(57)【要約】【課題】小型魚類の非侵襲的かつ自然な飼育状態で生理的機能を観測・解析する手法を提供する。【解決手段】魚類観測装置１は、照明装置２、試料台３、その下方に配置された画像拡大装置としての顕微鏡４、撮影装置５を備えている。試料台３の上に対象魚を含む試料６が載置される。対象魚収容空間９を形成する容器１０は、直方体の外観を成している。魚類の行動ならびに生理的機能を観察、計測、解析するために、連続撮影、記録された画像において任意に設定、固定した領域にある対象魚の体動、対象臓器の動き、さらに臓器内をめぐる血液や体液、食物の移動によって生じる輝度変化を記録し、分析し、生体機能を把握する。【選択図】図１
2013116092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象魚の生態を観測するために、生育中の該対象魚を水中で収容する容器であって、
前記対象魚の下方に位置する底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成する、観測側の面が透明性を有することを特徴とする容器。
【請求項２】
前記底面、及び側面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記側面が透明性を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１つの請求項に記載の容器。
【請求項４】
前記側面が通水性を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の容器。
【請求項５】
前記側面を仕切り板によって構成することにより前記対象魚収容空間が互いに隣接して複数個設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の容器。
【請求項６】
魚類の生態を観測するために容器に収容された生育中の対象魚の臓器を撮影する魚類の臓器撮影装置であって、
前記容器が、前記対象魚の下方に位置する底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成し、観測側の面が透明性を有しており、
前記臓器撮影装置が、
前記容器に収容された前記対象魚の臓器が確認できる程度に光が透過するような照明強度で照明する照明手段と、
前記対象魚の臓器の状態を体外から撮像するように設置されたカメラと、を備えた魚類の臓器撮影装置。
【請求項７】
さらに前記臓器撮影装置が、
前記照明手段の下方の前記容器との間に前記照明手段からの光を集光する集光部と、
前記容器の下方の前記カメラとの間に設けられた、前記対象魚の映像を拡大するための顕微鏡を備えていることを特徴とする請求項６に記載の魚類の臓器撮影装置。
【請求項８】
前記照明手段が前記容器の上方に設けられたＬＥＤまたは有機ＥＬから構成されていることを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の魚類の臓器撮影装置。
【請求項９】
さらに、前記照明手段により照明される光、を散乱させる散乱手段を備えたことを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか１つの請求項に記載の魚類の臓器撮影装置。
【請求項１０】
生育中の対象魚を容器に収容して魚類の生態を観測し、解析するための魚類の観測解析装置であって、
前記容器が、
前記対象魚の下方に位置する透明性のある底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成し、観測側の面が透明性を有しており、
前記観測解析装置がさらに
前記容器に収容された前記対象魚の臓器が確認できる程度に光が透過するような照明強度で照明する照明手段と、
前記対象魚の臓器の状態を体外から撮像するように設置されたカメラと、
前記カメラによって、撮影された画像から対象魚の所定の対象臓器の状態を計測するために設定された複数の計測点の輝度変化を測定する輝度変化測定手段と、
前記複数の計測点の輝度変化に基づいて、前記対象臓器の輝度変化を決定する輝度変化決定手段と、を備えた魚類の観測解析装置。
【請求項１１】
前記輝度変化決定手段が、前記対象臓器の輝度変化を示す計測値の平均値からと対象臓器周辺の輝度変化を示す測定値の平均値を差し引くことにより輝度変化の測定値のノイズを除去することを特徴とする請求項１０に記載の魚類の観測解析装置。
【請求項１２】
生育中の対象魚を所定の空間に収容して魚類の生態を観測し、解析する魚類の観測解析方法において
透明性を有する底部を有し、かつ前記対象魚の動きを制止しつつ通常の生育状態を維持させる大きさを有する対象魚収容空間を形成し、
前記対象魚を前記収容空間内に収容し、
