特許 6570483 拘束するシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6570483

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】拘束するシステム

(51)【国際特許分類】

   A01K 15/04 20060101AFI20190826BHJP

【ＦＩ】

   A01K15/04

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-129406(P2016-129406)

(22)【出願日】2016年6月29日

(65)【公開番号】特開2018-29487(P2018-29487A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2018年6月1日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア ベヌッチ

【審査官】 川野 汐音

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−００５７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０６５９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１８４９３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０６１１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１６８１０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｋ １／００− ３／００

Ａ０１Ｋ １５／０２−１５／０４

Ａ０１Ｋ ６７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マウスを飼育する、少なくとも一つの飼育ケージと、
少なくとも一つの第一の開口端部を有する、マウスが移動する通路と、
マウスを物理的に固定することによって当該マウスを拘束する拘束具と、を備え、
上記通路の、上記少なくとも一つの第一の開口端部が、上記少なくとも一つの飼育ケージと連結されており、
上記通路における、当該通路の上記少なくとも一つの第一の開口端部とは異なる場所に、上記拘束具が配置されており、
上記拘束具は、マウスの頭部に設置されたヘッドプレートを物理的に固定することによって当該マウスを拘束し、
上記拘束具はラッチングバーを備え、マウスが前進することによって上記ヘッドプレートとラッチングバーの下端とが接触して当該ラッチングバーは上方に押し上げられ、マウスがさらに前進すると当該ラッチングバーは重力によって下方に戻る、
マウスを拘束するシステム。

【請求項2】

上記拘束具は第一の上記ラッチングバーと第二の上記ラッチングバーとを備え、当該第二のラッチングバーは第一のラッチングバーより下流側に間隔をおいて設けられており、
マウスが前進することによって上記ヘッドプレートと第一のラッチングバーの下端とが接触して当該第一のラッチングバーは上方に押し上げられ、マウスがさらに前進すると当該第一のラッチングバーは重力によって下方に戻り、
マウスがさらに前進することによって上記ヘッドプレートと第二のラッチングバーの下端とが接触して当該第二のラッチングバーは上方に押し上げられ、マウスがさらに前進すると当該第二のラッチングバーは重力によって下方に戻る、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

マウスを飼育する、少なくとも一つの飼育ケージと、
少なくとも一つの第一の開口端部を有する、マウスが移動する通路と、
マウスを物理的に固定することによって当該マウスを拘束する拘束具と、を備え、
上記通路の、上記少なくとも一つの第一の開口端部が、上記少なくとも一つの飼育ケージと連結されており、
上記通路における、当該通路の上記少なくとも一つの第一の開口端部とは異なる場所に、上記拘束具が配置されており、
上記通路内におけるマウスの位置を検出するセンサを備え、
上記センサからの出力に基づき得られるマウスの位置情報に従って、上記拘束具の動作が自動的に制御される、
マウスを拘束するシステム。

【請求項4】

上記通路は、上記少なくとも一つの第一の開口端部とは異なる第二の開口端部を有し、
上記拘束具は、上記通路の第二の開口端部側に配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載のシステム。

【請求項5】

１）さらに、上記拘束具に拘束されているマウスに対して、当該マウスの活動データの取得を行う活動データ測定装置が配置されている、
及び／又は、
２）さらに、上記拘束具に拘束されている状態にあるマウスの所定の動作と関連付けして報奨を供給する学習装置が配置されている、
請求項１〜４の何れか一項に記載のシステム。

【請求項6】

上記拘束具に拘束されているマウスに対する、上記活動データ測定装置及び／又は上記学習装置の動作を自動的に制御する制御部を備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

閉じることによって、上記通路の内側空間を、上記第一の開口端部側の空間と上記拘束具側の空間とに隔てる、開閉可能な扉が設けられている、請求項１〜６の何れか一項に記載のシステム。

【請求項8】

センサからの出力に基づき得られるマウスの位置情報に従って、上記拘束具及び／又は上記扉の動作が自動的に制御される、
請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

上記拘束具は、マウスの頭部に設置されたヘッドプレートを物理的に固定することによって当該マウスを拘束し、
さらに、ヘッドプレートをガイドするガイド部が上記通路に設けられており、上記ガイド部は、上記拘束具に近づくに従い上り傾斜又は下り傾斜する部分を有し、
１）上記ガイド部は、上記通路における上記扉よりも上記拘束具側に設けられている、
及び／又は、
２）上記ガイド部は、上記拘束具に近づくに従い上り傾斜する傾斜部と、上記拘束具に近づくに従い下り傾斜する傾斜部と、ヘッドプレートの噛み込みが可能な所定の間隔をもって平行に伸長する伸長部とを有する、略Ｙ字形状をしたガイド部を構成している、
請求項７又は８に記載のシステム。

【請求項10】

上記通路の、上記少なくとも一つの第一の開口端部として複数個の第一の開口端部を備えており、
上記少なくとも一つの飼育ケージとして複数の飼育ケージを備えており、
上記第一の開口端部のそれぞれが異なる上記飼育ケージと連結されている、請求項１〜９の何れか一項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、実験動物等として用いられているマウスを拘束するためのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

マウスやラットは、基礎科学から応用科学の分野までにわたる様々な研究において汎用されている実験動物である。マウス及びラットはともに実験動物として望ましい特性（飼育がし易く、繁殖能力も旺盛であるなど）を共有しているが、マウスはラットと比較して体のサイズが相違している。この相違ゆえに、マウスは、単位面積当たりより多くの頭数を飼育可能であり、実際に、実験動物として最も多く飼育されている。

