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【発明の名称】 動物行動科学研究装置
【発明者】 【氏名】平野 均

【氏名】村上 龍司

【要約】 【課題】小動物の行動や生体リズムに与える光の影響を解析可能であり、また、中枢系医薬品の開発に必要な行動薬理研究を行うことができ、さらには光を制御することでうつ病などを発症したモデル動物の作成が可能な動物行動科学研究装置を提供することである。

【解決手段】内部に小動物を飼育する飼育箱13を収納可能な空間10と、前記飼育箱13を照らす照明部4と、前記飼育箱13に飼育される小動物の行動を検知するセンサ14とを備える動物行動科学研究装置1であって、前記照明部4は、光源として発光ダイオードを搭載し、この発光ダイオードの照度を調整可能に、照度制御部23を備えるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に小動物を飼育する飼育箱を収納可能な空間と、前記飼育箱を照らす照明部と、前記飼育箱に飼育される小動物の行動を検知するセンサとを備える動物行動科学研究装置であって、
前記照明部は、光源として発光ダイオード(以下、LEDという。)を搭載し、この発光ダイオードの照度を調整可能に、照度制御部を備えることを特徴とする動物行動科学研究装置。
【請求項2】
前記光源は、白色LEDであることを特徴とする請求項1記載の動物行動科学研究装置。
【請求項3】
前記光源は、赤色LED、緑色LED及び青色LEDを同一基板上に混合配置させた発光ダイオードユニットであることを特徴とする請求項1記載の動物行動科学研究装置。
【請求項4】
前記センサは、前記小動物が放出する赤外線を感知する赤外線センサであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の動物行動科学研究装置。
【請求項5】
回転輪とこの回転輪の回転を検知する回転センサ及び給水装置を備える飼育箱を備え、前記回転センサ及び前記赤外線センサの出力信号で前記小動物の行動を検知することを特徴とする請求項4記載の動物行動科学研究装置。
【請求項6】
前記照明部は、前記光源を配置・収容するラックと、このラックを挿脱可能に案内するガイド部とを有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の動物行動科学研究装置。
【請求項7】
底板部の下面に、転動可能に設けられるキャスターと支持可能に設けられる支持脚を備え、天板部の上面に、前記キャスターを案内する溝部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の動物行動科学研究装置。
【請求項8】
前記照度制御部に対する制御信号を受信しつつ、前記センサからの出力信号を送信可能なインターフェースを備えて、外部の別個の端末と接続可能であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の動物行動科学実験装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、小動物を入れた飼育箱を内部に収納し、LED光を照射して小動物の行動特性を科学的に解析するための動物行動科学研究装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ラットなどの小動物は、動物行動科学的あるいは生理学的な理論の検証、製薬や化学などの分野における製品の実証などの実験に用いられることが多く、検体としての運動量や食飲回数などの行動解析が実施されていた。
例えば、特許文献1に開示される「動物等検体の行動解析装置」では、動物検体が行動可能な大きさのスキナーボックスと、周囲の対向壁面に付設したセンサーを備え、センサーの検出信号によって動物検体の位置を割り出し、それを時系列に沿って演算処理して動物検体の行動位置、速度、行動方向を算出する発明が開示されている。センサーは、対向する両側壁に設けられており、発光素子と受光素子を対向させてビーム光を放射・入射することで、空間に格子を形成することで、動物検体の位置を割り出している。
この「動物等検体の行動解析装置」は、ラット等の検体が、外部からの物理的乃至心理的な各種要因による不用意な束縛を受けることなく、正常な状態やある種の特定な異常時における検体の行動を正確に解析できるというものである。
【0003】
一方、特許文献2に開示される「実験用動物の運動量測定方法及びその装置」は、特許文献1と同様に、対向する側壁に光センサ投光器と光センサ受光器を取付け、これを上下2層設けて、上層の光センサ投光器と光センサ受光器で実験用動物の通常の立ち上がりを検出し、下層のセンサで同じく不完全な立ち上がりを検出するようにしたものである。
このように構成される「実験用動物の運動量測定方法及びその装置」においては、上下2層に光センサを設けることで、実験用動物の立ち上がりを記憶し、下層に配置された光センサによって実験用動物の立ち上がりからの復帰を検出して1回の立ち上がりとして明確に定義される正確な立ち上がり回数を検出することが可能であり、さらに、この下層の光センサによって不完全な立ち上がりを検出することも可能である。よって、より簡易かつ正確に実験用動物の運動量を測定することが可能である。
【0004】
【特許文献1】特許第2519893号公報
