動物実験装置
【課題】従来数週間から数カ月の訓練期間を要していたオペラント学習実験装置の問題を解決し、極めて短時間で学習が可能で、かつ、操作が容易な動物実験装置を提供する。
【解決手段】被検動物のオペラント学習行動を観察するための動物実験装置であって、被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、報酬が貯蔵された貯蔵部と、を備えた、動物実験装置により解決する。
【解決手段】被検動物のオペラント学習行動を観察するための動物実験装置であって、被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、報酬が貯蔵された貯蔵部と、を備えた、動物実験装置により解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物実験装置に関し、殊に、ラット、モルモット又はマウス等の被検動物に実験目的に応じた行動等をさせて脳機能の測定等を行う動物実験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検動物に特定の行動を学習させて実験を行う装置として、オペラント学習実験装置が知られている。一般的なオペラント学習実験装置は、レバーと、該レバーの反応に応じて報酬を与える供給部を備え、被検動物がレバー押し行動を学習する過程を心理学的に評価するための装置である。
【０００３】
例えば、被検動物にレバーを動かす行動を学習させるオペラント学習実験装置（いわゆるスキナー箱）では、スキナー箱に絶食させておいたネズミを入れ、ブザーが鳴ったとき平板形状のレバーを押すと報酬供給部からエサがもらえるようにしておくと、やがて、ネズミはブザーの音に反応してレバーを押すようになり、ブザーが鳴った直後にネズミがレバーを押す頻度（確率）が増加していく。
【０００４】
オペラント学習実験装置では、被検動物が偶然にレバーに接触することを契機に学習が始まり、偶然にレバーに接触することを繰り返して試行錯誤により、被検動物はレバーを動かすことと報酬を得ることとの相関を学習する。
【０００５】
このようなオペラント学習実験装置としては、例えば、特開２００８−２００００７号公報に、被検動物の胴部に沿う寸法の保定部内に被検動物が侵入するための入口部と被検動物の頭部がでる頭部開口部とを有する保定部と、被検動物の頭部を固定する頭部固定部と、被検動物が前肢で操作する操作部と、操作部の動作に応じて被検動物に報酬を供給する固定型の給水スパウトを備えた動物実験装置が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２００００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被検動物に特定の行動を学習させる場合、従来のオペラント学習実験装置では、被検動物が偶然にレバーに触れるまでの時間を要するため、学習開始に時間がかかること、偶然にレバーに触れることを繰り返す試行錯誤によりレバーの動作と報酬の供給との相関を学習するまでに時間がかかること等の問題があった。例えば、上記特許文献１のように頭部を固定するオペラント学習実験装置を用いた場合、特定の行動を被検動物に学習させるための時間として、数週間から数ヶ月の訓練期間を要していた。
【０００８】
また、神経生理学では、脳に電極を刺入して、被検動物の感覚や運動機能に対する脳の神経活動の応答を電極から検出して記録する。そのため、脳に電極を刺入する際、または電極からの応答を検出する際には、脳定位固定装置に被検動物の頭部を固定する必要があった。しかしながら、上述のように従来のオペラント学習実験装置では訓練に長期間を要していたため、頭部が固定されている被検動物にとって長期間の実験は強いストレスの原因となる。そのため、実験期間の長期化により研究開発の効率が著しく低下するのみならず、頭部の手術部位の皮膚・筋肉・骨組織に炎症や腫脹や出血や感染などの異常が生じやすくなって周辺組織ごと脆弱化するために、脳に電極を刺入することさえできなくなってしまうという問題があった。
【０００９】
さらに、従来のオペラント学習実験装置（特許文献１）では、被検動物に報酬を供給する報酬部の位置を調節することが難しく、実験者自身に熟練した技術を要していた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、従来数週間から数カ月の訓練期間を要していたオペラント学習実験装置の問題を解決し、極めて短時間で学習が可能で、かつ、操作が容易な動物実験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、従来のオペラント学習実験装置におけるレバーと報酬を供給する部品を一体型に形成することにより、被検動物が動作と報酬との関係を直感的に学習し、訓練期間が顕著に短縮されるとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づきなされたものであり、被検動物のオペラント行動を観察するための動物実験装置であって、被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、報酬が貯蔵された貯蔵部と、を備えた、動物実験装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る動物実験装置によれば、従来それぞれ分離していた操作部と報酬部を合一化した操作供給部を有するため、前肢で掴んで舌で舐めるという自然な動作をさせることが可能となり、動物は動作と報酬の関係を、極めて短期間で直感的に学ぶことができる。
【００１３】
また、従来の動物実験装置（特許文献１）は、被検動物に報酬を供給する報酬部の位置を調節する点に熟練した技術を要していたが、本発明に係る動物実験装置によれば、動物自ら操作供給部を掴んで舐めやすい位置に動かすため、報酬部の人為的な位置調節が不要となり、実験者は熟練した技術を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る動物実験装置の基本構成を示した図である。
【図２】操作供給部１０周辺の動作の一例を説明するための部分拡大図である。
【図３】被検動物（ラット）１００の頭部に被検動物装着金具８２を装着し、頭部固定部８０に被検動物の頭部を固定する様子を示す概略図である。
【図４】実験に用いたスキナー箱を示す図である。
【図５】ラットのレバー押し回数の結果を示す図である。
【図６】ラットが１時間のうち、レバーに触れた回数を示す図である。
【図７】実験に使用した動物実験装置の構成を示す図である。
【図８】実験で採用したスパウトレバー操作課題を示す図である。
【図９】実験１日目、２日目、３日目の各反応速度とタスク試行回数の関係をプロットした図である。
【図１０】実験１日目、２日目、３日目のスパウトレバーのストロークの軌跡を示す一例である。