【0003】

近年は、特に神経科学の分野において、実験動物としてのマウスの重要性がさらに増してきている。マウスの重要な利点は、マウスにおいては、他の哺乳動物よりもより多くの遺伝的操作が行い得る点である。例えば、認識や感情等を研究する上でも、脳機能を解明する上でも、或いは、神経変性疾患等を含む様々な神経疾患に関連する医学的な課題を解明する上でも、マウスが実験動物として汎用されている。

【0004】

また、近年、神経科学の分野では、実験動物の頭部を固定する固定装置の利用が、非常にポピュラーになってきている。頭部の固定装置は、例えば、サブミクロンスケールでの樹状突起の動態の研究からミリメートルスケールでの神経集団の動態の研究までを含む、様々な研究テーマにおいて重要な役割をはたしている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Neuron.2013 October 16; 80(2):371-384

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

マウスもラットも同じげっ歯類であるが、取扱い性に関して、マウスの性質はラットとは異なる。ラットは総じて、その取扱いや訓練が比較的容易であり、拘束にも比較的寛容である。したがって、ラットは、頭部の固定装置を用いた、頭部の拘束を伴う実験を行うことも比較的容易であり、当該固定装置に対する自己拘束さえも比較的容易である（非特許文献１）。一方、マウスはヒトを非常に恐れるため、取扱いや拘束が難しく、特に、頭部の固定装置を用いた実験における取扱いや拘束が難しい。

【0007】

マウスを用いる利点の一つは、上述の通り、多くの頭数を飼育しながらハイスループットな実験を行うことができる点にある。しかし、頭部の固定装置等の拘束手段を用いてマウスを拘束する必要がある実験では、マウスを拘束する困難性が、実験をハイスループット化する上での大きな障害となっている。ましてや、実質的に人手を介さずに、マウスを拘束することは実現されていない。

【0008】

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、（１）頭部の自己拘束、（２）ハイスループット、（３）自動化された行動訓練、（４）多くの様々な訓練タスクに対する柔軟性、及び、（５）脳研究のための最先端の光学的技術（例えば、二光子イメージング、オプトジェネティックス）への適合、が可能な、新規なシステムを実現することにある。本発明の他の目的は、実質的に人手を介さずに、マウスを拘束することが可能な新規なシステムを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するため、本発明は以下に示す観点の少なくとも一つを含む。
１）マウスを飼育する、少なくとも一つの飼育ケージと、少なくとも一つの第一の開口端部を有する、マウスが移動する通路と、マウスを物理的に固定することによって当該マウスを拘束する拘束具と、を備え、上記通路の、上記少なくとも一つの第一の開口端部が、上記少なくとも一つの飼育ケージと連結されており、上記通路における、当該通路の上記少なくとも一つの第一の開口端部とは異なる場所に、上記拘束具が配置されている、マウスを拘束するシステム。
２）上記拘束具は、マウスの頭部に設置されたヘッドプレートを物理的に固定することによって当該マウスを拘束する、１）に記載のシステム。
３）さらに、ヘッドプレートをガイドするガイド部が上記通路に設けられており、上記ガイド部は、上記拘束具に近づくに従い上り傾斜又は下り傾斜する部分を有する、２）に記載のシステム。
４）上記通路は、上記少なくとも一つの第一の開口端部とは異なる第二の開口端部を有し、上記拘束具は、上記通路の第二の開口端部側に配置されている、１）〜３）の何れかに記載のシステム。
５）閉じることによって、上記通路の内側空間を、上記第一の開口端部側の空間と上記拘束具側の空間とに隔てる、開閉可能な扉が設けられている、１）〜４）の何れかに記載のシステム。
６）上記通路内におけるマウスの位置を検出するセンサを備える、１）〜５）の何れかに記載のシステム。
７）上記センサからの出力に基づき得られるマウスの位置情報に従って、上記拘束具及び／又は上記扉の動作が自動的に制御される、６）に記載のシステム。
８）さらに、上記拘束具に拘束されているマウスに対して、当該マウスの活動データの取得を行う活動データ測定装置が配置されている、１）〜７）の何れかに記載のシステム。
９）さらに、上記拘束具に拘束されている状態にあるマウスの所定の動作と関連付けして報奨を供給する学習装置が配置されている、１）〜８）の何れか一項に記載のシステム。
１０）上記拘束具に拘束されているマウスに対する、上記活動データ測定装置及び／又は上記学習装置の動作を自動的に制御する制御部を備える、８）又は９）に記載のシステム。
１１）上記通路の、上記少なくとも一つの第一の開口端部として複数個の第一の開口端部を備えており、上記少なくとも一つの飼育ケージとして複数の飼育ケージを備えており、上記第一の開口端部のそれぞれが異なる上記飼育ケージと連結されている、１）〜１０）の何れか一項に記載のシステム。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、比較的容易にマウスを拘束することが可能な新規なシステムを提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第一の実施形態に係るシステムの概略構成を示す図である。