【特許文献2】特開平7−184515号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように記載される特許文献1及び特許文献2に記載された従来の技術は、実験用の小動物を収容し、その行動を位置の同定も含めて、側壁に設置されたセンサで測定可能であり、特に、特許文献2に開示される発明では、通常の立ち上がりや不完全な立ち上がりまで検知することも可能である。しかしながら、その小動物の行動原因となる刺激を与える構造に関しては、開示されておらず、言及もない。これらの特許文献に開示される小動物の行動解析は暗視下で行うことを前提とするものであり、照明下で行うものではない。
小動物の行動や生体リズムなどに影響を与える因子として、光が重要であることが徐々に明らかにされつつあり、この光の影響を評価するためには光源を設けることが必要となるが、特許文献1及び特許文献2に開示される発明においては、光源に関する開示がない。従って、光源を用いた照射時における動物行動に関する解析ができない可能性が高いという課題があった。
【0006】
また、この光源は、装置内の温度上昇を防止するために発熱の少ないものが望まれ、さらに、光が小動物に与える影響を解析するためには、複数の異なる波長の光源を試す必要があるが、このような構成に関する開示や言及もなく、適切な光源を用いつつ、その光源が与える影響に関する解析を実施できないという課題があった。
さらに、このような実験を行う場合に、対照区の設置などから複数の装置を配列する必要があるが、このような複数の装置の配列、省スペース化に配慮する技術内容を含むものではなく、複数の装置を同時に用いて実験を行う場合には、安全に十分なスペースを確保して実験を行うことが困難である可能性があるという課題があった。
また、これらの文献に開示される発明においては、いわゆるスタンドアロン型の実験装置であり、計測して得られたデータをそのまま演算処理して、その場で評価するという手法を用いているが、外部のコンピュータ等から遠隔操作で計測データを取得したり、制御信号を送信したりすることができないという課題があった。
【0007】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、小動物の行動や生体リズムに与える光の影響を解析可能であり、また、中枢系医薬品の開発に必要な行動薬理研究を行うことができ、さらには光を制御することで、特に、光うつ病を発症したモデル動物の作成が可能な動物行動科学研究装置を提供することを目的とする。
また、複数の装置を同時に用いるような実験においても省スペース化を実施することが可能で、安全に配列することが可能な動物行動科学研究装置を提供することも目的とし、さらに、外部の1つ以上のコンピュータや携帯情報端末装置から、同時あるいは順次、1以上の当該研究装置に対して、遠隔操作でデータを取得したり、制御信号を送信したりすることが可能な動物行動科学研究装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明である動物行動科学研究装置は、内部に小動物を飼育する飼育箱を収納可能な空間と、前記飼育箱を照らす照明部と、前記飼育箱に飼育される小動物の行動を検知するセンサとを備える動物行動科学研究装置であって、前記照明部は、光源として発光ダイオード(以下、LEDという。)を搭載し、この発光ダイオードの照度を調整可能に、照度制御部を備えるものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、LEDを光源とする照明部からの熱発生が無いので、光のみが小動物に影響を生じさせることができる。
【0009】
さらに、請求項2に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1記載の発明において、前記光源は、白色LEDであることを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、光源として白色LEDを搭載することで、白色光が小動物に与える影響を生じさせることはもちろん、白色LEDの点灯、消灯によって、昼夜を模擬するという作用を有する。また、その際の発熱の影響を抑制する作用は請求項1に記載の発明と同様である。
【0010】
請求項3に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1記載の発明において、前記光源は、赤色LED、緑色LED及び青色LEDを同一基板上に混合配置させた発光ダイオードユニットであることを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、光源として赤色LED、緑色LED及び青色LEDを搭載することで、光の三原色に代表される異なる波長の光を照射可能とする作用を有する。各々の光が小動物に与える影響を生じさせること及びその際の発熱の影響を抑制する作用を有する。また、同時に3色を点灯することで、白色LEDとして作用させることも可能である。さらに、同一の基板に搭載したので、光源を交換することなく、実験を連続させながら各色が与える影響を生じさせる作用を有する。
【0011】
請求項4に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記センサは、前記小動物が放出する赤外線を感知する赤外線センサであることを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、赤外線センサを用いることで、小動物が放出する赤外線を感知して、その位置や動きを高い精度で同定するという作用を有する。
【0012】
