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電動轉輪（MRW）用于嚙齒動物的運動訓練，與跑步機裝置相比，電動轉輪對動物造成的壓力較小。然而，由于電動訓練轉輪的跑道由橫桿構成，實驗對象常常會通過抓住橫桿來中斷強制跑步訓練。因此，該轉輪更適合進行低強度和中等強度的跑步訓練。電動轉輪是眾多常用于動物研究的運動系統之一，用于評估體育鍛煉在改善健康和輔助康復方面的潛力。電動轉輪采用強制跑步機制，而非自愿跑步。這使得在研究過程中運動參數能夠保持一致。電動訓練轉輪由一個位于中心的電動輪子組成。該系統能夠實現低強度和中等強度的強制跑步訓練。輪子配備了紅外傳感器，用于追蹤實驗對象的運動。

裝置與設備：

電動轉輪由透明亞克力材料制成。輪子直徑為35厘米，寬15厘米。跑步跑道由橫桿構成。在輪子的一側，有一個四分之一圓形區域作為實驗對象的出入口。兩根三角形亞克力柱將跑步輪框架支撐在離地面12.4厘米的高度。使用附著在兩根三角形柱外側的1毫米厚的半圓形透明亞克力板，在0°到140°（有效運動區域）之間以70°的間隔放置8個紅外傳感器。這些亞克力板距離跑步輪側面約3厘米。輪子由中心電機驅動，并配有相關軟件，可控制訓練強度（低強度和中等強度）。

Fig1 定位轉輪（PRW）系統

（A）定位轉輪的設計圖：轉輪直徑為55厘米，寬15厘米。在轉輪的下半部分，每隔45度鉆有一個孔，用于安裝紅外傳感器。

（B）定位轉輪的實物圖：在亞克力轉輪的內側鋪設了一層高摩擦力的橡膠跑道。轉輪一側的四分之一圓形開口既是訓練動物的入口，也是出口。一根裝有軸承的鐵棒將轉輪與三角形立柱相連，支撐著轉輪。在轉輪跑道外側安裝有一個電機，電機通過一個安裝在中心軸上、長10厘米的橡膠圓盤與轉輪跑道相連。一個微控制器控制著電機，進而驅動轉輪運轉。在三角形立柱上安裝有一對半圓形的透明亞克力板，亞克力板中嵌入了四對紅外傳感器。

訓練方案：

在訓練前清潔電動轉輪。確保裝置光線充足。在可控環境中進行訓練，以防止不必要的刺激影響訓練效果。電動轉輪無需預訓練即可使用。不過，可以讓實驗對象在轉輪上進行訓練，使其熟悉裝置和輪子的加速情況。將實驗對象放入訓練輪中，根據實驗要求開始運動方案。建議不要讓實驗對象過度勞累，并給予適當的休息間隔。

在定位跑輪（PRW）實驗中，讓大鼠在 0° 到 135° 之間保持穩定的奔跑狀態。將該區域定義為有效運動區域，而將其他所有部分視為無效運動區域。對于傳統的改良跑輪，將有效運動區域定義為 0° 到 140° 之間的部分。使用無刷直流電機和電機驅動器來驅動跑輪。在電機的中心軸上安裝一個直徑為 10 厘米的橡膠圓盤。使用鐵架和彈簧來支撐電機，將電機中心軸上的橡膠圓盤與跑輪的外側連接起來。注意：彈簧必須與螺絲配合使用，以便動態調整電機的高度，并防止因彈簧松動而導致橡膠圓盤與跑輪軌道脫離。使用微控制器操作電機來驅動直徑為 10 厘米的橡膠圓盤，并觀察由于橡膠圓盤與跑輪跑道之間的摩擦力而使跑輪轉動，從而創建一個電動跑輪平臺。在 0° 到 135° 之間依次安裝四個紅外傳感器。使用單芯電纜將安裝在兩塊亞克力板上的四對紅外傳感器連接到微控制器的通用引腳上，從而形成一個定位跑輪系統。在正式開始為期 3 周的運動訓練前三天，通過手動操作跑輪來訓練大鼠（注意：目的是讓大鼠熟悉奔跑環境，并測試每只大鼠是否能承受 20 米/分鐘的奔跑速度）。在手動操作訓練期間，逐漸加快奔跑速度，直到大鼠跟不上節奏。當出現這種情況時，降低速度，直到大鼠恢復穩定的奔跑節奏，然后再逐漸提高速度，直到大鼠達到 20 米/分鐘。

當摔倒事件的發生次數達到大鼠位置檢測次數的 10% 閾值時，作為對訓練大鼠的安全措施，自動降低跑輪的速度。注意：降低跑輪的速度，直到大鼠能夠回到安全區域（0° 到 135°）并保持穩定的奔跑狀態，以確保安全。

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打開微控制器，等待操作人員按下按鈕，以啟動每周的訓練模型。

按下 “開始” 按鈕，啟動第 1 周的訓練模型。注意：電機根據自適應加速曲線自動加速，直到達到 20 米 / 分鐘，并在 30 分鐘后自動停止。

按下 “開始” 按鈕，啟動第 2 周的訓練模型。注意：電機根據自適應加速曲線自動加速，直到達到 30 米 / 分鐘，并在 30 分鐘后自動停止。

按下 “開始” 按鈕，啟動第 3 周的訓練模型。注意：電機根據自適應加速曲線自動加速，直到達到 30 米 / 分鐘，并在 60 分鐘后自動停止。注意：在整個訓練過程中，將從紅外傳感器接收到的信號數據無線傳輸到計算機。

中風后輕度運動效果的研究示例：

使用18月齡的雄性大鼠研究中風后輕度運動對反應性神經發生和軀體感覺恢復的影響。實驗對象被分為四組：久坐假手術組、運動假手術組、久坐中風組和運動中風組。手術后7天，運動組在電動轉輪上進行為期4周的訓練，在此期間速度和距離逐漸增加。久坐組被放置在靜止的電動轉輪中，時間與運動組相同。運動促進了軀體感覺功能的恢復。

數據分析：

• 跑動距離

• 跑步時間

• 在輪子上的位置

總結

電動轉輪是一種結構簡單、易于搭建的訓練裝置。該系統不使用任何諸如跑步機裝置中所采用的電擊等厭惡性刺激作為動力。電動轉輪提供兩種訓練強度級別，適合進行輕度運動訓練。與自愿跑步輪相比，使用電動轉輪能夠更好地控制運動參數。電動轉輪的跑步跑道由橫桿組成，實驗對象可能會抓住橫桿中斷訓練。該裝置適用于輕度強度訓練，不像定位轉輪那樣可用于高強度訓練。在電動轉輪上訓練要求實驗對象具備良好的運動和移動能力。在開始訓練前必須考慮實驗對象的體重，因為不同體重組的表現可能有所不同。對實驗對象過度訓練可能導致肌肉疲勞。因此，必須采用適當的訓練方案，并給予休息時間。

文獻引用：

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• Leasure, J. L., & Jones, M. (2008). Forced and voluntary exercise differentially affect brain and behavior. Neuroscience, 156(3), 456–465. doi:10.1016/j.neuroscience.2008.07.041

• Vina, J., Sanchis-Gomar, F., Martinez-Bello, V., & Gomez-Cabrera, M. C. (2012).Exercise acts as a drug; the pharmacological benefits of exercise. British Journal of Pharmacology, 167(1):1-12. doi: 10.1111/j.1476-5381.2012.01970.x