踩空次数以及是否从梁上跌落，是评估运动协调性和平衡能力的关键参数。该测试对轻度功能障碍尤为敏感，因此是追踪运动症状进展或评估治疗干预效果的有力工具。该任务对检测其他运动测试（如转棒实验）难以发现的轻微运动与平衡缺陷尤为敏感，是评估神经系统功能的重要补充工具。

平衡木装置

平衡木是一种用于评估小鼠或大鼠感觉神经性平衡与运动协调能力的窄式“行走桥”。装置通常由两个 Elevated 平台之间的可更换梁构成，动物需从一端行走至另一端，以测试其运动功能。

核心组件包括：

• 末端平台：位于梁的终点，作为安全平台吸引动物完成穿越。

• 可更换梁体：多种宽度（如6mm、12mm、28mm等）可选，用于调节任务难度，实现从宽到窄的渐进式测试。

• 起始平台：位于起点，便于放置动物并减少初始应激。

• 防跌落保护装置：梁下方设置柔软缓冲垫或尼龙吊床，防止动物跌落受伤。

• 梁体中央小孔（~3 mm直径）：沿梁中心线分布，可插入凸起小钉，进一步增加行走难度，用于精细评估足部协调能力。

• 锥形设计：部分装置采用宽度逐渐变窄的梁，用于连续评估动物在递增难度下的表现。

• 辅助下层梁：可拆卸的次级平坦梁，置于主梁下方，为运动功能受损动物提供支撑，帮助其完成任务。

• 便捷铰链结构：梁体配备铰链连接，便于折叠与运输，适用于实验室间移动或存储。

该装置设计灵活，组件模块化，可根据实验需求调整难度与配置，广泛应用于神经损伤、神经退行性疾病及药理学研究中的运动功能评估。

操作流程

装置组成：

• 平衡木：由1米长的木梁构成，表面平坦，宽度分为12mm和6mm两种，架设在距桌面50cm高的两根立柱上。木材（如胶合板）可在普通五金店获取。

• 终点安全箱：梁的一端放置一个黑色盒子作为终点，内部放入动物原笼中的垫料以吸引动物前往。

• 厌恶刺激：在起点上方使用60瓦灯泡照射，作为驱赶动物前进的刺激。

• 计时系统：通过两个自制运动探测器自动计时，当动物鼻尖进入中央80cm区域（0 cm点）时启动计时，到达80cm终点时停止。

• 防跌落装置：在梁下方约7.5 cm处设置尼龙吊床，缓冲跌落冲击。

• 视频记录：三脚架上的摄像机全程录像，用于后续行为细节分析（如踩空）。

装置通常为现场搭建。

可以使用自动触发计时精确且自动地量化动物在平衡木上行走特定距离所用的时间，辅助评估其运动协调能力和平衡功能。

动物准备：

建议每组至少10只小鼠。动物在12小时明暗循环（7:00–19:00）下群养，测试前在行为实验室适应至少2周。测试前约10分钟转移至测试房间。

训练流程：

训练日，每只小鼠依次在12 mm宽梁上行走3次，随后在6 mm梁上行走3次。对于无法完成窄梁或体型较大的小鼠，可使用更宽梁（如28 mm）。每次将小鼠置于梁起点，自动记录其穿越80 cm至安全箱的时间。两次梁测试之间，小鼠返回笼中休息10分钟，期间可穿插测试其他3–4只动物以提高效率。

C57BL/6小鼠通常能顺利通过，若出现停滞、嗅探或张望，实验者应戴手套轻推其背部促使其前进。到达安全箱后，允许其休息约15秒再进行下一次试验。训练后立即返回饲养室。注意避免过度训练导致动物熟悉任务而频繁停滞；若两天训练后仍无法完成全程，可延长训练天数。若涉及药物或干预，应在处理前获取基线数据。

正式测试：

测试日记录每只小鼠穿越两种宽度梁的时间。取两次无停滞成功穿越的时间平均值作为结果。视频可用于精细分析踩空及其他运动缺陷。

评分系统：

平衡木测试用于评估啮齿类动物的感觉运动功能。具有焦虑样行为或疾病模型的动物通常穿越梁所需时间更长。脑损伤或疾病也可能导致动物运动能力下降。该测试通常记录以下参数：

