簡(jiǎn)介：目前，與年齡有關(guān)的認知障礙的藥物治療尚不能令人滿(mǎn)意。 盡管在基礎研究中發(fā)現了豐富的認知增強劑機制，但數十種臨床前有希望的化合物在臨床研究中失敗了。一個(gè)主要的原因可能是，在基礎研究中使用的所謂的金標準動(dòng)物試驗無(wú)法預測針對復雜和強健的認知缺陷的臨床療效。我們小組的目的是建立一個(gè)嚙齒動(dòng)物認知測試系統，以提高潛在認知增強劑的臨床療效。該系統由學(xué)習范式組成，這些學(xué)習范式模擬了在精神和神經(jīng)退行性疾病中存在缺陷的各種人類(lèi)認知領(lǐng)域。其中之一是程序性學(xué)習和記憶，它在幾種與年齡有關(guān)的疾病中受損，在帕金森氏病中最為突出，但在自然衰老過(guò)程中也會(huì )減弱。我們的目的是尋找一種有翻譯價(jià)值的嚙齒動(dòng)物程序性學(xué)習和記憶模型，該模型也適用于行為的縱向隨訪(fǎng)。最初，我們使用廣泛使用的旋轉木馬裝置來(lái)測量大鼠的運動(dòng)技能發(fā)展和運動(dòng)協(xié)調。因為在一些重復的訓練課程中，他們將器械作為“游樂(lè )場(chǎng)”：他們經(jīng)常故意從旋轉桿上跳下來(lái)，或者緊緊抓住分離的圓板，把它當作升降梯使用，盡管分析的原理是要測量直到由于運動(dòng)障礙而跌落的保持時(shí)間。我們的老鼠勇敢而自信的行為可以通過(guò)密集的處理，習慣于實(shí)驗室的環(huán)境以及定期進(jìn)行其他認知任務(wù)的訓練來(lái)解釋?zhuān)覀兌疾捎昧诉@些方法來(lái)降低它們的壓力水平并使其符合性能要求。為了尋找一種合適的運動(dòng)學(xué)習方法，我們開(kāi)發(fā)了本文介紹的所謂跳罐測試。在這個(gè)范例中，老鼠被允許在一個(gè)開(kāi)放的競技場(chǎng)中，在倒立成圓形的花盆頂部自由移動(dòng)。相鄰花盆之間的距離沿逆時(shí)針?lè )较蛑饾u增加。 競技場(chǎng)充滿(mǎn)淺水，迫使老鼠不要從花盆里掉下來(lái)。事實(shí)證明，這項新穎的任務(wù)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 首先，可以改變運動(dòng)能力，因為距離的改變需要連續調節：太短和太長(cháng)的跳躍都會(huì )導致誤差，從而掉落/滑入水中。 第二，該任務(wù)使自愿運動(dòng)成為可能；老鼠可以根據自己的實(shí)際運動(dòng)和/或精神狀況單獨決定它們在兩個(gè)花盆之間的最長(cháng)距離。 因此，測試對動(dòng)物的動(dòng)機狀態(tài)很敏感。第三，在反復的測試中，老鼠可以訓練自己掌握這項任務(wù)，即在競技場(chǎng)上走動(dòng)，第四，任務(wù)的自愿性擴展了受試者之間的個(gè)體差異，可用于檢測學(xué)習能力的差異。由于運動(dòng)表現可以通過(guò)增加受試者的動(dòng)機來(lái)提高，我們還計劃將食物顆粒放在罐子上作為成功跳躍的獎勵。但是，后來(lái)發(fā)現，動(dòng)物的探索驅動(dòng)力足以使他們積極參與任務(wù)。引入測定后，我們還打算跟蹤衰老對獲得的運動(dòng)技能的影響。 因此，在當前的文章中，我們介紹了Long-Evans（LE）和Lister Hooded（LH）大鼠在整個(gè)生命周期中的表現。這項縱向研究已經(jīng)展開(kāi)了將近3年； 因此，在測量與年齡相關(guān)的性能的同時(shí)，我們也在不斷完善該方法，直到確立最終模式。