【図１１】実験中の被検ラットがスパウトレバーを操作する様子を撮影した動画の連続写真である。
【図１２】被験ラット（計８頭）が合図音の直後にスパウトレバーを操作したことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の動物実験装置を実施するための形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る動物実験装置の基本構成を示した図である。図１に示すように、本実施形態の動物実験装置１は、操作供給部１０と、センサー２０と、制御部３０と、ポンプ４０と、貯蔵部５０を備えている。
【００１７】
本実施形態に係る動物実験装置に適用可能な動物としては、例えば、ラット、マウス、モルモット、イヌ、ネコ、サル等を挙げることができる。特に、本実施形態に係る動物実験装置は、学習能力は高くないと考えられるが、医学生物学研究に最も多用されているラットやマウスのような下等な哺乳動物にも適用できる。
【００１８】
操作供給部１０は、被検動物の一方の前肢で操作する操作レバー１２と、報酬Ｒを供給するための報酬供給口１４が一体的に形成されたものである。操作供給部１０を設置する位置は、被検動物が操作供給部１０を引きつけて口元に報酬供給口１４が届く位置であれば特に限定されないが、基本的には被検動物の左右どちらか一方の前肢で水平方向に引く／押す動作が可能な位置に設置されることが好ましい。その他、垂直方向に上下する動作が可能な位置に設置してもよく、斜め方向の動作が可能な位置に設置してもよい。
【００１９】
本実施形態では１つの操作供給部１０を備えた例を示しているが、操作供給部１０の数は複数設置してもよい。例えば、報酬Ｒの種類や供給量が異なる複数の操作供給部１０を設置しておけば、被検動物の報酬Ｒの種類に応じた行動（嗜好性）や運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００２０】
操作供給部１０の操作レバー１２は管状に形成され、内部は液体又は気体が通過可能な空洞になっている。空洞の直径は被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能であるが、例えば、ラット、マウス、モルモットを被検動物とする場合は、空洞の直径を１〜２ｍｍとすることが好ましい。操作供給部１０の長さについても、被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能である。
【００２１】
操作供給部１０の一部には、報酬供給口１４が形成され、この報酬供給口から液体状又は気体状の報酬Ｒが供給されるようになっている。報酬Ｒの種類は、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、液体状の報酬としては、例えば、水、糖類を含有する水、人工甘味料を含有する水、アルコールや経口薬剤を含有する水などを挙げることができる。また、気体状の報酬としては、例えば、タバコの煙やシンナーなど、常習性の物質を含有する空気などが挙げられる。
【００２２】
本実施形態においては、報酬供給口１４が操作レバー１２の先端に形成されている例を示したが、これに限定されることはなく、例えば、操作レバー１２の根元付近に形成しても、両端部の中間の位置に形成してもよい。
【００２３】
さらに、報酬供給口１４の数は１つに限定されることもなく、複数個形成されていてもよい。例えば、異なる複数個所の報酬供給口を設け、それぞれ異なる量の報酬Ｒが供給されるようにしておけば、被検動物はある報酬供給口を舐めるのと別の報酬供給口を舐めるように操作レバー１２の位置を被検動物自らが調整する行動をとるため、被検動物の運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００２４】
本実施形態において、操作供給部１０は棒状に形成された例を示したが、これに限定されず、操作供給部１０の全部又は一部が変形可能に形成されてもよい。例えば、操作供給部の中間を前上方へ湾曲させることにより、反対側の前肢では決して操作供給部に触らせないことが可能である。このことにより、従来のスキナー箱や動物実験装置などでは不可能であった、左右どちらか一方の前肢に限定して確実にレバーを操作させることを実現できる。また、棒状のままであっても、被験動物が操作しやすいように取っ手を付けたりグリップ状に太く変形してもよい。
【００２５】
操作供給部１０は支持部６０に固定され、支持部６０は後述するセンサー２０に軸支され、この軸を中心に回動可能となっている。これにより、被検動物が操作供給部１０のストロークと共に支持部６０も移動するようになっている。このとき、支持部の両側面に一対のマグネット６２（６２ａ、６２ｂ）を装着し、これに対面する一対のマグネット６４（６４ａ、６４ｂ）を設置することにより、被検動物が操作供給部１０を離した場合にマグネットの反発力によって所定の中立位置（ニュートラルポジション）に戻るため、被検動物が操作供給部１０をストロークしているか否かが容易に判別できるようになる。また、マグネット６４（６４ａ、６４ｂ）の位置を調整することにより、操作供給部の中立位置や操作に必要な力を任意に変更することができる。なお、マグネットの代わりにバネやオモリを用いてもよい。
【００２６】
また、支持部６０はＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３軸の粗動マニピュレータとなっており、被検動物の口元に操作供給部１０の報酬供給口１４が近づくように、前後、上下、左右を調節できるようになっている。さらに、操作供給部１０の水平方向の角度の変更も可能であり、被検動物から見て、操作供給部１０が斜め前方から伸びてくる、真横から伸びてくる、などを任意に調節できるようにもなっている。
【００２７】
操作供給部１０の位置を検出するためには、支持部６０にセンサー２０を取り付け、操作供給部１０の移動角度及び速度を検出して制御部に信号を発信するような構成とする。センサーとしては、例えば、エンコーダを使用し、操作供給部１０又は支持部６０の移動角度を電気信号に変換してコンピュータ等の制御部３０に認識させることにより検出することができる。
【００２８】
センサー２０は制御部３０に電気的に接続されており、制御部３０がセンサー２０からの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従って、ポンプ４０を駆動させる信号を発信する。
【００２９】
ポンプ４０は、制御部３０からの信号に基づいて貯蔵部５０から操作供給部１０に報酬Ｒを移送するための動力を与えるためのものである。ポンプ４０の種類は被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、ラット、マウス、モルモットを被検動物とする場合は、μｌ（マイクロリットル）単位で液体状又は気体状の報酬Ｒを移送することができるマイクロポンプを用いることが好ましい。
