(57)【要約】      （修正有）【課題】正確な運動量、運動強度、及び走行速度を測定することのできる小動物用運動測定装置を提供する。【解決手段】小動物用回転かご２、センサ、及びセンサによって検出される複数の被検出体４を備える小動物用運動測定器１であって、前記複数の被検出体は前記回転かごの外側の回転方向に沿って備えられ、センサ及び被検出体によって回転かごの回転運動を検出され、そして前記センサが、磁気センサ又は光センサである小動物用運動測定装置。【選択図】図２
2020108352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小動物用回転かご、センサ、及びセンサによって検出される複数の被検出体を備える小動物用運動測定器であって、前記複数の被検出体は前記回転かごの外側の回転方向に沿って備えられ、センサ及び被検出体によって回転かごの回転運動を検出され、そして前記センサが、磁気センサ又は光センサである、小動物用運動測定装置。
【請求項２】
前記センサが、第１センサ及び第２センサを含み、前記回転かごは、前記第１センサによって検出される複数の被検出体からなる第１被検出体グループ、及び前記第２センサによって検出される複数の被検出体からなる第２被検出体グループを前記回転かごの外側の回転方向に沿って備え、前記複数の第１被検出体グループの検出体の設置位置と前記複数の第２被検出体グループの検出体の設置位置とが完全には同一でない、請求項１に記載の小動物用運動測定装置。
【請求項３】
前記第１被検出体グループの１つの被検出体に対応する位置に、第２検出体グループの２つの検出体を配置し、そして第１被検出体グループの隣接する１個の検出体に対応する位置に第２検出体グループの検出体を配置しない構成で、第１被検出体グループ及び第１被検出体グループが回転かごの外側の回転方向に沿って備えられている、請求項２に記載の小動物用運動測定装置。
【請求項４】
前記回転かごが中心軸を有さない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の小動物用運動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小動物用運動測定装置に関する。本発明によれば、小動物の運動量、運動強度、及び走行速度などを正確に測定することができる。
【背景技術】
【０００２】
マウス又はラットなどの小動物をモデル動物として用いて、サーカディアンリズム、睡眠、認知症、鬱、又は加齢などの研究が行われている。このような研究において小動物の自発運動を測定する装置が使用されており（特許文献１）、実際に、生体リズム測定用マウス回転ケージ（株式会社ニューロサイエンス）、マウス用ワイヤレスホイール（株式会社ニューロサイエンス）、回転かご付ケージ（Ｂｉｏｓｅｒｖｅ）、及びディスポーザブル飼育ケージ用マウス羽根車（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）などの製品が販売されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０１５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の小動物運動用測定装置は、小動物用回転輪に被検出体として１個の磁石を取り付け、それを磁気センサで検出し、信号を受信すると１回転したと判断するものである。しかしながら、このような検出方法の場合、回転運動を急に停止した場合に起きる振り子運動と、連続的な回転運動とを判別することが不可能であり、振り子運動を回転運動として検出してしまう。そのため、正確な運動量の測定、並びに運動強度及び走行速度の測定ができなかった。
従って、本発明の目的は、正確な運動量、運動強度、及び走行速度を測定することのできる小動物用運動測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、正確な運動量、運動強度、及び走行速度を測定することのできる小動物用運動測定装置について、鋭意研究した結果、驚くべきことに、小動物用回転かごに、センサによって検出される複数の被検出体を設置することによって、振り子運動と、回転運動とを判別することが可能であることを見いだした。
本発明は、こうした知見に基づくものである。
従って、本発明は、