請求項5に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項4に記載の発明において、回転輪とこの回転輪の回転を検知する回転センサ及び給水装置を備える飼育箱を備え、前記回転センサ及び前記赤外線センサの出力信号で前記小動物の行動を検知することを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、請求項4に記載の発明の作用に加えて、回転輪とこの回転輪の回転を検知する回転センサを設けることで、小動物の運動量を定量的に解析する作用を有し、また、ストレスの発生状況を解析する作用を有する。
【0013】
請求項6に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発明において、前記照明部は、前記光源を配置・収容するラックと、このラックを挿脱可能に案内するガイド部とを有することを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、照明部が光源を配置・収容するラックとガイドを備えて、ラックを挿脱可能にして、ラックの交換及びラックに配置・収容された光源の交換を容易とする作用を有する。
【0014】
請求項7に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の発明において、底板部の下面に、転動可能に設けられるキャスターと支持可能に設けられる支持脚を備え、天板部の上面に、前記キャスターを案内する溝部を備えることを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、底板部の下面のキャスターは、動物行動科学研究装置を容易に移動可能に作用し、また、支持脚は動物行動科学研究装置の移動を抑制しながらその重量を支持するように作用する。
さらに、天板部の上面に備えられる溝部は、キャスターを案内しつつ、この溝部からのキャスターのはみ出しを抑制する作用を有する。
【0015】
請求項8に記載の発明である動物行動科学研究装置は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の発明において、前記照度制御部に対する制御信号を受信しつつ、前記センサからの出力信号を送信可能なインターフェースを備えて、外部の別個の端末と接続可能であることを特徴とするものである。
上記構成の動物行動科学研究装置においては、インターフェースが外部の別個の端末と接続可能として、その端末からセンサからの出力信号を受信したり、照度制御部に対する制御信号を送信したりする作用を有する。
【発明の効果】
【0016】
本発明の請求項1記載の動物行動科学研究装置では、飼育箱を照らす照明部を備え、しかもその照明部の光源にLEDを搭載することで発熱量を低く抑え、熱とは別個に光が小動物へ与える影響を解析することができるという効果を有する。
【0017】
本発明の請求項2に記載の動物行動科学研究装置においては、発熱量を低く抑えつつ、白色光が小動物に与える影響を解析することが可能である。また、白色光の点灯、消灯によって、昼夜を模擬することができ、点灯・消灯のそれぞれの長短を制御することなどによって、小動物の生体リズムなどの季節性などについて解析することも可能となる。
【0018】
本発明の請求項3に記載の動物行動科学研究装置においては、光源として赤色LED、緑色LED及び青色LEDを搭載することで、光の三原色に代表される異なる波長の光を照射可能として、異なる波長によって発生する影響について解析することが可能となる。さらに、それぞれのLEDを同一基板上に設けたので、基板を交換することなく、各色の波長のLEDを用いて各色の小動物に与える影響を解析することが可能である。異なる波長を照射することで、小動物の生体リズムの進みや遅れなどの効果も波長毎に影響を解析することができる。また、三原色を備えていることからその強度を調整することで様々な色を作成することも可能であり、さらに、すべての色のLEDを同時に点灯させることで、白色LEDとして利用することも可能である。
【0019】
本発明の請求項4に記載の動物行動科学研究装置においては、赤外線センサを用いることで、小動物が放出する赤外線を感知して、その位置や動きを高い精度で同定することができるので、側壁に対向させて投光素子と受光素子から構成される光センサを設ける必要はなく、赤外線センサを動物行動科学研究装置の内部の天井部分に設けることが可能となる。従って、赤外線を用いて動物行動科学研究装置の底部を移動する小動物の位置を精度よく検出することが可能である。
【0020】
本発明の請求項5に記載の動物行動科学研究装置は、回転輪とこの回転輪の回転を検知する回転センサを備えることで、回転輪で運動する小動物の運動量を定量的に測定して解析することが可能である。また、小動物に対し動物行動科学研究装置の底部を移動する状態と回転輪で運動する状態の2通りを選択可能として、小動物に発生しているストレスの状況を解析することができるという効果を発揮する。
【0021】
本発明の請求項6に記載の動物行動科学研究装置は、照明部が光源を配置・収容するラックとガイドを備えて、ラックの交換を容易とすることができる。従って、波長の異なる複数種類の光源をラックに収容・配置した場合に、より効率的に光源の交換を行うことができる。さらに、光源の修理やメンテナンスが容易となり、さらに、交換が容易となることも相まって、実験の中断や延期を防止して、より運用性に優れた動物行動科学研究装置として実験を遂行することが可能である。
【0022】
本発明の請求項7に記載の動物行動科学研究装置は、キャスターによってその移動を容易かつ安全にし、支持脚によってその設置・固定を容易かつ安全にする。さらに、天板部の上面にキャスターを案内する溝部を設けることで、動物行動科学研究装置を重ねる際に、その溝部にキャスターを導いて、その溝部から外れることを防止することで上側の動物行動科学研究装置の位置決めを可能とするものである。重ねる際に、不用意にキャスターが天板部から外れ、最悪の場合には載置した動物行動科学研究装置が天板部から落下する可能性もあるが、そのような不具合の発生予防を可能とする効果を有する。
