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Die
Erfindung betrifft einen Testkäfig
zur Untersuchung des Verhaltens von mindestens einem Kleinsäugetier,
der einen Aufenthaltsbereich und Stimulations- und Detektoreinrichtungen
aufweist, insbesondere einen Testkäfig, der ein Tierhaus (Tierkäfig) für Nagetiere,
wie z. B. Mäuse
oder Ratten, bildet. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Untersuchungsvorrichtung,
insbesondere zur Hochdurchsatz-Untersuchung einer Vielzahl von Kleinsäugetieren,
die eine Vielzahl derartiger Testkäfige umfasst. Die Erfindung
betrifft auch Verfahren zur Untersuchung des Verhaltens von mindestens
einem Kleinsäugetier
unter Verwendung des genannten Testkäfigs oder der Untersuchungsvorrichtung.
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Kleinsäugetiere
stellen wichtige Testobjekte in allen Bereichen der Lebenswissenschaften,
insbesondere in der Biologie, der Medizin und der Biochemie für Forschungs-
und Testzwecke dar. Untersuchungen der Wirkung z. B. einer genetischen
Modifikation und/oder einer pharmakologischen Substanz auf den lebenden
Organismus erfordern nicht nur die Feststellung physiologischer
Daten, wie z. B. der Körpertemperatur
oder der Blutzusammensetzung, sondern auch Informationen über das
Verhalten eines untersuchten Tieres. Beispielsweise kann eine chemisch
induzierte Mutagenese zu einer charakteristischen Änderungen
von Bewegungsmustern oder des Sozialverhaltens führen.
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Aus
der Praxis sind Testsysteme zur Untersuchung des Verhaltens z. B.
von Mäusen
bekannt. Beispielsweise wird vom Hersteller Coulbourn Instruments,
USA, ein modulares Testsystem angeboten, das eine Vielzahl von Testmodulen
umfasst. Jedes Testmodul ist zur Durchführung bestimmter Stimulationen
und zugehöriger
Verhaltensbeobachtungen, wie z. B. zur Lichtstimulation oder zur
Geruchsstimulation eingerichtet. Die auf bestimmte Tests spezialisierten
Module sind an die Bedingungen im normalen Tierhaus angepasst. Nachteilig
an diesem modularen Testsystem ist jedoch, dass diese Anpassung
durch die Spezialisierung der Testmodule nur beschränkt möglich ist.
Verschiedene Tests werden daher unter verschiedenen Umweltbedingungen
durchgeführt, welche
die Auswertbarkeit der Tests erschweren und die Reproduzierbarkeit
der Untersuchung vermindern. Ein weiterer wesentlicher Nachteil
ist, dass mit dem modularen Testsystem jeweils nur ein Tier untersucht
werden kann. Für
die gleichzeitige Untersuchung einer Vielzahl von Testobjekten für Hochdurchsatz-Untersuchungen
ist das modulare Testsystem nicht ausgelegt.
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Ein
weiteres Testsystem, das von der Noldus Information Technology bv,
Niederlande, unter dem Namen „PhenoLab" (registrierte Marke)
angeboten wird, umfasst eine Vielzahl von Testkäfigen 100' mit dem schematisch
in 14 illustrierten
Aufbau. Jeder Testkäfig 100' enthält einen
Aufenthaltsbereich 10' mit
einer Bodenfläche 11', Käfigwänden 12' und einer Versorgungseinheit 13', eine Stimulationseinrichtung 20' und eine Detektoreinrichtung 30'. Im Testkäfig 100' erfolgt die
Haltung der Maus 1' unter normalen
Stallbedingungen. Der Testkäfig 100' bildet einen
sog. „Home
cage". Dies bedeutet,
dass sich die Maus 1' frei
auf der z. B. mit Streu bedeckten Bodenfläche 11' bewegen und an der Versorgungseinheit 13' Nahrung aufnehmen
kann, wie sie es vom Stall gewohnt ist. Als Stimulationseinrichtung 20' wird je nach
dem gewünschten
Test ein bestimmtes Testmodul auf die Bodenfläche 11' gestellt. Das Verhalten der Maus 1' wird mit der
Videokamera 30' über wacht, die
als Detektoreinrichtung in den Deckel des Testkäfigs 100' integriert
ist.
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Der
herkömmliche
Testkäfig 100' gemäß 14 besitzt eine Reihe von
Nachteilen, die eine Anwendung für
Hochdurchsatz-Untersuchungen
erschweren. Erstens besitzt der herkömmliche Testkäfig 100' durch die Anordnung
der Versorgungseinheit 13' der
Stimulationseinrichtung 20' ein
großes
Volumen. Dadurch wird die Handhabung des Testkäfigs 100' erschwert,
es kann nur eine beschränkte
Anzahl von Testkäfigen
kombiniert werden. Ein weiterer Nachteil besteht in der Verwendung
der Videokamera 30' zur
Bewegungsüberwachung.
Die Videokamera 30' liefert
große
Datenmengen, auf die zur Auswertung Bildbearbeitungsprozeduren angewendet
werden müssen.
Dies führt
insbesondere bei Hochdurchsatz-Untersuchungen mit vielen Testkäfigen zu
einem extrem hohen Rechenaufwand. Ein weiterer Nachteil besteht
in der geringen Flexibilität
des herkömmlichen
Testkäfigs,
mit dem nicht alle heute interessierenden Testverfahren durchführbar und
insbesondere nicht Sozialkontakte zwischen Tieren aus verschiedenen
Käfigen
untersucht werden können.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Testkäfig zur
Untersuchung des Verhaltens von mindestens einem Kleinsäugetier
bereitzustellen, mit dem die Nachteile der herkömmlichen Testkäfige überwunden
werden und der einen erweiterten Anwendungsbereich besitzt. Der
Testkäfig
soll insbesondere eine Tierhaltung unter Stallbedingungen („Home Cage") ermöglichen
und dabei mit einfachen Mitteln an die verschiedensten Testverfahren angepasst
werden können.
Der Testkäfig
soll des Weiteren für
einen hochgradigen Parallelbetrieb, insbesondere für Hochdurchsatz-Untersuchungen
mit einer Vielzahl von Kleinsäugetieren,
geeignet sein und eine erhöhte
Reproduzierbarkeit bei der Einstellung der Testbedin gungen und bei
der Auswertung der Testergebnisse ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung
besteht auch in der Schaffung einer verbesserten Untersuchungsvorrichtung
für Hochdurchsatz-Untersuchungen des
Verhaltens einer Vielzahl von Kleinsäugetieren und in der Bereitstellung
eines Hochdurchsatz-Untersuchungsverfahrens für die Verhaltensforschung an
Kleinsäugetieren.
