JP2006129768A

JP2006129768A - 動物の意欲を定量化する方法、動物行動定量化装置

Info

Publication number: JP2006129768A
Application number: JP2004322058A
Authority: JP
Inventors: Noriko Takemura; 竹村典子
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】
報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲の強さを定量化する指標、または報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動を定量化する指標を適切に定義して、それを容易に測定する方法と装置の提案を課題とする。
【解決手段】
報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲の強さ、または、報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動をランニングホイール回転軸芯に対して非対称に物体を装着し、１）該物体を重力安定位置に静止する、２）そこから動かし始めるときに該物体の形状と重さに応じたトルクを必要とする、３）そのトルクを自由に設定すべく該物体を軸心にたいして非対称に固定する手段を具備する構成によって課題を解決した。
【選択図】図１

Description

本発明は、報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得ようとする意欲（モチベーション）の強さを定量化する指標、または行動（運動）そのものを目的とした自発行動（運動）を開始する意欲（モチベーション）の強さを定量化する指標を定義して動物の行動を定量化する方法、ならびに該動物行動定量化方法に用いる装置である。

被験動物をトレッドミルやランニングホイール等の装置を用いて運動させ、動物行動を定量化する方法、ならびに該動物行動定量化方法に用いる装置は多くのものが公知である。（たとえば特許文献１から５参照）しかしながら、公知技術においては、報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲（モチベーション）の強さを定量化する指標、または報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動(運動)を定量化する指標を適切に定義して、それを容易に測定するものではない。すなわち、特許文献１はてんかん性全身痙攣行動、特許文献２はすくみ反応に限定された技術であって、動物の意欲（モチベーション）の強さとは無関係である。特許文献３と特許文献４も跛行や足動一般の解析手法であって、これも意欲（モチベーション）の強さとは無関係である。特許文献５はひっかき行動の定量化手法であって、これも意欲（モチベーション）の強さとは無関係である。さらに手法を実現する構成として、ランニングホイール回転の力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを与えることを特徴とした動物運動定量化装置はない。

ここで、報酬を得るための学習工程とは、たとえば「特定のレバーを押すと餌がもらえる」「ランニングホイールをまわすと餌がもらえる」といった学習工程である。また、報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動（運動）とは、たとえば意図的に自分から特定のレバーを押す、またはランニングホイールを意図的に自分からまわす、といった報酬を獲得するための自発行動（運動）事象を指し、多くの場合は動物を長時間観察した結果得られる該運動事象の生起確率で評価される。

特開2004-113011号「動物のてんかん性全身痙攣行動を誘発する方法、動物のてんかん性全身痙攣行動の記録装置および行動判定方法、判定装置」有限会社ノベルテック特許第2969108号「すくみ反応の測定方法及び測定装置、並びに化学物質が学習又は記憶に与える影響の評価方法」財団法人残留農薬研究所特開２００３−２２８７０１号「跛行診断システム」科学技術振興事業団特開２００３−２５０７８０号「足動解析システム」科学技術振興事業団国際公開WO03067973「AUTOMATIC ANIMAL MOTION OBSERVATION METHOD AND APPARATUS, AND MOTION QUANTIZATION APPARATUS」UNIV TOKYO UNIV of AGRICULTURE & Tech TLO

本発明の課題は、報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲（モチベーション）の強さを定量化する指標、または報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動（運動）を定量化する指標を適切に定義して、それを容易に測定する方法と装置を提案することを課題とする。

本発明は、報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲（モチベーション）の強さ、または、動物が自発的に運動を開始する意欲（モチベーション）の強さをランニングホイール回転軸芯に対して非対称に物体を装着し、１）該物体を重力安定位置に静止する、２）そこから動かし始めるときに該物体の形状と重さに応じたトルクを必要とする、３）そのトルクを自在に設定すべく該物体を軸心にたいして非対称に固定する手段を具備する、という構成によって課題を解決した。

