在神经科学、药理学与基础医学研究中，动物行为学实验（Animal Behavioral Test）是连接分子机制、神经环路调控与整体功能表型的核心桥梁。无论是鉴定基因工程动物的功能表型、评估神经精神疾病模型的构建效果，还是筛选中枢活性药物并评价其行为学安全性，行为学检测都是不可或缺的关键研究环节。常见的行为学检测体系大致可分为以下几类：

1.运动与平衡能力

评价动物基础运动能力、平衡协调性。代表性范式包括旷场实验（Open Field Test，OFT）、转棒实验（Rotarod Test）、平衡木实验（Beam Walk Test）、爬杆实验（Pole Test）、跑台实验（Treadmill Test）、圆筒实验（Cylinder Test）、步态实验（Footprint Test）等。

2.情绪行为

评估动物的抑郁、焦虑和恐惧等情绪状态。抑郁行为常用强迫游泳实验（Forced Swim Test，FST）、悬尾实验（Tail Suspension Test，TST）及糖水偏好实验（Sucrose Preference Test，SPT）等检测；焦虑行为则主要通过高架十字迷宫（Elevated Plus Maze，EPM）、OFT及明暗箱（Light-Dark Box，LDB）等范式进行评估；恐惧行为常用条件性恐惧实验（Fear Conditioning，FC）。

3.学习与记忆

检测动物的学习获取、记忆保持与空间认知能力，代表范式包括Morris水迷宫（Morris Water Maze，MWM）、Y迷宫实验（Y-maze Test）、新物体识别实验（Novel Object Recognition Test，NORT）等。

4.社交行为

观测动物的社交互动意愿、社交识别与社群行为模式，代表范式包括三箱社交实验（Three-Chamber Social Test）、居住-入侵实验（Resident-Intruder Test）、社会支配实验（Social Dominance Tube Test，亦称为钻管测试）等。

5.感觉功能

涵盖痛觉、听觉、嗅觉等模态的功能检测：痛觉范式包括福尔马林实验（Formalin Test）、热板实验（Hot Plate Test）等；听觉范式如听觉惊跳反射实验（Acoustic Startle Reflex，ASR）；嗅觉范式如嗅觉习惯化和去习惯化测试（Olfactory Habituation/Dishabituation）、嗅觉偏好测试（Olfactory Preference Test）等。

图1. 不同类型行为学范式示意图

a圆筒实验；b跑轮实验；c旋转实验；d转棒实验；e高架平衡木实验；f步态分析；g游泳实验；h阶梯取食实验；i听觉惊跳反射实验（图片来源：Brooks SP, Dunnett SB., Nat Rev Neurosci., 2009.）

其中运动与平衡能力是评价实验动物神经系统完整性的核心表型指标。运动功能指动物自主活动、姿态维持与协调动作的执行能力，依赖大脑皮层、基底节、小脑、脊髓及外周运动神经系统协同完成；平衡能力指静态与动态条件下维持重心稳定的能力，由前庭、视觉及本体感觉系统共同调控。

图2. 啮齿动物常用运动与平衡功能检测行为学范式示意图

A运动启动实验；B前肢功能测试；C平衡木实验；D爬杆实验；E步态分析；F转棒实验（图片来源：Sheta R et al., Front Aging Neurosci., 2024.）

根据检测维度，运动与平衡行为学范式可分为三类：

· 基础自主活动评估：旷场实验

· 平衡协调能力检测：圆筒实验、转棒实验、平衡木实验、爬杆实验、步态实验

· 运动耐力评价：跑台实验

其中旷场实验为综合初筛范式，后六者为专项检测范式。本篇将从核心原理、关键指标与适用场景等方面，系统梳理上述七种经典范式。

一、OFT——基础自主活动评估

OFT是评估动物自主运动活动量最常用的行为学范式之一。该实验由心理学家Calvin S. Hall于1934年首次建立，通过将动物置于一个新颖、开阔的封闭环境中，记录其自发活动轨迹，以量化基础运动能力。除此之外，该范式同时可用于动物焦虑样行为检测，相关情绪评价指标与解读将在后续行为学情绪专题中详细介绍。

