动物行为实验指南丨大小鼠阶梯（staircase test）测试方法及注意事项

阶梯测试（staircase test）是一种广泛应用于神经科学和行为学研究中的实验范式，主要用于评估啮齿类动物（尤其是大鼠和小鼠）的前肢精细运动技能、抓握能力和运动学习能力。该测试特别适用于研究大脑运动控制区域（如皮层、基底节、小脑）或运动通路（如皮质脊髓束）受损后的功能变化与恢复情况。旨在评估动物因熟练抓取动作而产生的复杂抓握行为和精细运动能力。测试的测量指标是实验期间被吃掉的食丸数量，这是一种客观的量化指标。

Fig1 小鼠楼梯运动测试装置

阶梯测试利用一个特制的“阶梯箱”装置，箱内设有两侧对称的微型台阶结构（类似小楼梯），每一级台阶上设有凹槽，可放置微小的食丸。动物被放置在箱内后，会本能地使用前爪伸向台阶凹槽，尝试抓取并取回食丸进食。由于左右两侧台阶在空间设计上相互隔离，动物必须使用同侧前肢才能获取对应侧的食丸，因此该测试可以独立评估左、右前肢的运动功能，非常适合研究单侧脑损伤（如帕金森病模型、脑卒中模型）后的功能偏侧化和康复过程。

装置组成

• 一个中央主腔室；

• 两侧狭窄隔间，内设5~7级微型台阶；

• 每级台阶设有可容纳食丸的小凹槽；

• 箱体顶部可加盖，防止动物跳出；

台阶宽度设计使动物只能用单侧前肢抓取同侧食丸，避免交叉干扰。

大鼠装置尺寸是150克到250克，确保动物一旦进入测试区就不能转身；

大鼠装置整体尺寸：360 mm x 120 mm(14×4.75英寸)，小鼠装置整体尺寸：145mm（长） x 55mm （宽）x 51mm （高）(7.625 x 2.125 x 2 inches)。

大鼠楼梯运动测试装置（改进）

实验流程（以大鼠为例）

1、获取阶段（Acquisition Phase）

在训练前一天，让动物熟悉阶梯测试中使用的食丸。

为了增加动物的动机，可采用饮食限制，但这并非实现积极训练效果的必要条件，研究根据不同实验室需求可自主选择进行。

使用0.1%乙酸溶液或其他清洁物清洁透明塑料阶梯箱。

注意：阶梯箱是一个双隔间箱，在窄隔间内有一个带两级台阶的抬高平台。窄隔间左侧的台阶只能用左爪够到，右侧的台阶只能用右爪够到；

标准阶梯箱包含两个隔间并配有顶盖；如果用于通过其他设备刺激大鼠的复杂行为学实验则使用无顶盖的高型箱子。

取出阶梯装置，并在每一级台阶的凹槽中各放入8颗45毫克的食丸。

将阶梯装置放回箱内，并在抬高的平台上额外放置8颗食丸。

将大鼠放入运输箱中，使用运输箱将大鼠从居住笼转移到阶梯箱。

将大鼠放入阶梯箱内，五分钟后使用运输箱将动物从阶梯箱中取出，并放回居住笼。

记录从平台上以及（可能的话）从左侧和右侧阶梯上被吃掉的食丸数量。

重新填充阶梯：在每一级台阶的凹槽中各放入8颗45毫克的食丸。

清洁阶梯箱并在平台上重新放置额外的食丸。

重复此程序（获取阶段），连续进行三天。

2、自由选择测试（Free Choice Test）

首先清洁阶梯箱。

取出阶梯装置，并在每一级台阶的凹槽中各放入8颗45毫克的食丸。

将大鼠放入运输箱中，使用运输箱将大鼠从居住笼转移到阶梯箱。

将大鼠放入阶梯箱内，五分钟后，使用运输箱将动物从阶梯箱中取出，并放回居住笼。记录从右侧和左侧阶梯上被吃掉的食丸数量。

注意：如果动物仍然难以抓取食丸，在平台上多放一些容易够到的食丸。

重新填充阶梯：在每一级台阶的凹槽中各放入8颗45毫克的食丸。

清洁阶梯箱，为下一只动物做准备。

重复此程序（自由选择阶段），连续进行三天。

注意：还可以设置一个休息日来巩固技能以支持训练过程。

3、强制选择测试

清洁阶梯箱。

移除阶梯装置，并在左侧阶梯的每个台阶凹槽中放入8颗（模块的前三天）或4颗（接下来的三天）45毫克的食丸。

注意：在出现损伤的一侧进行强制选择测试。例如对右侧大脑半球进行了帕金森病变处理，因此可有选择性地训练左爪。

将大鼠放入运输箱，使用运输箱将大鼠从居住笼转移到阶梯箱。

将大鼠放入阶梯箱内，五分钟后，使用运输箱将动物从阶梯箱中取出，并放回居住笼。记录从左侧阶梯上被吃掉的食丸数量。

根据训练日的不同，在每个台阶的凹槽中重新填充8颗或4颗45毫克的食丸。

清洁阶梯箱，为下一只动物做准备。

重复此程序（强制选择阶段），连续进行六天。

数据收集

按照强制选择模块描述的方法进行实验（左侧阶梯每个台阶的凹槽中有4颗食丸），连续两天。计算成功率（吃掉的食丸数量）作为这两天的平均值。

注意事项

在阶梯测试中，随着学习阶段的进行，动物抓取食丸的能力会逐渐提高，并最终稳定在个体特有的“平台期”水平。一旦达到该平台期，即可使用该测试结果进行分析，而无需再考虑因训练带来的随时间提升的表现；

对于阶梯测试的成功训练，在获取阶段充分激发动物的动机至关重要。必须确保动物在初次尝试时就能成功抓取到一些食丸。这种即时的正向奖励有助于在后续训练阶段取得良好的学习效果。另一个关键问题是当动物对任务失去兴趣时，可能需要实施轻度的食物限制，以恢复其适当的动机水平。

优势

• 该测试反映在帕金森病模型中造成的前肢功能损伤，阶梯测试可量化精细运动技能；

• 可分别测量左右前肢功能，适用于单侧损伤模型；

• 以食丸数量或前肢使用次数为指标，减少主观偏差；

• 可在短时间内重复进行，便于纵向观察；

• 抓取动作接近自然行为，生态效度较高。

总结

阶梯测试是一种可靠、灵敏、可量化的前肢运动功能评估工具，在神经损伤与康复研究中具有重要价值。通过该测试不仅能了解动物的运动缺陷程度，还能动态监测治疗干预后的功能恢复过程。

文献引用：

• Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., & Kleim, J. A. Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limbrepresentations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motorresearch. Behavioural brain research. 145, 221-232 (2003).

• Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., & Dunnett, S. B. The 'staircase test': a measure of independent forelimb reachingand grasping abilities in rats. Journal of neuroscience methods. 36, 219-228 (1991).

• Simiand J, Keane PE, Morre M. The staircase test in mice: a simple and efficient procedure for primary screening of anxiolytic agents. Psychopharmacology (Berl). 1984;84(1):48-53.

• Brooks, S., Dunnett, S. Tests to assess motor phenotype in mice: a user's guide. Nat Rev Neurosci 10, 519–529 (2009).

• Baird AL, Meldrum A, Dunnett SB. The staircase test of skilled reaching in mice. Brain Res Bull. 2001 Jan 15;54(2):243-50. doi: 10.1016/s0361-9230(00)00457-3. PMID: 11275415.

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