【００３０】
貯蔵部５０は報酬を貯蔵するためのものであり、一時的に報酬Ｒを貯蔵することができるものであれば、その形状や材質に限定はない。貯蔵部５０に貯蔵されている報酬Ｒは、チューブ７０を介して、ポンプ４０により一定量の報酬Ｒが操作供給部１０に移送されるとともに、報酬供給口１４から報酬Ｒが供給されるようになっている。
【００３１】
図２は、操作供給部１０周辺の動作の一例を説明するための部分拡大図である。なお、図２の説明は操作供給部１０周辺を上方から見た場合を想定している。図２（Ａ）に示すように、操作供給部１０に負荷がかかっていない状態の場合、すなわちニュートラルポジションにある場合は、マグネット（６２ａと６４ａ、６２ｂと６４ｂ）同士の反発力により、操作供給部１０が図示した位置に静止している。なお、上述のように、操作供給部１０の一方の端部にはチューブ７０が接続されており、操作供給部１０が支持部６０に固定され、さらに、支持部６０にはセンサー２０が回動可能に軸支されている。
【００３２】
図２（Ｂ）に示すように、実験動物が操作供給部１０に対して押し出す力（図面下方向）を加えると、センサー２０を軸として操作供給部１０が固定されている他の部品（チューブ７０、支持部６０、センサー２０）とともに図面下方向に回動する。移動角度は実験動物が操作供給部１０を押し出す力に応じるが、マグネット６４ｂがいわゆるストッパーの役割も果たすため、最大移動角度はマグネット６４ｂの設置位置により画定される。なお、このときの移動角度や速度はセンサー２０により検知される。
【００３３】
図２（Ｃ）に示すように、実験動物が操作供給部１０に対して引き寄せる力（図面上方向）を加えると、センサー２０を軸として操作供給部１０が固定されている他の部品（チューブ７０、支持部６０、センサー２０）とともに図面上方向に回動する。この場合はマグネット６４ａがストッパーの役割を果たし、最大移動角度が画定される。また、このときの移動角度や速度もセンサー２０により検知される。そして、プログラムで、押す（Ｐｕｓｈ）〜引く（Ｐｕｌｌ）というスパウトレバー操作課題をクリアした場合に報酬Ｒが供給されるように設定した場合は、このときに報酬Ｒが報酬供給口１４から報酬Ｒが供給される。その後、実験動物が操作供給部１０から手を離すと、再び図２（Ａ）に示すニュートラルポジションに操作供給部１０が戻る。
【００３４】
本実施形態の動物実験装置によれば、操作供給部１０が操作レバー１２に報酬供給口１４が形成されているため、被検動物が操作供給部１０をストロークして口元に引き寄せた際に報酬が供給されていることを即時に認識することができる。その結果、被検動物に動物実験装置のオペラント学習行動を学習させるための時間が従来の動物実験装置と比較して顕著に短縮することができる。
【００３５】
本実施形態の動物実験装置は、被検動物の頭部を固定する頭部固定部８０を備えることもできる。図３は、被検動物（ラット）１００の頭部に被検動物装着金具８２を装着し、頭部固定部８０に被検動物の頭部を固定する様子を示す概略図である。なお、図３の説明は本実施形態の動物実験装置１を側面から見た場合を想定している。
【００３６】
頭部固定部８０は、手術によって予め被検動物（ラット）１００の頭部に装着されている被検動物装着金具８２と、被検動物装着金具８２を頭部固定部８０に固定する金具固定部８４とを備える。金具固定部８４は、金具固定部支持部８６を介して、プレート８８に設置されている。被検動物装着金具８２は、被検動物（ラット）１００の頭骨に２本のアルミ製パイプ８２ａを取り付け、さらに固定用フレーム８２ｂを該パイプ８２ａに通して固定する手術を施すことにより、被検動物（ラット）１００の頭部に装着される。
【００３７】
なお、本実施形態の動物実験装置は、図１に示すように、スピーカー９０を備えることもできる。ネズミの可聴域（聞こえる音の高さ）には超音波も含むため、超音波も出力可能なスピーカー９０を選択することが好ましい。なお、音を発するタイミング、音量又は周波数等は、制御部３０により制御することができる。
【実施例】
【００３８】
１．頭部非拘束条件下における行動実験
（１）被検動物
Ｌｏｎｇ−Ｅｖａｎｓ系ＳＰＦラット（オス、体重１５０−２５０ｇ）を飼育アイソラック内の個別ケージ（室温２３℃、湿度５５％、明暗１２時間切替え）に搬入後、実験者や実験環境に数日間馴化させた。
【００３９】
行動実験の２日前より、被検ラット（計１０頭）に飼育ケージ内の飲水制限を課しておいた。
【００４０】
（２）実験方法
図１に示す動物実験装置１と図４に示すスキナー箱を用いた。図４（Ａ）はスキナー箱の内側から見た図であり、図４（Ｂ）はスキナー箱の外側から見た図である。スキナー箱の開口部に操作供給部１０としてのスパウトレバーが位置するよう、スパウトレバーを湾曲形成してある。
【００４１】
図４（Ａ）に示す板状の部品は、対照として従来の動物実験装置の構成と同じく、板状の標準的なスイッチ（標準レバー）としたものである。このスイッチ（標準レバー）に触れると、スパウトレバーの先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が報酬として噴出するようになっている。この場合、スパウトレバーは固定されている。
【００４２】
一方、図４（Ｂ）の場合、スパウトレバーは水平方向に可動するようになっており、スパウトレバーを前方に押すとその先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が報酬として噴出するようになっている。この場合、板状の標準的なスイッチ（標準レバー）は固定されている。
【００４３】
ラットが図４（Ｂ）に示すスパウトレバーを前方に押すとその先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が噴出し、その先端を舐めることができる実験条件をスパウトレバー・グループとし（５頭）、図４（Ａ）に示す標準レバーを押すとすぐ隣のスパウトレバーの先端から同量のサッカリン水を舐めることができる実験条件を標準レバー・グループ（５頭）として、両条件におけるレバー押し回数を比較した。実験は１頭ずつ１日１時間で２日間にわたり実施した。
【００４４】
（３）実験結果
実験結果を図５及び図６に示す。図５（Ａ）は標準レバー・グループの代表例としてラット＃７のレバー押し回数の結果を示す図であり、図５（Ｂ）はスパウトレバー・グループの代表例としてラット＃９のレバー押し回数の結果を示す図である。また、図６（Ａ）は標準レバー・グループのラットが１時間のうち、標準レバーに触れた回数を示す図であり、図６（Ｂ）は、スパウトレバー・グループのラットが１時間のうち、スパウトレバーに触れた回数を示す図である。