1.基本原理

将动物放入陌生开阔的封闭箱体，动物在无外界强迫的条件下自由活动。通过正上方的视频追踪系统记录其自发运动轨迹。该范式反映中枢神经系统调控下的基础自主运动输出水平，不涉及学习或训练过程。

2.核心指标及含义

· 总移动距离（Total Distance Traveled）：最核心的基础指标，反映动物自主活动总量，距离缩短通常提示自主活动水平下降。

· 平均移动速度（Average Speed）：辅助判断运动能力，与总移动距离结合分析。

· 运动时间/静止时间占比：反映活动模式，静止时间过长需警惕僵直行为或运动缺陷。

3.适用场景

运动功能基线筛查、中枢药物镇静/兴奋效应初评。该范式无法精准评价平衡协调能力，不能单独作为运动功能缺陷的判定依据。

二、圆筒实验——前肢运动不对称性检测

圆筒实验是快速评估啮齿类动物前肢自主使用、单侧肢体运动缺损的经典简易范式，广泛用于单侧脑损伤、脑卒中、帕金森病（PD）模型前肢功能恢复检测。

1.基本原理

将动物放置于无遮挡透明垂直圆筒内，动物会自发直立抬起前肢、触碰筒壁支撑身体。通过统计动物直立触壁时单侧/双侧前肢使用频次，量化前肢运动控制、肢体使用偏好；单侧脑区损伤会显著降低损伤对侧前肢触壁占比，直观反映单侧精细运动缺损。该实验无需训练，操作门槛低，可快速筛查前肢运动不对称缺陷。

2.核心指标及含义

· 左/右前肢独立触壁次数：分别记录动物在垂直探索过程中仅使用左前肢或仅使用右前肢触碰筒壁的次数。

· 双前肢同时触壁次数：记录动物同时使用双侧前肢触碰筒壁的次数。

· 对侧前肢使用率：核心评价指标。计算公式为：对侧前肢（损伤侧）触壁次数/总触壁次数（同侧+对侧+双侧）×100%。数值越低，提示损伤侧前肢功能障碍越严重。

· 前肢使用不对称指数（Forelimb Asymmetry Score）：计算公式为：（同侧-对侧）/总触壁次数×100%。数值越接近0，代表双侧前肢使用行为越对称；正值越大，表示对同侧前肢（未受损侧）的偏好越强，单侧运动缺损越显著。

3.适用场景

脑卒中、皮质运动区损伤、PD、脊髓单侧损伤模型的前肢精细运动不对称评估；药物干预后肢体功能恢复程度定量检测。

操作要点：圆筒内壁光滑无凸起，小鼠常用直径15-20 cm、高20-40 cm；单次测试时长3-10 min，确保累计不少于20次触壁事件以保证统计可靠性；全程录像回放统计；每次测试后用75%乙醇彻底清洁圆筒；测试前擦干动物四肢，避免打滑影响直立触壁行为。

图3. 圆筒实验示意图

（图片来源：Brooks SP, Dunnett SB., Nat Rev Neurosci., 2009.）

三、转棒实验——运动协调与平衡金标准

转棒实验是评估啮齿类动物运动协调性与平衡能力最经典、应用最广泛的范式。对小脑、基底节损伤导致的共济失调高度敏感。

1.基本原理

将动物放置于水平旋转的横轴上，动物必须不断调整四肢以维持平衡、防止跌落。转棒通常采用恒速或匀加速两种测试模式，通过记录动物从棒上跌落的潜伏期以量化平衡维持能力。加速模式比恒速模式更能反映动物的运动协调学习能力与精细平衡控制。