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Diese
Aufgaben werden durch einen Testkäfig, eine Untersuchungsvorrichtung
und ein Untersuchungsverfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 22
und 29 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Vorrichtungsbezogen
basiert die Erfindung gemäß einem
ersten Gesichtspunkt auf der allgemeinen technischen Lehre, einen
Testkäfig
für mindestens
ein Kleinsäugetier,
wie z. B. eine Ratte oder eine Maus bereitzustellen, bei dem eine
Stimulationseinrichtung mit einem lichten Abstand über einer
Bodenfläche
angeordnet ist, die zum Aufenthalt des Kleinsäugetiers vorgesehen ist und
von einer Detektoreinrichtung in Gestalt von mindestens einem Emitter-Detektor-Rahmen
umgeben wird. Vorteilhafterweise weist der Testkäfig mit diesen Merkmalen eine freie
Bodenfläche
(Käfigboden)
auf, in der sich das Kleinsäugetier
ohne Behinderung bewegen und z. B. durch eine Häufelung eines lockeren Bodenbelags (z.
B. Streu) unter den gewohnten Haltungsbedingungen einrichten kann,
wobei mit der Detektoreinrichtung zu jedem Zeitpunkt geometrische
Parameter des Kleinsäugetiers,
insbesondere dessen Ort und Körperhaltung
und/oder deren zeitliche Änderung
erfasst werden können.
Die gesamte Bodenfläche steht
als ein Aufenthaltsbereich (oder als Teil von diesem) zur Verfügung, so
dass der Testkäfig
mit einer im Vergleich zu herkömmlichen
Testkäfigen,
bei denen bspw. Testmodule auf dem Boden angeordnet sind, vermin derten
Grundfläche
gebildet sein kann, ohne dass die Bewegungsfreiheit des Kleinsäugetiers
eingeschränkt
ist. Der erfindungsgemäße Testkäfig kann
somit ohne Einbuße
an Funktionalität kompakter
aufgebaut und effektiver mit einer Vielzahl gleichartiger Testkäfige zu
einem Hochdurchsatz-Untersuchungssystem
kombiniert werden.
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Vorteilhafterweise
kann der erfindungsgemäße Testkäfig Maße der Bodenfläche und
ein Volumen des Aufenthaltsbereiches aufweisen, die üblicherweise
verwendeten Standardmaßen
von Tierställen
insbesondere für
Laboruntersuchungen entsprechen.
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Dies
ermöglicht
einerseits die Integrierbarkeit des Testkäfigs in bestehende Käfiganordnungen und
die unmittelbare Vergleichbarkeit des Verhaltens im Testkäfig mit
einem Verhalten im normalen Tierhaus („Home Cage"). Der Testkäfig weist eine Versorgungseinheit
auf, die ebenfalls von oben zur Bodenfläche ragt und ggf. einen Teil
der Stimulationseinrichtung bildet.
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Die
Verwendung des mindestens einen Emitter-Detektor-Rahmens ermöglicht vorteilhafterweise eine
vollständige
Erfassung des Verhaltens des Kleinsäugetiers mit einem im Unterschied
zur herkömmlichen
Videotechnik erheblich verringerten Datenumfang. Die Signale des
Emitter-Detektor-Rahmens können
mit geringem Aufwand ausgewertet werden, um unmittelbar die gewünschten
Orts- und/oder Bewegungsinformationen zu liefern. Des Weiteren ermöglicht die
Rahmenanordnung, dass auf die im Deckel des herkömmlichen Testkäfigs integrierten
Videokamera verzichtet werden kann und dadurch Platz für die Stimulationseinrichtung
geschaffen wird. Die Kombination des umlaufenden Emitter-Detektor-Rahmens
mit der frei über
der Bodenfläche
angeordneten Stimulationseinrichtung ermöglicht somit ein komplett neues
Käfigdesign
und eine besonders effektive Zusammenwirkung der genannten Komponenten.
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Der
Emitter-Detektor-Rahmen ist beispielsweise wie ein von modularen
Testsystemen bekannter, herkömmlicher
Infrarot-Detektorrahmen
aufgebaut, kann aber alternativ durch ein abgewandelt gestaltetes
Bauteil gebildet werden, mit dem ein Messfeld mit Ortsauflösung parallel
zur Bodenfläche
aufgespannt wird.
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Ein
wichtiger Vorteil des mindestens einen Emitter-Detektor-Rahmens besteht darin,
dass dieser außerhalb
des Tierkäfigs
angeordnet und vom Aufenthaltsbereich durch geschlossene Wände des Tierkäfigs getrennt
ist. Durch diese Trennung wird die Reinigung des Tierkäfigs erleichtert
und eine Verschleppung von Verunreinigungen zwischen mehreren Experimenten über die
Detektoreinrichtung vermieden.
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Vorteilhafterweise
ragen die Stimulationseinrichtung oder Teile oder Module von dieser
von oben in den durch die Bodenfläche gebildeten Teil des Aufenthaltsbereiches.
Dies ermöglicht
den Austausch der Stimulationseinrichtung oder von deren Teilen und
eine flexible Anpassung an eine konkrete Testaufgabe, ohne dass
die Haltungsbedingungen des beobachteten Tieres verändert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist der Testkäfig
mit einer Halteeinrichtung für
die Stimulationseinrichtung ausgestattet. Die Halteeinrichtung ist über der
Bodenfläche
angeordnet und zur Ausrichtung der Stimulationseinrichtung oder
von Teilen der Stimulationseinrichtung vorgesehen. Die Stimulationseinrichtung
ist vorzugsweise an der Halteeinrichtung fixierbar (z. B. einhängbar oder einsetzbar),
so dass die Stimulationseinrichtung zur Bodenfläche weisend unter der Halteeinrichtung
hervorragt. Vorteilhafterweise werden durch die Halteeinrichtung
die Lebensbedingungen des Kleinsäugetiers
auf der Bodenfläche
nicht beeinflusst. Des Weiteren ermöglicht die Halteeinrichtung
mit einfachen Mitteln einen Austausch der Stimulationseinrichtung oder
von deren Teilen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Halteeinrichtung wie ein Deckelelement des
Käfigs über der
Bodenfläche
gebildet, wobei das Deckelelement eine Öffnung aufweist, in welche
die Stimulationseinrichtung einhängbar
oder einsetzbar ist. Das Deckelelement in Form einer Platte oder
eines Gitters ist abgesehen von der Öffnung wie der Deckel eines
herkömmlichen Standard-Laborkäfigs gebildet
und wie dieser auf der Oberkante oder einem Vorsprung der Käfigwand
abnehmbar angeordnet. Vorteilhafterweise kann zur Bereitstellung
dieser Ausführungsform
ein herkömmlicher
Laborkäfig
einfach durch Austausch eines Deckels durch die genannte Halteeinrichtung,
das Einsetzen der Stimulationseinrichtung und die Anbringung des
mindestens einen Emitter-Detektor-Rahmens
umgerüstet
werden kann.