すなわち本発明の方法は、（請求項１）報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得る意欲（モチベーション）の強さを定量化する指標、または動物が自発的に開始する行動(運動)を定量化する指標を定義して動物の意欲を定量化する方法であって、被検査対象動物の飼育箱に、力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを与える物体Mが着脱自在で装着される回転負荷装着手段Tを有するランニングホイールを入れ、前記の起動トルクの大きさに関するデータ、被検査対象動物の行動（運動）に関するデータ、該被検査対象動物によって回転されるランニングホイール回転に関するデータの組み合わせを定量化指標として動物の意欲（モチベーション）を定量化する方法である。ここで、被検査対象動物の行動（運動）に関するデータの「動物の行動（運動）」とは、好適には被検査対象動物が輪を回す姿勢に入った、という行動（運動）であり、実験者の直接観察、ビデオ撮影後の間接観察、種々の光学あるいは磁気検出器などの検知手段によって定量化される。

また本発明の装置は、（請求項２）前記の動物の意欲を定量化する方法に用いる動物行動定量化装置であって、概ね鉛直な面に挟まれた間隙を有し該間隙内に装着され回転と共に該間隙を前記鉛直面に沿って摺動する負荷物体Mを着脱自在に装着する回転負荷装着手段Tを回転軸端に有するランニングホイール、前記ランニングホイールの回転状態、被検査対象動物の行動（運動）、好適には動物が自発的にランニングホイールに入り報酬獲得を目的とする行動（運動）姿勢に入った事象を検知し記録する手段を有する動物定量化装置である。

報酬を伴う場合、および報酬を伴わない場合のどちらも動物の意欲（モチベーション）の定量化は困難であった。本案は定量化指標を適切に定義して、それを容易に測定する方法と装置を実現した。すなわち、力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを自在に調整し、その起動トルクの大きさと被検査対象動物に関するデータ（たとえば、体重、週齢など）と該被検査対象動物によって回転されるランニングホイール回転に関するデータなどとを組み合わせて解析する、などで定量評価できるようになった。ここで、ランニングホイールの起動トルクを人為的に、かつ、定量的に設定して実験条件に容易に組み込めるようにしたことが、本発明の本質である。ランニングホイールの起動トルクという従来にない条件を追加し、これを行動定量化の重要な分析因子とした。

図１が、回転負荷装着手段Ｔが直方体状の中空ケースであって（請求項3）、そのＴが単独の場合の本案装置実施例図である。１がランニングホイール、Ｇが概ね鉛直な面ｔを持つ直方体状の中空ケース内部の間隙、ｒが概ね鉛直な面ｔ以外の面、ｔがTの間隙を形成する概ね鉛直な面である。この場合、負荷物体Mは平板状が好適であり、ランニングホイール回転と共に前記直方体状の中空ケースＴの概ね鉛直な一対の対抗面ｔに挟まれた間隙を該鉛直面に沿って摺動する。

図５が、図１の直方体状の中空ケースを回転軸端に有するランニングホイールの回転と平板状負荷物体Mの機能動作の説明図である。図５（ａ）は静止状態、（ｂ）起動トルクがかかり回転開始、（ｃ）４５度回転、（ｄ）９０度回転、（ｅ）１３５度回転しMが摺動開始、（ｆ）平板状負荷さらに摺動→（ｂ）同様の状態となりMが（ｂ）とは反対の摺動端面に衝突（押圧）という状態図である。負荷物体Mの大きさ・形状・密度等を自在に設定できるので図５（ｂ）にて生じる起動トルクも自在に調整できる。