2.核心指标及含义

· 跌落潜伏期（Latency to Fall）：动物在转棒上坚持行走直至跌落的总时间。潜伏期越长，提示运动协调能力与平衡维持能力越好。

· 跌落时的转速：加速模式下的辅助指标，反映动物可维持平衡的最高转速阈值。

3.适用场景

PD、亨廷顿病（HD）、共济失调、多发性硬化（MS）、脑卒中及自闭症谱系障碍（ASD）等疾病模型的运动协调功能障碍评估；神经保护与改善运动功能药物的药效筛选。

操作要点：正式实验前需进行2-3天适应性训练，确保动物掌握在旋转轴上行走的运动模式；所有组别转速参数、测试时长全程统一。

四、平衡木实验——精细运动协调检测

平衡木实验主要用于评估啮齿动物的精细运动协调与动态平衡能力。与转棒实验不同，平衡木实验要求动物在静止的窄梁上行走，更侧重于步态精细控制和肢体放置能力，可检出转棒实验无法识别的细微运动缺陷。

1.基本原理

强迫动物穿越一条悬空抬高的窄梁，终点设置安全暗盒作为引导；由于支撑面狭窄，动物需高度整合躯体感觉与运动皮层功能，精准控制肢体放置与躯干重心才能顺利通过。通过记录穿越时间与后肢滑落次数，量化精细运动控制与躯干平衡能力。

2.核心指标及含义

· 穿越时间（Time to Cross）：动物从起点到终点所需时间。时间越长提示运动协调能力越差。

· 后肢滑落次数：核心精细指标，指行走过程中后爪滑离梁面的次数，次数越多提示精细运动控制与平衡能力越差。

· 跌倒次数：反映动物存在严重的、全身性的平衡或运动功能障碍。

3.适用场景

脑卒中、脊髓损伤、周围神经损伤及神经退行性疾病的精细运动缺陷评价。尤其适用于单侧肢体运动功能受损的模型。

操作要点：采用由宽到窄的梯度横梁进行逐步适应性训练；横梁表面做防滑处理，下方铺设缓冲垫防止动物摔伤。

五、爬杆实验——运动迟缓与运动协调评估

爬杆实验是一种快速、简便的啮齿动物运动功能评估方法。该实验由Ogawa等人于1985年首次建立，最初用于评估MPTP诱导的PD模型小鼠的运动障碍。

1.基本原理

将动物头朝上放置于垂直竖立的杆的顶端，动物为返回地面会本能地转身向下攀爬，观测记录其转身并向下爬行的全过程，量化运动启动能力与肢体协调水平。该测试对黑质纹状体多巴胺能系统损伤具有较高灵敏度。

2.核心指标及含义

· 转身时间（T-Turn）：动物从放置到完成180°转身、头朝下的时间，直接反映运动启动迟缓程度。

· 下降总时间（T-Total）：从放置到四肢全部触及地面的总时间，反映整体运动功能水平。

3.适用场景

主要用于PD等基底节病变模型的运动迟缓与动作协调障碍评估，对黑质纹状体多巴胺能神经元损伤的检测灵敏度极高；亦常用于脑缺血、脑损伤模型的早期感觉运动功能缺损检测。

操作要点：小鼠常用杆直径8-10 mm、高度50-60 cm；杆表面做粗糙防滑处理；若动物由于严重运动障碍或肌强直从杆上直接滑落，通常记录为规定的最大截止截断值（如T-Turn=120 s，T-Total=120 s）。实验前必须进行充分的规范训练以确保动物掌握向下爬行的基本规则。

图4. 爬杆实验示意图

（图片来源：Sheta R et al., Front Aging Neurosci., 2024.）

六、步态实验——步态模式与运动协调检测

步态实验是通过分析动物行走时的足迹模式来评估步态（gait）与运动协调性（motor coordination）的重要范式。该实验可反映神经肌肉系统在行走过程中的整体协调状态。

1.基本原理

将动物双足涂染无毒颜料，使其在行走过程中于白纸上留下彩色足迹。通过测量足迹之间的距离与空间关系，量化步态参数。现代自动化系统（如CatWalk步态分析仪）可通过动物行走时爪印与玻璃平台的接触成像，由软件自动提取数十项步态参数。无论是传统手工法还是自动化系统，其核心原理一致——通过足迹的空间分布反映动物的步态模式与运动协调能力。

