(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の刺激に対して被検動物に正解の操作をさせるタスクを用いた、前記被検動物の学習を支援する動物学習支援装置であって、
前記所定の刺激を前記被検動物に与える刺激供与部と、
報酬を移送する報酬移送部と、
前記刺激供与部により前記所定の刺激が与えられた前記被検動物により操作がなされる操作部と、当該操作が正解であった場合に前記報酬移送部から移送される前記報酬を前記被検動物に供給する報酬供給口とを有し、当該報酬供給口が当該操作部の一部として形成された操作供給部と、
空間中の直交する第１仮想平面及び第２仮想平面の夫々において回転自在となるように、前記操作供給部を支持する支持部と、
前記操作供給部の先端の位置を検出する検出部と、
前記刺激供与部に対して前記所定の刺激を与える指示をし、当該指示後の前記検出部の検出結果に基づいて前記被検動物の操作が正解か否かを判断し、正解の場合には前記報酬を与える指示をすることで、タスクの実行を制御する制御部と、
を備える動物学習支援装置。
【請求項２】
前記制御部は、さらに、前記所定の刺激のパターンと、正解の条件のパターンとを組み合わせて、タスクを生成する、
請求項１に記載の動物学習支援装置。
【請求項３】
前記制御部は、さらに、前記正解の条件のパターンとして、前記操作部の先端の前記第１仮想平面に対する射影の位置が、当該第１仮想平面に形成される所定の円内の所定の範囲内に進入したこと、という条件を設定する、
請求項１又は２に記載の動物学習支援装置。
【請求項４】
前記所定の範囲は、当該第１仮想平面に形成される所定の円に基づく座標系に基づく複数のパラメータで表され、
前記複数のパラメータの各値を指示する指示部をさらに備え、
前記制御部は、前記指示部により指示された前記複数のパラメータの各値に基づいて前記所定の範囲を設定し、前記正解の条件のパターンを生成する、
請求項３に記載の動物学習支援装置。
【請求項５】
被検動物が収納されて飼育される収納部と、
所定の刺激に対して前記被検動物に正解の操作をさせるタスクを用いた、前記被検動物の学習を支援する動物学習支援装置と、
を備える動物学習支援機能付き飼育ケージであって、
前記動物学習支援装置は、
前記所定の刺激を前記被検動物に与える刺激供与部と、
報酬を移送する報酬移送部と、
前記刺激供与部により前記所定の刺激が与えられた前記被検動物により操作がなされる操作部と、当該操作が正解であった場合に前記報酬移送部から移送される前記報酬を前記被検動物に供給する報酬供給口とを有し、当該報酬供給口が当該操作部の一部として形成された操作供給部と、
空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように、前記操作供給部を支持する支持部と、
前記操作供給部の先端の位置を検出する検出部と、
前記刺激供与部に対して前記所定の刺激を与える指示をし、当該指示後の前記検出部の検出結果に基づいて前記被検動物の操作が正解か否かを判断し、正解の場合には前記報酬移送部に対して前記報酬を与える指示をすることで、タスクの実行を制御する制御部と、
を備え、
少なくとも前記操作供給部が前記収納部に配置されている、
動物学習支援機能付き飼育ケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが可能になる、動物学習支援装置、及び動物学習支援機能付き飼育ケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検動物に特定の行動を学習させて実験を行う装置として、オペラント学習実験装置が知られている。オペラント学習とは、被検動物がとある条件の時に道具を用いて何らかの行動をとると報酬若しくは罰を受けることについての学習をいう。一般的な報酬を受けるオペラント学習実験装置は、レバーと、該レバーの反応に応じて報酬を与える供給部とを備えている。オペラント学習実験装置により、被検動物がレバー押し行動を学習する過程を心理学的に評価することが可能になる。
【０００３】
例えば、被検動物にレバーを動かす行動を学習させるオペラント学習実験装置（いわゆるスキナー箱）では、スキナー箱に絶食させておいたネズミを入れ、ブザーが鳴ったとき平板形状のレバーを押すと報酬供給部からエサがもらえるようにしておくと、やがて、ネズミはブザーの音に反応してレバーを押すようになり、ブザーが鳴った直後にネズミがレバーを押す頻度（確率）が増加していく。
【０００４】
オペラント学習実験装置では、被検動物が偶然にレバーに接触することを契機に学習が始まり、偶然にレバーに接触することを繰り返して試行錯誤により、被検動物はレバーを動かすことと報酬を得ることとの相関を学習する。
【０００５】
このようなオペラント学習実験装置として、例えば、被検動物の胴部に沿う寸法の保定部内に被検動物が侵入するための入口部と被検動物の頭部がでる頭部開口部とを有する保定部と、被検動物の頭部を固定する頭部固定部と、被検動物が前肢で操作する操作部と、操作部の動作に応じて被検動物に報酬を供給する固定型の給水スパウトを備えた動物実験装置がある（特許文献１参照）。
【０００６】
このような特許文献１に記載の動物実験装置を適用した場合、被検動物が学習するためには、数週間から数カ月の訓練期間が必要であった。
そこで、本発明者は、極めて短時間で学習が可能で、かつ、操作が容易な動物実験装置を開発した（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１５２４９３号公報
【特許文献２】特開２０１３−００５７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の動物実験装置は、学習時に被検動物を拘束することが前提とされていたため、所定の刺激に対して被検動物に所定の動作（操作）をさせるタスクのパターンが限定されたものになっていた。
このため、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で、各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させたいという要求が存在する。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で、各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の動物学習支援装置は、
所定の刺激に対して被検動物に正解の操作をさせるタスクを用いた、前記被検動物の学習を支援する動物学習支援装置であって、
前記所定の刺激を前記被検動物に与える刺激供与部と、
報酬を移送する報酬移送部と、
前記刺激供与部により前記所定の刺激が与えられた前記被検動物により操作がなされる操作部と、当該操作が正解であった場合に前記報酬移送部から移送される前記報酬を前記被検動物に供給する報酬供給口とを有し、当該報酬供給口が当該操作部の一部として形成された操作供給部と、
空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように、前記操作供給部を支持する支持部と、
前記操作供給部の位置を検出する検出部と、
前記刺激供与部に対して前記所定の刺激を与える指示をし、当該指示後の前記検出部の検出結果に基づいて前記被検動物の操作が正解か否かを判断し、正解の場合には前記報酬移送部に対して報酬を与える指示をすることで、タスクの実行を制御する制御部と、
を備える。
このように、操作供給部は、空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように支持されている。これにより、被検動物は、拘束されずに自由に動ける状態で、所望の方向に所望の角度だけ操作供給部を傾動させる操作を容易に行うことができる。これに伴い、各種各様なパターンのタスクを生成することも容易に可能になる。
このようにして、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが可能になる。
【００１１】
また、本発明の一態様の動物学習支援装置において、
前記制御部は、さらに、前記所定の刺激のパターンと、正解の条件のパターンとを組み合わせて、タスクを生成することができる。
これにより、他の装置を使用せずに、動物学習支援装置のみで、所望のタスクの生成と、当該タスクを用いた学習との両方ができるため、ユーザ（実験者等）にとって便宜である。
【００１２】