【図2】本発明の第二の実施形態に係るシステムの概略構成を示す図である。

【図3】本発明の第一、第二の実施形態に係るシステムの変形例の要部構成を示す図である。

【図4】本発明の第三の実施形態に係るシステムの要部構成を示す図である。

【図5】発明されたシステムにおいて訓練された、頭部を拘束されたマウスの生理学的記録、及び、脳イメージングの結果を示す図であり、この生理学的記録、及び、脳イメージングは実施例１において実施された。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔第一の実施形態〕
以下、図１に基づいて、本発明の一実施形態に係るマウス拘束システムについて説明する。

【0013】

マウス拘束システム１００は、マウス６０の飼育ケージ１０と、マウス６０の通路２０と、マウス６０を拘束するヘッドプレート・ラッチ（拘束具）５０とを少なくとも備えている。

【0014】

飼育ケージ１０には、その容積等に応じて１匹又は複数匹のマウス６０が収容されており、複数匹の場合は、例えば、２０匹かそれ以下、好ましくは１０匹かそれ以下、より好ましくは４匹かそれ以下のマウス６０が収容されている。飼育ケージ１０内には、必要に応じて、マウス６０の餌場、トイレ等の、マウスの飼育に必要な設備が設けられている。飼育ケージ１０はペレット餌を有している。飲水は、訓練システムにおける飲み口（後述する給水ユニット７２）からのみ可能である（すなわち、水制御下での訓練パラダイムである）。

【0015】

（通路２０）
通路２０は、内部をマウス６０が通過可能な中空構造を持つ、筒状の構造体（第一の実施形態では中空な直方体形状の構造体）である。通路２０の両端は開口しており、一方を開口端部２１ａ（第一の開口端部）、他方を開口端部２１ｂ（第二の開口端部）と称する。開口端部２１ａを介して飼育ケージ１０から通路２０へマウス６０が移動可能なように、通路２０が飼育ケージ１０に連結されている。また、通路２０の開口端部２１ｂ側には、ヘッドプレート・ラッチ５０が配置されている。これにより、マウス６０が、通路２０を通って、ヘッドプレート・ラッチ５０と飼育ケージ１０との間を行き来が可能になっている。特に限定されないが、マウス６０が好んで通路２０内に侵入し易いように、通路２０の内部空間の断面積は、好ましくは７ｃｍ^２〜１５ｃｍ^２の範囲内であり、好ましくは９ｃｍ^２〜１２ｃｍ^２の範囲内である。さらに、通路２０が設けられる高さも特に限定されないが、通路２０の内側の底面が、飼育ケージ１０の内側の底面から１ｃｍ〜６ｃｍの高さ、好ましくは２ｃｍ〜４ｃｍの高さに位置するように設けられる。通路２０の内側の底面と、飼育ケージ１０の内側の底面との間のかかる高さの相違は、複数のマウス６０が通路２０へ自由に次々と侵入することを防止する。

【0016】

通路２０は、ケージ側通路２０ａ、中央部通路２０ｂ、及び、ラッチ側通路２０ｃの三つのポーションからなる。これらのポーションは長さが異なる以外は同じ構造を有しており、同軸配置されることによって、一つの連続した通路２０を構成している。ケージ側通路２０ａ、及び、ラッチ側通路２０ｃは共通の土台上に固定されている。中央部通路２０ｂは、重量センサ９０によって下方から支持されている。開口端部２１ａはケージ側通路２０ａに、開口端部２１ｂはラッチ側通路２０ｃに位置している。重量センサ９０によって計測された、中央部通路２０ｂ内にいるマウス６０の体重情報は、制御部９１に入力されてマウス拘束システム１００の動作の自動制御に用いられる。

【0017】

（自動ゲート８０）
マウス拘束システム１００には、上下動が可能に構成された、二つの自動ゲート（扉）８０ａ・８０ｂ（自動ゲート８０と総称する場合もある）が設けられている。自動ゲート８０ａは、ケージ側通路２０ａと中央部通路２０ｂとが、自動ゲート８０ａを介して互いにつながるように位置している。自動ゲート８０ａはその開放時には、自動ゲート８０ａの上面、ケージ側通路２０ａの下側内面、及び中央部通路２０ｂの下側内面が面一となって、通路２０の下側内面を構成する（図中のＣの状態）。自動ゲート８０ａはその閉鎖時には、ケージ側通路２０ａと中央部通路２０ｂとの間に挿入されるように上昇し、通路２０の内部空間を、開口端部２１ａ側とヘッドプレート・ラッチ５０とに隔てる（図中のＣ’の状態）。

【0018】

同様に、自動ゲート８０ｂは、中央部通路２０ｂとラッチ側通路２０ｃとが、自動ゲート８０ｂを介して互いにつながるように位置している。自動ゲート８０ｂはその開放時には、自動ゲート８０ｂの上面、中央部通路２０ｂの下側内面、及びラッチ側通路２０ｃの下側内面が面一となって、通路２０の下側内面を構成する（図中のＣの状態）。自動ゲート８０ｂはその閉鎖時には、中央部通路２０ｂとラッチ側通路２０ｃとの間に挿入されるように上昇し、通路２０の内部空間を、開口端部２１ａ側とヘッドプレート・ラッチ５０とに隔てる（図中のＣ’の状態）。