2.核心指标及含义

· 步幅长度（Stride Length）：同一侧肢体连续两次足迹之间的距离（如连续两个右后爪印的距离）。步幅缩短通常提示运动协调能力下降、肌力不足或运动迟缓。

· 足基宽度（Base Width）：左右两侧对应肢体足迹之间的横向距离。足基增宽反映平衡能力下降或躯干稳定性受损。

· 前后肢重叠距离（Overlap）：同侧前爪与后爪在同一行走周期中，足迹之间的纵向距离。健康动物同侧前、后足印通常存在正常重叠（即后爪“踩”在前爪留下的足迹附近），神经损伤后重叠程度降低、前后爪分离距离变大，提示肢体时序协调紊乱。

· 步序规律性指数（Regularity Index）：自动化系统提供的综合指标，反映步态模式的规律性与协调性。

3.适用场景

广泛应用于PD、肌萎缩侧索硬化（ALS）、脊髓损伤、周围神经损伤、骨关节炎及衰老等模型的行为表型鉴定与疾病进展评估。

操作要点：使用无毒、无刺激、可水洗的颜料；通道宽度须适中（过宽动物可转身，过窄引发应激），终点端设置暗箱，利用动物趋暗习性引导行走；正式统计仅选取跑道中段连续清晰足印，剔除起步、减速阶段的异常足迹；实验前开展1-2天适应性行走训练，保证动物稳定走完全程。

图5. 步态实验示意图

（图片来源：Sheta R et al., Front Aging Neurosci., 2024.）

七、跑台实验——运动耐力检测

跑台实验是定量评估啮齿动物运动耐力、步态特征与运动疲劳的重要范式。

1.基本原理

动物被放置在电动传送带上被迫持续跑步，传送带可根据实验需求灵活调节为恒速模式或递增负荷（递增速度或坡度）模式。为了激励动物持续保持奔跑状态，跑台末端通常配备微弱的电刺激格栅或恒定气流刺激区域。动物持续跑步直至力竭的总时间或累计总距离，即为其有氧运动耐力与抗疲劳能力的量化指标。

2.核心指标及含义

· 力竭时间（Time to Exhaustion）：动物持续跑步至力竭的总时长。力竭标准通常定义为：动物连续3次以上跌落至刺激网格或停留在刺激网格超过一定时间（如10-15 s）。具体判定标准因实验室protocol而异，需在方法学中明确记录。

· 总跑步距离：力竭时累计跑动距离。核心耐力指标，距离越长提示运动耐力与抗疲劳能力越强。

· 最大跑步速度：递增负荷模式下的辅助指标，反映动物可达到的运动强度上限。

3.适用场景

广泛应用于代谢性疾病（如肥胖、糖尿病）、心血管疾病、线粒体肌病、肌肉萎缩症及衰老研究中的运动耐力与整体运动功能评价。

操作要点：正式测试前必须进行至少2-3天循序渐进的适应性跑步训练。跑台末端电刺激强度须严格控制在适度应激范围内（避免过高电流引起组织损伤或过度应激反应干扰神经内分泌通路）。测试全程应维持行为学环境绝对安静。

八、结果解读与共性避坑

1.先排除混杂因素

解读结果前需确认动物无肢体外伤、体重异常、痛觉异常与过度应激。各组动物体重需严格匹配，过重会天然缩短跌落潜伏期、增加运动负荷，造成功能缺陷的假阳性判断。

2.训练与适应是前提

除旷场、圆筒实验外，转棒、平衡木、爬杆、步态和跑台实验均属需要训练的强迫性运动范式，动物存在学习和适应过程。正式测试前须进行连续2-3天的预训练，待所有动物基线表现稳定后再采集数据，以排除因“不会走/跑”导致的假阳性结果。

3.严控环境与节律变量

测试环境的光照、温度、噪音水平等需全程统一。啮齿类动物运动能力受昼夜节律影响显著，同一批次实验需在固定时间段内完成，且各组动物穿插测试，消除时间推移带来的系统误差。

4.多范式联合验证

单一范式仅能反映单一维度的运动功能。如需得出可靠结论，需至少搭配2种互补范式交叉验证，例如PD研究联合爬杆+转棒，脑卒中研究联合平衡木+圆筒，神经肌肉疾病研究联合步态+跑台。

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