［１］小動物用回転かご、センサ、及びセンサによって検出される複数の被検出体を備える小動物用運動測定器であって、前記複数の被検出体は前記回転かごの外側の回転方向に沿って備えられ、センサ及び被検出体によって回転かごの回転運動を検出され、そして前記センサが、磁気センサ又は光センサである、小動物用運動測定装置、
［２］前記センサが、第１センサ及び第２センサを含み、前記回転かごは、前記第１センサによって検出される複数の被検出体からなる第１被検出体グループ、及び前記第２センサによって検出される複数の被検出体からなる第２被検出体グループを前記回転かごの外側の回転方向に沿って備え、前記複数の第１被検出体グループの検出体の設置位置と前記複数の第２被検出体グループの検出体の設置位置とが完全には同一でない、［１］に記載の小動物用運動測定装置、
［３］前記第１被検出体グループの１つの被検出体に対応する位置に、第２検出体グループの２つの検出体を配置し、そして第１被検出体グループの隣接する１個の検出体に対応する位置に第２検出体グループの検出体を配置しない構成で、第１被検出体グループ及び第１被検出体グループが回転かごの外側の回転方向に沿って備えられている、［２］に記載の小動物用運動測定装置、及び
［４］前記回転かごが中心軸を有さない、［１］〜［３］のいずれかに記載の小動物用運動測定装置、
に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の小動物用運動測定装置によれば、マウス及びラットなどの小動物の自発運動を正確に測定することができる。特に、小動物用回転かごを用いた場合に生じる振り子運動を、回転運動と判別することが可能であり、それによって小動物の正確な運動量、運動強度、及び走行速度を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の小動物用運動測定装置において、回転運動を測定する信号の検出を模式化した図である。
【図２】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様の斜視図である。
【図３】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様の側面である。
【図４】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様の正面図である。
【図５】本発明の小動物用運動測定装置に用いる回転かごの上面図である。
【図６】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様における回転運動の検出を模式化した図である。
【図７】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様において、振り子運動を検出しない原理を示した図である。
【図８】本発明の小動物用運動測定装置の１つの実施態様における回転運動の検出を模式化した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の小動物用運動測定装置は、小動物用回転かご、センサ、及びセンサによって検出される複数の被検出体を備える。前記複数の被検出体は前記回転かごの外側の回転方向に沿って備えられ、センサ及び被検出体によって回転かごの回転運動を検出される。また、前記センサは磁気センサ又は光センサである。
【０００９】
《回転かご》
本発明の小動物用運動測定装置に用いる回転かごは、小動物が運動可能な回転式のホイールである限りにおいて特に限定されるものではない。本発明において用いる回転かごは、回転輪、羽根車、又は回転ホイールなどと称されることもある。
回転かごの大きさ（直径及び幅など）は、小動物のサイズに応じて、適宜変更することができる。例えば、小動物がマウスの場合、内径は、例えば１００〜１２０ｍｍであり、好ましくは１０５〜１１５ｍｍである。また幅は、例えば４７〜６７ｍｍであり、好ましくは５２〜６２ｍｍである。また、小動物がラットの場合、例えば内径は２８０〜３５０ｍｍであり、好ましくは３００〜３２０ｍｍである。また幅は、例えば７５〜１００ｍｍであり、好ましくは８０〜９５ｍｍである。
【００１０】
前記回転かごは、中心軸を有する回転かごでもよく、図２に示すように中心軸を有さない回転かごでもよい。