【0023】
本発明の請求項8に記載の動物行動科学研究装置は、インターフェースを備えることで、外部の別個の端末、例えば、コンピュータや携帯情報端末などと接続可能として、本動物行動科学研究装置に対してアクセスを可能として、センサからの出力信号を受信したり、照度制御部に対する制御信号を送信したりすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る動物行動科学研究装置を図1乃至図12に基づき説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る動物行動科学研究装置の外形図であり、図2は一部内部を透視する構造図である。
図1及び図2において、動物行動科学研究装置1は天板部3と底板部20及び側板部24によって構成される略直方体の装置であり、その内部空間10には小動物を飼育するための飼育箱(図示せず)を収容することができる。
天板部3の下部には、照明部4が設けられており、把手11を用いて挿脱可能に構成されている。天板部3の上面には溝部7が形成されており、底板部20の下面に設けられたキャスター8を案内することができる。また、キャスター8の傍には支持脚9が設けられており、支持脚9を伸ばしてキャスター8を浮かせることによって動物行動科学研究装置1の移動を抑制しながら自重を支えることが可能である。
動物行動科学研究装置1の前面には前扉2が設けられており、ハンドル5で開閉を行う。動物行動科学研究装置1の内部への飼育箱の収容や、内部に設けられるセンサ、構造物あるいは配線などのメンテナンス・修理は、この前扉2を開けて行う。
【0025】
図2に示されるように、動物行動科学研究装置1の内部空間10に飼育箱13を収容し、前扉2を閉じて、メインスイッチ6を入れる。このメインスイッチ6を入れることで、照明部や計器類の作動が可能となる。また、前面の上部には、照明点灯スイッチ12a〜12dが設けられており、照明部4の内部に配置される光源のスイッチを入れることが可能である。複数存在しているのは、それぞれ、異なる波長の光源に対して別個独立のスイッチが設けられているためで、これらは複数スイッチを入れることで、異なる波長の光源を同時に複数点灯させることも可能である。
内部空間10の上部には、赤外線センサ14が設けられており、飼育箱13内の小動物の行動を検知することができる。赤外線センサ14は、より詳細には赤外線昇電センサと呼ばれるもので、符号16で示される範囲で小動物が移動した場合に、その移動に比例した信号を出力するものであり、検出された信号は、制御部23に送信される。赤外線センサ14によれば、小動物の体温によって発生される赤外線を検知することで、小動物の位置や移動量に基づく運動量を検知することが可能である。
制御部23は、赤外線センサ14で得られた信号を受信するのみならず、図1,2では図示しない換気ファン18を制御するための信号を送信するものであり、その詳細については後述する。
なお、前扉2や天板部3、側板部24など、動物行動科学研究装置1本体に係る部分は、動物の糞尿等から発せられるアンモニア成分等により装置自体が腐食することを避ける目的で、ステンレス鋼を使用して作られており、鋼板は軽量化の為1.5mm程度の物で構成されている。従って、物が当たった場合などに発生する音の内部への反響や、内部からの音の漏洩を防止すると共に、内部温度を維持するため、すなわち、動物行動科学研究装置1の内部の環境条件が、外部の温度や音などの条件に左右されないように、側板部24の内部は、ウレタンあるいはグラスウールなどの、防音材を兼ねた断熱材が充填されている。
【0026】
次に、図3乃至図6を参照しながら、照明部4の内部構造や動物行動科学研究装置1の内部背面に設けられる換気ファン18について説明する。図1,2で説明した動物行動科学研究装置1の構成と同一の構成については同一符号を付して、その説明は省略する。図3,4は、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の内部構造を示す概念図であり、図5は、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明部4のラック22内における照明ユニット15の配置を示す概念図である。図6は、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明ユニットの基板上に配列されるLED球を示す概念図である。
図3,4において、照明部4は、ラック22を備えており、その内部に照明光源となる照明ユニット15を配置している。この照明ユニット15は、基板上にLEDを搭載したもので、その数は、小動物に対する行動科学研究の内容によるが、例えば図5に示されるように、3行4列の12個配置される。但し、この3行4列の他、照度を上げる場合には、例えば5行6列などとしてもよく、電源や配線の容量やラック22の収納面積を考慮する必要はあるものの、その照明ユニット15の個数や配列は特に限定するものではない。
