动物行为学新手入门攻略（22）|跑步机实验的原理和训练方案

引言

跑步机作为一种先进的运动系统，广泛应用于啮齿类动物的强迫训练研究中。其结构设计的简约性使得实验者能够轻松调节跑道带的速度和倾斜度，以适应不同的实验需求。

跑步机不仅是一个评估运动和训练对身体健康影响的工具，更是研究认知健康（Hwang等，2016）和心理健康（Costa等，2012）的重要平台。特别是在多跑道跑步机系统中，实验者可以同时观察不同治疗组的表现，从而更全面地了解各种因素对动物运动能力的影响。此外，跑步机还被广泛应用于身体疲劳（Dougherty、Springer和Gershengorn，2016）的研究，以及受伤后运动和行动功能恢复情况（English、Wilhelm和Sabatier，2011）的评估。

一、实验原理

小动物跑步机实验的核心原理是通过强迫动物在跑步机上运动，观察并记录其运动表现，从而评估不同因素对动物身体健康、认知健康以及心理健康的影响。跑步机的速度和倾斜度可以根据实验需求进行灵活调节，以模拟不同的运动强度和难度。同时，通过电击网或其他激励方式，可以确保动物在跑步过程中保持持续的运动状态。

二、设备

小动物跑步机（动物实验跑台）是实验的核心设备，适用于大、小鼠等啮齿类动物。该设备设计精巧，操作简便，所有参数设置均可通过仪器上的触摸屏完成。触摸屏不仅能够实时监测实验进度，显示实验结果，还方便实验者实时观察数据，及时修正实验方案。

跑步机的速度设定范围广泛，从1-60m/min，精度高达1mm/min，能够满足不同实验需求。此外，跑步机还具备匀速模式、加速模式以及定角度坡道模式等多种选择，使得实验者可以根据具体实验需求进行灵活设置。跑道可手动倾斜0-45°，以适应不同的运动强度。

跑步机的另一大特色在于其电击网格设计。当需要进行厌恶刺激时，可以对动物进行电击，电击范围0-5mA，精度0.1mA。这种设计能够确保动物在受到适度刺激的同时，不会受到过度的伤害。同时，设备还配备了专门用于设计实验方案及管理实验数据的软件，使得实验过程更加便捷、高效。

大小鼠通用跑步机，上海欣软，型号XR-PT-10B

三、实验方案

在实验开始前，需要对跑步机装置进行彻底的清洁，以防止任何残留的刺激物影响受试者的表现。同时，需要确保装置照明适当，并在不受干扰的环境中进行任务，以最大限度地减少外部刺激对表现的影响。

对于运动训练实验，受试者无需进行任何预训练。但是，在运动训练之前，可以让受试者熟悉跑步机和电击网，以最大限度地减少新异刺激引起的压力。运动训练和持续时间取决于调查类型。无论训练计划如何，受试者都必须有适当的休息时间，以防止肌肉疲劳。

3.1 预训练

预训练的目的是让受试者熟悉跑步机和电击网，减少新异刺激引起的压力。具体步骤如下：

• 关闭跑步机，将受试者放在跑步机的传送带上。
• 立即打开电击网，但此时不启动跑步机。
• 让受试者在不受限制的情况下探索跑道（至少1至3分钟），直到它探索了整个跑道并/或至少受到一次电击。
• 探索结束后，启动跑步机，缓慢增加速度，直到跑道开始移动。
• 确保受试者在移动而不是向电击网移动；如果没有移动，请用钢丝刷轻拍或用尾巴轻挠来鼓励它。
• 继续缓慢增加速度（最高可达10米/分钟），并在10分钟后停止跑步机。
• 让受试者在返回笼子前再次探索跑道。
• 在接下来的训练中，可以逐渐增加速度增量，进行15分钟的训练。根据需要重复此过程，直到受试者能够稳定地在跑步机上运动。

3.2 疲劳测试

疲劳测试的目的是评估受试者在持续运动下的疲劳程度。具体步骤如下：

• 将受试者放在跑步机上，并立即打开电击网。
• 以预定的速度启动跑步机并开始观察。
• 逐渐增加跑道的速度，直到受试者表现出明显的疲劳迹象。
• 如果受试者在靠近电击区或位于电击网（疲劳区）的一个身体长度的区域内停留超过5秒，则将其移除。
• 除非移除符合移除标准的受试者，否则不要中断测试。
• 在测试过程中，需要密切观察受试者的运动状态、呼吸频率以及身体姿势等指标，以评估其疲劳程度。

四、测试流程

• 实验准备：确保跑步机装置清洁、照明适当，并设置好实验参数。
• 受试者准备：将受试者放入跑步机传送带上，并让其熟悉环境。
• 启动跑步机：根据实验需求选择合适的速度模式和倾斜度，启动跑步机。
• 观察记录：密切观察受试者的运动状态，并记录跑步时间、行进距离、达到的最大速度等指标。
• 施加刺激：根据实验需求，在适当的时候施加厌恶刺激（如电击）。
• 结束实验：当受试者达到疲劳状态或实验时间结束时，停止跑步机并移除受试者。
• 数据处理：将实验数据导入软件进行分析处理，得出实验结果。

五、测试指标

小动物跑步机实验的主要测试指标包括：

• 跑步时间：受试者在跑步机上持续运动的时间。该指标能够反映受试者的耐力水平以及运动能力。
• 行进距离：受试者在跑步机上跑过的总距离。该指标能够直观地反映受试者的运动能力和运动强度。
• 达到的最大速度：受试者在跑步过程中达到的最高速度。该指标能够反映受试者的爆发力以及运动能力上限。
• 厌恶刺激的次数：在实验过程中施加厌恶刺激的次数。该指标能够反映受试者对厌恶刺激的耐受程度以及运动训练的效果。
• 在跑道上的平均位置：受试者在跑步过程中在跑道上的平均位置。该指标能够反映受试者的运动轨迹以及运动稳定性。
• 疲劳/力竭时间：受试者达到疲劳或力竭状态所需的时间。该指标能够反映受试者的耐力水平以及运动能力极限。

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