中心軸を有さない回転かごの場合、回転かごを支えるために、図２に示すように、回転かごの下方の左右に２つの支持部を有する。中心軸を有さない回転かごは両側面が開放されていてもよいが、１つの側面が開放されており、そしてもう１つの側面に側壁を有していてもよい。側壁は、回転かごの外周と結合している。
【００１１】
一方、中心軸を有する回転かごの場合、中心軸によって回転かごを支える。すなわち、回転かごの外周を中心軸で支えるために、中心軸と、回転かごの外周とが結合している。中心軸と外周との結合は、側面の全面を覆う側壁でもいが、中心軸と外周の一部とを結合し、そして側面の一部を覆う側壁でもよい。
【００１２】
小動物としては、限定されるものではないが、例えばマウス、ラット、モルモット、ハムスター、スナネズミ、ハダカデバネズミ、デグー、スンクス、フェレット、マーモセット、イヌ、又はネコを挙げることができるが、加齢又は疾患などの研究に用いられるマウス又はラットが好ましい。
【００１３】
《センサ》
本発明の小動物用運動測定装置に用いるセンサは、回転かごの外側に設置された被検出体を検出できる限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えば磁気センサ又は光センサが挙げられる。センサは、限定されるものではないが、回転かごの外側に設置された被検出体を、非接触で検出することが好ましい。また、検出した被検出体の信号を、無線通信で送信するものが好ましい。
【００１４】
（磁気センサ）
磁気センサとしては、限定されるものではないが、コイル、ホール素子（ホールセンサ）、磁気抵抗効果素子（ＭＲ：ＡＭＲ、ＧＭＲ、又はＴＭＲなど）、磁歪式リニア変位センサ、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、ＧＳＲセンサ、ウィーガント・ワイア、フラックス・ゲートセンサ、光ポンピング磁力計、ダイヤモンド素子−空孔中心素子、ファデラー素子（磁気光学素子）、プロトン磁力計（磁気共鳴型磁気センサ）、又は電気力学的磁気センサ（荷電粒子線）が挙げられる。
【００１５】
（光センサ）
光センサとしては、限定されるものではないが、光電子倍増倍管（フォトマル、ＰＭＴ）、光電管、光伝導型センサ（真性光伝導セル、不純物光伝導セル）、又は光起電型（フォトダイオード）センサが挙げられる。
【００１６】
《被検出体》
被検出体は、前記センサによって検出可能である限りにおいて、特に限定されるものではない。すなわち、磁気センサ又は光センサによって検出可能な被検出体を用いることができる。
複数の被検出体が、回転かごの回転方向に沿って設置される。被検出体の数は、２個以上であれば、特に限定されないが、好ましくは４個以上、より好ましくは６個以上である。
【００１７】
（磁気センサ用被検出体）
磁気センサによって検出される磁気センサ用被検出体としては、例えば永久磁石を用いることができる。永久磁石は、特に限定されるものではないが、アルニコ磁石、フェライト磁石（例えば、バリウムフェライト磁石、又はストロンチウムフェライト磁石）、又は希土類磁石（例えば、ネオジウム磁石、又はサマリウムコバルト磁石）が挙げられる。磁力及びコストなど観点から、ネオジウム磁石が好ましい。また、前記の磁石を用いたプラスチック磁石、又はゴム磁石を用いることもできる。また、磁歪式リニア変位センサを用いる場合、磁気スケールを長尺磁性体にＳ／Ｎ順で直線方向に書き込み、すなわち磁化させる。その磁気繰り返しをセンサでカウントすることができる。
磁気センサ用被検出体の大きさは、回転かごの外側に設置された状態で、磁気センサによって検出可能である限りにおいて、特に限定されるものではない。すなわち、磁力及び磁気センサとの距離によって、適当な大きさのものを使用すればよいが、例えば直径３ｍｍ〜６ｍｍのものを用いることができる。
【００１８】
（光センサ用被検出体）
光センサによって検出される光センサ用被検出体は、例えば白色／黒色バー、反射板、遮蔽版、又はスリット版が挙げられる。
さらに、光起電型（フォトダイオード）センサを用いる場合、光を照射して、バーコード、又は二次元バーコードなどを光センサ用被検出体として用いることができる。すなわち、バーコードリーダ、又は二次元バーコードリーダを光センサとして用いる場合、バーコード、又は二次元バーコードを、被検出体として用いることができる。例えば、バーコードリーダは、バーコードに光を照射して、そしてバーコードをスキャンして、光センサにより検出するため、光源部、スキャニング部、受光部、信号増幅部、デジタル変換部、デコード部、インターフェース部などを有する。