前記対象魚の臓器が確認できる程度に照明し、
前記対象魚の臓器を撮像し、
撮像した前記対象魚の画像を解析し、
前記対象魚の生理機能の状態を判断することを特徴とする魚類の観測解析方法。
【請求項１３】
前記対象魚収容空間が、底面と、
前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、前記対象魚の前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成し、観測側の面が透明性を有することを特徴とする容器により形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、照明がＬＥＤまたは有機ＥＬで構成される照明装置によって行われ、
該照明が集光装置によって集光された後、前記対象魚に照射されることを特徴とする請求項１２または請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記照明装置により照明される光が、散乱手段により散乱されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、対象魚の臓器を撮像するに際して顕微鏡で所定の大きさに拡大することを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項１７】
前記生理機能が対象魚の心機能または消化器機能、呼吸機能、血液循環機能であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生育状態の魚類の生理機能を画像によって計測・解析する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
魚類の生理的機能を計測する技術は魚類研究における生理的機能データを取得するために必要であるだけでなく、水質試験や物質の毒性試験の分野、さらには魚類を用いた薬等の効果判定に利用する創薬分野において適用できる。
従来の魚類の生理的機能計測・解析技術には生理活動によって発生する微弱な生体電気を検出する方法や、発生過程における孵化直前の卵や稚魚を顕微鏡により観察する方法が主に利用されている。
【０００３】
生体電気を検出する方法は魚体に電極を挿入する侵襲的手法によって行われ、魚体への負担が大きく、取得されたデータが変わってしまう可能性があり、自然な状態でのデータ取得とならない場合が多い。また、精度のよい解析を行うためには雑音が少ないデータが必要とされ、電極挿入における高度な手技や高精度な検出器が必要とされる。
発生過程の孵化直前の卵や稚魚を顕微鏡観察する方法では、電極挿入は行わず非侵襲的に生理的機能を解析することができるものの、成魚とは異なるデータとなることが多い。また、デジタルカメラ等の撮影機器を用い、画像解析ソフトを用いた解析も特許文献１  特開２００８−２２０３２９の様に試みられているが、対象部位を追跡するもので対象部位の動きが早い場合にはデータが欠落することがある。
【０００４】
さらに、観察時には特許文献２  特開２０１１−１３０７０、特許文献３  特開２００６−３０４６８３、特許文献４  特開２００６−２８０２９８、特許文献５  特開平８−５２３６６、特許文献６  特表２０１０−５２７５８２、特許文献７  特開２００３−３０４７７４のように分画された容器などを利用することも可能であるが、魚類の動きを抑制し、かつ顕微鏡で観察できるような透過性を有する大きさや形状でない。また、特許文献８  特開２００３−３５８７１、特許文献９  特開昭６０−２２７２１４に示される倒立型の実体顕微鏡では顕微鏡の光源が近く、その発熱によって対象となる卵や稚魚が観察中もしくは観察後に死滅することがある。逆に光源の距離を遠くした場合には試料を観察するために必要となる照度にならず十分な観察が行うことができない。
【０００５】
水質試験や毒性試験では試験物質を種々の濃度で溶解した水中に複数の魚類を放ち、各濃度における規定時間経過後の魚の死亡率に対応して毒性の程度を評価するものであり、毒性試験に要するスペースや費用の面から小魚、とりわけメダカが広く利用されている。小魚の死亡率による毒性試験の問題点として、試験に長時間を要すること、多数の生物を死亡させること等が指摘されている。
【０００６】