【0019】

（ビームセンサ２２）
マウス拘束システム１００には、通路２０内におけるマウス６０の位置を検出する複数のビームセンサ２２が設けられている。複数のビームセンサ２２のそれぞれは、照射源と、当該照射源とは反対側に位置するビーム受光素子とを有している。複数のビームセンサ２２それぞれの照射源は、マウス６０の位置を検出するために、ビーム受光素子に向けてビームを出射する。ビームセンサ２２ａは、ケージ側通路２０ａの近傍にセットされている。これによって、中央部通路２０ｂへマウス６０が入ることを監視可能とする。ビームセンサ２２ｂは、中央部通路２０ｂの近傍にセットされている。これによって、中央部通路２０ｂを通ってマウス６０が通過したことを監視可能とする。ビームセンサ２２ｃは、ヘッドプレート・ラッチ５０の近傍にセットされている。これによって、ヘッドプレート・ラッチ５０のところにマウス６０が到達したことを監視可能とする。複数のビームセンサ２２それぞれからの出力から得られるマウス６０の位置情報は、制御部９１に供給されて、マウス拘束システム１００の動作の自動制御に用いられる。

【0020】

（ヘッドプレート・ラッチ５０）
ヘッドプレート・ラッチ５０は、マウス６０の頭部に設置されたヘッドプレート６０ａを物理的に固定することによってマウス６０を拘束する。ヘッドプレート６０ａの寸法が、（１）通路２０の寸法、（２）ラッチ機構のジオメトリと共になって、マウス６０がヘッドプレート・ラッチ５０から逃げることを不可能にしている。ヘッドプレート６０ａは、（１）長手方向の中央部に貫通窓６０ａ_１を、（２）長手方向の両端に凹部６０ａ₂・６０ａ₂を有する。ヘッドプレート・ラッチ５０は、例えば、ヘッドプレート６０ａの凹部６０ａ₂・６０ａ₂にフィットするように形成された下向きの凸部を有する。ヘッドプレート・ラッチ５０が下方向に動いた場合、上記の凸部は、ヘッドプレート６０ａの凹部６０ａ₂・６０ａ₂にフィットして、マウス６０を拘束する。ヘッドプレート・ラッチ５０が上方向に動いた場合、マウス６０は拘束から解放される。代替的な構成では、ヘッドプレート・ラッチ５０が、マウス６０の頭部に設置されたヘッドプレート６０ａの側面と接触する。これによって、マウス６０が戻れないように、ヘッドプレート６０ａが固定される。これについては、のちほど、図３を参照しながら記述する。

【0021】

（活動データ測定装置５１）
マウス拘束システム１００はさらに、ヘッドプレート・ラッチ５０によって頭部を拘束されているマウス６０の、活動に関するデータ（活動データ）の取得を行う、活動データ測定装置５１が配置されている。活動データ測定装置５１は、ヘッドプレートを装着したマウスを対象とした各種観察に用いられる任意の装置であってよく、例えば、光学顕微鏡等の顕微鏡装置、光学マクロスコープ等のマクロスコープ装置、脳波測定装置、生理学的記録のための複数の電極、光遺伝学的（optogenetic)刺激のための光ファイバ等でありうる。活動データ測定装置５１は、ヘッドプレート６０ａの貫通窓６０ａ_１を介して、マウス６０の脳波（脳波測定装置の場合）や、脳内の顕微鏡画像や脳内のマクロスコープ画像（顕微鏡装置又はマクロスコープ装置の場合）等を活動データとして取得する。

【0022】

（給水ユニット７２、ハンドル７１）
マウス拘束システム１００はさらに、開口端部２１ｂ側に、給水ユニット（誘引物質の供給装置を兼ねる）７２と、ハンドル（マウスの動作入力装置を兼ねる）７１とを備えている。給水ユニット７２は、一例として、ヘッドプレート・ラッチ５０によって拘束されているマウス６０がハンドル７１を回転させる等の所定の動作を行った場合に、マウス６０に対して所定量の水を供給する。すなわち、給水ユニット７２とハンドル７１とは、ヘッドプレート・ラッチ５０によって拘束されているマウス６０の所定の動作と関連付けして報奨としての水を供給する学習装置７０として機能する。給水ユニット７２は、他の例として、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０側に誘引するために、マウス６０に対して所定量の水（誘引物質）を供給する。

【0023】

（制御部９１）
制御部９１は、マウス拘束システム１００の動作を自動的にか半自動的に制御する。マウス拘束システム１００では、複数のビームセンサ２２のそれぞれ、自動ゲート８０、重量センサ９０、ヘッドプレート・ラッチ５０、活動データ測定装置５１、ハンドル７１、及び、給水ユニット７２がそれぞれ、制御部９１と有線でか無線で接続されており、制御部９１との間で情報出力及び／又は情報入力が可能となっている。これによって、制御部９１が、例えば、複数のビームセンサ２２それぞれからの出力に基づき得られたマウス６０の位置情報に従って、ヘッドプレート・ラッチ５０及び／又は自動ゲート８０の動作を自動的に制御する。あるいは、制御部９１が、ヘッドプレート・ラッチ５０に拘束されているマウス６０に対する、活動データ測定装置５１及び／又は学習装置７０（給水ユニット７２とハンドル７１）の動作を自動的に制御する。

【0024】

なお、制御部９１は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。また、制御部９１は、複数のブロックから構成され、各ブロックが異なる機器（マウス拘束システム１００を構成する機器）の動作の制御を受け持つように構成されていてもよい。

【0025】

以下、これらに特に限定されるものではないが、制御部９１を介した、マウス拘束システム１００の動作制御の一例を、具体的に説明する。このような動作制御によって、実質的に人手を介さずに（すなわち効率に優れかつマウスの恐怖心を抑えつつ）、マウスを拘束することが可能な新規なシステムを実現できる。また、飼育ケージ１０に格納するマウスの頭数を増やせば、ハイスループット化することも容易である。