　　試驗動(dòng)物：在實(shí)驗開(kāi)始時(shí)，研究對象分別是7個(gè)月齡和4月齡的36只雄性L(fǎng)ister Hooded（LH）大鼠和36只Long-Evans（LE）雄性大鼠。對LH動(dòng)物進(jìn)行研究直至27月齡，然后對其余27只大鼠實(shí)施安樂(lè )死進(jìn)行另一項研究。LE大鼠直到38個(gè)月大時(shí)才能夠參與實(shí)驗，當時(shí)11只還活著(zhù)。 在測試的開(kāi)始和結束時(shí)，Lister Hooded大鼠的體重下降在376–508 g和385–498 g之間，而Long-Evans大鼠的體重下降在290–381 g和283–414 g之間 將動(dòng)物分成三組，每組在1500平方厘米的聚碳酸酯籠中，用紙管和木制咀嚼磚作為環(huán)境富集工具，并在整個(gè)測量過(guò)程中定期進(jìn)行處理。他們保持反向的明暗循環(huán)（從早上4:00到下午4:00處于黑暗階段），并限制食物的獲取。3只大鼠在黑暗期結束時(shí)，即下午3:30，進(jìn)食量為45g。不限水，在跳罐訓練的同時(shí)，動(dòng)物還參與了其他各種認知任務(wù)。從27月齡到死亡，一半的Long-Evans大鼠都接受了一種假定的抗衰老化合物的治療。治療不影響動(dòng)物的“跳罐”行為，因此，在整個(gè)實(shí)驗期間，匯集對照組和治療組的數據。

　　設備和培訓程序：設備是直徑為190厘米的圓形開(kāi)放式競技場(chǎng)，其壁高為60厘米，其中將12個(gè)花盆（分別高16厘米，底部和頂部分別寬10厘米和17.5厘米）呈圓形倒立放置，兩個(gè)相鄰花盆中心之間的距離（18-46厘米）不斷增加。一根水平放置的紙筒（長(cháng)20厘米，直徑8厘米）懸掛在競技場(chǎng)墻壁上的12號花盆上方，這樣動(dòng)物就可以爬起來(lái)藏在里面，在里面可以獲得一顆花生獎勵。將動(dòng)物放在第一個(gè)花盆上，實(shí)驗動(dòng)物總是回到第7個(gè)罐子附近的相同位置，一直呆在那里直到試驗完成。競技場(chǎng)里灌滿(mǎn)了6厘米深的冷水，阻止大鼠從花盆上掉下來(lái)。在一次試驗中，受試者被放在花盆1上（距離下一個(gè)花盆最短的距離（18厘米））并允許在花盆上移動(dòng)3分鐘。關(guān)于運動(dòng)技能表現，區分了兩個(gè)花盆之間的三種移動(dòng)方式：“踩踏”：首先，同一側的前腿和后腿相繼向前移動(dòng)，然后是另一側的前腿和后腿。 “上方”：兩個(gè)前腿靠在前面的花盆上，而兩個(gè)后腿仍在后面的花盆上； “跳躍”：四只腿同時(shí)懸空。大鼠能夠跨過(guò)最短（18厘米）的距離；跨過(guò)26厘米的距離可以通過(guò)“俯沖”完成，而跨過(guò)26厘米以上的距離可以通過(guò)“跳躍”完成。如果大鼠在跳躍后掉進(jìn)水中，則不認為是成功跨過(guò)了花盆。每月至少培訓一次。實(shí)驗在大約50-lx的亮度強度下進(jìn)行。 使用Smart v3.0視頻跟蹤系統軟件對動(dòng)物的運動(dòng)進(jìn)行視頻記錄。運動(dòng)技能表現為大鼠成功跨越的最長(cháng)距離。每次試驗后，將糞便從水和盆中取出。 更換水，并在每周測試后徹底清潔水池。