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Wenn
die Halteeinrichtung und insbesondere das Deckelelement gemäß einer
abgewandelten Variante der Erfindung mit einem Halterahmen ausgestattet
ist, der sich entlang der inneren Öffnung der Halteeinrichtung
erstreckt und in den die Stimulationseinrichtung oder deren Teile
einhängbar
oder einsetzbar sind, kann sich die Positionierung und Verstellung
oder der Austausch der Stimulationseinrichtung vorteilhafterweise
vereinfachen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist gegeben, wenn gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
die Stimulationseinrichtung an der Halteeinrichtung und insbesondere
an dem Halterahmen in vertikaler Richtung verstellbar angeordnet
ist. Dies ermöglicht,
die lichte Höhe
der Unterseite der Sti mulationseinrichtung oder von deren Teilen über der
Bodenfläche
in Abhängigkeit
von den konkreten Versuchsbedingungen und der Größe des untersuchten Kleinsäugetiers
einzustellen.
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Für eine breite
Anwendung des Testkäfigs kann
gemäß einer
weiteren Modifikation der Erfindung vorgesehen sein, dass die Stimulationseinrichtung
mindestens ein Stimulationsmodul umfasst, das vom Testkäfig und
insbesondere von der Halteeinrichtung trennbar angeordnet ist. Ein
Stimulationsmodul ist allgemein ein Bauteil mit einer bestimmten Außenform,
für welche
die Halteeinrichtung oder insbesondere der Halterahmen einen passenden
Sitz oder eine passende Aufhängung
bildet und das eine vorbestimmte Funktion im Testkäfig erfüllt.
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Im
Rahmen an sich bekannter Verhaltenstests sind insbesondere die folgenden
Funktionen von Stimulationsmodulen von Interesse. Eine erste Funktion
besteht in der Präsentation
von vorbestimmten Reizen für
das zu untersuchende Tier. Die Reize können bspw. Lichtreize, Schallreize,
chemische Reize (olfaktorische Reize), mechanische Reize (z. B.
sog. Luftstoß-Reiz)
oder Kombinationen dieser Reize umfassen. Eine zweite Funktion besteht
in der Erweiterung des Aufenthaltsbereiches des Tieres. Hierzu bildet
das Stimulationsmodul eine Schleuse, durch die das Tier von der
Bodenfläche
in das Modul oder sogar bis in einen benachbarten Bereich, z. B.
auf eine Laufstrecke oder in einen anderen Käfig laufen kann. Eine dritte
Funktion besteht in der Präsentation
eines Kontakt- oder
Interaktionsbereiches für
das zu untersuchende Tier. In dem Kontaktbereich kann das Tier durch
eine mechanische Aktion (zum Beispiel einen Stoß mit der Nase gegen einen
Berührungsdetektor)
eine Wirkung erzielen, wie zum Beispiel eine Nährmittelabgabe. Eine weitere
Funktion ist schließlich
die Versorgung des Kleinsäugetiers
mit Nährstoffen,
insbesondere mit Flüssigkeiten
und/oder festen Nährmitteln.
Entsprechend werden die Stimulationsmodule auch als Reizmodule,
Schleusenmodule, Kontaktmodule und Versorgungsmodule bezeichnet.
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Erfindungsgemäß kann ein
Stimulationsmodul nicht nur für
eine, sondern auch für
die Kombination von mindestens zwei oder allen der genannten Funktionen
eingerichtet sein. Für
die Beobachtung von Lernprozessen können bspw. ein kombiniertes Schleusen-
und Reizmodul oder ein kombiniertes Schleusen- und Versorgungsmodul
vorgesehen sein. Bei einem Schleusen- und Reizmodul können die mechanische
Reize (Luftstoß-Reiz)
durch eine Düse neben
der Schleusentür
abgegeben werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Bereitstellung der Stimulationseinrichtung mit
mehreren getrennt steuerbaren Stimulationsmodulen mit gleichen oder verschiedenen
Funktionen. Zur Anpassung des Testkäfigs sind die Stimulationsmodule
vorzugsweise einzeln austauschbar und einzeln an der Halteeinrichtung
und insbesondere am Halterahmen höhenverstellbar angeordnet.
In der Regel ist mindestens das genannte Versorgungsmodul zur Nährstoffversorgung
des Kleinsäugetiers
vorgesehen.
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Allgemein
kann das Schleusenmodul eine oder mehrere Öffnungen zum Durchtritt des
Tieres aufweisen. Wenn das Schleusenmodul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit mindestens einer Schleusentür ausgestattet ist, kann die Funktionalität des Schleusenmoduls
vorteilhafterweise erweitert werden. Die Schleusentür ist bspw.
auf der Unterseite (Seite der Bodenfläche) des eingesetzten Schleusenmoduls
und/oder auf der Seite einer angrenzenden Lauffläche oder eines weiteren Käfigbereichs
vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Bereitstellung einer elektrisch
oder pneumatisch betätigbaren
Schiebetür
als Schleusentür.
Die Schiebetür
bewegt sich in einer Wand des Schleusenmoduls und erfordert vorteil hafterweise
keinen zusätzlichen
Raum für
die Betätigung
der Tür.
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Die
Flexibilität
der Anpassung des Testkäfigs an
eine konkrete Aufgabe kann weiter gesteigert werden, wenn die Schleusentür lösbar am
Schleusenmodul befestigt ist. Dies ermöglicht mit einfachen Mitteln,
je nach den konkreten Anforderungen die Schleusentür an einer
oder beiden Seiten des Schleusenmoduls anzubringen oder wegzulassen. Besonders
bevorzugt ist die Fixierung der Schleusentür mit Haltemagneten, durch
die Anbringung oder Entfernung der Schleusentür am Schleusenmodul vereinfacht
wird. Alternativ oder zusätzlich
zu den Haltemagneten können
Führungsstifte
zur gegenseitigen Ausrichtung der Module und der Schleusentür vorgesehen
sein.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Testkäfigs ist durch ein Schnittstellenmodul
gegeben, über
das eine Verbindung von einer äußeren Steuereinrichtung
und einem äußeren Zufuhreinrichtung
und der Stimulationseinrichtung oder deren Teilen (z. B. den genannten
Modulen) herstellbar ist. Vorteilhafterweise liefert das Schnittstellenmodul
eine in Bezug auf die Position an einer Wand des Testkäfigs und/oder
in Bezug auf die Bereitstellung von Anschlüssen für elektrische Signale und/oder
flüssige
oder gasförmige
Medien definierte und standardisierbare Schnittstelle. Diese Schnittstelle
vereinfacht die Kombination einer Vielzahl von Testkäfigen für Hochdurchsatz-Untersuchungen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Deckelelement, welches die
Halteeinrichtung für
die Stimulationseinrichtung darstellt, um die o. g. Öffnung herum
eine Lauffläche
für das
Kleinsäugetier bildet.
Die Lauffläche
ist von der Bodenfläche über das
Schleusenmodul erreichbar. Sie stellt eine zusätzliche Platt form für Bewegungsmessungen
am Kleinsäugetier
dar und ermöglicht
des Weiteren den Übergang
in weitere Käfigbereiche
oder benachbarte Käfige.
Hierzu ist der Testkäfig
vorzugsweise mit mindestens einer Ausgangstür ausgestattet, durch die das
Kleinsäugetier
von der Lauffläche
einen Zusatzkäfig
erreichen kann. Die Ausgangstür
ist vorzugsweise wie die oben genannten Schleusentür eine Schiebetür, die elektrisch
oder pneumatisch betätigbar
ist.