【0026】

＜態様１＞ ヘッドプレート・ラッチ５０側へ導くべきマウスのスクリーニング
まず、制御部９１は、自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも開いた状態となるようにその動作を制御し、マウス６０が、飼育ケージ１０と通路２０とを自由に行き来可能としておく。マウス６０が、中央部通路２０ｂに入ったことをビームセンサ２２ａが検知すると、制御部９１は、自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも閉めるようにその動作を制御する。このとき、中央部通路２０ｂ内にいるマウス６０の体重を、重量センサ９０が自動測定する。重量センサ９０が自動測定したマウス６０の体重が所定の基準を満たす値であれば、制御部９１は、自動ゲート８０ａを閉めたまま自動ゲート８０ｂを開くようにその動作を制御し、マウス６０が、ヘッドプレート・ラッチ５０側（ラッチ側通路２０ｃ側）に移動できるようにする。ビームセンサ２２ｂによって、ヘッドプレート・ラッチ５０側へのマウス６０の移動を確認すると、制御部９１は、自動ゲート８０ｂを再び閉めるようにその動作を制御する。一方、マウス６０の体重が所定の基準を満たさない値であれば、制御部９１は、自動ゲート８０ｂを閉めたまま自動ゲート８０ａを開くようにその動作を制御し、マウス６０が、飼育ケージ１０側に戻ることができるようにする。すなわち、この態様１では、自動ゲート８０の開閉の動作を、複数のビームセンサ２２からの出力に基づき得られるマウス６０の位置情報と、重量センサ９０からの出力に基づき得られるマウス６０の体重情報とを用いて、制御部９１が自動的に制御する。このようにして、マウス拘束システム１００では、ヘッドプレート・ラッチ５０側へ導くべきマウスをその体重に応じて自動的にスクリーニング可能である。

【0027】

＜態様２＞ ヘッドプレート・ラッチ５０に対する馴化訓練
まず、制御部９１は、自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも開いた状態となるようにその動作を制御し、マウス６０が、飼育ケージ１０と通路２０とを自由に行き来可能としておく。マウス６０が、ラッチ側通路２０ｃに入ったことをビームセンサ２２ｂが検知すると、制御部９１は、自動ゲート８０ｂを閉めるようにその動作を制御してもよいが、自動ゲート８０ｂを開いたままとするようにその動作を制御してもよい。制御部９１は、給水ユニット７２が、必要に応じて、所定のタイミング（例えば、ビームセンサ２２ａがマウス６０を検出したタイミング）で、所定量の水の供給を継続的に行うようにその動作を制御して、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０側に誘引する。ヘッドプレート・ラッチ５０によるヘッドプレート６０ａの固定が可能な領域へのマウス６０の移動を、ビームセンサ２２ｃによって確認すると、制御部９１は、ヘッドプレート・ラッチ５０の動作を制御して、ヘッドプレート６０ａを固定する。これによって、マウス６０は、移動できないように拘束される。なお、初めのうちは、ヘッドプレート・ラッチ５０によってヘッドプレート６０ａを軽く固定することで、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０に慣れさせるようにしてもよい。次いで、所定の時間が経過した後、制御部９１は、ヘッドプレート・ラッチ５０の動作を制御してヘッドプレート６０ａを固定状態から開放し、かつ、この動作に連動して自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも開いた状態となるように動作を制御して、マウス６０が飼育ケージ１０側に戻れるようにする。この操作を同一のマウス６０に対して１回行うか好ましくは反復して行うことによって、マウス６０がヘッドプレート・ラッチ５０に対して徐々に慣れてくる。飼育ケージ１０内に複数のマウス６０が飼育されている場合は、これら複数のマウスに対して同時進行で、ヘッドプレート・ラッチ５０に対する馴化訓練を自動的に行うことができる。

【0028】

すなわち、この態様２では、自動ゲート８０の開閉、給水ユニット７２の給水動作、及び、ヘッドプレート・ラッチ５０の固定・開放動作を、複数のビームセンサ２２それぞれからの出力に基づき得られるマウス６０の位置情報や、機器相互間（ヘッドプレート・ラッチ５０と自動ゲート８０ａ・８０ｂとの間）の動作情報に基づいて、制御部９１が自動的に制御する。