【００４５】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、標準レバー条件では、ラットのレバー押しの回数は伸び悩み、実験２日目もレバーに触れた回数が増加せず、学習効果は認められなかった。一方、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、スパウトレバー条件では、ラットは実験開始後まもなくスパウトレバーを押してサッカリン水を獲得できることを見出し、その後もレバー押し頻度の顕著な増加がみられた。さらに、スパウトレバー条件では、実験２日目の開始直後からレバー押しの反復がみられ、学習の効果が翌日も持続していたことが判明した。
【００４６】
このように、標準レバーと比べて、スパウトレバーを使用すると機械的操作により報酬を得るというオペラント学習の効果が劇的に高まることが明らかとなった。
【００４７】
２．頭部拘束条件下における行動実験
（１）被検動物
図３に示す被検動物装着金具８２をラット１００に装着した。すなわち、イソフルラン吸入麻酔下（導入４．５％／維持２−２．５％）、ラット１００の頭部を脳定位固定装置にイヤーバーで保定し、ステンレス製ネジと歯科用セメントを用いて、ラット１００の頭骸骨に、被検動物装着金具８２としてのアルミニウム製固定具を取り付ける外科的手術を施した。
【００４８】
手術中は体温・呼吸管理をおこない、滅菌された手術器具類を使用して手術部位を清潔に保つことに注意を払い、手術後数日間は十分な餌料と水を与えて体力を回復させた。
行動実験の２日前より、被検ラット１００に飼育ケージ内の飲水制限を課しておいた。
【００４９】
（２）実験方法
図７に示す動物実験装置を使用した。すなわち、図１に示す動物実験装置１と図３に示す頭部固定部８０を組み合わせた装置を構成し、ラット１００の頭部を頭部固定部８０に固定して、一日数時間、３日間にわたり聴覚誘発性のスパウトレバー操作課題の学習実験を行った。
【００５０】
具体的には、被検ラット１００は、頭部固定部８０の固定金具部８４に頭部を固定され、円筒状の保定器２００に胴体を預けることとなる。そして、被検ラット１００の口元近くに操作供給部１０としてのスパウトレバーを配置すると、ラット１００は自然にスパウトレバーを掴み舐めようとする。
【００５１】
ラット１００はスパウトレバーを適切に操作するたびに、報酬Ｒとして０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）を与えられた。実験期間中は飼育ケージ内の水分補給を制限するが、動物実験装置内において十分量の水分を課題遂行の報酬Ｒとして獲得でき、その飲水総量と体重変化は常に監視した。また、必要に応じて、飼育ケージ内においても水分を含む寒天塊を与えた。
【００５２】
図８は、この実験で採用したスパウトレバー操作課題を示す図である。この実験で採用したスパウトレバー操作課題は、スパウトレバーを前方に押し（Ｐｕｓｈ）、１秒以上保持すると（Ｈｏｌｄ＞１ｓ）スピーカー９０から合図音が鳴り（Ｃｕｅ）、すぐさまスパウトレバーを口元に引き寄せると（Ｐｕｌｌ）サッカリン水０．００５ｍｌが報酬Ｒとしてスパウトレバー先端から出てくる（Ｒｅｗａｒｄ）というものである。スパウトレバーの位置、操作タイミング、合図音、報酬供給などの課題条件は、制御部３０としてのコンピューターで設定し制御した。
【００５３】
（３）実験結果
結果を図９〜図１２に示す。図９は、代表的なラット１頭による実験１日目、２日目、３日目の各反応速度とタスク試行回数の関係をプロットした図である。スパウトレバーを保持し始めてから合図音が鳴るまでの時間（Ｃｕｅ ｏｎｓｅｔ）を徐々に長くしていくと、実験１日目の１５００試行を越えた頃から、合図音を待ってスパウトレバーを引くことを学習しつつあることが示されている。実験２日目では、すでに開始時から保持時間の後に合図音に合わせてスパウトレバーを引く学習が成立しており、３日目には保持１秒後の合図音で１０００試行を越える安定したレバー操作の反復がみられた。
【００５４】
図１０は、実験１日目、２日目、３日目のスパウトレバーのストロークの軌跡を示す一例である。実験１日目ではスパウトレバー操作が不規則で戸惑いがみられるが、２日目と３日目では無駄なく規則的にスパウトレバーを操作していることを示している。
【００５５】
図１１は、実験中の被検ラットがスパウトレバーを操作する様子を撮影した動画の連続写真であり、１秒間に３０フレームで、３３ミリ秒（０．０３３秒）おきに撮像したものである。なお、０秒（0.000"）はレバーの引き始めのタイミングを示す。被験ラットは右前肢で自然にスパウトレバーを掴んで、０．１〜０．２秒のわずかな間にうまく口元へ引き寄せていることを示している。
【００５６】
図１２は、被験ラットが合図音の直後にスパウトレバーを操作したことを示す図である。被験ラット８頭から得られた、実験３日目の後半４００試行の実験データの平均値（と標準偏差）であり、大きな単一ピークは、保持時間１秒（１０００ミリ秒）の直後に呈示される合図音（Ｃｕｅ）にすぐさま反応してスパウトレバーを引いたことを示している。このように、短期間（３日間）の効率よいレバー操作学習は、実験した８頭すべてで同様に観察された。
【００５７】
このように、本発明の動物実験装置を用いて頭部拘束条件下における行動実験を行った場合であっても、特に熟練した技術を必要とせず、極めて効率よく被検動物に学習させることが可能となり、頭部の手術部位の皮膚・筋肉・骨組織に炎症や腫脹や出血や感染などの異常も全く認められなかった。
【符号の説明】
【００５８】
１ 動物実験装置
１０ 操作供給部
１２ 操作レバー
１４ 報酬供給口
２０ センサー
３０ 制御部
４０ ポンプ
５０ 貯蔵部
６０ 支持部
６２（６２ａ、６２ｂ）、６４（６４ａ、６４ｂ） マグネット
８０ 頭部固定部
８２ 被検動物装着金具
８２ａ アルミ製パイプ
８２ｂ 固定用フレーム
８４ 金具固定部
８６ 金具固定部支持部
８８ プレート
９０ スピーカー
１００ 被検動物（ラット）
２００ 保定器
Ｒ 報酬
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物実験装置に関し、殊に、ラット、モルモット又はマウス等の被検動物に実験目的に応じた行動等をさせて脳機能の測定等を行う動物実験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検動物に特定の行動を学習させて実験を行う装置として、オペラント学習実験装置が知られている。一般的なオペラント学習実験装置は、レバーと、該レバーの反応に応じて報酬を与える供給部を備え、被検動物がレバー押し行動を学習する過程を心理学的に評価するための装置である。
【０００３】
例えば、被検動物にレバーを動かす行動を学習させるオペラント学習実験装置（いわゆるスキナー箱）では、スキナー箱に絶食させておいたネズミを入れ、ブザーが鳴ったとき平板形状のレバーを押すと報酬供給部からエサがもらえるようにしておくと、やがて、ネズミはブザーの音に反応してレバーを押すようになり、ブザーが鳴った直後にネズミがレバーを押す頻度（確率）が増加していく。
【０００４】