また、本発明の一態様の動物学習支援装置において、前記制御部は、さらに、前記正解の条件のパターンとして、前記操作部の先端の前記第１仮想平面に対する射影の位置が、当該第１仮想平面に形成される所定の円内の所定の範囲内に進入したこと、という条件を設定することができる。
これにより、ユーザ（実験者等）は、所定の範囲として各種各様のパターンを設定することで、各種各様な正解の条件のパターンを生成することができ、その結果、各種各様のパターンのタスクを生成することができる。
【００１３】
また、本発明の一態様の動物学習支援装置において、
前記所定の範囲は、当該第１仮想平面に形成される所定の円に基づく座標系に基づく複数のパラメータで表され、
前記複数のパラメータの各値を指示する指示部をさらに備え、
前記制御部は、前記指示部により指示された前記複数のパラメータの各値に基づいて前記所定の範囲を設定し、前記正解の条件のパターンを生成することができる。
これにより、ユーザは、パラメータを入力するといった簡単で手間のかからない操作をするだけで、各種各様な正解の条件のパターンを容易に生成することができ、その結果、各種各様のパターンのタスクを容易に生成することができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の一態様の動物学習支援機能付き飼育ケージは、
被検動物が収納されて飼育される収納部と、
所定の刺激に対して前記被検動物に正解の操作をさせるタスクを用いた、前記被検動物の学習を支援する動物学習支援装置と、
を備える動物学習支援機能付き飼育ケージであって、
前記動物学習支援装置は、
前記所定の刺激を前記被検動物に与える刺激供与部と、
前記報酬を移送する報酬移送部と、
前記刺激供与部により前記所定の刺激が与えられた前記被検動物により操作がなされる操作部と、当該操作が正解であった場合に前記報酬移送部から移送される前記報酬を前記被検動物に供給する報酬供給口とを有し、当該報酬供給口が当該操作部の一部として形成された操作供給部と、
空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように、前記操作供給部を支持する支持部と、
前記操作供給部の先端の位置を検出する検出部と、
前記刺激供与部に対して前記所定の刺激を与える指示をし、当該指示後の前記検出部の検出結果に基づいて前記被検動物の操作が正解か否かを判断し、正解の場合には報酬を与える指示をすることで、タスクの実行を制御する制御部と、
を備え、
少なくとも前記操作供給部が前記収納部に配置されている。
このように、操作供給部は、空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように支持されている。これにより、被検動物は、拘束されずに自由に動ける状態で、所望の方向に所望の角度だけ操作供給部を傾動させる操作を容易に行うことができる。これに伴い、各種各様なパターンのタスクを生成することも容易に可能になる。
このようにして、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが可能になる。
さらに、タスクの実行場所と飼育場所とは同一の収納部内になり、かつ、上述したように、被検動物は拘束されずに自由に動き回れる環境でタスクを行うことができるので、従来のような特別な環境や人に被検動物を慣らすことは不要になる。よって、従来よりも早期かつ効率的に学習することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で、各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る動物学習支援装置の構成の概略を示す模式図である。
【図２】図１の動物学習支援装置のうち動物学習部の外観構成の一例の概略を示す斜視図である。
【図３】図２の動物学習部のうち動物操作部の主要部の正面図である。
【図４】図２の動物学習部のうち動物操作部の主要部の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る動物学習支援機能付き飼育ケージの外観構成を示す斜視図である。
【図６】図５の動物学習支援機能付き飼育ケージのうち、動物学習支援装置の動物学習部が取り付けられた収納部の外観構成を示す斜視図である。
【図７】図５の動物学習支援機能付き飼育ケージのうち、蓋の外観構成を示す斜視図である。
【図８】図７の蓋を、図６の収納部の上部の開放部に取り付けている様子を示す、動物学習支援機能付き飼育ケージの外観構成を示す斜視図である。
【図９】図１の動物学習支援装置のうち制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の制御部が生成及び実行可能なタスクのパターンの一例を説明する模式図である。
【図１１】図９の制御部が生成及び実行可能なタスクのパターンの一例を説明する模式図である。
【図１２】図９の制御部が生成及び実行可能なタスクのパターンの一例を説明する模式図である。
【図１３】図９の制御部が生成及び実行可能なタスクのパターンの一例を説明する模式図である。
【図１４】図９の制御部のタスク実行時における表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る動物学習支援装置の構成の概略を示す模式図である。
動物学習支援装置は、図１に示すように、動物学習部１１と、ポンプ１２と、中継部１３と、制御部１４とを備えている。
【００１９】
動物学習部１１は、後述の制御部１４の制御に基づいて、所定の刺激Ｃｕｅに対して被検動物に所定の動作（操作）を行わせるタスク（課題）により、当該被検動物が学習するために用いる部位である。
ここで、一般的なタスクにおいては、所定の刺激Ｃｕｅに対する被検動物の操作は、１回のみでなく、複数回の刺激Ｃｕｅが与えられる毎にその都度行われる。そこで、所定のタスクにおいて、所定の刺激Ｃｕｅが１回与えられてから被検動物による操作が行われるまでのことを、以下、「トライアル」と呼ぶ。即ち、一般的なタスクは、Ｎ回（Ｎは１以上の任意の整数値）のトライアルにより構成される。
動物学習部１１は、被検動物が、予め設定された正しい動作（以下、「正解」と呼ぶ）をした場合には報酬Ｒを与え、正解しなかった場合には報酬Ｒを被検動物に与えることを禁止することを、トライアル毎に繰り返す。
なお、動物学習部１１のさらなる詳細については、図２乃至図５を参照して後述する。
【００２０】
ここで、被検動物としては、例えば、ラット、マウス、モルモット、イヌ、ネコ、サル等任意の動物を想定することができる。ただし本実施形態では、学習能力は高くないと考えられるが、医学生物学研究に最も多用されているラットやマウスのような下等な哺乳動物を被検動物として想定するものとする。
【００２１】
ポンプ１２は、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与える。
報酬Ｒの種類は、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができる。具体的には、液体状の報酬Ｒとしては、例えば、水、糖類を含有する水、人工甘味料を含有する水、アルコールや経口薬剤を含有する水等を採用することができる。また、気体状の報酬としては、例えば、タバコの煙やシンナー等、常習性の物質を含有する空気等を採用することができる。なお、本実施形態では、報酬Ｒとして水が採用されている。
また本実施形態では、上述したように、１回のトライアル毎に、正解の場合にのみ報酬Ｒが被検動物に与えられる。このトライアルの正解の可否の判断は後述の制御部１４によってなされ、正解を示す制御信号（以下、「正解信号」と呼ぶ）が、制御部１４から中継部１３を介して伝送される。
ポンプ１２は、正解信号が伝送されてきた場合には、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与え、それ以外の場合、その動力を与えることを禁止する。
ポンプ１２の種類は、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、本実施形態では、ラットやマウスが被検動物として想定されているので、μｌ（マイクロリットル）単位で報酬Ｒの水を移送することが可能なマイクロポンプを適用すると好適である。
【００２２】
中継部１３は、動物学習支援装置にとって特に必須な構成要素ではないが、本実施形態では制御部１４として汎用のパーソナルコンピュータが採用されているため、制御部１４と、ポンプ１２又は動物学習部１１とのうち、一方から出力された信号を、他方で取り扱い可能な形態（信号の種類やレベル等の形態）に適宜変換した上で、他方へ入力させる。
