动物行为实验总结丨大小鼠楼梯实验（Staircase Test）测试

实验目的

本测试旨在通过楼梯实验装置，量化评估大小鼠前肢的伸抓熟练程度、最大伸展距离以及精细抓取能力。该测试特别侧重于无约束、分离式地测量左、右前爪的功能表现，为评估神经系统疾病（如帕金森病、中风、纹状体损伤）或运动功能障碍的动物模型提供关键的行为学数据。

实验原理

楼梯实验的核心原理基于大小鼠为获取高回报食物奖励（食丸）而本能地伸出前肢进行抓取的行为。装置设计确保动物必须进行协调性伸展才能成功获取食丸，避免了简单、无需努力即可取食的情况，从而确保了测量结果的准确性和特异性。

• 分离测量：装置中央平台两侧的台阶设计，允许动物自由使用任一侧前肢，从而自然、独立地量化左、右爪的表现。
• 难度梯度：食丸被放置在距离平台不同远近的台阶上，最近的易于抓取，最远的则需要最大程度的伸展和精细的抓取技能。
• 量化指标：通过统计成功抓取的食丸数量和掉落的食丸数量，可以精确反映动物的伸展极限距离、抓取力量和运动协调性。

实验材料与方法

• 实验装置：专用楼梯实验箱。其主要特征包括：
• • 一个中央起始平台，用于放置动物。
  • 从平台两侧向下延伸的阶梯，每侧台阶提供两种宽度，以增加任务的复杂性和测试的维度。
  • 阶梯底部设有收集区，用于收集未被抓取而掉落的食丸。

• 测试物品：专用高吸引力食丸。
• 实验流程

1. 适应训练：在正式测试前，让动物多次适应实验环境和装置，并学习食丸的位置。
2. 食物限制：测试前对动物进行适度的食物限制，以提高其获取食丸的动机。
3. 测试执行：将单只动物放置于中央平台，在其两侧台阶的特定位置（如每级台阶）各放置两粒食丸。
4. 测试时长：设置固定的测试时间（通常为5-15分钟），之后将动物移出。
5. 数据收集：分别计数并记录左右两侧：

• 成功抓取并食用的食丸数量：反映抓取的熟练度和成功率。

• 被撞倒或拨落至底部收集区的食丸数量 ：反映尝试抓取但失败（如伸展距离不足、协调性差）的次数。

观测指标与数据分析

指标

定义

所反映的运动功能

同侧成功抓取数

左/右爪成功抓取并吃到的同侧食丸总数

抓取熟练度、精细运动技能 对侧成功抓取数

左/右爪成功抓取并吃到的对侧食丸总数（难度更高）

身体协调性、跨中线运动能力 同侧掉落食丸数

从左/右侧台阶被撞落至底部的食丸数量

最大伸展距离的极限、抓取精度 总成功率

(成功抓取数) / (成功抓取数 + 掉落数) × 100%

综合运动表现效率

数据分析：通常将左、右爪的数据进行对比分析，以评估单侧性损伤（如单侧脑损伤模型）的影响。同时进行组间比较（如病变组 vs. 对照组），以评估特定处理或疾病对运动功能的整体影响。

实验优势与特点

1. 无需约束：动物在自然状态下活动，避免了束缚带来的应激，数据更能反映真实运动功能。
2. 左右分离：可天然、有效地分离并量化左、右前肢的功能，是评估单侧损伤模型的黄金标准方法之一。
3. 多维度评估：同时评估伸展距离（通过掉落食丸的台阶位置推断）、抓取力量精细运动协调性（通过成功抓取数反映）。
4. 高敏感性与特异性：如您提供的资料所述，该测试能有效区分不同性质的损伤。例如，纹状体病变（striatal lesions）会显著损害动物熟练抓取和检索食丸的能力，但对实际的最大伸展距离影响较小。这表明该测试能特异性地检测出与基底神经节功能相关的精细运动缺陷，而非单纯的力量或活动度问题。
5. 操作简便：方法简单，易标准化，重复性好。

应用领域

该测试广泛应用于神经科学和药理学研究，包括但不限于：

• 帕金森病模型：评估运动迟缓、精细运动障碍和左、右侧不对称症状。
• 脑卒中/中风模型：评估缺血性脑损伤后肢体运动功能的恢复情况。
• 亨廷顿病模型：评估纹状体损伤导致的运动协调障碍。
• 脊髓损伤模型：评估上肢功能。
• 药物疗效评价：测试神经营养药物、细胞治疗或康复训练手段对运动功能恢复的效果。

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总结

楼梯实验（Staircase Test）是一种高效、可靠且功能强大的行为学范式。它通过巧妙的设计，将复杂的运动功能分解为可量化的指标，特别擅长无创地评估前肢的伸展、抓取和精细运动技能。其能够区分不同神经病理（如纹状体病变）的特异性影响，使其成为中枢神经系统疾病研究中不可或缺的工具。

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