オペラント学習実験装置では、被検動物が偶然にレバーに接触することを契機に学習が始まり、偶然にレバーに接触することを繰り返して試行錯誤により、被検動物はレバーを動かすことと報酬を得ることとの相関を学習する。
【０００５】
このようなオペラント学習実験装置としては、例えば、特開２００８−２００００７号公報に、被検動物の胴部に沿う寸法の保定部内に被検動物が侵入するための入口部と被検動物の頭部がでる頭部開口部とを有する保定部と、被検動物の頭部を固定する頭部固定部と、被検動物が前肢で操作する操作部と、操作部の動作に応じて被検動物に報酬を供給する固定型の給水スパウトを備えた動物実験装置が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２００００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被検動物に特定の行動を学習させる場合、従来のオペラント学習実験装置では、被検動物が偶然にレバーに触れるまでの時間を要するため、学習開始に時間がかかること、偶然にレバーに触れることを繰り返す試行錯誤によりレバーの動作と報酬の供給との相関を学習するまでに時間がかかること等の問題があった。例えば、上記特許文献１のように頭部を固定するオペラント学習実験装置を用いた場合、特定の行動を被検動物に学習させるための時間として、数週間から数ヶ月の訓練期間を要していた。
【０００８】
また、神経生理学では、脳に電極を刺入して、被検動物の感覚や運動機能に対する脳の神経活動の応答を電極から検出して記録する。そのため、脳に電極を刺入する際、または電極からの応答を検出する際には、脳定位固定装置に被検動物の頭部を固定する必要があった。しかしながら、上述のように従来のオペラント学習実験装置では訓練に長期間を要していたため、頭部が固定されている被検動物にとって長期間の実験は強いストレスの原因となる。そのため、実験期間の長期化により研究開発の効率が著しく低下するのみならず、頭部の手術部位の皮膚・筋肉・骨組織に炎症や腫脹や出血や感染などの異常が生じやすくなって周辺組織ごと脆弱化するために、脳に電極を刺入することさえできなくなってしまうという問題があった。
【０００９】
さらに、従来のオペラント学習実験装置（特許文献１）では、被検動物に報酬を供給する報酬部の位置を調節することが難しく、実験者自身に熟練した技術を要していた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、従来数週間から数カ月の訓練期間を要していたオペラント学習実験装置の問題を解決し、極めて短時間で学習が可能で、かつ、操作が容易な動物実験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、従来のオペラント学習実験装置におけるレバーと報酬を供給する部品を一体型に形成することにより、被検動物が動作と報酬との関係を直感的に学習し、訓練期間が顕著に短縮されるとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づきなされたものであり、被検動物のオペラント行動を観察するための動物実験装置であって、被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、報酬が貯蔵された貯蔵部と、を備えた、動物実験装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る動物実験装置によれば、従来それぞれ分離していた操作部と報酬部を合一化した操作供給部を有するため、前肢で掴んで舌で舐めるという自然な動作をさせることが可能となり、動物は動作と報酬の関係を、極めて短期間で直感的に学ぶことができる。
【００１３】
また、従来の動物実験装置（特許文献１）は、被検動物に報酬を供給する報酬部の位置を調節する点に熟練した技術を要していたが、本発明に係る動物実験装置によれば、動物自ら操作供給部を掴んで舐めやすい位置に動かすため、報酬部の人為的な位置調節が不要となり、実験者は熟練した技術を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る動物実験装置の基本構成を示した図である。
【図２】操作供給部１０周辺の動作の一例を説明するための部分拡大図である。
【図３】被検動物（ラット）１００の頭部に被検動物装着金具８２を装着し、頭部固定部８０に被検動物の頭部を固定する様子を示す概略図である。
【図４】実験に用いたスキナー箱を示す図である。
【図５】ラットのレバー押し回数の結果を示す図である。
【図６】ラットが１時間のうち、レバーに触れた回数を示す図である。
【図７】実験に使用した動物実験装置の構成を示す図である。
【図８】実験で採用したスパウトレバー操作課題を示す図である。
【図９】実験１日目、２日目、３日目の各反応速度とタスク試行回数の関係をプロットした図である。
【図１０】実験１日目、２日目、３日目のスパウトレバーのストロークの軌跡を示す一例である。
【図１１】実験中の被検ラットがスパウトレバーを操作する様子を撮影した動画の連続写真である。
【図１２】被験ラット（計８頭）が合図音の直後にスパウトレバーを操作したことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の動物実験装置を実施するための形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る動物実験装置の基本構成を示した図である。図１に示すように、本実施形態の動物実験装置１は、操作供給部１０と、センサー２０と、制御部３０と、ポンプ４０と、貯蔵部５０を備えている。
【００１７】
本実施形態に係る動物実験装置に適用可能な動物としては、例えば、ラット、マウス、モルモット、イヌ、ネコ、サル等を挙げることができる。特に、本実施形態に係る動物実験装置は、学習能力は高くないと考えられるが、医学生物学研究に最も多用されているラットやマウスのような下等な哺乳動物にも適用できる。
【００１８】
操作供給部１０は、被検動物の一方の前肢で操作する操作レバー１２と、報酬Ｒを供給するための報酬供給口１４が一体的に形成されたものである。操作供給部１０を設置する位置は、被検動物が操作供給部１０を引きつけて口元に報酬供給口１４が届く位置であれば特に限定されないが、基本的には被検動物の左右どちらか一方の前肢で水平方向に引く／押す動作が可能な位置に設置されることが好ましい。その他、垂直方向に上下する動作が可能な位置に設置してもよく、斜め方向の動作が可能な位置に設置してもよい。
【００１９】
本実施形態では１つの操作供給部１０を備えた例を示しているが、操作供給部１０の数は複数設置してもよい。例えば、報酬Ｒの種類や供給量が異なる複数の操作供給部１０を設置しておけば、被検動物の報酬Ｒの種類に応じた行動（嗜好性）や運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００２０】