【００２３】
制御部１４は、上述のように本実施形態では汎用のパーソナルコンピュータで構成されており、動物学習支援装置の全体の動作を制御する。
制御部１４のさらなる詳細については、図９以降の図面を参照して後述する。
【００２４】
次に、図２乃至図５を参照して、このような動物学習支援装置のうち、動物学習部１１の詳細について説明する。
【００２５】
図２は、動物学習部１１の外観構成の一例の概略を示す斜視図である。
図２に示すように、動物学習部１１は、ケージ取り付け部２１と、動物操作部２２と、動物頭部挿入部２３とを含むように構成されている。なお、図２は外観構成の概略のため、幾つかの構成要素、例えば、刺激Ｃｕｅ又は正解音を与える構成要素（後述の図４のスピーカ３６）等については、図示が省略されている。
【００２６】
ケージ取り付け部２１は、長方形状の板で構成され、後述する飼育ケージの隅部に丁度収まるように取り付けられる（後述の図６等参照）。
動物操作部２２は、タスクの実行の際に各トライアル毎に、各種刺激Ｃｕｅを被検動物に与える部位と、各種刺激Ｃｕｅに対する所定の動作（操作）を被検動物に行わせるための操作部とを有している。動物操作部２２の詳細については、図３及び図４を参照して後述する。
動物頭部挿入部２３は、被検動物が動物操作部２２を操作する際にその習性により頭部や前肢を挿入させるチューブにより構成される。動物頭部挿入部２３のサイズは、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、被検動物（本実施形態ではラットやマウス）の頭部や前肢が容易に挿入可能なサイズとすると好適である。
【００２７】
ここで、図２に示すように、ケージ取り付け部２１の長方形のうち長辺の方向（図２中左右斜め方向）を「ｘ方向」と呼び、ケージ取り付け部２１の長方形のうち短辺の方向（図２中上下斜め方向）を「ｙ方向」と呼び、ｘ，ｙ方向に直角であってケージ取り付け部２１の正面（図２に図示されている側の面）から裏面に向かう方向を「ｚ方向」と呼ぶ。
図６を参照して後述するように、ケージ取り付け部２１が飼育ケージに取り付けられると、垂直方向がｙ方向になり、飼育ケージの中央部から隅部に向かう水平方向がｚ方向になり、ｚ方向と直角な水平方向がｘ方向になる。
【００２８】
図２に示すように、ケージ取り付け部２１においては円形状の孔が設けられており、当該孔に対して、動物頭部挿入部２３のチューブの一方の開放端が接続される。ここで、当該孔の直径は、動物頭部挿入部２３の開放端の直径とほぼ同一サイズ、即ち、被検動物（本実施形態ではラットやマウス）の頭部や前肢が容易に挿入可能なサイズとなっている。
動物頭部挿入部２３のチューブはｚ方向に延伸し、当該チューブの他方の開放端には動物操作部２２が取り付けられる。
これにより、被検動物は、その習性により、動物頭部挿入部２３のチューブ内にその頭部や前肢を挿入させ、動物操作部２２（後述の図３の操作供給部３１）に対して正面から（ｚ方向を向いて）アプローチした状態で、動作（操作）をすることができる。この場合、被検動物にとっては、後述する音や光等の組み合わせからなる所定パターンの刺激Ｃｕｅは常に所定の方向から与えられ、その所定パターンの刺激Ｃｕｅに対する動物操作部２２の操作も常に所定方向からすることになるので、効果的な学習が可能になる。
【００２９】
さらに、ケージ取り付け部２１において、円形状の孔は、両長辺からｙ方向に離間して設けられている。その結果、ケージ取り付け部２１が後述の飼育ケージに取り付けられると（図６等参照）、動物頭部挿入部２３のチューブは、飼育ケージの底面から一定の高さ（ｙ方向、即ち垂直上方向に一定の距離）を持って配置される。これにより、被検動物が、飼育ケージ内への不要物（床敷き等）の持ち込みや糞尿排泄等のいたずらをすることを防止できる。
【００３０】
次に、動物学習部１１のうち動物操作部２２の詳細について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、動物操作部２２の主要部の正面図である。
図４は、動物操作部２２の主要部の側面図である。
【００３１】
図３及び図４に示すように、動物操作部２２は、操作供給部３１と、１２個のＬＥＤ３２と、支持部３３と、シリコンチューブ３４と、信号送受信部３５と、スピーカ３６と、筺体３７とを備える。
【００３２】
操作供給部３１は、本実施形態では棒状に構成されており、図３において正面からみて（ｚ方向にみて）動物操作部２２の略中心において、デフォルトの状態（被検動物が接触していない状態）でｚ方向に延伸するように配置される。
ここで、操作供給部３１の棒状の両端のうち、被検動物により操作される側の端を、「先端」と呼び、反対側の端を「末端」と呼ぶ。
操作供給部３１の末端は、ｘｙ平面及び、当該ｘｙ平面に直交する平面の夫々において操作供給部３１が回転自在となるように支持部３３により支持される。なお、「当該ｘｙ平面に直交する平面」とは、操作供給部３１の末端のｘｙ平面における回転角度の方向（回転すれば変化する方向）と、ｚ方向とに平行な平面になる。
これにより、被検動物は、操作供給部３１の先端を、ｘｙ平面の任意の方向に自在に傾倒操作することが可能になる。
【００３３】
操作供給部３１は、図４に示すように、被検動物が操作する操作レバー３１１と、報酬Ｒを被検動物に供給する報酬供給口３１２とが一体的に形成されたものである。
【００３４】
操作供給部３１の操作レバー３１１は、管状に形成され、内部は液体又は気体が通過可能な空洞になっている。
操作レバー３１１の空洞の直径は、被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能であるが、本実施形態では、ラットやマウスが被検動物と想定されているので、１〜２ｍｍ程度が好適である。
操作レバー３１１の長さも、被検動物の種類又は実験の目的に応じて適宜設計することが可能である。ここで、操作レバー３１１（操作供給部３１）の先端は、被検動物によりｘｙ平面の任意の方向に自在に傾倒操作される。操作レバー３１１が（デフォルト状態から）９０度傾倒された場合の先端の位置が、図３に示すＬＥＤ３２の内部の円周上の１点となる。即ち、本実施形態では、操作レバー３１１の長さは、図３に示すＬＥＤ３２の内部の円の半径とほぼ同じとなっている。
ここで、操作供給部３１の先端（操作レバー３１１の開口部のうち、後述の報酬供給口３１２が設けられている方の端）をｘｙ平面に射影した位置を、以下、「レバー位置」と呼ぶものとすると、図３に示すＬＥＤ３２の内部の円（ｘｙ平面上に形成される円）の円周上及びその内部が、レバー位置の取り得る範囲（以下、「可動範囲」と呼ぶ）となる。レバー位置やその可動範囲については、制御部１４の説明として後述する。
【００３５】
操作供給部３１の先端（操作レバー３１１の開口部の１つ）には、報酬供給口３１２が設けられている。また、操作供給部３１の他方の端（操作レバー３１１の開口部の他方の１つ）と、ポンプ１２（図１）とが、所定のシリコンチューブ３４により接続されている。これにより、報酬Ｒは、ポンプ１２から当該シリコンチューブ３４及び操作レバー３１１の空洞内を介して、報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
なお、本実施形態では、報酬Ｒとしては水が採用されている。このため、被検動物が操作レバー３１１を認識しやすく、かつ操作しやすく、かつ報酬Ｒの水を飲みやすいように、被検動物の大きさにあわせた球状の飲口が、報酬供給口３１２に設けられている。
【００３６】
このような操作供給部３１のレバー位置の可動範囲（図３のｘｙ平面上の円）の周囲には、１２個のＬＥＤ３２が均等に配置されている。
１２個のＬＥＤ３２は、後述の制御部１４の指示に基づいて、相互に独立に点灯又は消灯する。
【００３７】
つまり、本実施形態では、被検動物が、その習性により、動物頭部挿入部２３（図２）のチューブ内に頭部や前肢を挿入させ、動物操作部２２の正面（図３に示す面）に対峙した状態で、タスクが行われる。刺激Ｃｕｅとして所定の光のパターンが採用されている場合には、当該所定の光のパターンに従って、１２個のＬＥＤ３２の各々は独立に点灯又は消灯する。
このような所定のパターンの光の刺激Ｃｕｅが与えられた被検動物は、操作供給部３１の操作レバー３１１に対して何らかの操作を試みる。
その試みが正しい操作と認められた場合、即ち正解の場合には、操作供給部３１の報酬供給口３１２から報酬Ｒの水が即座に与えられるため、被検動物は、正解した（正しい動作をした）ことを学習することができる。