なお、図5に示すソケット28は、照明ユニット15へ電力を供給するためのソケットで、本実施の形態においては、例えば、以下に図6を参照しながら説明する白色LED26のみを搭載した照明ユニット15と、赤色LED26a、緑色LED26b、青色LED26cを搭載した照明ユニット15aというように、2種類の照明ユニット15,15aの各LEDにそれぞれ異なる電源を接続できる構造で、2種類の照明部4がそれぞれ個別に接続可能な構造である。すなわち、1種類のソケット28で、異なる照明ユニット15,15aを搭載した照明部4に対応可能である。このような構造としておくことで、照明ユニット15,15a同士を交換するような場合においても、同一ソケットで対応が可能である。
【0027】
また、照明ユニット15,15aの各々には、図6に示されるように、コネクタ25,25aを備えた基板27上に、6行6列のLED球が配列されている。(a)は、基板27上にすべて白色LED26を配置した場合であり、(b)は、赤色LED26a、緑色LED26b、青色LED26cをそれぞれ交互に2列ずつ配置した場合を示している。赤色LED26a、緑色LED26b、青色LED26cを同じ基板27上に1つのユニットとして配置することによって、この1種類の照明ユニット15aを用いて、赤、緑、青の3色の波長の光をそれぞれ別個に照射することが可能であり、さらに、これらの色を混合させて照射することも可能である。赤、緑、青の3色を同時に照射して白色とすることも可能である。
なお、本実施の形態では、光の3原色のLEDは、図6(b)に示すように1つの照明ユニットにそれぞれを含めて配置したが、これとは別個に、照明ユニット毎に、全部のLEDを赤色LED26a、緑色LED26bあるいは青色LED26cとするように構成してもよい。そして、そのような照明ユニット15aをラック22内に分散させて配置してもよいし、すべて同色のものを配置してもよい。
すべて同色として配置することによれば、各色の単色となるものの、実験対象の動物に与える影響を、赤、緑、青色の低い照度から高い照度まで幅広いレンジで実験することが可能である。
照明ユニット15,15aへの給電は、基板27,27aに備えられたコネクタ25,25aとラック22内に設けられた図示しないコネクタと接続して行う。従って、予めラック22内にコネクタを十分に配しておくことで、容易に照明ユニット15,15aを交換することができる。照明ユニット15,15aを交換してもそのコネクタ25,25aの位置を予め制御部23に入力しておくことによれば、容易に照明ユニット15,15aの照度の制御を実行することが可能である。
【0028】
ラック22は、把手11を利用者が引くことによって外部へ容易に引き出されるように、その側方の下面を案内する2つのガイドレール19を備えている。このガイドレール19によって、ラック22の側方の下面が円滑にスライドすることができる。ガイドレール19は、ラック22の側方下面のみならず、上方でもよいし、2つ設けられなくとも1つでもよい。さらに、レール状に形成されたガイドでなくとも溝状に形成されるガイドでもよい。
動物行動科学研究装置1の内部背面には、動物行動科学研究装置1の内部空間10を換気するために換気ファン18が設けられており、換気口17から内部の空気が排出される。この換気ファン18は、動物の発する臭気を排して、新鮮な空気や呼吸に必要な酸素を取り入れる換気目的の他に、照明部4の使用によって昇温した内部の空気を排出して、低温の外部空気を取り入れることで、内部空間10の温度調節を行うことも目的としている。
【0029】
次に、図7及び図8を参照しながら、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の設置を省スペース化することについて説明する。図7(a)は、動物行動科学研究装置を複数台水平に並べつつ、垂直に積み重ねた状態を示す正面図であり、(b)はその側面図である。また、図8は、動物行動科学研究装置を垂直に積み重ねる際のキャスター及び支持脚の機能を説明するための概念図である。
図7及び図8において、動物行動科学研究装置1は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ3台配列されている。動物行動科学研究装置1は、前述のとおり、照明部4に多色のLEDを搭載するなど多数の実験パラメータを用いて、飼育箱13に収容されたラットなどの小動物の行動科学について解析を行うことが必要であるため、同時に多数の動物行動科学研究装置を用いて実験を行うケースが多い。しかしながら、実験室のスペースは限られており、省スペースに努める必要がある。
そこで、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置1においては、天板部3にキャスター8を案内可能な溝部7を2箇所形成して、左右に設けられたキャスター8が天板部3上を自由に動かないように拘束している。さらに、キャスター8の側には支持脚9を設け、この支持脚9を伸ばすことでキャスター8の溝部7内における接地を解除し、溝部7においても移動ができないようにして動物行動科学研究装置1の自由な移動を完全に抑制することができる。本実施の形態においては、動物行動科学研究装置1のキャスター8を前後、左右の4箇所に設けているため、溝部7は2箇所形成することで足りるが、溝部7の形成箇所の数は、キャスター8の設置位置に合わせて設けることが必要であり、例えば、キャスター8が左右及び中央の3位置に設けられる場合には、溝部7もその位置に符合させて3箇所設ける。
【0030】