操作供給部１０の操作レバー１２は管状に形成され、内部は液体又は気体が通過可能な空洞になっている。空洞の直径は被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能であるが、例えば、ラット、マウス、モルモットを被検動物とする場合は、空洞の直径を１〜２ｍｍとすることが好ましい。操作供給部１０の長さについても、被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能である。
【００２１】
操作供給部１０の一部には、報酬供給口１４が形成され、この報酬供給口から液体状又は気体状の報酬Ｒが供給されるようになっている。報酬Ｒの種類は、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、液体状の報酬としては、例えば、水、糖類を含有する水、人工甘味料を含有する水、アルコールや経口薬剤を含有する水などを挙げることができる。また、気体状の報酬としては、例えば、タバコの煙やシンナーなど、常習性の物質を含有する空気などが挙げられる。
【００２２】
本実施形態においては、報酬供給口１４が操作レバー１２の先端に形成されている例を示したが、これに限定されることはなく、例えば、操作レバー１２の根元付近に形成しても、両端部の中間の位置に形成してもよい。
【００２３】
さらに、報酬供給口１４の数は１つに限定されることもなく、複数個形成されていてもよい。例えば、異なる複数個所の報酬供給口を設け、それぞれ異なる量の報酬Ｒが供給されるようにしておけば、被検動物はある報酬供給口を舐めるのと別の報酬供給口を舐めるように操作レバー１２の位置を被検動物自らが調整する行動をとるため、被検動物の運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００２４】
本実施形態において、操作供給部１０は棒状に形成された例を示したが、これに限定されず、操作供給部１０の全部又は一部が変形可能に形成されてもよい。例えば、操作供給部の中間を前上方へ湾曲させることにより、反対側の前肢では決して操作供給部に触らせないことが可能である。このことにより、従来のスキナー箱や動物実験装置などでは不可能であった、左右どちらか一方の前肢に限定して確実にレバーを操作させることを実現できる。また、棒状のままであっても、被験動物が操作しやすいように取っ手を付けたりグリップ状に太く変形してもよい。
【００２５】
操作供給部１０は支持部６０に固定され、支持部６０は後述するセンサー２０に軸支され、この軸を中心に回動可能となっている。これにより、被検動物が操作供給部１０のストロークと共に支持部６０も移動するようになっている。このとき、支持部の両側面に一対のマグネット６２（６２ａ、６２ｂ）を装着し、これに対面する一対のマグネット６４（６４ａ、６４ｂ）を設置することにより、被検動物が操作供給部１０を離した場合にマグネットの反発力によって所定の中立位置（ニュートラルポジション）に戻るため、被検動物が操作供給部１０をストロークしているか否かが容易に判別できるようになる。また、マグネット６４（６４ａ、６４ｂ）の位置を調整することにより、操作供給部の中立位置や操作に必要な力を任意に変更することができる。なお、マグネットの代わりにバネやオモリを用いてもよい。
【００２６】
また、支持部６０はＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３軸の粗動マニピュレータとなっており、被検動物の口元に操作供給部１０の報酬供給口１４が近づくように、前後、上下、左右を調節できるようになっている。さらに、操作供給部１０の水平方向の角度の変更も可能であり、被検動物から見て、操作供給部１０が斜め前方から伸びてくる、真横から伸びてくる、などを任意に調節できるようにもなっている。
【００２７】
操作供給部１０の位置を検出するためには、支持部６０にセンサー２０を取り付け、操作供給部１０の移動角度及び速度を検出して制御部に信号を発信するような構成とする。センサーとしては、例えば、エンコーダを使用し、操作供給部１０又は支持部６０の移動角度を電気信号に変換してコンピュータ等の制御部３０に認識させることにより検出することができる。
【００２８】
センサー２０は制御部３０に電気的に接続されており、制御部３０がセンサー２０からの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従って、ポンプ４０を駆動させる信号を発信する。
【００２９】
ポンプ４０は、制御部３０からの信号に基づいて貯蔵部５０から操作供給部１０に報酬Ｒを移送するための動力を与えるためのものである。ポンプ４０の種類は被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、ラット、マウス、モルモットを被検動物とする場合は、μｌ（マイクロリットル）単位で液体状又は気体状の報酬Ｒを移送することができるマイクロポンプを用いることが好ましい。
【００３０】
貯蔵部５０は報酬を貯蔵するためのものであり、一時的に報酬Ｒを貯蔵することができるものであれば、その形状や材質に限定はない。貯蔵部５０に貯蔵されている報酬Ｒは、チューブ７０を介して、ポンプ４０により一定量の報酬Ｒが操作供給部１０に移送されるとともに、報酬供給口１４から報酬Ｒが供給されるようになっている。
【００３１】
図２は、操作供給部１０周辺の動作の一例を説明するための部分拡大図である。なお、図２の説明は操作供給部１０周辺を上方から見た場合を想定している。図２（Ａ）に示すように、操作供給部１０に負荷がかかっていない状態の場合、すなわちニュートラルポジションにある場合は、マグネット（６２ａと６４ａ、６２ｂと６４ｂ）同士の反発力により、操作供給部１０が図示した位置に静止している。なお、上述のように、操作供給部１０の一方の端部にはチューブ７０が接続されており、操作供給部１０が支持部６０に固定され、さらに、支持部６０にはセンサー２０が回動可能に軸支されている。
【００３２】
図２（Ｂ）に示すように、実験動物が操作供給部１０に対して押し出す力（図面下方向）を加えると、センサー２０を軸として操作供給部１０が固定されている他の部品（チューブ７０、支持部６０、センサー２０）とともに図面下方向に回動する。移動角度は実験動物が操作供給部１０を押し出す力に応じるが、マグネット６４ｂがいわゆるストッパーの役割も果たすため、最大移動角度はマグネット６４ｂの設置位置により画定される。なお、このときの移動角度や速度はセンサー２０により検知される。
【００３３】