　　實(shí)驗設計：由于該方法正在開(kāi)發(fā)中，實(shí)驗期間根據動(dòng)物的表現不斷調整大鼠的訓練程序。開(kāi)始使用4.5月齡的Long-Evans（LE）大鼠建立實(shí)驗設計。他們習慣于圓形競技場(chǎng)，競技場(chǎng)上有12個(gè)圓形的花盆，除了12號和1號花盆相距24厘米外，其余的都是18厘米。5月齡時(shí)，花盆1到6之間的距離增加到24厘米，花盆6到12之間的距離增加到26厘米。最長(cháng)跨距為40cm。之后，圓的上半部分和下半部分的距離分別增加到26厘米和30厘米。從13個(gè)月齡以后， LE大鼠從26厘米跳到40厘米，相鄰盆之間的距離增加2厘米。 Lister Hooded大鼠在7個(gè)月大時(shí)就開(kāi)始使用這種裝置進(jìn)行訓練。 隨后，最長(cháng)距離擴展到44厘米。大鼠從21個(gè)月齡（LE）和14個(gè)月齡（LH）開(kāi)始進(jìn)行試驗，最終設置如圖1所示。

　　結果：繼續前進(jìn)需要三種不同類(lèi)型的運動(dòng)技能：踩踏，俯臥或跳躍。大鼠只能跨過(guò)18厘米的距離，而高達26厘米的間隔通常是過(guò)度的更大的距離（≥28cm）只能通過(guò)跳躍來(lái)跨越；但是，一些大鼠（“非跳躍者”）不能完成。即使對“跳躍者”來(lái)說(shuō)，一定的距離也意味著(zhù)在特定的試驗中存在障礙。在不斷增加的距離上連續跳躍一段時(shí)間后，它們停在某個(gè)花盆上，在猶豫了一段時(shí)間后，它們不再進(jìn)一步跳躍，而是向后跳，回到第一個(gè)花盆。然而，在下一次任務(wù)的學(xué)習階段，他們通常會(huì )跳得更遠，然后再停一兩個(gè)花盆。

　　與年齡相關(guān)的表現（最長(cháng)距離）：我們跟蹤了大鼠整個(gè)生命周期的表現，直到LH大鼠試驗終止和LE大鼠在花盆上能夠移動(dòng)為止。 實(shí)驗過(guò)程中動(dòng)物數量減少，因為其中一些自然死亡。老年時(shí)癱瘓或有潰瘍性足跖炎的老鼠沒(méi)有參加實(shí)驗，因為它們在生理上無(wú)法控制這些花盆。觀(guān)察到相對平坦的鐘形年齡依賴(lài)關(guān)系。LE和LH大鼠的平均最長(cháng)距離均在13月齡達到高峰（分別為32.8和37.0cm）。LH大鼠在幼齡時(shí)表現比LE大鼠差。隨時(shí)間的推移，每個(gè)品系表現都下降。LH大鼠在21-24個(gè)月內表現出明顯的下降。所有大鼠在其一生中至少成功跨越了至少24厘米的距離。 LE動(dòng)物的“個(gè)人最佳”值的分布在24厘米和40厘米距離之間以34厘米的模態(tài)表現出或多或少的高斯曲線(xiàn)（11只大鼠）。. 相反，LH大鼠在24～46cm范圍內分布較為均勻。有4只LE和8只LH動(dòng)物的移動(dòng)長(cháng)度不超過(guò)26cm。LE大鼠的“記錄”是4只動(dòng)物跳40厘米，而LH大鼠有7只可以達到44厘米的范圍，“記錄”甚至有動(dòng)物跳了46厘米。