以上のような問題点を解決するために、魚類の心拍計測法として近赤外線が脊椎動物の血液中のヘモグロビンに吸収される現象を利用する近赤外線法が報告されている。近赤外光吸収の程度は酸素化した（つまり動脈血の）ヘモグロビンと脱酸素化した（つまり静脈血の）ヘモグロビンとではその程度が異なるが、いずれにせよ動物の他の組織と比較して近赤外光を吸収しやすい性質を持っている。心拍動の際には心房、心室への血液の充満と拍出が繰り返されるので、心臓部分の血液量（すなわちヘモグロビン量）の変化を計測することができれば、間接的に心拍動を観察することが可能である。赤外光のヘモグロビンによる吸収原理をヒトの脈動計測に使用したこれら開示技術はヒトへの適用であって、血管の大きさから測定対象の身体部位についての制約が少ない。ところがメダカ程度の小魚の血管の大きさでは、血管内での赤外線の吸収量の変化を計測することは難しいので、心臓を狙って赤外光を入射し、その透過光を検出する技術が必要とされ、赤外光発光部と受光部、さらに魚体の支持架台からなる装置  特許文献１０  特開２００９−１９５３７６がある。
【０００７】
しかし、特許文献１０  特開２００９−１９５３７６での計測は、特殊で高価な設備が必要とされるだけでなく、魚体を支持架台に固定し、魚の口部には水を供給するためのパイプがおかれ、さらに運動抑制を行うため筋弛緩剤を投与した状態で計測が行われるため、魚体を損傷する恐れや筋弛緩剤による薬物影響などを受ける恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２０３２９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３０７０号公報
【特許文献３】特開２００６−３０４６８３号公報
【特許文献４】特開２００６−２８０２９８号公報
【特許文献５】特開平８−０５２３６６号公報
【特許文献６】特表２０１０−５２７５８２号公報
【特許文献７】特開２００３−３０４７７４号公報
【特許文献８】特開２００３−０３５８７１号公報
【特許文献９】特開昭６０−２２７２１４号公報
【特許文献１０】特開２００９−１９５３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を解決し、複雑な技術的構成を必要とせず、したがって経済的で容易にかつ正確に魚類とりわけ、小型魚類の非侵襲的かつ自然な飼育状態で生理的機能を観測・解析する手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本件発明の１つの特徴によれば、
対象魚の生態を観測するために、生育中の該対象魚を水中で収容する容器であって、
前記対象魚の下方に位置する底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成する、観測側の面が透明性を有することを特徴とする容器が提供される。
【００１１】
本件発明にかかる上記容器を用いることにより、魚類の行動あるいは生理的機能を観察、計測、解析することができる。このような適当な空間容積をもつ容器を用いることにより、たとえば、小型魚類のヒレの動作、体の左右動作によって前へ泳いで進む特性と小型魚類の視覚をさえぎることによって生じる鎮静特性を利用できる効果が認められる。一例として、透過性のある底面を有する円筒もしくは角柱の容器に、対象魚の体長よりやや長く、体幅よりやや大きく、水透過性を有する衝立を設けることにより、本発明の容器を提供すれば、小型魚類へ負担を与えずに対象魚の動作を有効に制止することができる。
この場合、容器の構造を前記底面、及び側面が平面を有する構成としても良い。動態観察の視覚性を高めることができる。
【００１２】
この場合必ずしも前面にわたって平面とする必要はなく、部分的な平面部を設けてもよい。また、前記側面が透明性を有するように構成することもできる。
【００１３】
さらに、前記側面が通水性を有するよう構成することができる。これにより、対象魚の遊泳を確保し、また薬剤が入った溶液を流し込むことが可能となる。これによって、対象魚の当該薬剤に対する影響の時間変化を詳細に観測することが可能となる。
また、前記側面を仕切り板によって構成することもできる。このようにすることにより前記対象魚収容空間を互いに隣接して複数個設けることができる。そして、複数の対象魚を各空間に収容することにより、連続的あるいは同時対比的に対象魚の生態を観察することができる。魚類の観測、解析の多様性及び効率性を増大させることができる。
【００１４】
本件発明の別の特徴によれば、魚類の生態を観測するために容器に収容された生育中の対象魚の臓器を撮影する魚類の臓器撮影装置であって、
前記容器が、前記対象魚の下方に位置する底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成しており、
前記臓器撮影装置が、
前記容器に収容された前記対象魚の臓器が確認できる程度に光が透過するような照明強度で照明する照明手段と、
前記対象魚の臓器の状態を体外から撮像するように設置されたカメラと、を備えた魚類の臓器撮影装置が提供される。照明強度は対象魚の透明度によって異なる。透明度の高い対象魚の場合には相対的に必要な照明強度は低下する。
【００１５】