【0029】

なお、上述した＜態様１＞の方法を用いて、この馴化訓練に参加させるマウスをその体重に応じて自動的にスクリーニングするようにしてもよい。

【0030】

＜態様３＞ 学習訓練〜マウスの活動データの取得
まず、制御部９１は、自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも開いた状態となるようにその動作を制御し、マウス６０が、飼育ケージ１０と通路２０とを自由に行き来可能としておく。マウス６０が、ラッチ側通路２０ｃに入ったことをビームセンサ２２ｂが検知すると、制御部９１は、自動ゲート８０ｂを閉めるようにその動作を制御することが好ましい。ヘッドプレート・ラッチ５０によるヘッドプレート６０ａの固定が可能な領域へのマウス６０の移動を、ビームセンサ２２ｃによって確認すると、制御部９１は、ヘッドプレート・ラッチ５０の動作を制御してヘッドプレート６０ａを固定する。これによって、マウス６０は、移動できないように拘束される。なお、ヘッドプレート・ラッチ５０によってヘッドプレート６０ａを軽く固定することで、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０に慣れさせるようにしてもよい。給水ユニット７２とハンドル７１とは学習装置を構成する。ヘッドプレート・ラッチ５０に拘束されている状態にあるマウス６０が、ハンドル７１を回転させるなどの所定の動作を行った場合に、制御部９１は、その動作と関連付けして給水ユニット７２から水（報奨）を供給するようにその動作を制御する。次いで、制御部９１は、ヘッドプレート・ラッチ５０の動作を制御してヘッドプレート６０ａを固定状態から開放し、この動作に連動して自動ゲート８０ａ・８０ｂを何れも開いた状態となるようにその動作を制御して、マウス６０が飼育ケージ１０側に戻れるようにする。この操作を同一のマウス６０に対して１回行うか好ましくは反復して行うことによって、マウス６０は、ハンドル７１を回転させるなどすれば、給水ユニット７２から水が供給されるということを学習する。飼育ケージ１０内に複数のマウス６０が飼育されている場合は、これら複数のマウスに対して同時進行で、この学習訓練を自動的に行うことができる。

【0031】

また、ヘッドプレート・ラッチ５０に拘束されている状態にあるマウス６０に対して、活動データ測定装置５１を用いてこのマウス６０の活動データを取得してもよい。活動データの取得は、上述した学習訓練が施されたマウス６０を対象として行うことが好ましい。

【0032】

すなわち、この態様３では、自動ゲート８０の開閉、給水ユニット７２の給水動作、活動データ測定装置５１の測定動作、及び、ヘッドプレート・ラッチ５０の固定・開放動作を、複数のビームセンサ２２それぞれからの出力に基づき得られるマウス６０の位置情報や、ハンドル７１からの出力（マウス６０によるハンドルの回転動作に起因する出力）や、機器相互間（ヘッドプレート・ラッチ５０と自動ゲート８０ａ・８０ｂとの間や、給水ユニット７２とハンドル７１との間や、ヘッドプレート・ラッチ５０と活動データ測定装置５１との間等）の動作情報に基づいて、制御部９１が自動的に制御する。

【0033】

なお、上述した＜態様１＞の方法を用いて、この学習訓練に参加させるマウスをその体重に応じて自動的にスクリーニングするようにしてもよい。

【0034】

（マウス拘束システムの変形的な構成例）
マウス拘束システム１００は、図１に示すハンドル７１に代えて、マウス６０の動作入力を受け付ける他の装置を備えていてもよい。

【0035】

図１に示す給水ユニット７２に代えて、報奨として或いは誘引物質として、餌その他をマウスに与える報奨／誘引物質供給ユニットを設けてもよい。マウスに餌を与える場合は、報奨／誘引物質供給ユニットは給餌ユニットである。この場合、上記の動作入力装置と報奨／誘引物質供給ユニットとがマウスの学習装置を構成する。

【0036】

マウス拘束システム１００は、図１に示す制御部９１を省略するかその自動制御の範囲を制限し、マウス拘束システム１００を構成する機器の少なくとも一部を手動で動かすようにしてもよい。この構成でも、飼育ケージ１０と、ヘッドプレート・ラッチ５０が設けられた通路２０とが連結されていることによって、人手の介入を抑え、マウス６０の恐怖心を低減しながら、比較的容易にヘッドプレート・ラッチ５０を用いてマウスを拘束することが可能になる。ただし、制御部９１が、１）複数のビームセンサ２２それぞれからの出力に基づき得られるマウス６０の位置情報に従って、少なくともヘッドプレート・ラッチ５０及び／又は自動ゲート８０の動作を自動的に制御すること、或いは、２）少なくとも、ヘッドプレート・ラッチ５０に拘束されているマウス６０に対する、活動データ測定装置５１及び／又は学習装置７０の動作を自動的に制御すること、が好ましい。より人手の介入を抑制し、作業効率が上がるうえ、マウス６０の恐怖心をより一層低減することができるからである。

【0037】

なお、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０による固定に慣れさせるという目的のみを考えれば、図１に示す構成のうち、少なくとも飼育ケージ１０、通路２０、及びヘッドプレート・ラッチ５０を備えていればよく、他の構成は必須ではない。

【0038】

〔第二の実施形態〕
以下、図２に基づいて、本発明の他の実施形態に係るマウス拘束システムについて説明する。なお、図１に示す構成と共通する構成については同一の部材番号を付し、その説明は反復して行わない。

【0039】

図２に示すマウス拘束システム２００と、図１に示すマウス拘束システム１００とは、ラッチ側通路２０ｃの内部構造のみが相違している。特に、マウス拘束システム２００は、ラッチ側通路２０ｃの内側の両側面上に取り付けられた板状の部材を備えてなる、馴化用ユニット（ヘッドプレート用のガイド部）２３を含んでいる。この板状の部材それぞれは、飼育ケージ１０側からヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従い、下り傾斜する傾斜部（ガイドレール）２３ａを有している。

【0040】

馴化用ユニット２３は、その傾斜部２３ａが、マウス６０の装着するヘッドプレート６０ａと当接して、ヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従って、マウス６０の上方向への動きの規制を段階的に強める（マウス６０の上方向の動きの自由度を徐々に低下させる）ガイド部として機能する。ただし、馴化用ユニット２３は、マウス６０が、ヘッドプレート・ラッチ５０、給水ユニット７２、及びハンドル７１へアクセスすることを妨げない。これにより、マウス６０の恐怖心が急激に増大することを和らげながら、より容易にヘッドプレート・ラッチ５０を用いてマウスを拘束することや、マウス６０をヘッドプレート・ラッチ５０による固定により容易に慣れさせることが可能となる。