図8において、動物行動科学研究装置1の天板部3に他の動物行動科学研究装置1を設置する際には、他の動物行動科学研究装置1のキャスター8を天板部3の溝部7内に導くように載せ、そのまま後方に押す。図8は、他の動物行動科学研究装置1を天板部3に載せて、押している途中の状況を示している。図8の状態から更に押すと、下の動物行動科学研究装置1の天板部3の後方に設けられたストッパ21にキャスター8が当接して、これ以上、他の動物行動科学研究装置1を押せない状態となる。このような状態になって、支持脚9を伸ばすことでキャスター8を浮かせる。支持脚9はキャスター8毎に設けられているので、それぞれの支持脚9を順次伸ばしていく。この支持脚9の伸縮は、ねじ機構などを用いて徐々に伸縮するようにしておくとよい。また、支持脚9で動物行動科学研究装置1あるいはそれに載置される別の動物行動科学研究装置1の荷重に耐える構造、仕様とする必要がある。なお、支持脚9の位置は特に溝部7内に収容されるように設定する必要はないが、溝部7の強度を限定的に天板部3よりも高く構成するなどすれば、キャスター8が接地している場合も支持脚9が接地している場合も十分な強度を備えた同一の箇所で支えることが可能であり、天板部3の強度をも動物行動科学研究装置1の荷重に耐えるように担保する必要がなくなるため、構造的にも経済的にも効率的である。
なお、ストッパ21は可倒式として、積み重ねる際のみ立ててキャスター8を止めるように機能するようにしてもよい。突起物を減らし、通常時の実験者の安全性の向上に寄与するものである。
【0031】
次に、図9及び図10を参照しながら、動物行動科学研究装置の内部構造について説明を加える。図9は、動物行動科学研究装置の内部に収容される飼育箱の外形図であり、図10は動物行動科学研究装置の内部を示す概念図である。
図9において、飼育箱13はその上部に回転輪31を備えた蓋36で覆われている。回転輪31は、上半分は蓋36上に露出し、下半分は飼育箱13の内部に収容されるように設けられており、小動物が内部に入って運動することで回転するように構成されている。その回転は、偏心カム34の回転によりリードスイッチ33のピン33aが上下して、その変動を読み取る回転検出装置32によって計測される。リードスイッチ33によって検知された回転に関する信号は、信号ケーブル35を介して動物行動科学研究装置1の制御部23に送信される。
飼育箱13の蓋36の棚部38には、給水ボトル37が設けられており、水を貯留しておくと、飼育箱13内の小動物が注水管39を介して水を飲むことができる。本図には図示していないが、小動物の餌も飼育箱13の内部に用意されており、実験を行う一定期間の間、小動物を飼育箱13で飼育することが可能である。
【0032】
図9に示されるような飼育箱13は、図10に示されるように動物行動科学研究装置1の内部に収納することができる。動物行動科学研究装置1の側板部24及び底部45の内面はほぼ白色の内壁で構成されている。天井部40は、半透明のガラス板で構成されており、照明部4からの光の照射が動物行動科学研究装置1の内部空間10で拡散するように考慮されている。但し、天井部40は例えば照明部4において拡散フィルターなどを備えることで、予め拡散されているような場合、光が弱く強度が小動物にとって問題ないような場合には、透明なガラスを設けてもよい。また、その材質もガラスに限定するものではなく、アクリルなどのプラスチック製のものを用いてもよい。
動物行動科学研究装置1の内部背面には前述のとおり、換気ファン18が設けられており、換気口17から動物行動科学研究装置1の内部の空気を放出している。
側板部24の上部には、赤外線センサ14が設けられており、この赤外線センサ14は、取り付け治具43と固定部44によって支持されている。
赤外線センサ14はいわゆる熱型センサの中の赤外線焦電センサと呼ばれるもので、動物が体温に基づいて発生している赤外線エネルギーを検出するものである。例えば、赤外線センサ14は、小動物が動くと、その小動物から放出される赤外線エネルギーを感知し、図10に符号46で示す検出マトリックス中において、移動に比例した信号を出力するため、その運動量を検出することができる。また、精度のよいものは、検出マトリックス46のいずれのセル領域からいずれのセル領域に移動したかも処理可能であるため、動物行動科学実験中の小動物の行動を高い精度で追跡することが可能であり、行動に伴う運動量の把握も可能である。
赤外線センサ14によって検出された小動物の赤外線に関する信号及び位置情報に関する信号は信号ケーブル41を介して制御部23に送信される。なお、赤外線センサ14の数は、動物行動科学研究装置1の内部広さへの適応や検出精度の向上のために適宜増やすようにするとよい。
【0033】
次に、図11及び図12を参照しながら、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置1のシステム構成について説明を加える。
図11は、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明部と制御部の構成を示すシステム構成図であり、図12は、照明部、換気ファン、赤外線センサ及び回転検出装置を含めてネットワーク化して遠隔操作を可能とした全体のシステム構成図を示すものである。
図11において、照明部4を構成する白色LED26を配した照明ユニット15及び赤色LED26a、緑色LED26b、及び青色LED26cを配した照明ユニット15aは、制御部23の照度制御部52で制御される。照明ユニット15の白色LED26は白色LED照度制御部52a、照明ユニット15aの赤色LED26aは赤色LED照度制御部52bで、緑色LED26bは緑色LED照度制御部52cで、青色LED26cは青色LED照度制御部52dで、それぞれその照度が制御される。