【００１９】
《回転運動の検出》
本発明の小動物用運動測定装置においては、センサ及び被検出体によって回転かごの回転運動を検出する。すなわち、本発明の小動物用運動測定装置は、回転かごの回転運動と、振り子運動とを区別することができる。
具体的には、回転かごの外側に設置する複数の被検出体において、隣接する被検出体から受信する信号を異なるものにすることによって、回転運動と、振り子運動とを判別することができる。例えば、１つの被検出体（ａ）からの信号が「０」となるように設定し、そして被検出体（ａ）に隣接する被検出体（ｂ）からの信号が「１」となるように設定する。このように設定することによって、図１（Ａ）に示すように、典型的な回転運動の場合は、０→１→０→１→０などの信号が発生する。一方、振り子運動の場合、図１（Ｂ）に示す０→０→０→０→０などの信号、又は図１（Ｃ）に示す１→１→１→１→１などの信号が発生する。（なお、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は、振り子運動のシグナルの例を示したものであり、実際には０→１→０→０→０、又は１→０→１→１→１などの信号が発生することがある。）
従って、連続する「０→１」又は「１→０」の信号を検出することによって、回転運動を検出することが可能であり、回転運動と振り子運動とを区別することができる。従来の特許文献１に記載の小動物運動用測定装置、又は市販されている製品は、信号の種類が１種類のため、回転運動も、振り子運動も「０→０」の信号となり、回転運動と振り子運動とを区別することができなかった。
なお、前記の説明においては、被検出体（ａ）からの信号を「０」とし、被検出体（ｂ）からの信号を「１」としたが、更に被検出体（ｂ）に隣接する被検出体（ｃ）からの信号を「２」とし、被検出体からの異なる３つ以上の信号を使用することによっても、回転運動を検出し、回転運動と振り子運動と区別することができる。
【００２０】
《磁気センサによる１つの実施態様》
本発明の１つの実施態様においては、前記センサが、第１センサ及び第２センサを含んでもよい。この場合、回転かごは、回転かごの外側に、前記第１センサによって検出される複数の被検出体からなる第１被検出体グループと、前記第２センサによって検出される複数の被検出体からなる第２被検出体グループとを有する。そして、複数の第１被検出体グループの検出体の設置位置と、前記複数の第２被検出体グループの検出体の設置位置とを同一でないようにすることによって、回転運動を検出し、回転運動と振り子運動とを区別することができる。複数の第１被検出体グループの検出体の設置位置と、複数の第２被検出体グループの検出体の設置位置とが同一でない態様の１つの例として、第１被検出体グループの１つの被検出体に対応する位置に、第２検出体グループの２つの検出体を配置し、そして第１被検出体グループの隣接する１個の検出体に対応する位置に第２検出体グループの検出体を配置しない構成が挙げられる。
【００２１】
前記の本発明の磁気センサを用いた実施態様を図２〜６を用いて説明する。図２は本実施態様の小動物用運動測定装置の斜視図であり、図３は側面図を示し、そして図４は正面図を示す。本発明の小動物用運動測定装置は、小動物が乗って自発運動を行う回転かご（２）、回転かごの外側の回転方向に沿って設置された磁石（４）、磁石からの信号を受信する第１磁気センサ（３ａ）及び第２磁気センサ（３ｂ）、回転かごを支える支持体（５）を有する。また、図示していないが、第１磁気センサ及び第２磁気センサからの信号を検出する検出電気回路を有し、検出された信号を解析するコンピューター及びソフトウエアを有する。
【００２２】
図５には回転かごの外側に設置された磁石を示すが、第１磁気センサ（３ａ）及び第２磁気センサ（３ｂ）によって検出される磁石４が、異なる位置に設置されている。具体的な磁石の設置と、信号の検出について、図６の模式図を用いて説明する。
本実施態様においては、第１被検出体グループの１個の磁石に対応する位置に、第２被検出体グループの２個の磁石を配置する。これによって、第１被検出体信号の短いシグナルと、第２被検出体信号の長いシグナルが同時に検出される。この短いシグナルと長いシグナルとが同時に検出された場合、信号「１」と設定する。