これに対して、その試みが正解と認められなかった場合には、操作供給部３１の報酬供給口３１２から報酬Ｒの水が与えられないため、被検動物は、正解していない（正しくない動作をした）ことを学習することができる。
【００３８】
支持部３３は、空間中の直交する第１仮想平面（ｘｙ平）面及び第２仮想平面（ｘｙ平面に直交する平面）の夫々において回転自在となるように、操作供給部３１を支持する。支持部３３の内部には、操作供給部３１の先端の位置を検出するセンサが設けられている。なお、ここで、「先端の位置を検出する」とは、先端の位置を直接的に検出することのみならず、制御部１４等において先端の位置（レバー位置）を演算（検出）可能な物理量を検出することも含む広義な概念である。
シリコンチューブ３４は、上述のように、操作供給部３１の支持部３３側の端と、ポンプ１２（図１）とを接続し、ポンプ１２からの報酬Ｒを、操作供給部３１の操作レバー３１１の空洞内に供給する。これにより、報酬Ｒは、操作供給部３１の報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
信号送受信部３５は、中継部１３（それを介する制御部１４）との間で授受される信号を送受信する。例えば、信号送受信部３５は、上述の支持部３３に設けられるセンサからの信号を中継部１３に送信する。例えば、信号送受信部３５は、ＬＥＤ３２に対する点灯又は消灯させる指示の制御信号を中継部１３から受信して、ＬＥＤ３２を点灯又は消灯させる。また例えば、信号送受信部３５は、所定の音声信号を中継部１３から受信して、当該音声信号に対応する音声をスピーカ３６から出力させる。
スピーカ３６は、刺激Ｃｕｅとして所定の音のパターンが採用されている場合には、当該所定の音のパターンに従った音声を出力する。また、スピーカ３６は、必要に応じて、トライアルの成功を示す音声を出力する。
筺体３７は、必要に応じて設けられ、動物操作部２２全体を覆うことで、汚れ等を防止することができる。
【００３９】
次に、このような動物学習支援装置（図１）が取り付けられた飼育ケージ、即ち本発明が適用される動物学習支援機能付き飼育ケージの一実施形態について、図５乃至図８を参照して説明する。
【００４０】
図５は、本発明の一実施形態に係る動物学習支援機能付き飼育ケージの外観構成を示す斜視図である。
動物学習支援機能付き飼育ケージは、収納部５１と、蓋５２と、収納部５１内に取り付けられる動物学習部１１を含む動物学習支援装置（図１）とを備えている。
【００４１】
図６は、動物学習支援装置の動物学習部１１が取り付けられた収納部５１の外観構成を示す斜視図である。
収納部５１は、本実施形態では汎用の飼育ケージを流用したものであり、透明のプラスチック製の、上部が解放された直方体状のケースである。
換言すると、本実施形態の動物学習支援装置の動物学習部１１は、汎用の飼育ケージである収納部５１に丁度収まるように構成されている。即ち、図６に示すように、垂直方向がｙ方向になり、飼育ケージの中央部から隅部に向かう水平方向がｚ方向になり、ｚ方向と直角な水平方向がｘ方向になるように、動物学習部１１のケージ取り付け部２１が収納部５１の隅部に取り付けられる。
収納部５１のサイズは、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、本実施形態ではラットやマウスが被検動物と想定されているので、当該ラットやマウスがタスクを実行していない時には通常の飼育が可能なサイズ、即ち適度な運動が可能であり飲食場所等の設置が可能なサイズであると好適である。
【００４２】
図７は、蓋５２の外観構成を示す斜視図である。
図８は、蓋５２を、収納部５１の上部の開放部に取り付けている様子を示す、動物学習支援機能付き飼育ケージの外観構成を示す斜視図である。
蓋５２のサイズは、被検動物の種類や実験の目的に応じて適宜変更することができるが、図８に示すように、動物学習部１１が取り付けられた状態の収納部５１の上部の開放部に対して丁度取り付けられるサイズである必要がある。
【００４３】
以上、図５乃至図８を参照して説明したように、本実施形態の動物学習支援機能付き飼育ケージを適用すると、通常の飼育をしながら被検動物のタスクの実行が可能になるので、従来よりも早期かつ効率的に学習することが可能になる。
即ち、従来では、タスクの実行にあたり、通常の飼育場所から離れた特別な環境に被検動物を移動させる必要があった。特に、上述の特許文献２の技術を適用した場合には、その特別な環境ではさらに被検動物を拘束することが前提とされる。このため、被検動物にとっては、特別な環境が当初多大なストレスになる。また、飼育をしている人（飼育場所にいる人）と、タスクを行う人（その特別な環境にいる人）とが異なると、被検動物にとっては、タスクを行う人が当初多大なストレスになる。従って、従来では、特別な環境や人に被検動物を慣らした上（ハンドリングした上）で、タスクによる学習を開始する必要があった。被検動物を特別な環境や人に慣らすためには、多大な時間と労力が必要であり、非効率的であった。
これに対して、本実施形態の動物学習支援機能付き飼育ケージを適用すると、タスクの実行場所と飼育場所とは同一であり、かつ、被検動物は拘束されずに自由に動き回れる環境でタスクを行うことができるので、従来のような特別な環境や人に被検動物を慣らすことは不要になる。よって、従来よりも早期かつ効率的に学習することが可能になる。
【００４４】
次に、本実施形態の動物学習支援機能付き飼育ケージ（図５乃至図８）に含まれる動物学習支援装置（図１）のうち、制御部１４の詳細について説明する。
図９は、本発明が適用される動物学習支援装置の制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００４５】
制御部１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１１３と、バス１１４と、入出力インターフェース１１５と、出力部１１６と、入力部１１７と、記憶部１１８と、通信部１１９と、ドライブ１２０とを備えている。
【００４６】
ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に記録されているプログラム、又は、記憶部１１８からＲＡＭ１１３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＡＭ１１３には、ＣＰＵ１１１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。
【００４７】
ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２及びＲＡＭ１１３は、バス１１４を介して相互に接続されている。このバス１１４にはまた、入出力インターフェース１１５も接続されている。入出力インターフェース１１５には、出力部１１６、入力部１１７、記憶部１１８、通信部１１９及びドライブ１２０が接続されている。
【００４８】
出力部１１６は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
入力部１１７は、キーボードやマウス等で構成され、オペレータの指示操作に応じて各種情報を入力する。
記憶部１１８は、ハードディスクやＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各種データを記憶する。
通信部１１９は、インターネット等を介して他の装置との間で行う通信を制御すると共に、本実施形態では図１の中継部１３を介する動物学習部１１又はポンプ１２との間で行う通信を制御する。
【００４９】
ドライブ１２０には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア１３１が適宜装着される。ドライブ１２０によってリムーバブルメディア１３１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部１１８にインストールされる。また、リムーバブルメディア１３１は、記憶部１１８に記憶されている各種データも、記憶部１１８と同様に記憶することができる。
【００５０】
このような構成の制御部１４のＣＰＵ１１１は、タスクの各種パターンを生成し、生成した各種パターンのタスクの実行を制御する。
そこで、先ず、タスクの各種パターンの生成手法について説明する。
【００５１】
タスクの各種パターンの生成に必要なパラメータは、上述の図３に示されている。
上述したように、１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）の円周上及びその内部が、操作供給部３１の先端をｘｙ平面に射影した「レバー位置」の可動範囲である。
