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» 2017年11月20日 15時00分 公開

医療機器ニュース:マウスの行動訓練を自動化する実験装置を開発

理化学研究所は、マウスの行動訓練を自動化する実験装置を開発した。この装置は、行動や神経活動のデータ取得を標準化し、実験者間や研究室間でのデータの共有を促進して、分野全体の研究効率を大きく向上させる可能性がある。

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 理化学研究所は2017年10月30日、マウスの行動訓練を自動化する実験装置を開発したと発表した。同研究所脳科学総合研究センター 行動・神経回路研究チーム チームリーダーのアンドレア・ベヌッチ氏らの研究チームによるもので、成果は同日付の英科学誌「Nature Communications」に掲載された。

 マウスに対する認知課題の訓練は時間や人手がかかる。また、訓練に用いる実験装置は実験者や研究室ごとに最適化されることが多く、訓練手法やデータを共有するのは難しかった。そのため、訓練の自動化と実験装置の標準化が求められていた。

 今回開発した装置は、行動や神経活動のデータ取得を標準化し、実験者間や研究室間でのデータの共有を促進して、分野全体の研究効率を向上させる可能性がある。

 同装置は、小原医科産業と共同で開発した。マウスのホームケージとつながっており、マウスは1日に2〜3回、自発的に接続部を通って先端部に移動し、そこで訓練をする。視覚刺激や音刺激などマウスに与える刺激の種類や読み取る行動の種類を組み合わせることで、訓練の内容は目的に応じて変えられる。

 完全に自動化されているため、実験者がその場にいる必要がない。毎回の訓練条件を均一化できる他、大規模に並行して訓練することも可能だ。現在、研究チームでは、複数の装置を並行使用し、1日あたり約50匹のマウスを訓練可能になっている。

 実際に、モニターのしま模様の向きをマウスが回転させて垂直方向に近づけるという視覚情報を用いた課題では、訓練開始から8週間で、12匹中8匹のマウスが小さな角度の違い(±15度)を75%の正答率で回答できた。

 聴覚に基づく訓練では2週間の訓練後、心理物理学分野における一般的な検出能の指標である感度指数が1.5を超えた。また、2光子顕微鏡を用いて、顕微鏡下にマウスを保持したままで訓練時と同様の行動を取らせ、同時に脳表面から150μm程度の深さで神経細胞の活動を計測することにも成功した。

photo 自動訓練装置の模式図(クリックして拡大) 出典:坪田匡史 基礎科学特別研究員
photo マウスの視覚弁別課題。左:しま模様が垂直に近づく向きにホイールを回すとマウスは報酬を得る。右:マウスが正しい方向を選ぶ確率(1例) 出典:理化学研究所
photo 2光子顕微鏡による神経活動の記録。左:訓練1日目、右:21日目の訓練中の個々の神経細胞(脳細胞表面から約150μmの深さ)の画像。神経活動は明るさの変化として検出される 出典:理化学研究所

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