この場合、さらに前記臓器撮影装置が、
前記照明手段の下方の前記容器との間に前記照明手段からの光を集光する集光部と、
前記容器の下方の前記カメラとの間に設けられた、前記対象魚の映像を拡大するための顕微鏡を備えることが好ましい。対象魚が小型である場合に測定対象となる臓器も小さくなるため顕微鏡による拡大率も大きくなる。
【００１６】
また、前記照明手段を前記容器の上方に設けられたＬＥＤまたは有機ＥＬで構成することが好ましい。
【００１７】
ＬＥＤまたは有機ＥＬは発熱性が低くかつ照度が高い。ＬＥＤまたは有機ＥＬ照明は直線性が高いので、集光手段を設けることが重要である。この場合、表面に凹凸を有する反射板に鏡もしくは鏡面シートを設けたり、平面の反射板に表面が凹凸の鏡もしくは鏡面シートを設けたりして、対象魚に対して逆ピラミッド型の集光装置を形成することができる。このような集光装置を用いることによって乱反射を発生させ、集光性を高めると同時に影の発生を防ぐことができる。
【００１８】
なお、前記臓器撮影装置には、前記照明手段により照明される光、を散乱させる散乱手段を設けることも有効である。すりガラス等の散乱板によって照明光を散乱させれば、直線性の高い照明を用いるときであっても対象魚を均一に照明することが可能となる。
【００１９】
また、本件発明の別の特徴によれば、生育中の対象魚を容器に収容して魚類の生態を観測し、解析するための魚類の観測解析装置であって、
前記容器が、
前記対象魚の下方に位置する透明性のある底面と、
収容された前記対象魚の前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
収容された前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面とを備え、
前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を有しており、
前記観測解析装置がさらに
前記容器に収容された前記対象魚の臓器が確認できる程度に光が透過するような照明強度で照明する照明手段と、
前記対象魚の臓器の状態を体外から撮像するように設置されたカメラと、
前記カメラによって、撮影された画像から対象魚の所定の対象臓器の状態を計測するために設定された複数の計測点の輝度変化を測定する輝度変化測定手段と、
前記複数の計測点の輝度変化に基づいて、前記対象臓器の輝度変化を決定する輝度変化決定手段と、を備えた魚類の観測解析装置が提供される。
【００２０】
この場合、前記輝度変化決定手段が、前記対象臓器の輝度変化を示す計測値の平均値からと対象臓器周辺の輝度変化を示す測定値の平均値を差し引くことにより輝度変化の測定値のノイズを除去することにより正確な臓器の動態変動を把握することができる。
【００２１】
また、本件発明の別の特徴によれば、生育中の対象魚を所定の空間に収容して魚類の生態を観測し、解析する魚類の観測解析方法において
透明性を有する底部を有し、かつ前記対象魚の動きを制止しつつ通常の生育状態を維持させる大きさを有する対象魚収容空間を形成し、
前記対象魚を前記収容空間内に収容し、
前記対象魚の臓器が確認できる程度に照明し、
前記対象魚の臓器を撮像し、
撮像した前記対象魚の画像を解析し、
前記対象魚の生理機能の状態を判断することを特徴とする魚類の観測解析方法が提供される。
【００２２】
この場合、前記対象魚収容空間は、好ましくは、透明性を有する底面と、
前側及び後側にそれぞれ位置する前側面及び後側面と、
前記対象魚の右側及び左側にそれぞれ位置する右側面及び左側面と、を備え、前記対象魚の前記前側側面と後側側面との間隔は収容される前記対象魚の体長の１．５倍以上であり、前記右側側面と左側側面との間隔は収容される前記対象魚の体幅の１．１倍から１．２倍の範囲である対象魚収容空間を構成することを特徴とする容器により形成される。
【００２３】
さらに、好ましくは、照明がＬＥＤまたは有機ＥＬで構成される照明装置によって行われ、該照明が集光装置によって集光された後前記対象魚に照射されるようになっている。
【００２４】
このときには、前記照明装置により照明される光、を散乱させる散乱手段を設けることも有効である。すりガラス等の散乱板によって照明光を散乱させれば、直線性の高い照明を用いるときであっても対象魚を均一に照明することが可能となる。
【００２５】
この場合、小型魚類の対象魚の臓器を撮像するに際して顕微鏡で所定の大きさに拡大することにより精度の高い解析を行うことができる。
【００２６】
たとえば、観察解析対象となる生理機能が対象魚の心機能または消化器機能、呼吸機能、血液循環機能である場合などには、高い画像精度が要求されるため、顕微鏡の機能を有効に活用することができる。
【００２７】