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Die
Bereitstellung des Schleusenmoduls in Kombination mit der Lauffläche stellt
einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, da der Aufenthaltsbereich
für das
Tier mit der Lauffläche
erheblich erweitert wird, so dass sich die Beweglichkeit des Tieres verbessert
und weitere Tests durchführbar
sind.
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Der
Zusatzkäfig
ist gemäß einer
bevorzugten Variante der Erfindung lösbar am Testkäfig an dessen Außenseite
an die Ausgangstür
der Lauffläche
angrenzend angebracht. Dies ermöglicht
vorteilhafterweise die optionale Bereitstellung des Zusatzkäfigs in
Abhängigkeit
von den konkreten Untersuchungsanforderungen. Der Zusatzkäfig dient
weiteren Untersuchungen oder einfach als Verbindungsweg zwischen
verschiedenen, zum Beispiel benachbarten Testkäfigen.
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Für die Untersuchung
des Sozialverhaltens von Kleinsäugetieren
kann der Zusatzkäfig
vorteilhafterweise für
die Verbindung eines ersten Testkäfigs und eines benachbarten
zweiten Testkäfigs
verwendet werden. Hierzu ist der Zusatzkäfig mit einer zweiten Ausgangstür ausgestattet,
durch die analog zur Funktion der ersten Ausgangstür die Lauffläche des zweiten
Testkäfigs
erreichbar ist.
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Wenn
der Zusatzkäfig
durch eine Trennwand mit einer Verbindungstür in zwei Kompartimente getrennt
ist, können
sich wei tere Vorteile für
die Untersuchung des Sozialverhaltens der Kleinsäugetiere ergeben. Die Verbindungstür ist vorzugsweise
wie die Schleusen- und Ausgangstüren
eine Schiebetür, die
pneumatisch oder elektrisch betätigbar
ist.
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Die
erfindungsgemäße vorgesehene
Detektoreinrichtung trägt
ebenfalls zur Flexibilität
der Anpassung des Testkäfigs
an konkrete Untersuchungsaufgaben bei. So ist der Emitter-Detektor-Rahmen vorzugsweise
höhenverstellbar
angeordnet, so dass das von dem Emitter-Detektor-Rahmen aufgespannte
Messfeld in verschiedenen Höhen
parallel zur Bodenfläche
gebildet werden kann. Dies ermöglicht eine
Anpassung an die Größe des zu
untersuchenden Kleinsäugetieres
und ggf. einen auf der Bodenfläche
angeordneten Belag auf der Bodenfläche. Besonders bevorzugt ist
die Bereitstellung von zwei Emitter-Detektor-Rahmen, die parallel zueinander übereinander
angeordnet sind und deren Felder in verschiedenen Höhen parallel
zur Bodenfläche
des Aufenthaltsbereichs verlaufen. Durch die Positions- und Bewegungsdetektion
in zwei verschiedenen Höhen
kann die Bewertung der Ausrichtung des Kleinsäugetiers vereinfacht und insbesondere
festgestellt werden, wenn sich das Kleinsäugetier z. B. zu einem der
Stimulationsmodule hin aufrichtet.
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Allgemein
kann jeder der Emitter-Detektor-Rahmen eine Vielzahl von Signalemittern
und Signaldetektoren umfassen, die auf einander gegenüberliegenden
Rändern
der Bodenfläche
angeordnet sind und das Messfeld zur Erfassung der Position des
Kleinsäugetiers
aufspannen. Bevorzugt werden Infrarot-Emitter und Infrarot-Detektoren
verwendet, da diese von den Kleinsäugetieren nicht wahrgenommen
werden und daher keine Störung
für die
Tierhaltung im Aufenthaltsbereich darstellen.
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Gemäß einer
weiteren Variante umfasst die Detektoreinrichtung mindestens einen
optischen Durchtrittsdetektor, der an min destens einer der o. g. Schleusen-,
Ausgangs- oder Verbindungstüren
angeordnet ist. Für
die flexible Anpassung des Testkäfigs
an eine konkrete Untersuchungsaufgabe kann es von Vorteil sein,
wenn der Durchtrittsdetektor an der jeweiligen Tür lösbar befestigt ist, wobei auch
hierzu die Fixierung mit Haltemagneten oder Führungsstiften zur gegenseitigen
Ausrichtung bevorzugt ist.
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Vorrichtungsbezogen
wird die o. g. Aufgabe gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung durch eine Untersuchungsvorrichtung
zur Untersuchung des Verhaltens einer Vielzahl von Kleinsäugetieren
gelöst,
die eine Vielzahl der o. g. erfindungsgemäßen Testkäfige umfasst. Durch den kompakten Aufbau
des erfindungsgemäßen Testkäfigs können viele
Testkäfige
auf engstem Raum angeordnet und beobachtet werden. Es können beispielsweise
unter definierten Laborbedingungen mindestens 10 Testkäfige, z.
B. 50 Testkäfige,
oder auch 100 Testkäfige oder
mehr gleichzeitig betrieben werden.
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Mit
den genannten Zusatzkäfigen
können
einige oder alle Testkäfige
optional verbunden (zusammengeschaltet) oder getrennt werden. Diese
mit der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung
erstmalig bereitgestellte Funktion kann ohne Eingriff in den Käfigaufbau
allein durch die Steuerung der entsprechenden Schleusen-, Ausgangs-
und Verbindungstüren
erfolgen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind alle Testkäfige
der Untersuchungsvorrichtung sämtlich
gemeinsam mit einer einheitlichen Steuereinrichtung verbunden. Diese Steuereinrichtung,
die bspw. durch einen Steuercomputer gebildet wird, kann vorteilhafterweise
alle erforderlichen Steuersignale für die Stimulationseinrichtung
und alle Reiz- und
Messsignale verarbeiten und ggf. auswerten. Wenn die Testkäfige sämtlich mit
einer einheitlichen Zufuhreinrichtung verbunden sind, können sich
weitere Vorteile für
die Kompaktheit der Untersuchungsvorrichtung und die Reproduzierbarkeit
bei der Einstellung von Testbedingungen ergeben.
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Wenn
die erfindungsgemäße Untersuchungsvorrichtung
gemäß einer
weiteren, besonders bevorzugten Variante mit einem Regal ausgestattet ist,
das eine Aufnahme für
die Testkäfige
in mehreren, übereinander
angeordneten Ebenen bildet, können
sich Vorteile für
die Kompaktheit der Untersuchungsvorrichtung und die Schaffung im
Wesentlichen gleicher Umweltbedingungen in allen Testkäfigen (Raumtemperatur,
Raumfeuchtigkeit und dgl.) ergeben. Des Weiteren kann das Regal
neben der Trägerfunktion
zusätzlich
eine Versorgungsfunktion (und ggf. eine Entsorgungsfunktion) übernehmen,
indem in ein Regalgestänge
Regalleitungen zur Versorgung der Testkäfige integriert sind. Vorzugsweise erfolgt
die Verbindung eines Testkäfigs
mit den Regalleitungen über
das o. g. Schnittstellenmodul.