図２（Ｃ）に示すように、実験動物が操作供給部１０に対して引き寄せる力（図面上方向）を加えると、センサー２０を軸として操作供給部１０が固定されている他の部品（チューブ７０、支持部６０、センサー２０）とともに図面上方向に回動する。この場合はマグネット６４ａがストッパーの役割を果たし、最大移動角度が画定される。また、このときの移動角度や速度もセンサー２０により検知される。そして、プログラムで、押す（Ｐｕｓｈ）〜引く（Ｐｕｌｌ）というスパウトレバー操作課題をクリアした場合に報酬Ｒが供給されるように設定した場合は、このときに報酬Ｒが報酬供給口１４から報酬Ｒが供給される。その後、実験動物が操作供給部１０から手を離すと、再び図２（Ａ）に示すニュートラルポジションに操作供給部１０が戻る。
【００３４】
本実施形態の動物実験装置によれば、操作供給部１０が操作レバー１２に報酬供給口１４が形成されているため、被検動物が操作供給部１０をストロークして口元に引き寄せた際に報酬が供給されていることを即時に認識することができる。その結果、被検動物に動物実験装置のオペラント学習行動を学習させるための時間が従来の動物実験装置と比較して顕著に短縮することができる。
【００３５】
本実施形態の動物実験装置は、被検動物の頭部を固定する頭部固定部８０を備えることもできる。図３は、被検動物（ラット）１００の頭部に被検動物装着金具８２を装着し、頭部固定部８０に被検動物の頭部を固定する様子を示す概略図である。なお、図３の説明は本実施形態の動物実験装置１を側面から見た場合を想定している。
【００３６】
頭部固定部８０は、手術によって予め被検動物（ラット）１００の頭部に装着されている被検動物装着金具８２と、被検動物装着金具８２を頭部固定部８０に固定する金具固定部８４とを備える。金具固定部８４は、金具固定部支持部８６を介して、プレート８８に設置されている。被検動物装着金具８２は、被検動物（ラット）１００の頭骨に２本のアルミ製パイプ８２ａを取り付け、さらに固定用フレーム８２ｂを該パイプ８２ａに通して固定する手術を施すことにより、被検動物（ラット）１００の頭部に装着される。
【００３７】
なお、本実施形態の動物実験装置は、図１に示すように、スピーカー９０を備えることもできる。ネズミの可聴域（聞こえる音の高さ）には超音波も含むため、超音波も出力可能なスピーカー９０を選択することが好ましい。なお、音を発するタイミング、音量又は周波数等は、制御部３０により制御することができる。
【実施例】
【００３８】
１．頭部非拘束条件下における行動実験
（１）被検動物
Ｌｏｎｇ−Ｅｖａｎｓ系ＳＰＦラット（オス、体重１５０−２５０ｇ）を飼育アイソラック内の個別ケージ（室温２３℃、湿度５５％、明暗１２時間切替え）に搬入後、実験者や実験環境に数日間馴化させた。
【００３９】
行動実験の２日前より、被検ラット（計１０頭）に飼育ケージ内の飲水制限を課しておいた。
【００４０】
（２）実験方法
図１に示す動物実験装置１と図４に示すスキナー箱を用いた。図４（Ａ）はスキナー箱の内側から見た図であり、図４（Ｂ）はスキナー箱の外側から見た図である。スキナー箱の開口部に操作供給部１０としてのスパウトレバーが位置するよう、スパウトレバーを湾曲形成してある。
【００４１】
図４（Ａ）に示す板状の部品は、対照として従来の動物実験装置の構成と同じく、板状の標準的なスイッチ（標準レバー）としたものである。このスイッチ（標準レバー）に触れると、スパウトレバーの先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が報酬として噴出するようになっている。この場合、スパウトレバーは固定されている。
【００４２】
一方、図４（Ｂ）の場合、スパウトレバーは水平方向に可動するようになっており、スパウトレバーを前方に押すとその先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が報酬として噴出するようになっている。この場合、板状の標準的なスイッチ（標準レバー）は固定されている。
【００４３】
ラットが図４（Ｂ）に示すスパウトレバーを前方に押すとその先端から０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）が噴出し、その先端を舐めることができる実験条件をスパウトレバー・グループとし（５頭）、図４（Ａ）に示す標準レバーを押すとすぐ隣のスパウトレバーの先端から同量のサッカリン水を舐めることができる実験条件を標準レバー・グループ（５頭）として、両条件におけるレバー押し回数を比較した。実験は１頭ずつ１日１時間で２日間にわたり実施した。
【００４４】
（３）実験結果
実験結果を図５及び図６に示す。図５（Ａ）は標準レバー・グループの代表例としてラット＃７のレバー押し回数の結果を示す図であり、図５（Ｂ）はスパウトレバー・グループの代表例としてラット＃９のレバー押し回数の結果を示す図である。また、図６（Ａ）は標準レバー・グループのラットが１時間のうち、標準レバーに触れた回数を示す図であり、図６（Ｂ）は、スパウトレバー・グループのラットが１時間のうち、スパウトレバーに触れた回数を示す図である。
【００４５】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、標準レバー条件では、ラットのレバー押しの回数は伸び悩み、実験２日目もレバーに触れた回数が増加せず、学習効果は認められなかった。一方、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、スパウトレバー条件では、ラットは実験開始後まもなくスパウトレバーを押してサッカリン水を獲得できることを見出し、その後もレバー押し頻度の顕著な増加がみられた。さらに、スパウトレバー条件では、実験２日目の開始直後からレバー押しの反復がみられ、学習の効果が翌日も持続していたことが判明した。
【００４６】
このように、標準レバーと比べて、スパウトレバーを使用すると機械的操作により報酬を得るというオペラント学習の効果が劇的に高まることが明らかとなった。
【００４７】
２．頭部拘束条件下における行動実験
（１）被検動物
図３に示す被検動物装着金具８２をラット１００に装着した。すなわち、イソフルラン吸入麻酔下（導入４．５％／維持２−２．５％）、ラット１００の頭部を脳定位固定装置にイヤーバーで保定し、ステンレス製ネジと歯科用セメントを用いて、ラット１００の頭骸骨に、被検動物装着金具８２としてのアルミニウム製固定具を取り付ける外科的手術を施した。
【００４８】
手術中は体温・呼吸管理をおこない、滅菌された手術器具類を使用して手術部位を清潔に保つことに注意を払い、手術後数日間は十分な餌料と水を与えて体力を回復させた。
行動実験の２日前より、被検ラット１００に飼育ケージ内の飲水制限を課しておいた。
【００４９】
（２）実験方法
図７に示す動物実験装置を使用した。すなわち、図１に示す動物実験装置１と図３に示す頭部固定部８０を組み合わせた装置を構成し、ラット１００の頭部を頭部固定部８０に固定して、一日数時間、３日間にわたり聴覚誘発性のスパウトレバー操作課題の学習実験を行った。
【００５０】
具体的には、被検ラット１００は、頭部固定部８０の固定金具部８４に頭部を固定され、円筒状の保定器２００に胴体を預けることとなる。そして、被検ラット１００の口元近くに操作供給部１０としてのスパウトレバーを配置すると、ラット１００は自然にスパウトレバーを掴み舐めようとする。