• 任务启动潜伏期（从放置到开始移动的时间）；

• 穿越潜伏期（穿越梁所需时间）；

• 后肢踩空次数（分别记录左右后肢）；

• 试验中跌落次数；

• 总步数；

前肢踩空较为罕见，因此通常不纳入分析。常采用分级评分系统（如神经功能评分）来综合评估动物在平衡木任务中的表现。此外，也可记录“僵直”（freezing）等行为。

• 1分：无法穿越；

• 3分：拖行肢体穿越；

• 7分：正常行走，双足始终在梁上，踩空少于两次。

踩空定义为足部滑离梁顶面。连续两次得1分的动物不再测试。

清洁：

每次测试后清除粪便，并用70%乙醇和清水擦拭梁体及安全箱，再更换下一规格的梁进行测试。

优势与局限性

优势：

• 操作简便且敏感度高：平衡木任务为评估啮齿类动物感觉运动功能提供了一种简单而灵敏的方法，尤其在检测细微运动障碍方面优于转棒实验。

• 装置结构简单，易于改造：平衡木装置成本低廉，可自行搭建，模块化设计使其高度可定制，适用于多种研究需求。

• 任务难度可调：通过更换梁的宽度、形状（如锥形、带钉）、长度或增加倾斜角度，可灵活调节任务难度，实现渐进式评估。

• 广泛应用性：该任务适用于研究基因操作、神经精神疾病、神经退行性疾病、衰老相关功能衰退及药理干预等多种场景。

• 行为动机可控：可利用安全平台、垫料或食物作为正向激励；也可使用强光或噪音作为驱赶刺激，增强动物前进动力。对偏好攀爬的动物，轻微倾斜梁体有助于其完成任务。

• 具备转化潜力：结合虚拟现实技术，平衡木范式已成功应用于人类感觉运动功能评估，具有良好的临床转化前景。

局限性：

• 品系依赖性：该任务更适合活跃品系的动物。较被动或焦虑倾向的品系可能需要额外的预训练以适应任务。

• 体重影响表现：体型较重的动物抓握能力受限，可能需要更宽的梁，否则结果可能受体重差异干扰。

• 疲劳效应：重复试验易导致动物疲劳，影响表现。因此需合理安排试验间隔，确保动物充分恢复。

• 操作者影响：实验人员的抓取和处理方式可能影响动物情绪和行为表现。

• 气味残留：前一只动物留下的嗅觉痕迹可能影响后续动物的行为，因此每次测试后必须彻底清洁装置。

总结

平衡木任务是一种经典且高效的感觉运动功能评估工具，广泛用于神经科学领域的临床前研究。其核心优势在于对细微运动协调与平衡障碍的高度敏感性，以及装置和参数的高度可调性。尽管存在品系偏好、疲劳和操作者依赖等局限，但通过标准化操作流程、合理设计实验和结合多种行为测试，可有效提升数据的可靠性与可重复性。随着虚拟现实等新技术的融合，平衡木范式正从动物模型向人类研究延伸，成为连接基础神经机制与临床康复评估的重要桥梁。

参考来源

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• Carter RJ, Morton J, Dunnett SB. Motor coordination and balance in rodents. Curr Protoc Neurosci. 2001 Aug;Chapter 8:Unit 8.12. doi: 10.1002/0471142301.ns0812s15. PMID: 18428540.

• Modi AD, Parekh A, Patel ZH. Methods for evaluating gait associated dynamic balance and coordination in rodents. Behav Brain Res. 2024 Jan 5;456:114695. doi: 10.1016/j.bbr.2023.114695. Epub 2023 Oct 1. PMID: 37783346.

• Bidgood, R., Zubelzu, M., Ruiz-Ortega, J.A. et al. Automated procedure to detect subtle motor alterations in the balance beam test in a mouse model of early Parkinson’s disease. Sci Rep 14, 862 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-51225-1

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