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Verfahrensbezogen
wird die o. g. Aufgabe durch die Untersuchung des Verhaltens von
mindestens einem Kleinsäugetier
in dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Testkäfig gelöst. Hierzu wird das Kleinsäugetier
unter normalen Stallbedingungen im Aufenthaltsbereich des Testkäfigs gehalten
und über
das Versorgungsmodul der Stimulationseinrichtung mit Nährstoffen
versorgt. In Abhängigkeit
von der gewünschten
Untersuchung erfolgt eine Stimulation mit der Stimulationseinrichtung,
so dass ein Stimulationsreiz, z. B. in Form eines Schallsignals,
eines Lichtsignals oder eines olfaktorischen Signals auf das Kleinsäugetier
trifft. In Abhängigkeit
von der Betätigung
der Stimulationseinrichtung werden die Orte, Ausrichtungen und/oder
Bewegungen des Kleinsäugetiers
mit dem Emitter-Detektor-Rahmen erfasst, der den Aufenthaltsbereich
umgibt.
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Ein
weiterer unabhängiger
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Testkäfige oder
der Untersuchungsvorrichtung zum Hochdurchsatz-Screening einer Vielzahl
von Kleinsäugetieren,
insbesondere einer Vielzahl von Mäusen oder Ratten.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Längsschnittsansicht
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Testkäfigs;
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2:
eine schematische Querschnittsansicht des Testkäfigs gemäß Figur entlang der Linie II-II;
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3:
schematische Querschnittsansicht des Testkäfigs gemäß 1 entlang
der Linie III-III;
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4:
eine schematische Seitenansicht von Stimulationsmodulen eines erfindungsgemäßen Testkäfigs;
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5:
eine schematische Draufsicht auf die Unterseiten in 4 gezeigten
Stimulationsmodule;
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6:
eine schematische Phantomansicht einer Schleusentür;
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7:
eine schematische Illustration eines Durchtrittsdetektors;
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8 bis 10:
Illustrationen der Funktion von erfindungsgemäß verwendeten Emitter-Detektor-Rahmen;
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11:
eine schematische Querschnittsansicht von zwei miteinander verbundenen
Testkäfigen gemäß der Erfindung;
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12:
eine schematische Seitenansicht auf einen Zusatzkäfig zur
Verbindung erfindungsgemäßer Testkäfige;
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13:
eine schematische Übersichtsdarstellung
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung;
und
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14:
einen herkömmlichen
Testkäfig (Stand
der Technik).
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter beispielhaften Bezug auf eine
bevorzugte Ausführungsform
beschrieben, bei dem der Testkäfig
im Wesentlichen das Format eines Standard-Laborstalls, z. B. für Mäuse oder Ratten aufweist. Es
betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern auch mit anderen Testkäfigformaten
und anderen als den beschriebenen Stimulationsmodulen umsetzbar
ist. Des Weiteren wird betont, dass die Zeichnungen die erfindungsgemäßen Merkmale
schematisch illustrieren, wobei Abwandlungen in der konkreten Gestaltung
vorgesehen sein können,
wie es an sich von herkömmlichen
Testsystemen zur Untersuchung des Verhaltens von Mäusen bekannt
ist.
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Die
Schnittdarstellungen in den 1 bis 3 zeigen
den Testkäfig 100 entlang
der Linie I-I in 2 bzw. entlang den Linien II-II
und III-III in 1. Der Testkäfig 100 umfasst einen
Aufenthaltsbereich 10, eine Stimulationseinrichtung 20,
eine Detektoreinrichtung 30, eine Halteeinrichtung 40 und ein
Schnittstellenmodul 50, die wie folgt zusammenwirken.
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Der
Aufenthaltsbereich 10 wird durch einen Standardkäfig für Labormäuse aus
Kunststoff (z. B. vom Typ M3) gebildet. Er umfasst eine Wanne mit
der Bodenfläche 11,
Käfigwänden 12 und
der Versorgungseinheit 13, die in ein Modul der Stimulationseinrichtung 20 integriert
ist (siehe unten). Die Käfigwände 12 bestehen
aus einem durchsichtigen Kunststoff. Auf der Bodenfläche 11 befindet
sich ein Belag (nicht dargestellt), wie es aus der Stalltierhaltung
bekannt ist.
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Über der
Stimulationseinrichtung 20 ist der Testkäfig 100 mit
einer Käfighaube 14 verschlossen, die
auf den Käfigwänden 12 aufliegt
und wie eine Haube eines Standardkäfigs aufgebaut ist. In die
Käfighaube 14 ist
mindestens ein Anschluss 16 zur Verbindung mit einem Ventilationssystem
(zum Beispiel über
die Regalleitungen, siehe 13) integriert.
Auf der Oberseite der Käfighaube 14 ist
eine Öffnung (nicht
dargestellt) vorgesehen, die mit einem Filterpapier geschlossen
ist. Das Filterpapier ist ggf. durch ein Metall- oder Kunststoff-Gitter gegen eine
Beschädigung
durch das Tier geschützt.
Der Anschluss 16 liefert bei Durchströmung mit Ventilationsluft ein
Strömungsgeräusch, das
vorteilhafterweise einen Grundgeräuschpegel im Testkäfig schafft,
durch den benachbarte Testkäfige
in einer Untersuchungsvorrichtung (siehe 13) geräuschbezogen
isoliert werden. Die Bodenfläche 11 und
die Detektoreinrichtung 30 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 15 angeordnet,
die mit dem Testkäfig
verbunden sein kann oder ein separates Bauteil, wie z. B. einen
Regalboden (siehe 13) umfassen kann.
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Die
Stimulationseinrichtung 20 umfasst drei Stimulationsmodule 21, 22, 23,
die an der Halteeinrichtung 40 befestigt sind. Die Halteeinrichtung 40 weist
ein Deckelelement 41 auf, das wie ein Standard-Käfigdeckel
aufgebaut ist, im Unterschied zu diesem jedoch in der Mitte eine Öffnung 42 enthält. Das
Deckelelement 41 besteht aus einer Metallplatte, z. B.
aus Aluminium oder Stahl, einer Kunststoffplatte oder einem Metall- oder Kunststoffgitter.
Die Öffnung 42 besitzt
die Form eines Rechtecks, sie erstreckt sich von einem Rand des
Deckelelements 41 über
dessen Länge,
wobei am entgegengesetzten Rand ein Abstand zur Aufnahme des Schnittstellenmoduls 50 bleibt
(siehe unten).
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In
der Öffnung 42 ist
der Halterahmen 43 befestigt (siehe 4), in den
die Stimulationsmodule 21, 22, 23 einzeln
einhängbar
oder einsetzbar sind und der eine Führung für eine ggf. vorgesehene Vertikalbewegung
der Stimulationsmodule 21, 22, 23 bildet.
Der Halterahmen 43 besitzt die Form eines Quaders mit offenen
Boden- und Deckflächen
und einer Grundfläche
entsprechend dem Maß der Öffnung 42.