【００５１】
ラット１００はスパウトレバーを適切に操作するたびに、報酬Ｒとして０．１％サッカリン水（０．００５ｍｌ）を与えられた。実験期間中は飼育ケージ内の水分補給を制限するが、動物実験装置内において十分量の水分を課題遂行の報酬Ｒとして獲得でき、その飲水総量と体重変化は常に監視した。また、必要に応じて、飼育ケージ内においても水分を含む寒天塊を与えた。
【００５２】
図８は、この実験で採用したスパウトレバー操作課題を示す図である。この実験で採用したスパウトレバー操作課題は、スパウトレバーを前方に押し（Ｐｕｓｈ）、１秒以上保持すると（Ｈｏｌｄ＞１ｓ）スピーカー９０から合図音が鳴り（Ｃｕｅ）、すぐさまスパウトレバーを口元に引き寄せると（Ｐｕｌｌ）サッカリン水０．００５ｍｌが報酬Ｒとしてスパウトレバー先端から出てくる（Ｒｅｗａｒｄ）というものである。スパウトレバーの位置、操作タイミング、合図音、報酬供給などの課題条件は、制御部３０としてのコンピューターで設定し制御した。
【００５３】
（３）実験結果
結果を図９〜図１２に示す。図９は、代表的なラット１頭による実験１日目、２日目、３日目の各反応速度とタスク試行回数の関係をプロットした図である。スパウトレバーを保持し始めてから合図音が鳴るまでの時間（Ｃｕｅ ｏｎｓｅｔ）を徐々に長くしていくと、実験１日目の１５００試行を越えた頃から、合図音を待ってスパウトレバーを引くことを学習しつつあることが示されている。実験２日目では、すでに開始時から保持時間の後に合図音に合わせてスパウトレバーを引く学習が成立しており、３日目には保持１秒後の合図音で１０００試行を越える安定したレバー操作の反復がみられた。
【００５４】
図１０は、実験１日目、２日目、３日目のスパウトレバーのストロークの軌跡を示す一例である。実験１日目ではスパウトレバー操作が不規則で戸惑いがみられるが、２日目と３日目では無駄なく規則的にスパウトレバーを操作していることを示している。
【００５５】
図１１は、実験中の被検ラットがスパウトレバーを操作する様子を撮影した動画の連続写真であり、１秒間に３０フレームで、３３ミリ秒（０．０３３秒）おきに撮像したものである。なお、０秒（0.000"）はレバーの引き始めのタイミングを示す。被験ラットは右前肢で自然にスパウトレバーを掴んで、０．１〜０．２秒のわずかな間にうまく口元へ引き寄せていることを示している。
【００５６】
図１２は、被験ラットが合図音の直後にスパウトレバーを操作したことを示す図である。被験ラット８頭から得られた、実験３日目の後半４００試行の実験データの平均値（と標準偏差）であり、大きな単一ピークは、保持時間１秒（１０００ミリ秒）の直後に呈示される合図音（Ｃｕｅ）にすぐさま反応してスパウトレバーを引いたことを示している。このように、短期間（３日間）の効率よいレバー操作学習は、実験した８頭すべてで同様に観察された。
【００５７】
このように、本発明の動物実験装置を用いて頭部拘束条件下における行動実験を行った場合であっても、特に熟練した技術を必要とせず、極めて効率よく被検動物に学習させることが可能となり、頭部の手術部位の皮膚・筋肉・骨組織に炎症や腫脹や出血や感染などの異常も全く認められなかった。
【符号の説明】
【００５８】
１ 動物実験装置
１０ 操作供給部
１２ 操作レバー
１４ 報酬供給口
２０ センサー
３０ 制御部
４０ ポンプ
５０ 貯蔵部
６０ 支持部
６２（６２ａ、６２ｂ）、６４（６４ａ、６４ｂ） マグネット
８０ 頭部固定部
８２ 被検動物装着金具
８２ａ アルミ製パイプ
８２ｂ 固定用フレーム
８４ 金具固定部
８６ 金具固定部支持部
８８ プレート
９０ スピーカー
１００ 被検動物（ラット）
２００ 保定器
Ｒ 報酬
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検動物のオペラント学習行動を観察するための動物実験装置であって、
被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、
操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、
センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、
制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、
報酬が貯蔵された貯蔵部と、
を備えた、動物実験装置。
【請求項２】
前記操作供給部が管状に形成された、請求項１に記載の動物実験装置。
【請求項３】
前記操作供給部の端部に前記報酬供給口が形成された、請求項１又は２に記載の動物実験装置。
【請求項４】
前記操作供給部は、変形可能に形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の動物実験装置。
【請求項５】
前記被検動物の頭部を固定する頭部固定部を備えた、請求項１に記載の動物実験装置。
【請求項１】
被検動物のオペラント学習行動を観察するための動物実験装置であって、
被検動物の一方の前肢で操作する操作部に報酬を供給するための報酬供給口が形成された操作供給部と、
操作供給部の動きを感知して制御部に信号を発信するセンサーと、
センサーからの信号を受信し、受信した信号に基づいて予め設定されたプログラムに従ってポンプを駆動させる信号を発信する制御部と、
制御部からの信号に基づいて貯蔵部から操作供給部に報酬を移送するための動力を与えるポンプと、
報酬が貯蔵された貯蔵部と、
を備えた、動物実験装置。
【請求項２】
前記操作供給部が管状に形成された、請求項１に記載の動物実験装置。
【請求項３】
前記操作供給部の端部に前記報酬供給口が形成された、請求項１又は２に記載の動物実験装置。
【請求項４】
前記操作供給部は、変形可能に形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の動物実験装置。
【請求項５】
前記被検動物の頭部を固定する頭部固定部を備えた、請求項１に記載の動物実験装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５７４６（Ｐ２０１３−５７４６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９８１０（Ｐ２０１１−１３９８１０）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５９３１７１５９２）学校法人玉川学園 (38)
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５９３１７１５９２）学校法人玉川学園 (38)
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