それぞれの照度制御回路では、電圧制御回路53a〜53d及び電流制御回路54a〜54dが設けられている。電圧制御回路53a〜53dは、照明ユニット15,15aに配列されているLED毎に電圧を可変として、調光を行うものである。具体的にはこのときの信号は0Vから5Vの間で変化する信号で、この電圧レベルに比例した電圧を照明ユニット15,15aへ印加して調光を行う。また、LEDの特性として、高照度で点灯した場合、LEDに流れる電流が増加して熱暴走を生じる可能性があるので、これを防止するため、調光制御にはこの電流を制限するための電流制御回路54a〜54dが設けられている。
これらの照度制御部52へはマイコンボード51から制御信号を送信することで実行が可能である。
【0034】
本実施の形態においては、白色LED26を配した照明ユニット15と有色のLEDを配した照明ユニット15aを同時に用いていないが、予め、それぞれのLEDに対する照度制御部を設けておき、照明部4のラックに設けられるコネクタ位置をこれらの照度制御部が指定可能なようにしておくことで、ラックのいずれのコネクタにもいずれの照明ユニット15,15aのコネクタ25,25aが接続されても制御が可能となる。
さらに、照明ユニット15aにおいても、赤色LED26a、緑色LED26b、青色LED26cを混在させたものと単色で構成させたものも予めその配列情報を照度制御部52で、その照明ユニット15aが存在する位置情報を含めて認知可能としておくことで、有色のLEDを配置した照明ユニット15aの制御は可能となる。なお、認知は、照明ユニット15,15aのLEDの配列情報と、照明ユニット15,15aのコネクタ位置情報を、予め実験者がマイコンボード51に入力可能としておき、その配列情報信号とコネクタ位置情報信号を照度制御部52が受信することで、照明部4の照明ユニット15,15aの配列を認知して、それぞれのLEDの照度を制御するようにするとよい。
【0035】
図12は、図11に示す制御部23の制御対象として、照明部4を含めた全体の構成を示している。
制御部23には、照度制御部52の他にも換気ファン18の回転を制御する換気ファン制御部55が備えられ、さらに、赤外線センサ14からの検出信号や回転検出装置32からの輪回し回転の検出信号がマイコンボード51に入力される。
本実施の形態においては、動物行動科学研究装置1の制御部23は、ハブ58に接続されるコンピュータ59及び情報通信網60を介して外部コンピュータ61に接続されている。
従って、外部コンピュータ61から、情報通信網60を介して動物行動科学研究装置1の制御部23に設けられているマイコンボード51にアクセスし、これに制御の条件や、前述の照明ユニット15,15aのLEDの配列情報や照明ユニット15,15aのコネクタ位置情報などを信号として入力することも可能である。
【0036】
さらに、赤外線センサ14からの検出信号、小動物の位置信号あるいは飼育箱13の回転輪31の回転検出装置32からの回転に関する検出信号は、制御部23に設けられたマイコンボード51、情報通信網60を介して外部コンピュータ61において受信が可能である。従って、一旦動物行動科学研究装置1を設置すれば、遠隔操作で動物行動科学研究装置1に備えられる装置を制御したり、動物行動科学研究装置1に備えられる検出器からのデータを取得することができる。
このように情報通信網60を用いるネットワーク化によって遠隔操作を行うことが可能であるため、特に、前述のとおり動物行動科学研究装置1を多数設置可能とすることに意義がある。多数の異なる実験パラメータを同時に取れるように多数の動物行動科学研究装置1を設置しておき、一旦設置した後は、それを遠隔で同時に制御することで、時間的、経済的、スペース的に効率を向上させることが可能である。
複数の動物行動科学研究装置1を設置した場合には、図12に示されるように、複数の動物行動科学研究装置1の制御部23をそれぞれハブ58に接続し、これらをコンピュータ59に接続し、情報通信網60を介して外部コンピュータ61からアクセス可能とするとよい。
ハブ58は、複数の動物行動科学研究装置1の制御部23を接続して、それを統合するようにコンピュータ59に接続するものであるので、コンピュータ59を多数備えて、それぞれの制御部23へ接続可能な場合、あるいは動物行動科学研究装置1の設置数が少なくコンピュータ59の台数に応じて接続が可能な場合には、ハブ58を設ける必要はない。
また、コンピュータ59をサーバーとし、外部コンピュータ61をクライアントコンピュータとするような構成としてもよいことは言うまでもない。
【0037】
以上説明したとおり、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置1においては、内部に収容する飼育箱を照らす照明部の光源に白色、赤色、緑色、青色のLEDを搭載して、発熱量を低く抑えて熱が与える影響を可能な限り低減しながら、その光の波長がラットなどの小動物へ与える影響を解析することが可能となっている。また、これらのLEDを用いて昼夜模擬が可能で、小動物の生体リズムの季節性などについて、光の波長が与える影響を解析することができる。光源に赤色、緑色、青色の光の三原色のLEDを用いることで、白色をはじめとして、様々な色の光を照射することができる。
また、光源として基板にLEDを搭載した照明ユニットを備えて、コネクタで照明部のラックと接続することで、照明ユニットの交換が容易で、動物行動科学実験における光源の波長などの多様なパラメータに対応することが可能である。
さらに、センサとして小動物が放出する赤外線を検知可能な赤外線焦電センサを搭載することで、センサを動物行動科学研究装置内の上部に設置可能で、しかも、飼育箱内の位置も検知できるため、移動による小動物の運動量を精度よく把握することができる。この赤外線焦電センサは、小動物が発生する赤外線を感知するものであるため、発熱量の少ないLEDを用いることで、その精度の向上に寄与するものである。また、回転輪を備えることで、小動物の運動量を定量的に測定して解析することも可能であり、赤外線焦電センサと相まって、小動物の運動量、ストレス量の測定をより正確に把握することができる。