次に、第１被検出体グループの前記の１個の磁石に隣接して、１個の磁石を配置する。この第１被検出体グループの隣接する１個の磁石に対応する位置には、第２被検出体グループの磁石を配置しない。これによって、隣接する位置では、第１被検出体信号の短いシグナルのみが検出される。この短いシグナルのみが検出された場合を、信号「０」と設定する。
本実施態様においては、更に前記の第１被検出体グループの磁石と、第２被検出体グループの磁石の配置を繰り返す。これによって、図６に示すように、小動物が回転かごにより回転運動を起こした場合は、１→０→１→０→１→０→１などの規則的な信号が発生する。
【００２３】
一方、振り子運動の場合、０→０又は１→１の不規則な信号が発生する。本実施態様においては、これらの信号はカウントしないために、振り子運動を検出せずに、回転運動のみを検出することができる。振り子運動が発生した場合の、信号の例を図７に示す。短いいシグナルと長いシグナルとが同時に検出される信号「１」に続き、短いシグナルのみが検出される信号「０」が検出される。次に、短いシグナルのみが検出される信号「０」が検出される。この場合、第１被検出体グループの１個の磁石のみの位置を、２回通過しているため、振り子運動が発生していると考えられる。従って、「０→０」のシグナルの場合、回転運動にはカウントしない。
【００２４】
本実施態様において、磁気センサに代えて光センサを用い、磁石に代えて光センサ被検出体を用いることによって、小動物用運動測定装置を作製することが可能であり、小動物による回転運動を検出することができる。
【００２５】
《光センサによる１つの実施態様》
本発明の１つの実施態様においては、１つのセンサを用いて、信号「０」及び信号「１」を検出し、回転運動を検出することができる。例えば、光センサとして、バーコードリーダを用い、被検出体としてバーコードを用いることによって、信号「０」及び信号「１」を検出することができる。
例えば、図８の模式図に示すように、１つのバーコードを信号「１」と設定し、別のバーコードを信号「０」と設定する。そして信号「１」のバーコードと、信号「０」のバーコードとを、回転かごの外側に交互に設置する。この信号「１」のバーコードと、信号「０」のバーコードとを、バーコードリーダによって検出すると、小動物が回転かごにより回転運動を起こした場合は、図８に示すような１→０→１→０→１などの規則的な信号が発生する。
一方で、振り子運動が発生した場合は、０→０又は１→１の不規則な信号が発生する。本実施態様においては、これらの信号はカウントしないために、振り子運動を検出せずに、回転運動のみを検出することができる。
【００２６】
本実施態様においても、バーコードリーダに代えて磁気センサを用い、バーコードに代えて磁気センサ被検出体（例えば、磁石）を用いることにより、小動物用運動測定装置を作製することが可能であり、小動物による回転運動を検出することができる。具体的には、例えば長いシグナルを発生する磁石を「１」と設定し、短いシグナルを発生する磁石を「０」と設定することにより、信号「０」及び信号「１」を１つの磁気センサにより検出することができる。
【００２７】
本発明の小動物用運動測定装置は、小動物の自発運動を研究するために用いることができる。自発運動が関連する研究としては、加齢研究、代謝研究、フレイル研究、又は疾患研究（例えば、認知症、躁うつ病、パーキンソン病、又はアルツハイマー病）が挙げられる。さらに、骨折等の整形外科的疾患を想定したリハビリテーション研究にも応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、小動物の自発運動を測定することが可能であり、特には小動物の運動量、運動強度、及び走行速度などを正確に測定することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・小動物用運動測定装置；
２・・・小動物用回転かご；
３・・・磁気センサ（センサ）；
３ａ・・・第１センサ（第１磁気センサ）
３ｂ・・・第２センサ（第２磁気センサ）
４・・・磁石（被検出体）；
５・・・支持部；
【図１】
2020108352.tif 000003
【図２】
2020108352.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020108352.tif 000008
【図７】
2020108352.tif 000009
【図８】
2020108352.tif 000010