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Die
Oberseite des Deckelelements 41 bildet eine Lauffläche 44,
welche die Maus 1 über
das Schleusenmodul 23 (siehe 4, 5)
erreichen kann. Die Lauffläche 44 ist
durch das Schnittstellenmodul 50 in zwei Teilflächen geteilt, über die
jeweils eine Ausgangstür 61, 62 zum Übergang
der Maus in einem Zusatzkäfig
(siehe 11, 12) erreichbar ist.
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Der
Aufbau des Testkäfigs
aus der unteren Wanne 11, 12, dem Deckelelement 41 und
der Käfighaube 14 stellt
ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar. Die genannten Komponenten 11, 12, 41 und 14 sind
getrennte Teile, die den im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen vergrößerten Aufenthaltsbereich aufspannen,
in dem insbesondere Nahrungsmittelvorräte für längere unterbrechungsfreie Beobachtungszeiten,
wie zum Beispiel eine Woche untergebracht werden können. Des
Weiteren erfüllt
das Deckelelement 41 eine Mehrfachfunktion in Bezug auf
die Bereitstellung der oberen Lauffläche (obere Arena), die Halte rung
der Stimulationsmodule und den Abschluss des Raumes über der
Bodenfläche. Die
Käfighaube 14 erfüllt ebenfalls
eine Mehrfachfunktion in Bezug auf die Bildung eines Käfigverschlusses
und die Schaffung eines Ventilationsraumes.
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Die
Detektoreinrichtung 30 umfasst zwei Emitter-Detektor-Rahmen 31, 32,
die zwei Messfelder 33, 34 (siehe 8, 9)
aufspannen. Die Messfelder 33, 34 verlaufen in
verschiedenen Höhen parallel
zu der Bodenfläche 11.
Der Emitter-Detektor-Rahmen 31 umfasst
Rahmenteile 35, die ein Rechteck aufspannen, das größer als
die rechteckige Bodenfläche 11 ist.
An den Rahmenteilen 35, die auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Aufenthaltsbereichs 10 angeordnet sind, sind
einerseits Infrarot-Emitter und andererseits Infrarot-Detektoren angebracht.
An den längeren
Seiten des Aufenthaltsbereichs 10 sind bspw. 32 Emitter
und 32 Detektoren gleichmäßig beabstandet als gerade
Reihe angeordnet, während
an den kürzeren
Seiten bspw. 16 Emitter einerseits und 16 Detektoren
andererseits verteilt sind. Der Emitter-Detektor-Rahmen 31 ist mit einer Stellschraube 36 in
einer vorbestimmten Höhe
an einem Rahmenträger 37 fixierbar.
Der obere Emitter-Detektor-Rahmen 32 ist entsprechend aufgebaut. Die
Funktion der Emitter-Detektor-Rahmen 31, 32 wird
unten unter Bezug auf die 8 bis 10 erläutert.
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Das
Schnittstellenmodul 50 ist an einer der Käfigwände 12 und/oder
auf der Oberseite des Deckelelements 41 befestigt. Das
Schnittstellenmodul 50 weist schematisch gezeigte Außenanschlüsse 51 und
Käfigleitungen 52 auf,
die zu den Stimulationsmodulen 21, 22, 23 führen. Die
Außenanschlüsse 51 und
Käfigleitungen 52 dienen
der Übertragung
von elektrischen Steuersignalen oder von gasförmigen Substanzen. Die elektrischen
Steuersignale umfassen bspw. Steuersignale zum Auslösen bestimmter Reize
an den Stimulationsmodulen, zur Betätigung z. B. von Schleusentüren oder
zur Steuerung des Schnittstellenmoduls 50. Die übertragenen
Substanzen umfassen bspw. Reizstoffe, z. B. für olfaktorische Stimulationen
oder gasförmige
Medien, z. B. zur Luftstoß-Stimulation
(„air
puff"). Das Schnittstellenmodul 50 kann
eine Platte zur Fixierung der Außenanschlüsse 51 und der Versorgungsleitungen 52 sein oder
selbst eine Steuerfunktion beim Betrieb des Testkäfigs erfüllen. Hierzu
kann das Schnittstellenmodul 50 elektrische Schaltelemente
und/oder Ventile enthalten, die von einer zentralen Steuereinrichtung
(siehe 13) ansteuerbar sind.
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Weitere
Einzelheiten der Stimulationseinrichtung 20 sind in den 4 und 5 gezeigt. 4 zeigt
den Halterahmen 43, der am Deckelteil 41 (teilweise
gezeigt) befestigt ist und an dem die drei Stimulationsmodule 21, 22, 23 lösbar und
getrennt beweglich fixiert sind, in schematischer Seitenansicht.
Die mit einem Abstand von der Bodenfläche 11 in den Aufenthaltsbereich 10 ragenden
Unterseiten der Stimulationsmodule 21, 22, 23 sind
beispielhaft in 5 gezeigt. Der Abstand von der
Bodenfläche 11 ist
je nach der Größe des im
Käfig untersuchten
Tieres gewählt,
so dass die Bodenfläche 11 unbeschränkt benutzbar
ist und das Tier im aufgerichteten Zustand oder durch Springen die
Module erreichen kann, und beträgt
beispielsweise 5 cm bis 15 cm. Die Stimulationsmodule bestehen aus
einem autoklavierbaren Material, zum Beispiel Kunststoff oder Edelstahl,
um ohne weiteres einer Standarddesinfizierung unterzogen werden
zu können.
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Das
erste Stimulationsmodul 21 ist ein Versorgungs- und Reizmodul,
in das die Versorgungseinheit 13 zur Versorgung der Maus
mit flüssigen
und festen Nährstoffen
und z. B. eine Schallquelle 21A und eine Lichtquelle 21B zur
Reizstimulation integriert sind. Am Stimulationsmodul 21 ist
beispielhaft des Weiteren eine Düse 21C gezeigt.
Die Düse 21C dient
als Gasauslass für
olfaktorische oder strömungsmechanische
Reize, zum Beispiel zur aversiven Stimulation des Maus. Die Düse 21C und
die Versorgungseinheit 13 können abweichend von der dargestellten
Ausführungsform
in Kombination mit dem Kontaktmodul 22 oder dem Schleusenmodul,
z. B. hinter der Schleusentür 24 (siehe
unten) vorgesehen sein.
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Das
zweite Stimulationsmodul 22 ist ein Kontaktmodul, das auf
der Unterseite einen Berührungssensor 22A aufweist,
mit dem eine Berührung
durch die Maus detektierbar ist. Das dritte Stimulationsmodul 23 ist
ein Schleusenmodul, das mit einer Schleusentür 24 ausgestattet
ist. Die Schleusentür 24,
die mit weiteren Einzelheiten in 6 gezeigt
ist, enthält eine
Schiebetür,
die bei Bedarf elektrisch betätigbar ist
und den Weg vom Aufenthaltsbereich 10 zur Lauffläche des
Deckelteils 41 freigibt oder verschließt. Die Schleusentür 24,
oder falls diese nicht vorgesehen ist, eine untere Öffnung des
Schleusenmoduls 22 ist kann mit einem Durchtrittsdetektor 37 (gestrichelt
gezeigt) ausgestattet sein, der mit weiteren Einzelheiten in 7 gezeigt
ist.