【００５２】
この可動範囲内のレバー位置は、１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）の中心を原点として、ｘ方向の軸をｘ軸、ｙ方向の軸をｙ軸とするｘｙ平面上の座標（Ｈ，θ）により表される。
パラメータＨは、被検動物による操作供給部３１の傾動角度を示しているが、本実施形態では操作供給部３１の先端のｘｙ平面上の射影がレバー位置とされているので、原点からの距離として表される。パラメータＨの単位としては、１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）の半径に対する割合［％］が採用されている。
パラメータθは、被検動物による操作供給部３１の傾動方向を示しているが、本実施形態では操作供給部３１の先端のｘｙ平面上の射影がレバー位置とされているので、ｙ軸（第１象限と第２象限との間の軸）に対してなす角度により表される。
【００５３】
本実施形態では、何れのタスクの何れのトライアルも、デフォルト状態、即ち被検動物によって操作供給部３１が触れられていない状態から開始するものとする。
ここで、デフォルト状態のレバー位置は、理想的には原点となるが、機械的誤差等を考慮すると、原点を中心とする半径Ｓの円状の範囲Ｓａとする。このような範囲Ｓａを、以下、「スタートエリアＳａ」と呼ぶ。
ここで、スタートエリアＳａの半径Ｓは、任意の設計値であるが、例えば１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）の半径の５％程度が好適である。
即ち、レバー位置が、半径Ｓ＝５％程度のスタートエリアＳａ内に存在することを条件として、何れのタスクの何れのトライアルも開始される。
【００５４】
タスクにおける所定のトライアルの正解は、レバー位置が所定の範囲Ｔａに入ったことを条件として設定することが可能である。このような所定の範囲Ｔａを、以下、「ターゲットエリアＴａ」と呼ぶ。
ターゲットエリアＴａは、パラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）により設定される。
パラメータｈは、被検動物による操作供給部３１の傾動角度について、正解と判断できる最低角度を示すパラメータであり、レバー位置のパラメータＨとあわせるため、原点からの距離として表される。パラメータｈの単位としては、１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）の半径に対する割合［％］が採用されている。
パラメータθｔは、被検動物による操作供給部３１の傾動方向について、正解と判断できる範囲の中心角度を示しており、レバー位置のパラメータθとあわせるため、ｙ軸（第１象限と第２象限との間の軸）に対してなす角度により表される。
パラメータθｗは、被検動物による操作供給部３１の傾動方向について、正解と判断できる範囲の中心角度θｔからの許容角度を示しており、レバー位置のパラメータθとあわせるため、ｙ軸（第１象限と第２象限との間の軸）に対してなす角度により表される。
【００５５】
ユーザ（実験者等）は、制御部１４の入力部１１７（図９）等を操作して、各種刺激Ｃｕｅの所定のパターンを設定すると共に、そのパターンに対する正解を示す上述のパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）を設定することで、所定のタスクを設定することができる。
制御部１４は、所定のタスク毎に、各種刺激Ｃｕｅの所定のパターンと、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）との組を１以上記憶部１１８（図９）等に記憶させる。
なお、各種刺激Ｃｕｅの所定のパターンと、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）との組は、トライアル毎に１つずつ対応付けられている場合もあるし、特に対応付けがなされておらずトライアル実行時にランダムに選択される場合もあるし、タスクに対して１つのみ設定される場合もある。
【００５６】
以上、タスクの各種パターンの生成手法について説明した。
次に、タスクのパターンの幾つかの具体例について、図１０乃至図１３を参照して説明する。
【００５７】
図１０は、タスクのパターンの一例を説明する模式図である。
ＬＥＤ３２を示す円状のシンボルのうち、当該シンボルに１２本の線分が放射状に付されているもの（図１０では全て）は、当該ＬＥＤ３２が点灯していることを意味している。なお、このことは、後述する図１１乃至図１３でも同様である。
図１０に示すタスクは、光の刺激Ｃｕｅが与えられた際に被検動物が操作供給部３１をともかく動かせば、正解として報酬Ｒが与えられることを学習するためのものである。即ち光の刺激Ｃｕｅが与えられたら操作供給部３１を動かすというルールが、図１０に示すタスクにより学習可能になる。
刺激Ｃｕｅのパターンとしては、全方位から光が与えられるパターン、即ち、１２個全てのＬＥＤ３２が点灯するパターンが設定されている。
タスクの正解は、上述したように、被検動物が操作供給部３１を動かすことであるので、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）＝（１０％程度、不問、３６０度）となるように設定されている。
【００５８】
図１０に示すタスクは、次のようにして行われる。
即ち、制御部１４のＣＰＵ１１１（図９）は、レバー位置を常時監視し、当該レバー位置がスタートエリアＳａ内にあると判断すると、初回のトライアルを開始させ、通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して、１２個全てのＬＥＤ３２を点灯させる制御を実行する。
被検動物は、この１２個全てのＬＥＤ３２の光を刺激Ｃｕｅとして与えられると、操作供給部３１の操作レバー３１１を動かす。
このとき、操作レバー３１１が少し傾動されて、制御部１４のＣＰＵ１１１が、Ｈ＞＝ｈを検出すると、正解であると判断して、上述の正解信号を通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して伝送する。すると、ポンプ１２は、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与える。報酬Ｒは、ポンプ１２から当該シリコンチューブ及び操作レバー３１１の空洞内を介して、報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
これにより、被検動物にとっては、操作供給部３１を動かすと、その操作供給部３１の先端に設けられた報酬供給口３１２から、報酬Ｒの水が即座に与えられることになるので、正解か否かを即座に理解することができる。
このようなトライアルが繰り返されることによって、被検動物は、光の刺激Ｃｕｅが与えられたら操作供給部３１を動かすというルールを、従来と比較して早期にかつ効率的に学習することができる。
【００５９】
図１１は、タスクのパターンの一例であって、図１０とは異なる例を説明する模式図である。
図１１に示すタスクは、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に被検動物が操作供給部３１を傾動させれば、正解として報酬Ｒが与えられることを学習するためのものである。即ち光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に操作供給部３１を傾動させるというルールが、図１１に示すタスクにより学習可能になる。
刺激Ｃｕｅのパターンとしては、図１１（Ａ）に示す右側から光の刺激Ｃｕｅが与えられるパターン（Ａ）、即ち、右側の３個のＬＥＤ３２が点灯するパターン（Ａ）が設定されると共に、図１１（Ｂ）に示す左側から光の刺激Ｃｕｅが与えられるパターン、即ち、左側の３個のＬＥＤ３２が点灯するパターンが設定されている。
タスクの正解は、上述したように、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に被検動物が操作供給部３１を傾動させることであるので、刺激Ｃｕｅのパターン（Ａ）に対しては、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）＝（１０％程度、９０度、９０度）となるように設定されている。一方、刺激Ｃｕｅのパターン（Ａ）に対しては、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）＝（１０％程度、２７０度、９０度）となるように設定されている。