【0038】
本発明の実施の形態に係る動物行動科学研究装置は、キャスターと支持脚を備えて、移動と固定を可能とし、さらに、天板部の溝部とストッパによって装置を積み上げて実験室を省スペース化することが可能である。
また、マイコンボードを制御部に備えて、サーバーなどのコンピュータに接続可能であり、さらに、情報通信網を介して外部のクライアントコンピュータに接続することができる。従って、外部のクライアントコンピュータから、小動物の運動量に関するデータを取得したり、照明部の照度の制御や換気ファンの駆動の制御を遠隔で実行することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0039】
以上説明したように、本発明の請求項1乃至請求項8に記載された発明は、生体リズム(体内時計)の研究や行動薬理研究(中枢系医薬品の開発)、モデル(うつ病など)動物の作成、再生医学、遺伝子導入動物の飼育評価、光の安全性評価、環境ストレス負荷実験、内分泌撹乱関連物質(環境ホルモン)の生殖・発生・生体毒性実験、花粉症などのアレルギー疾患などにおける動物実験用装置として利用可能である。また、ラット等の小動物の代わりに、昆虫、寄生虫、水棲動物、魚類を用いた実験における飼育や管理の装置としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の実施の形態に係る動物行動科学研究装置の外形図である。
【図2】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の一部内部を透視する構造図である。
【図3】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の内部構造を示す概念図である。
【図4】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の内部構造を示す概念図である。
【図5】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明部のラック内における照明ユニットの配置を示す概念図である。
【図6】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明ユニットの基板上に配列されるLED球を示す概念図である。
【図7】(a)は、本実施の形態に係る動物行動科学研究装置を複数台水平に並べつつ、垂直に積み重ねた状態を示す正面図であり、(b)はその側面図である。
【図8】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置を垂直に積み重ねる際のキャスター及び支持脚の機能を説明するための概念図である。
【図9】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の内部に収容される飼育箱の外形図である。
【図10】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の内部を示す概念図である。
【図11】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明部と制御部の構成を示すシステム構成図である。
【図12】本実施の形態に係る動物行動科学研究装置の照明部、換気ファン、赤外線センサ及び回転検出装置を含めてネットワーク化して遠隔操作を可能とした全体のシステム構成図を示すものである。
【符号の説明】
【0041】
1…動物行動科学研究装置 2…前扉 3…天板部 4…照明部 5…ハンドル 6…メインスイッチ 7…溝部 8…キャスター 9…支持脚 10…内部空間 11…把手 12a〜12d…照明点灯スイッチ 13…飼育箱 14…赤外線センサ 15,15a…照明ユニット 16…範囲 17…換気口 18…換気ファン 19…ガイドレール 20…底板部 21…ストッパ 22…ラック 23…制御部 24…側板部 25,25a…コネクタ 26…白色LED 26a…赤色LED 26b…緑色LED 26c…青色LED 27,27a…基板 28…ソケット 31…回転輪 32…回転検出装置 33…リードスイッチ 33a…ピン 34…偏心カム 35…信号ケーブル 36…蓋 37…給水ボトル 38…棚部 39…注水管 40…天井部 41…信号ケーブル 42…電源ケーブル 43…取り付け治具 44…固定部 45…底部 46…検出マトリックス 51…マイコンボード 52…照度制御部 52a…白色LED照度制御部 52b…赤色LED照度制御部 52c…緑色LED照度制御部 52d…青色LED照度制御部 53a〜53d…電圧制御回路 54a〜54d…電流制御回路 55…換気ファン制御部 58…ハブ 59…コンピュータ 60…情報通信網 61…外部コンピュータ

【出願人】 【識別番号】304020177
【氏名又は名称】国立大学法人山口大学
【識別番号】300023121
【氏名又は名称】株式会社 藤井電業社
【出願日】 平成18年11月30日(2006.11.30)
【代理人】 【識別番号】100111132
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 浩


【公開番号】 特開2008−136395(P2008−136395A)
【公開日】 平成20年6月19日(2008.6.19)
【出願番号】 特願2006−324731(P2006−324731)