【0041】

（馴化用ユニットの変形的な構成例）
図２に示す馴化用ユニット２３に代えて、図３に示す馴化用ユニット２３’を設けることもできる。馴化用ユニット２３’は、ラッチ側通路２０ｃの内側の両側面上に取り付けられる板状の部材を備える。この板状の部材それぞれは、飼育ケージ１０側からヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従い下り傾斜する傾斜部（ガイドレール）２３ａ’と、飼育ケージ１０側からヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従い上り傾斜する傾斜部（ガイドレール）２３ｂ’とを有している。ヘッドプレート・ラッチ５０側において、傾斜部２３ａ’と、傾斜部２３ｂ’とは、ヘッドプレート６０ａの噛み込みが可能な所定の間隔（例えば、ヘッドプレート６０ａの厚みよりやや大きい間隔）をもって平行に伸長する平行部（拘束溝）２３ｃ’を有し、平行部２３ｃ’のヘッドプレート・ラッチ５０側の端は閉じている。すなわち、傾斜部２３ａ’と傾斜部２３ｂ’とは、略Ｙ字形状をしたガイド部を構成し、マウス６０の装着するヘッドプレート６０ａと当接して、ヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従って、マウス６０の上下方向への動きの規制を段階的に強める。ヘッドプレート６０ａが平行部２３ｃ’に噛み込んでいる状態では、マウス６０は実質的に上下方向へ動けないが、給水ユニット７２、及びハンドル７１へアクセスすることは妨げない。かかる状態では、マウス６０の恐怖心が急激に増大することを抑えられるため、ヘッドプレート・ラッチ５０を用いてより容易にマウスを拘束することができる。

【0042】

ここで、ヘッドプレート・ラッチ５０は、第一ラッチングバー５０ａと第二ラッチングバー５０ｂとを含んでなる。第一ラッチングバー５０ａと第二ラッチングバー５０ｂとは、通路２０の側面の方向から見た場合に、当該第一ラッチングバー５０ａ及び第二ラッチングバー５０ｂそれぞれの下端が、馴化用ユニット２３’の平行部２３ｃ’内に位置するように設けられている。第一ラッチングバー５０ａは、通路２０における上流側（飼育ケージ１０側）に設けられ、第二ラッチングバー５０ｂは第一ラッチングバー５０ａより僅かに下流側に間隔をおいて設けられている。マウス６０が前進することによって、ヘッドプレート６０ａと第一ラッチングバー５０ａの下端とが接触して、第一ラッチングバー５０ａは上方に押し上げられる。マウス６０がさらに前進を続けると、第一ラッチングバー５０ａは下方に戻る（重力によって）。第一ラッチングバー５０ａが下方に戻った場合、第一ラッチングバー５０ａは、ヘッドプレート６０ａの、後方側の側面に接触する。これによって、ヘッドプレート６０ａは、マウス６０が後退できないように固定される。マウス６０がさらに前進する場合、第一ラッチングバー５０ａの場合と同様に、第二ラッチングバー５０ｂは上方に押し上げられた後、下方に戻る。その結果、第二ラッチングバー５０ｂが、馴化用ユニット２３’の平行部２３ｃ’の最末端（幅狭のガイドレールに）に、ヘッドプレート６０ａを拘束して、移動の自由度が許容されなくなる。訓練セッションの終わりには、サーボモータ機構（図示せず）が第一ラッチングバー５０ａと第二ラッチングバー５０ｂとを引き上げて、マウス６０が飼育ケージ１０に戻れるようになる。この二重ラッチングシステムは、自己による頭部拘束に対して、急速にマウスを訓練する上での一つのキーとなる。第一ラッチングバー５０ａを通過した後のマウスは、馴化用ユニット２３’（ガイド部）によって相当に拘束されているにも関わらず、未だその頭部及び体を動かすことが出来るために、マウスのストレスレベルは大きく低減される。

【0043】

なお、図３に示す馴化用ユニット２３’は、傾斜部２３ａ’を省略し、上り傾斜する傾斜部２３ｂ’のみを備えた構成とすることもできる。これによっても、マウス６０の装着するヘッドプレート６０ａが傾斜部２３ｂ’と当接して、ヘッドプレート・ラッチ５０側に近づくに従って、マウス６０の下方向への動きの規制を段階的に強めることができる。

【0044】

〔第三の実施形態〕
図１〜図３に示すマウス拘束システムにおいて、１）飼育ケージ１０を複数個有し、２）通路２０として、飼育ケージ１０と連結される側の開口端部２１ａ（第一の開口端部）を、飼育ケージ１０の個数と同数備えた（例えば、通路２０の一方の端部が、飼育ケージの数に応じて枝分かれしている、或いは、通路２０を飼育ケージ１０の個数と同数備えている等）構成のものを用い、３）かつ、複数の開口端部２１ａのそれぞれが一つの飼育ケージ１０と連結されるようにしてもよい。

【0045】

これによって、飼育ケージ１０の個数に比例して、ヘッドプレート・ラッチ５０側に導入可能なマウス６０の数を増大させることができるので、より一層のハイスループット化を図ることができる。