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Die
Versorgungseinheit 13 umfasst an sich bekannte Nährstoffbehälter, wie
z. B. Kunststoffflaschen für
Wasser und feste Nährstoffe.
Der Halterahmen 43 weist drei seitliche Öffnungen 45 auf,
durch welche die Maus ggf. von einem eingesetzten Schleusenmodul
auf die Lauffläche
des Deckelteils 41 gelangen kann.
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Das
Bezugszeichen 46 bezieht sich auf Schiebeelemente, mit
denen die Höhe
der jeweiligen Stimulationsmodule über der Bodenfläche des
Aufenthaltsbereiches einstellbar ist. Jedes Schiebeelement 46 umfasst
eine Führungsnut 47 in
der Seitenwand des Halterahmens 43 und einen in der Führungsnut 47 an geordneten
und fixierbaren Vorsprung 48 des Stimulationsmoduls.
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Die
Schleusentür 24 umfasst
gemäß 6 einen
Türkörper 24.1 mit
einer durchgehenden Öffnung 24.2,
in dem zwei Türblätter 24.3, 24.4 verschiebbar
angeordnet sind. Die Türblätter 24.3, 24.4 werden
mit einer elektromagnetischen Stelleinrichtung 24.5 betätigt, so
dass die Öffnung 24.2 freigegeben
oder verschlossen wird. Auf der zum Stimulationsmodul weisenden
Seite weist der Türkörper 24.1 Haltemagnete
(nicht dargestellt) auf, mit denen die Schleusentür 24 am
Stimulationsmodul lösbar
fixierbar ist. In die Schleusentür 24 ist
eine Leitung 24.6 mit einer Ausgangsdüse in Türnähe integriert. Über die
Leitung 24.6 können
käfigspezifische
mechanische Stimulationen, wie zum Beispiel ein Luftstoß unmittelbar
an der Schleusentür 24 erzeugt
werden.
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Die
Stelleinrichtung 24.5 wird in Abhängigkeit von Steuersignalen
einer zentralen Steuerungseinrichtung (s. 13) gesteuert,
um den Durchgang auf die Lauffläche
auf dem Deckelelement 41 oder einen Zugriff auf Nährmittel
oder chemische Reize zu ermöglichen.
Diese Steuerung wird in Abhängigkeit von
an sich bekannten Verhaltenstestverfahren gewählt.
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Die
o. g. Düse,
die als Gasauslass vorgesehen ist, kann in den Türkörper 24.1 integriert
und mit der Schleusentür 24 vom
jeweiligen Modul abnehmbar sein.
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Der
Durchtrittsdetektor 37 umfasst gemäß 7 einen
Detektorkörper 37.1 mit
einer Öffnung 37.2 und
einer Kombination aus einem Infrator-Emitter 37.3, zwei
Spiegeln 37.4 und einem Infrarot-Detektor 37.5,
die ein Messfeld 37.6 in der Öffnung 37.2 aufspannen.
Der Detektorkörper 37.1 ist
mit Haltemagneten ausgestattet, um den Durchtrittsdetektor 37 auf
einem Stimulationsmodul oder auf einer Schleusentür lösbar zu
fixieren. Die Spiegel 37.4 sind parallel zueinander auf
entgegengesetzten Seiten der Öffnung 37.2 angeordnet
und dienen der Einstellung einer Mehrfachreflektion entlang des
Messfeldes 37.6. Der Infrarot-Emitter 37.3 und
der Infrarot-Detektor 37.5 sind mit der zentralen Steuereinrichtung
(s. 13) verbunden, um bspw. den Zeitpunkt und die
Dauer des Durchtritts einer Maus durch den Durchtrittsdetektor 37 zu
erfassen.
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Die
vorteilhafte Flexibilität
der Anpassung des Testkäfigs
an eine konkrete Untersuchungsaufgabe ergibt sich insbesondere aus
der Möglichkeit, eine
Vielzahl von Schleusentüren
und/oder Durchtrittsdetektoren an entsprechend geeigneten Stimulationsmodulen
anzubringen. Es können
bspw. an jedem Schleusenmodul zwei Schleusentüren und zwei Durchtrittsdetektoren
und somit entsprechend bei der Verwendung von drei Schleusenmodulen
bis zu sechs Schleusentüren
und sechs Durchtrittsdetektoren vorgesehen sein, die einzeln ansteuerbar und/oder
abrufbar sind.
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Die
Funktion der Detektoreinrichtung 30 mit den zwei Emitter-Detektor-Rahmen 31, 32 wird
im Folgenden unter Bezug auf die 8 bis 10 erläutert. Die 8 und 9 zeigen
das untere und obere Messfeld 33, 34 der Emitter-Detektor-Rahmen 31, 32.
Die Beleuchtungsrichtung von den Emittern zu den Detektoren definiert
eine Sensororientierung. Die Sensororientierungen der unteren und
oberen Rahmen sind zueinander entgegengesetzt. Über jedem Rahmenteil mit Detektoren
(Seiten A, B) oder Emittern (Seiten C, D) des unteren Emitter-Detektor-Rahmens (8)
befindet sich entsprechend ein Rahmenteil mit Emittern (Seite A,
B) oder Detektoren (Seite C, D) des oberen Emitter-Detektor-Rahmens (9).
Durch diese Umkeh rung wird vorteilhafterweise die Höhenselektivität der Detektion
verbessert.
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Die
Infrarot-Strahlen teilen das Messfeld über der Bodenfläche in 512
Rechtecke. Der Abstand zwischen benachbarten Emittern oder Detektoren beträgt ungefähr 12 mm.
Wenn, wie in 10 schematisch illustriert ist,
die Maus 1 beim Lauf über
die Bodenfläche 11 eine
bestimmte Anzahl von Infrarotstrahlen kreuzt, sind bestimmte Detektoren
an den Seiten A und B (siehe 8) abgeschattet.
Aus der Zahl und Position der abgeschatteten Detektoren kann von
der Steuereinrichtung (siehe 13) unmittelbar
der Ort und ggf. die Ausrichtung der Maus 1 ermittelt werden.
Mit dem oberen Emitter-Detektor-Rahmen 32 kann
zeitgleich erfasst werden, falls sich eine Maus aufrichtet oder
falls eine Maus über ein
Schleusenmodul den Aufenthaltsbereich 10 verlässt. Durch
die Aufnahme einer Zeitabhängigkeit
der Detektorsignale können
mit der Steuereinrichtung der Ort und die Bewegung oder Tätigkeiten
der Maus, wie z. B. ein Laufen, Klettern, Hängen, Springen, Kreiseln, Putzen
oder der Ruhezustand festgestellt werden.