回転中の平板状負荷物体Mの摺動方向は概ね鉛直な面ｔ以外の面で急停止→逆方向摺動、を繰り返す。この摺動運動継続時の摺動方向反転時に物体Mが回転負荷装着手段Ｔに衝突することで受ける外力を計測して回転数をカウントしてもよい。すなわち、負荷物体Mが衝突時の外力を計数するカウンタを具備するものであって、Mの摺動運動継続時に物体Mが受ける外力を前記カウンタで計数し、該計数値をランニングホイール回転のデータとしてもよい。または、物体Mに加速度センサーを配設して該加速度計測値をランニングホイール回転のデータとしてもよい。より一般的には（請求項４）、荷物体Mが加速度を検知する手段を具備し、該加速度検知手段がランニングホイールの回転状態を検知する手段であり、ランニングホイール回転状態を加速度に基づいて記録する、ということである。

特に負荷物体Mが市販の平板状万歩計（登録商標）であって、この万歩計（登録商標）のスイッチが上記の摺動運動による力を受けて押圧されカウンタする構成であってもよい。この構成は市販万歩計（登録商標）が安価で好適である。もちろん、負荷物体Mに速度や加速度センサー付のＩＣタグ（電子タグ）を内蔵させ、該ＩＣタグから送信される加速度信号を回転データとして記録してもよい。前者（万歩計（登録商標））の場合は、カウント数値しか得られないが、後者（ＩＣタグ（電子タグ））の場合は時系列の回転状態変化に関するデータが得られる。

図５の例では、回転継続中にトルクが変化するので被検査動物の行動（運動）に影響を与えて好ましくない。その場合は、負荷物体Mが摺動開始後に回転軸芯の中央部に移動した際、回転軸芯の中央部に軸対象で嵌合固定手段を配備すればよい。この嵌合固定手段にても負荷物体Mは着脱自在とする。このようにすれば、図６のように回転継続中にトルク変化はない。すなわち、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）までは、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）と同様、図６（ｆ）平板状負荷は中央部に嵌合固定、（ｇ）平板状負荷が中央部に固定された状態で１８０度回転、（ｈ）平板状負荷が中央部に固定された状態で２２５度回転、（ｉ）平板状負荷が中央部に固定された状態で２７０度回転→（ｆ）３１５度回転、これを繰り返す。

図６のようにすれば、負荷物体Mは回転軸芯の中央部に軸対象で嵌合固定されているので回転継続中にトルク変化はない。ただし、この場合は、物体Ｍの摺動が初期の回転開始時のみとなるので、前記のようなランニングホイールの回転状態を検知できなくなるが、公知の回転検知手段（速度センサー）を兼備すればよい。

図２は、本案の第二の実施態様で、回転負荷装着手段Ｔが二つの場合の本案装置実施例図である。また、図３は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの四つの回転負荷装着手段である場合の本案装置実施例図である。さらにまた、図４は、回転負荷を液体抵抗で得るようにした本案装置の別の実施例図である。図４の場合は、力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを与えるものは液体抵抗であって物体Mは必要としない。

トルクが一定値を超えると被検査対象動物は輪を回すことができなくなる。被検査対象動物をこのような過トルク状態におくことで、動物の意欲および諦観（意欲の喪失）が定量化できる。すなわち、報酬を伴う、または伴わない条件下で輪回し行動（運動）を学習した動物を過トルク状態におくと、動物は意欲の強さに応じて輪回しを開始するための姿勢をとる。動物がこの輪回し開始姿勢に入った回数を実験者の直接観察、ビデオ撮影後の間接観察、種々の光学あるいは磁気検出器などの検知手段によって取得することでも被検査対象動物の意欲の定量化が可能である。また動物を継続的に前記過トルク状態におくと、動物は次第に輪は回らないことを学習し、輪回しをあきらめ輪回し開始姿勢をとらなくなる。この被検査対象動物が輪回し開始姿勢をとらなくなるまでの時間に関するデータを前記方法で取得することにより被検査対象動物の諦観（意欲の喪失）の定量化が可能である。

また本案の発展的利用法として、下記１から５の指標の組み合わせにより、被検査対象動物の意欲および諦観の多角的な定量化が可能である。
１．トルク負荷２．ランニングホイールの回転数３．ランニングホイールの回転加速度４．動物が輪回し開始姿勢をとる回数（観察等によるカウント）５．動物が輪回し開始姿勢をとらなくなるまでの時間（観察等により計測する）