【0046】

例えば、図４の（Ａ）には、ｎ個（ｎは２以上の整数であり、ここでは３個）の飼育ケージ１０；飼育ケージ１０と連結される側の開口端部２１ａをｎ個有するように枝分かれした通路２０；及び、一つの共通のヘッドプレート・ラッチ５０；を備えた、マウス拘束システム３００の概略構成を示す。通路２０の、ヘッドプレート・ラッチ５０が配置される側は枝分かれしておらず、開口端部２１ｂは一つである。マウス拘束システム３００では、自動ゲート８０ａ・８０ｂ（図１や２も参照）に加え、自動ゲート８０ｃが設けられている。自動ゲート８０ｃは、通路の分岐点２０ｄの近傍であって、分岐点２０ｄと各開口端部２１ａとを結ぶ通路内の領域にひとつずつ設けられている。３つの自動ゲート８０ｃは、例えば、一つのゲートを開けているときに残り二つのゲートを閉じるなどして、選択された一つの飼育ケージ１０からのみマウスをヘッドプレート・ラッチ５０側に送り込めるように、その開閉が制御される。

【0047】

図４の（Ｂ）には、ｎ個（ｎは２以上の整数であり、ここでは４個）の飼育ケージ１０と、ｎ本の通路２０と、一つの共通のヘッドプレート・ラッチ５０と、を備えた、マウス拘束システム４００の概略構成を示す。各通路２０の開口端部２１ａは、それぞれ異なる一つの飼育ケージ１０に連結され、各通路２０の開口端部２１ｂは全て、共通のヘッドプレート・ラッチ５０に連結されている。複数の自動ゲート８０は、選択された一つの飼育ケージ１０からのみヘッドプレート・ラッチ５０に対してマウスを送り込むように、その開閉が制御される。

【0048】

なお、図４中、図１及び図２に示す構成と共通する構成については同一の部材番号を付し、その説明は反復して行わない。

【0049】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例】

【0050】

以下の実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例によって限定されることを意図するものではない。

【0051】

〔実施例１〕発明したセットアップを用いて訓練した、頭部を固定したマウスからの生理学的記録、及び脳のイメージング
CaMKII-cre:LSL-GCaMP3マウスの活動を測定するためのシステムをセットアップした。このシステムは、蛍光マクロスコープ、アイ・トラッキングカメラ、動物に対して視覚的な刺激を提示するＬＣＤディスプレイ、及び、図３に示す訓練システムと同一の頭部ラッチ用のステージを備えてなる。このシステムにおいて、マウスを飼育し、訓練をした。初めに、慢性広視野の蛍光像（図５（Ａ）。赤線。一次視覚野（Ｖ１）を含む８つの視野領域の輪郭）を取得するために、トランスジェニックマウスの背側皮質をモニターした。

【0052】

背側皮質をイメージングすると同時に、赤外照射の元、高倍率において、反対側の目（contra-lateral eye）もイメージングした。この特定の実験では、動物の前に置かれたスクリーンに刺激が提示されることにより、神経のアクチベーションを反映した蛍光シグナルが得られた。ここで課したタスクは二種の視覚的な刺激を区別するものであり、これは、目の動きの制御に不可欠なためである。訓練を受けた動物は、〜８０％の正答率を記録した。目の像は、目の輪郭（緑色の楕円）と瞳（黄色の円）とを同定する自動セグメント化アルゴリズムによって処理された（図５（Ｂ））。

【0053】

図５（Ｂ）から計算した水平方向への瞳の移動は、Ｖ１から得た蛍光アクチベーション（青線、右のｙ軸）とともに、任意の画素単位において示した（黒線、左のｙ軸）。垂直の点線は、動物が決定を形成することが出来るが、それを信号により伝達することが出来ない間の時間間隔である。ｔ＝２．５秒の後、機械的なアクチュエータ上に対し前脚を介して、この動物は自身の選択を、信号により伝達できた（図５（Ｃ））。神経記録の場合と同じ時間軸上にプロットした、図５（Ｂ）に示すような、上記のセグメント化アルゴリズムを用いて計算された瞳の直径（任意の画素単位）の時間的なエボリューション（図５（Ｄ））。

【符号の説明】

【0054】

１０ 飼育ケージ
２０ 通路
２０ａ ケージ側通路
２０ｂ 中央部通路
２０ｃ ラッチ側通路
２１ａ 開口端部
２１ｂ 開口端部
２２ ビームセンサ
２２ａ ビームセンサ
２２ｂ ビームセンサ
２２ｃ ビームセンサ
２０ｄ 分岐点
２３ 馴化用ユニット
２３’ 馴化用ユニット
２３ａ 傾斜部
２３ａ’ 傾斜部
２３ｂ’ 傾斜部
２３ｃ’ 平行部（拘束溝）
５０ ヘッドプレート・ラッチ（拘束具）
５０ａ 第一ラッチングバー
５０ｂ 第二ラッチングバー
５１ 活動データ測定装置
６０ マウス
６０ａ ヘッドプレート
６０ａ_１ 貫通窓
６０ａ_２ 凹部
７０ 学習装置
７１ ハンドル
７２ 給水ユニット
８０ 自動ゲート
８０ａ 自動ゲート（扉）
８０ｂ 自動ゲート（扉）
８０ｃ 自動ゲート（扉）
９０ 重量センサ
９１ 制御部
１００ マウス拘束システム
２００ マウス拘束システム
３００ マウス拘束システム
４００ マウス拘束システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】