【００６０】
ここで、ユーザ（実験者等）は、制御部１４の入力部１１７（図９）等を操作して、所定のタスクについて、複数のトライアル毎に、所定の刺激Ｃｕｅのパターンを変化させる設定をすることができる。
ここでいう「所定の刺激Ｃｕｅのパターンを変化させる」とは、ユーザ（実験者等）により予め設定された順番に変化させることの他、制御部１４側で自動的に決定した順番（ランダムな順番含む）で変化させることも含む。
即ち、図１１に示すタスクについては、例えば、ユーザ（実験者等）は、トライアル毎にパターン（Ａ），（Ｂ）の繰り返しということを予め設定することもできるし、トライアル毎にパターン（Ａ），（Ｂ）の何れかがランダムに選択されるという設定をすることもできる。
【００６１】
図１１に示すタスクは、次のようにして行われる。なお、ここでは、パターン（Ａ），（Ｂ）がランダムに選択されるものとする。
即ち、制御部１４のＣＰＵ１１１（図９）は、レバー位置を常時監視し、当該レバー位置がスタートエリアＳａ内にあると判断すると、初回のトライアルを開始させ、パターン（Ａ），（Ｂ）のうちの何れかをランダムに選択する。例えば、パターン（Ａ）が選択されたものとする。この場合、制御部１４のＣＰＵ１１１は、通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して、右側３個のＬＥＤ３２を点灯させる制御を実行する。
被検動物は、この右側３個のＬＥＤ３２の光が刺激Ｃｕｅとして与えられると、即ち右方向から光の刺激Ｃｕｅが与えられると、操作供給部３１の操作レバー３１１を動かす。
このとき、操作レバー３１１が右側の方向に傾動されて、制御部１４のＣＰＵ１１１が、Ｈ＞＝ｈ及び（θｔ−θｗ／２）＜＝θ＜＝（θｔ＋θｗ／２）を検出すると、正解であると判断して、上述の正解信号を通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して伝送する。すると、ポンプ１２は、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与える。報酬Ｒは、ポンプ１２から当該シリコンチューブ及び操作レバー３１１の空洞内を介して、報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
これにより、被検動物にとっては、光の刺激Ｃｕｅを受けた方向に操作供給部３１を傾動させると、その操作供給部３１の先端に設けられた報酬供給口３１２から、報酬Ｒが即座に与えられることになるので、正解か否かを即座に理解することができる。
このようなトライアルが繰り返されることによって、被検動物は、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に操作供給部３１を傾動させるというルールを、従来と比較して早期にかつ効率的に学習することができる。
【００６２】
ここで、ユーザ（実験者等）は、制御部１４の入力部１１７等を操作して、所定のタスクについて、複数のトライアル毎に、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）を夫々個別に設定することもできる。
これにより、ユーザ（実験者等）は、より効果的に学習できるタスクを容易に生成することができる。
具体的には例えば、図１１のタスクについて、初期のトライアルの頃には、パラメータｈを短くすることで、被検動物による操作レバー３１１の傾動角度が小さくても正解とするような設定、即ち、被検動物が操作レバー３１１を少しでも動かせば正解とするような設定が容易に実現可能になる。そして、トライアルを重ねる毎にパラメータｈを徐々に長くするような設定（例えば、ｈ＝１０％→７０％という設定）をすることも容易に実現可能になる。これにより、被検動物は、正解するためには、トライアルを重ねる毎に、操作レバー３１１の傾動角度を徐々に大きくしていかなければならず、操作レバー３１１をしっかり傾動させる操作（正解するためには本来そのような操作が必要であること）を、従来と比較して早期にかつ効果的に学習することができる。
【００６３】
図１２は、タスクのパターンの一例であって、図１０及び図１１とは異なる例を説明する模式図である。
図１２に示すタスクは、被検動物が操作供給部３１を持ち上げれば、正解として報酬Ｒが与えられることを学習するためのものである。即ち、操作供給部３１を持ち上げるというルールが、図１２に示すタスクにより学習可能になる。
この場合、刺激Ｃｕｅのパターンとしては、任意のものを採用し得るが、学習の効果を高めるため、上側の５個のＬＥＤ３２が点灯するパターンが設定されている。
タスクの正解は、上述したように、被検動物が操作供給部３１を持ち上げる（上側に傾動させる）ことであるので、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）＝（１０％→７０％、０度、１５０度）となるように設定されている。
【００６４】
図１２に示すタスクは、次のようにして行われる。
即ち、制御部１４のＣＰＵ１１１（図９）は、レバー位置を常時監視し、当該レバー位置がスタートエリアＳａ内にあると判断すると、初回のトライアルを開始させ、通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して、上側５個のＬＥＤ３２を点灯させる制御を実行する。
被検動物は、この上側５個のＬＥＤ３２の光が刺激Ｃｕｅとして与えられると、操作供給部３１の操作レバー３１１を動かす。
このとき、操作レバー３１１が持ち上げられて（上側の方向に傾動されて）、制御部１４のＣＰＵ１１１が、Ｈ＞＝ｈ及び（θｔ−θｗ／２）＜＝θ＜＝（θｔ＋θｗ／２）を検出すると、正解であると判断して、上述の正解信号を通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して伝送する。すると、ポンプ１２は、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与える。報酬Ｒは、ポンプ１２から当該シリコンチューブ及び操作レバー３１１の空洞内を介して、報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
これにより、被検動物にとっては、操作供給部３１を持ち上げると（上側に傾動させると）、その操作供給部３１の先端に設けられた報酬供給口３１２から、報酬Ｒが即座に与えられることになるので、正解か否かを即座に理解することができる。
このようなトライアルが繰り返されることによって、被検動物は、操作供給部３１を持ち上げる（上側に傾動させる）というルールを、従来と比較して早期にかつ効率的に学習することができる。
【００６５】
図１３は、タスクのパターンの一例であって、図１０乃至図１２とは異なる例を説明する模式図である。
図１３に示すタスクは、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に被検動物が操作供給部３１を傾動させれば、正解として報酬Ｒが与えられることを学習するためのものである。即ち光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に操作供給部３１を傾動させるというルールが、図１３に示すタスクにより学習可能になる。
なお、図１１に示すタスクとの違いは、図１１に示すタスクでは左右弁別であったのに対して、図１３に示すタスクでは全方向であり、正解となる範囲も厳しい（狭い）ものとなっている。即ち、被検動物にとっては、図１１に示すタスクを学習した後に、図１３に示すタスクを学習すると、従来と比較して早期にかつ効率的に学習することができる。
刺激Ｃｕｅのパターンとしては、１２方向からの光の刺激Ｃｕｅの夫々が与えられるパターン（１）乃至（１２）、即ち、１２個のＬＥＤ３２の夫々が１つずつ点灯するパターン（１）乃至（１２）の夫々が設定されている。
タスクの正解は、上述したように、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に被検動物が操作供給部３１を傾動させることであるので、刺激Ｃｕｅのパターン（１）乃至（１２）の夫々に対しては、正解を示すパラメータ（ｈ，θｔ、θｗ）＝（１０％→７０％、各パターンのＬＥＤ３２の点灯方向の角度、３０度程度）となるように設定されている。