　　典型的個(gè)人表現（最經(jīng)常出現的距離）：我們?yōu)槊恐粍?dòng)物確定了在其10-24月齡（LE）和11-21月齡（LH）的年齡段中最?？缭降木嚯x，即在學(xué)習階段之后和與身體狀況相關(guān)的表現下降之前的時(shí)間間隔內。從正態(tài)分布曲線(xiàn)的擬合中，排除了7只LE和5只LH大鼠。 這些動(dòng)物通常沒(méi)有離開(kāi)第一個(gè)花盆，可能是因為上述生命周期中最短的距離（26厘米）對于它們的起步來(lái)說(shuō)太長(cháng)了。LE而不是LH分布與正態(tài)曲線(xiàn)非常吻合。 LE大鼠的擬合高斯曲線(xiàn)的峰值在30 cm處，是最經(jīng)?？缭降木嚯x，有14只動(dòng)物跳躍。9只LH大鼠在26cm處達到高峰與lh組相比，LE組涉及的短距離和長(cháng)距離動(dòng)物較少。LH組的表現比LE組更均勻、分布更廣。

　　所有場(chǎng)合中最?？缭骄嚯x的比例: 百分之百意味著(zhù)動(dòng)物在所有試驗中達到了相同的距離（即高度穩定的性能），而低百分之百則表示性能可變（不穩定）。LE大鼠的平均modi平均值為56.2％±2.7％，高于LH大鼠的modi平均值45.6±2.5％。Modi的方式描述了大多數動(dòng)物的特征值（典型值）：兩種品系均為50％.

　　“不離開(kāi)”的大鼠數量: 相對于給定年齡參與實(shí)驗的所有大鼠， LH大鼠從19月齡時(shí)開(kāi)始繪制“不離開(kāi)”大鼠的比例。對于大鼠來(lái)說(shuō)，只有21月齡時(shí)才會(huì )顯示“不離開(kāi)”值，因為從21月齡時(shí)開(kāi)始，花盆的設置只包括18-22-23厘米的三角形。對于大鼠，這個(gè)值在26個(gè)月大之前大約是15-20%；此后，幾乎一直持續增加直到試驗期結束。在21-24月齡的衰退期，LE組和LH組的“不離開(kāi)”大鼠比例有顯著(zhù)差異。

　　跳躍大鼠數量：能夠跳躍的大鼠比例在年齡函數中呈鐘形曲線(xiàn)。跳躍動(dòng)物的數量一直增加到13月齡，直到19-20月齡才保持相對穩定。此后兩種品系都開(kāi)始減少。 在21至24個(gè)月之間，LE組的跳躍動(dòng)物的比例明顯高于LH組。32月齡后，沒(méi)有一只Long-Evans老鼠能跳下花盆。

　　結論：新建立的“跳罐”任務(wù)可能是研究運動(dòng)技能學(xué)習發(fā)展以及運動(dòng)系統損傷引起的年齡相關(guān)下降或缺陷的一個(gè)適當而簡(jiǎn)單的模型。這種方法對檢測大鼠衰老過(guò)程的開(kāi)始和進(jìn)展似乎很敏感。從訓練開(kāi)始到1歲左右，所描述的最后一個(gè)花盆裝置每周可用于幼鼠兩次，此時(shí)通常會(huì )達到個(gè)人最佳效果。隨后，可以進(jìn)行每月的持續訓練，直到動(dòng)物身體喪失能力為止。建議不要進(jìn)行超過(guò)3分鐘的更頻繁的測量和試驗，以避免失去移動(dòng)的動(dòng)力。當需要進(jìn)行藥物測試的實(shí)驗設計時(shí)，可以在一定時(shí)期內更頻繁地執行測試。為了提高任務(wù)難度，可以選擇改變花盆模式。根據大鼠與人類(lèi)年齡相關(guān)行為之間的經(jīng)驗對應關(guān)系，可能會(huì )測試潛在的增強藥物以改善運動(dòng)技能和/或程序記憶。