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11 illustriert
die Verknüpfung
von zwei erfindungsgemäßen Testkäfigen 100, 101 über einen Zusatzkäfig 60,
der über
die Ausgangstür 61 mit
der Lauffläche 44.0 des
Testkäfigs 100 und über die
Ausgangstür 62 mit
der Lauffläche 44.1 des
Testkäfigs 101 verbunden
ist. Der Zusatzkäfig 60 ist
zum Beispiel durch eine Flanschverbindung, welche die Ausgangstür 61 umgibt,
mit dem Testkäfig
lösbar
verbunden. Wenn der Zusatzkäfig 60 nicht
angesetzt wird, wird die Ausgangstür 61 mit einem Blindflansch
geschlossen.
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Vorteilhafterweise
kann durch den Zusatzkäfig 60 ein
direkter sozialer Kontakt zwischen Kleinsäugetieren benachbarter Käfige oder
bei entsprechender Anpassung der Schleusenmodule ei ner größeren Anzahl
von Testkäfigen
getestet werden. Wie in den 11, 12 illustriert
ist, umfasst der Zusatzkäfig 60 zwei
Kompartimente 63, 64, zwischen denen eine Verbindungstür 65 vorgesehen
ist. Die Verbindungstür 65 ist
mit einem Durchtrittsdetektor gemäß 7 ausgestattet,
um eine Bewegung der Mäuse 1, 2 zwischen
den Kompartimenten 63, 64 feststellen zu können. Optional
ist der Zusatzkäfig 60 des
Weiteren mit Versorgungseinheiten 66, z. B. Trinkflaschen
und elektrischen Bodengittern 67 für elektrische Stimulationen
ausgestattet. Die Zusatzkäfige
können
auch für
alle anderen Reize, die auch von den Stimulationsmodulen geliefert
werden, ausgestattet sein.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung 200 umfasst
gemäß 13 eine
Vielzahl von Testkäfigen 100, 101,
..., die in mehreren Ebenen in einem Regal 210 angeordnet
sind. Jeder Testkäfig
ist über
das zugehörigen
Schnittstellenmodul mit einer Steuereinrichtung 220 und
einer Zufuhreinrichtung 230 verbunden. Die Steuereinrichtung 220 ist
ein Computer, auf dem Programme zur Datenaufnahme und Steuerung der
Untersuchungsvorrichtung sowie zur Analyse und Interpretation der
Daten laufen.
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Die
Zufuhreinrichtung 230 umfasst eine Atemluftzufuhr 231 und
eine zentrale Reizquelle 232. Die Atemluftzufuhr 231 dient
der Einführung
von Frischluft in die einzelnen Testkäfige. Hierzu ist z. B. ein
Druckluftbehälter
und/oder eine Pumpe vorgesehen. Mit der Reizquelle 232 können für alle Testkäfige gemeinsam
zum Beispiel Schallreize oder chemische Reize erzeugt werden, die
wie die oben genannten Stimulationen zu Testzwecken verwendet werden.
Die Reizquelle 232 umfasst zum Beispiel einen Lautsprecher.
Als Schallreiz wird zum Beispiel zur sozialen Stimulation ein Käuzchenruf
erzeugt. Die Zufuhreinrichtung kann ebenfalls mit der Steuereinrichtung 220 ver bunden
sein. Die Untersuchungsvorrichtung kann optional eine Nährmittelzufuhr 233 enthalten,
von der flüssige
oder auch feste Nährmittel in
die Testkäfige
geliefert werden.
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Die
Testkäfige 100, 101,
... sind so im Regal 210 angeordnet, dass die Schnittstellenmodule
zur hinteren Regalseite weisen. Damit ist auf der Vorderseite genügend Platz
zum optionalen Ansätzen
und Beobachten von Zusatzkäfigen
gemäß 11.
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Regalleitungen
zur Übertragung
von elektrischen Signalen oder Substanzen führen vorzugsweise von den Schnittstellenmodulen 50 oder
den Anschlüssen 16 der
Käfighauben
(siehe 1) in das Gestänge 211 des
Regals 210 und von diesem zu der Steuereinrichtung oder
der Zufuhreinrichtung. Alternativ kann das Gestänge 211 an sich als
Regalleitung verwendet werden, an welche die jeweiligen Testkäfige einsteckbar
sind. Alternativ oder zusätzlich
kann das Gestänge 211 mit
einem Ventilationssystem zur Frischluftzufuhr in den Testkäfigen verbunden
sein. Für
diese Funktion kann das Gestänge 211 an
der Position jedes Testkäfigs
eine Düse
aufweisen, an die der Testkäfig
direkt ansteckbar ist und durch die Frischluft in den Testkäfig einführbar ist.
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Die
Verwendung des Regals 210 besitzt Vorteile in Bezug auf
die Kompaktheit der Untersuchungsvorrichtung 200, die simultane
Untersuchung einer Vielzahl von Kleinsäugetieren (z. B. bis zu 100 Mäuse) und
die einfache Durchführbarkeit
von Dauermessungen unter gleichbleibenden und reproduzierbaren Bedingungen.
Für alle
Testkäfige
kann einheitlich ein Tag-Nacht-Aktivitätsmuster
(Tagesrhythmus) aufgenommen werden. Vorteilhafterweise können die
untersuchten Tiere in der Untersuchungsvorrichtung über Tage
gehalten werden, ohne dass eine Interaktion mit einem Experimentator
erforderlich ist.
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Mit
jedem der Testkäfige 100, 101,
..., bzw. der Untersuchungsvorrichtung 200 können zwei
Trainingsprotokolle für
die untersuchten Kleinsäugetiere verwendet
werden. Gemäß dem ersten
Protokoll definiert der Experimentator Parameter der Reize während des
Trainings und Parameter des Verhaltensrepertoires des Tieres. Gemäß dem zweiten
Protokoll ist vorgesehen, dass die Tiere keinerlei Beschränkungen
in Bezug auf ihr Verhalten unterworfen werden.
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Des
Weiteren können
die folgenden, aus der Fachliteratur an sich bekannten Lernprozesse
an Mäusen
untersucht werden:
- 1. Lernen von Assoziationen
zwischen verschiedenen Reizen zur Untersuchung des assoziativen Gedächtnisses.
- 2. Lernen der Unterscheidung zwischen zwei Reizen, von denen
der eine Reiz bspw. mit einer Belohnung und der andere Reiz nicht
mit eine Belohnung verbunden ist, ebenfalls zur Untersuchung des
assoziativen Gedächtnisses.
- 3. Lernen der Unterscheidung zwischen zwei Reizen in Verbindung
mit dem Lernen einer Raumorientierung.
- 4. Lernen von bestimmten Bewegungsabläufen, z. B. in Abhängigkeit
von vorbestimmten Belohnungen.
- 5. Training eines Arbeitsgedächtnisses
durch Lernen, bestimmte Wirkungen durch Nasenstöße zu erreichen.
- 6. Kontext-bezogenes Lernen unter Verwendung von mehreren Nasenstoß-Detektoren.
- 7. Lernen und Training der Raumorientierung.
- 8. Lernen von Assoziationen zwischen olfaktorischen Reizen oder
Geschmacksreizen und weiteren Reizen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung und
ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.