また、図１３に示すタスクについては、例えば、ユーザ（実験者等）は、トライアル毎にパターン（１）乃至（１２）について所望の順番で選択されるということを予め設定することもできるし、トライアル毎にパターン（１）乃至（１２）の何れかがランダムに選択されるという設定をすることもできる。
【００６６】
図１３に示すタスクは、次のようにして行われる。なお、ここでは、パターン（１）乃至（１２）がランダムに選択されるものとする。
即ち、制御部１４のＣＰＵ１１１（図９）は、レバー位置を常時監視し、当該レバー位置がスタートエリアＳａ内にあると判断すると、初回のトライアルを開始させ、パターン（１）乃至（１２）のうちの何れかをランダムに選択する。例えば、図１３に例示されているパターン（２）が選択されたものとする。この場合、制御部１４のＣＰＵ１１１は、通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して、最上位から時計回りに２個目（時計の１時の位置）のＬＥＤ３２を点灯させる制御を実行する。
被検動物は、このＬＥＤ３２の光が刺激Ｃｕｅとして与えられると、即ち時計の１時の方向から光の刺激Ｃｕｅが与えられると、操作供給部３１の操作レバー３１１を動かす。
このとき、操作レバー３１１が１時の方向に傾動されて、制御部１４のＣＰＵ１１１が、Ｈ＞＝ｈ及び（θｔ−θｗ／２）＜＝θ＜＝（θｔ＋θｗ／２）を検出すると、正解であると判断して、上述の正解信号を通信部１１９（図９）及び中継部１３（図１）を介して伝送する。すると、ポンプ１２は、動物学習部１１に報酬Ｒを移送するための動力を与える。液体状又は気体状の報酬Ｒは、ポンプ１２から当該シリコンチューブ及び操作レバー３１１の空洞内を介して、報酬供給口３１２から被検動物に対して供給される。
これにより、被検動物にとっては、光の刺激Ｃｕｅを受けた方向に操作供給部３１を傾動させると、その操作供給部３１の先端に設けられた報酬供給口３１２から、報酬Ｒが即座に与えられることになるので、正解か否かを即座に理解することができる。
このようなトライアルが繰り返されることによって、被検動物は、光の刺激Ｃｕｅが与えられた方向に操作供給部３１を傾動させるというルールを、従来と比較して早期にかつ効率的に学習することができる。
【００６７】
以上、タスクの各種パターンの生成手法及びタスクのパターンの幾つかの具体例について、説明した。
次に、タスク実行時の制御部１４の表示画面の一例について、図１４を参照して説明する。
【００６８】
図１４は、タスク実行時の制御部１４の表示画面の一例を示している。
タスク実行時には、制御部１４の出力部１１６（図９）のディスプレイには、図１４に示すような表示画面２０１が表示される。
表示画面２０１には、左上部において測定結果表示領域２１１が、左下部において測定値表示領域２１２が、右上部において設定内容表示領域２１３が、右下部においてログ内容表示領域２１４が、夫々設けられている。
【００６９】
測定結果表示領域２１１には、図３に示すレバー位置の可動範囲、即ち１２個のＬＥＤ３２の内周の円（ｘｙ平面上の円）が常時画像表示されると共に、レバー位置の現在位置を示すポイントがリアルタイムに画像表示される。必要に応じて、スタートエリアＳａやターゲットエリアＴａも測定結果表示領域２１１に画像表示される。
【００７０】
測定値表示領域２１２には、図３に示すレバー位置の現在位置等の各種測定値が数値としてリアルタイムに表示される。また必要に応じて、ターゲットエリアＴａのパラメータｈ（図３）等の現在の設定値も測定値表示領域２１２に表示される。
【００７１】
設定内容表示領域２１３には、各種設定内容が表示される。具体的には図１４の例では、上から順に次のような各種項目が、設定内容表示領域２１３に設けられ、各項目に対応付けられた設定内容が表示される。
【００７２】
「Ａｎｉｍａｌ  ＩＤ」の項目には、被検動物毎に付されたＩＤが表示される。即ち、本実施形態では、被検動物毎に異なるタスクの設定が可能になっており、このＩＤにより夫々のタスクの設定が管理されている。
【００７３】
「Ｅｎｄ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ」の項目には、タスクの終了条件が表示される。本実施形態では、タスクの終了条件としては、正解が規定回数に達したという条件、所定時間が経過したという条件、及び正解が規定に達したことと所定時間が経過したことのうち何れか早い方という条件が選択可能なように設けられている。当該「Ｅｎｄ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ」の項目では、タスクの終了条件がいつでも変更可能なようになされている。
【００７４】
当該「Ｅｎｄ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ」の下方の「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」の項目には、タスクの継続時間が表示される。当該「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」の項目では、タスクの継続時間がいつでも変更可能なようになされている。
【００７５】
「Ｔｒａｉａｌ  Ｃｏｕｎｔ」の項目には、タスクのトライアルの回数が表示される。当該「Ｔｒａｉａｌ  Ｃｏｕｎｔ」の項目では、トライアルの回数がいつでも変更可能なようになされている。
【００７６】
「Ｔａｓｋ」の項目には、タスクの種類が表示される。
【００７７】
当該「Ｔａｓｋ」の下方の「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」の項目には、トライアルの最大継続時間、即ち１回のトライアルにおいて正解と判断する最大の時間が表示される。即ち、レバー位置がターゲットエリアＴａに入ったとしても、トライアル開始時から最大継続時間を超えた時間であった場合には、正解と判断されない。当該「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」の項目では、トライアルの継続時間がいつでも変更可能なようになされている。
【００７８】
「Ｓｔａｒｔ  Ａｒｅａ  Ｒａｔｉｏｓ（Ｓ）」の項目には、スタートエリアＳａの半径Ｓ（図３）が表示される。当該「Ｓｔａｒｔ  Ａｒｅａ  Ｒａｔｉｏｓ（Ｓ）」の項目では、半径Ｓがいつでも変更可能なようになされている。
【００７９】
「Ｔａｒｇｅｔ  Ａｒｅａ  Ｈｅｉｇｈｔ（Ｈ）」の項目には、ターゲットエリアＴａのパラメータｈ（図３）が表示される。当該「Ｔａｒｇｅｔ  Ａｒｅａ  Ｈｅｉｇｈｔ（Ｈ）」の項目では、パラメータｈがいつでも変更可能なようになされている。
【００８０】
「Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ」の項目には、パラメータｈをトライアル毎に増加させる場合、その増加比率が表示される。当該「Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ」の項目では、増加比率がいつでも変更可能なようになされている。
【００８１】
「Ｔａｒｇｅｔ  Ａｒｅａ  ＡｎｇｌｅＴ」の項目には、ターゲットエリアＴａのパラメータθｔ（図３）が表示される。当該「Ｔａｒｇｅｔ  Ａｒｅａ  ＡｎｇｌｅＴ」の項目では、パラメータθｔがいつでも変更可能なようになされている。
【００８２】
「ＡｎｇｌｅＷ」の項目には、ターゲットエリアＴａのパラメータθｗ（図３）が表示される。当該「ＡｎｇｌｅＷ」の項目では、パラメータθｗがいつでも変更可能なようになされている。
【００８３】
「ＩＴＩ」の項目には、試行間隔時間（Ｉｎｔｅｒ−Ｔｒｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）が表示される。ここでいう試行間隔時間とは、１つのトライアルが正解により終了してから、次のトライアルが開始されるまでに、「何も起こらない」休止時間をいい、通常数秒間程度が設定される。このトライアル間隔時間が長ければ、被検動物は、１つ１つのトライアルを集中してこなす必要がある。当該「ＩＴＩ」の項目では、トライアル間隔時間がいつでも変更可能なようになされている。
【００８４】
ログ内容表示領域２１４には、測定結果表示領域２１１や測定値表示領域２１２に表示されていた過去の内容が、ログとして表示される。
【００８５】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００８６】
例えば、操作供給部３１の個数は、上述の実施形態では１個とされたが、特にこれに限定されず、複数個でもよい。