回転負荷装着手段がひとつの場合の本案装置実施例図回転負荷装着手段が二つの場合の本案装置実施例図回転負荷装着手段が四つの場合の本案装置実施例図回転負荷を液体抵抗で得るようにした本案装置の別の実施例図直方体状の中空ケースを回転軸端に有するランニングホイールの回転と平板状負荷物体Mの機能動作の説明図：（ａ）は静止状態、（ｂ）起動トルクがかかり回転開始、（ｃ）４５度回転、（ｄ）９０度回転、（ｅ）１３５度回転しMが摺動開始、（ｆ）平板状負荷さらに摺動→（ｂ）同様の状態となりMが（ｂ）とは反対の摺動端面に衝突（押圧）図１の本案装置のランニングホイール回転と回転負荷の説明図：（ａ）は静止状態、（ｂ）起動トルクがかかり回転開始、（ｃ）４５度回転、（ｄ）９０度回転、（ｅ）１３５度回転し平板状負荷が摺動開始、（ｆ）平板状負荷は中央部に嵌合固定、（ｇ）平板状負荷が中央部に固定された状態で１８０度回転、（ｈ）平板状負荷が中央部に固定された状態で２２５度回転、（ｉ）平板状負荷が中央部に固定された状態で２７０度回転→（ｆ）３１５度回転

符号の説明

１ランニングホイール
Ａ四つの回転負荷装着手段のうち、それらのひとつの回転負荷装着手段
Ｂ四つの回転負荷装着手段のうち、それらのひとつの回転負荷装着手段
Ｃ四つの回転負荷装着手段のうち、それらのひとつの回転負荷装着手段
Ｄ四つの回転負荷装着手段のうち、それらのひとつの回転負荷装着手段
Ｇ概ね鉛直な面ｔを持つ直方体状の中空ケースＴ内部の間隙
M 力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを与える物体
ｒ概ね鉛直な面ｔ以外の面
T 物体Mが着脱自在に装着する回転負荷装着手段で直方体状の中空ケースである場合の例
ｔ Tの間隙を形成する概ね鉛直な面

Claims

報酬を得るための学習工程を終えた動物が記憶した該報酬を得ようとする意欲の強さ、または報酬を獲得する目的で動物が自発的に開始する行動を定量化する指標を定義して動物の意欲を定量化する方法であって、被検査対象動物の飼育箱に、力のモーメントをアンバランスとして起動トルクを与える物体Mが着脱自在で装着される回転負荷装着手段Tを有するランニングホイールを入れ、前記の起動トルクの大きさデータ、被検査対象動物の行動に関するデータ、該被検査対象動物によって回転されるランニングホイール回転に関するデータの組み合わせを定量化指標として動物の意欲を定量化する方法
請求項1の動物の意欲を定量化する方法に用いる動物行動定量化装置であって、概ね鉛直な面に挟まれた間隙を有し該間隙内に装着され回転と共に該間隙を前記鉛直面に沿って摺動する負荷物体Mを着脱自在で装着する回転負荷装着手段Tを回転軸端に有するランニングホイール、前記ランニングホイールの回転状態を検知し記録する回転記録手段、動物の行動状態を記録する動物行動記録手段を有する動物行動定量化装置
負荷物体Mが平板状物体であり、回転負荷装着手段Tが一対の対抗面を概ね鉛直としてランニングホイール回転軸端に連結された直方体状の中空ケースであって、前記平板状負荷物体Mが、回転と共に前記直方体状の中空ケースの概ね鉛直な一対の対抗面に挟まれた間隙を該鉛直面に沿って摺動する請求項２の動物行動定量化装置
負荷物体Mが加速度を検知する手段を具備し、該加速度検知手段がランニングホイールの回転状態を検知する手段であり、ランニングホイール回転状態を加速度に基づいて記録する請求項２の動物行動定量化装置