例えば、報酬Ｒの種類や供給量が異なる複数の操作供給部３１を設置してもよい。これにより、被検動物の報酬Ｒの種類に応じた行動（嗜好性）や運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００８７】
例えば、操作供給部３１の形状は、上述の実施形態では同一太さの棒状とされたが、特にこれに限定されず、例えば操作供給部３１の全部又は一部が変形可能な形状でもよいし、また例えば被検動物が操作しやすいように取っ手を付けたりグリップ状に太く変形した棒状でもよい。
【００８８】
例えば、報酬供給口３１２の形成場所は、上述の実施形態では操作レバー３１１の先端とされたが、特にこれに限定されず、操作レバー３１１の一部であれば足り、例えば、操作レバー１２の根元付近や、両端部の中間の位置でもよい。
【００８９】
例えば、報酬供給口３１２の個数は、上述の実施形態では１個とされたが、特にこれに限定されず、複数個でもよい。
例えば、操作レバー３１１の異なる複数個所に報酬供給口３１２を設けることもできる。この場合、夫々異なる量の報酬Ｒが供給されるようにしておけば、被検動物は、ある報酬供給口３１２を舐めるのと別の報酬供給口３１２を舐めるのとでは報酬Ｒの両が異なることを学習すると、操作レバー３１１の位置を自らが調整する行動をとるようになる。このような被検動物の運動の調節の仕組みを観察する研究に応用することができる。
【００９０】
例えば、タスクにおいて被検動物の刺激は、上述の実施形態ではＬＥＤ３２（図３等）の光（視覚）が採用されたが、特にこれに限定されず、例えば図示はしていないが図２のケージ取り付け部２１の裏面にはスピーカが取り付けられているので、スピーカから発せられる音（聴覚）でもよい。その他、香り（嗅覚）、触覚等、被検動物の五感で感じ取れるものであれば、任意のものを採用することができる。
【００９１】
換言すると、本発明が適用される動物学習支援装置は、次のような構成を有していれば足り、上述の実施形態を含め、各種各様の実施形態を取ることができる。
即ち、
所定の刺激に対して被検動物に正解の操作をさせるタスクを用いた、前記被検動物の学習を支援する動物学習支援装置であって、
前記所定の刺激を前記被検動物に与える刺激供与部と、
報酬を移送する報酬移送部と、
前記刺激供与部により前記所定の刺激が与えられた前記被検動物により操作がなされる操作部と、当該操作が正解であった場合に前記報酬移送部から移送される前記報酬を前記被検動物に供給する報酬供給口とを有し、当該報酬供給口が当該操作部の一部として形成された操作供給部と、
空間中の直交する第１仮想平面及び第２仮想平面の夫々において回転自在となるように、前記操作供給部を支持する支持部と、
前記操作供給部の先端の位置を検出する検出部と、
前記刺激供与部に対して前記所定の刺激を与える指示をし、当該指示後の前記検出部の検出結果に基づいて前記被検動物の操作が正解か否かを判断し、正解の場合には前記報酬移送部に対して前記報酬を与える指示をすることで、タスクの実行を制御する制御部と、
を備える動物学習支援装置であれば足りる。
このように、操作供給部は、空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように支持されている。これにより、被検動物は、拘束されずに自由に動ける状態で、所望の方向に所望の角度だけ操作供給部を傾動させる操作を容易に行うことができる。これに伴い、各種各様なパターンのタスクを生成することも容易に可能になる。
このようにして、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが可能になる。
【００９２】
ここで、制御部は、さらに、前記所定の刺激のパターンと、正解の条件のパターンとを組み合わせて、タスクを生成することができるようにしてもよい。
これにより、他の装置を使用せずに、動物学習支援装置のみで、所望のタスクの生成と、当該タスクを用いた学習との両方ができるため、ユーザ（実験者等）にとって便宜である。
【００９３】
また、制御部は、さらに、前記正解の条件のパターンとして、前記操作部の先端の前記第１仮想平面に対する射影の位置が、当該第１仮想平面に形成される所定の円内の所定の範囲内に進入したこと、という条件を設定することができるようにしてもよい。
これにより、ユーザ（実験者等）は、所定の範囲として各種各様のパターンを設定することで、各種各様な正解の条件のパターンを生成することができ、その結果、各種各様のパターンのタスクを生成することができる。
【００９４】
さらにまた、前記所定の範囲は、当該第１仮想平面に形成される所定の円に基づく座標系に基づく複数のパラメータで表され、
前記複数のパラメータの各値を指示する指示部をさらに備え、
前記制御部は、前記指示部により指示された前記複数のパラメータの各値に基づいて前記所定の範囲を設定し、前記正解の条件のパターンを生成することができるようにしてもよい。
これにより、ユーザは、パラメータを入力するといった簡単で手間のかからない操作をするだけで、各種各様な正解の条件のパターンを容易に生成することができ、その結果、各種各様のパターンのタスクを容易に生成することができる。
【００９５】
また、本発明が適用される動物学習支援機能付き飼育ケージは、収納部と、上述の本発明が適用される動物学習支援装置とを備えており、少なくとも操作供給部が収納部に配置されていれば足り、上述の実施形態を含め、各種各様の実施形態を取ることができる。
この場合、操作供給部は、空間中の直交する２つの仮想平面において夫々回転自在となるように支持されている。これにより、被検動物は、拘束されずに自由に動ける状態で、所望の方向に所望の角度だけ操作供給部を傾動させる操作を容易に行うことができる。これに伴い、各種各様なパターンのタスクを生成することも容易に可能になる。
このようにして、被検動物は拘束されず自由に動くことのできる状態で各種各様なパターンのタスクを用いて被検動物を学習させることが可能になる。
さらに、タスクの実行場所と飼育場所とは同一の収納部内になり、かつ、上述したように、被検動物は拘束されずに自由に動き回れる環境でタスクを行うことができるので、従来のような特別な環境や人に被検動物を慣らすことは不要になる。よって、従来よりも早期かつ効率的に学習することが可能になる。
【００９６】
また、本発明が適用される動物学習支援機能付き飼育ケージ又は動物学習支援装置のうち、制御部１４は、上述の実施形態では汎用のコンピュータで構成されたが、特にこれに限定されない。
例えば、制御部１４は、上述の各機能を有する電子機器一般、例えばサーバ、ノート型のパーソナルコンピュータ、プリンタ、テレビジョン受像機、ビデオカメラ、携帯型ナビゲーション装置、スマートフォン、携帯電話機、ポータブルゲーム機等により構成してもよい。
【００９７】
そして、この場合、制御部１４の各機能を発揮するために必要な各処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
【００９８】
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば上述の制御部１４として構成された汎用のコンピュータであってもよい。
【００９９】
このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布される図示せぬリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。
リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されている図９のＲＯＭ１１２や、図９の記憶部１１８のハードディスク等で構成される。
【０１００】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置や複数の手段等より構成される全体的な装置を意味するものとする。
【符号の説明】
【０１０１】
１１・・・動物学習部
１２・・・ポンプ
１３・・・中継部
１４・・・制御部
２１・・・ケージ取り付け部
２２・・・動物操作部
２３・・・動物頭部挿入部
３１・・・操作供給部
３２・・・ＬＥＤ
５１・・・収納部
５２・・・蓋
１１１・・・ＣＰＵ
２０１・・・表示画面
３１１・・・操作レバー
３１２・・・報酬供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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