対象魚の臓器を確認するためには腹部側からの観察が必要であり、重力環境下で自然な状態を観察するには対象魚の下部から腹部を観察することになり、さらにまた臓器を観察するに必要な倍率を有する実体顕微鏡が設置される。固定具によって倒立させた実体顕微鏡もしくは倒立型の実体顕微鏡を利用することができる。
【００２８】
実体顕微鏡の先には小型魚類の臓器の動きならびに体動を記録するために、臓器の動きの周波数の2倍のサンプリング周波数、設定した領域の輝度計測を行うことができる画素数にて連続撮影するカメラおよび記録装置によって臓器の動きを記録することができる。
【００２９】
連続撮影、記録された画像において任意に設定、固定した領域にある対象魚の体動、対象臓器の動き、さらに臓器内をめぐる血液や体液、食物の移動によって生じる輝度変化を記録し、分析し、生体機能を把握することができる。
【００３０】
対象臓器の輝度変化には体液や食物などの移動の情報だけでなく、体動など解析対象としない情報も含まれており、対象臓器の輝度変化データから体動のみが記録された対象臓器の周辺領域のデータを減算することで対象部位の真の動きを抽出する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、魚類の行動ならびに生理的機能の観察、計測、解析手段が提供されるのであり、とりわけ、魚類、特に小型魚類の臓器撮影による生理機能計測・解析が可能となる。
【００３２】
本発明によれば、稚魚や小型魚類を拘束することなく、自然な状態で魚類の生理的活動を計測することが可能となるのであり、安価かつ容易に小型魚類の生理的データを取得・解析することができる。また、対象魚の自然な生育状態を長時間保持することができるので長時間にわたって小型魚類の生理的データを取得・解析することができることも本発明の重要な効果である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本件発明の魚類観測装置の概略構成図。
【図２】本件発明の実施例に使用する照明装置の概略分解斜視図。
【図３】撮影装置のブロック図。
【図４】対象魚収容容器の１例を示す斜視図。
【図５】対象魚収容容器の他の例を示す斜視図。
【図６】対象魚収容容器の他の例を示す斜視図。
【図７】本件発明の装置により得られた画像の例。
【図８】画像解析結果にかかる取得波形データを示すグラフ。
【図９】本件発明の装置により得られた画像の他の例。
【図１０】本件発明の魚類観測装置の動作によって得られた情報に基づく対象魚の心拍解析事例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
図１には、魚類観測装置１の概略構成図が示されている。本例の魚類観測装置１は、照明装置２、試料台３、その下方に配置された画像拡大装置としての顕微鏡４、撮影装置５を備えている。試料台３の上に対象魚を含む試料６が載置される。本例の照明装置２は、図２に示すような白色のＬＥＤ光源を複数個配置した、最大光量（光合成有効光量子束密度）約１，０００μｍｏｌｍ-2Ｓ-1の照明パネル（シーエスエス株式会社製、ＩＳＬ−１５０×１５０−ＷＷ）２ａとして構成され、その下方には集光装置２ｂが配置され、さらにその下方には、ＬＥＤ光源２ａからの発光を均一に分散させるための散乱板２ｃが設けられている。散乱板２ｃは光の照射を均一化するためのものであって、本例では厚さ２mm程度のすりガラスで構成されている。
【００３６】
本例の集光装置２ｂは、直線性の高いＬＥＤの照度が所定範囲内となるように集光する機能を有する。図２に示すように本例の集光装置２ｂは、対象魚収容容器に指向されており、表面にアルミホイルが内張りされた集光板を利用している。下方にむけた逆ピラミッド状になっておりこれによって、集光性を高めている。本例での対象物付近での照度は、３４５０ルクス程度である。
【００３７】
ＬＥＤあるいは有機ＥＬを照明装置に用いた場合、発熱が少なく、照度が強い照明を得ることができる。
【００３８】
撮影装置５は、図３に示すように高速画像を撮影できるカメラ５a、撮像した画像を保存するメモリ５ｂ、及び画像情報を処理する処理部５ｃ及び処理結果を出力する出力部５ｄを有する。この場合、保存される画像情報は、効率的に保存できるように必要な圧縮処理がなされるようになっている。これによって対象魚を生育状態で長時間観測することができ、その情報を処理することにより長時間にわたって対象魚の生理機能変化の情報を蓄積することができる。
【００３９】
小型魚類を観測する場合、対象魚を下方からすなわち対象魚の腹部から観測するのが効率的である。本件発明に係る魚類観測装置１は、小型魚類のための試料６の下方に配置された顕微鏡４を用いて所定の大きさに画像を拡大することにより高い精度に観測することができる。この目的のために本例では、試料６を乗せた試料台３の下に倍率０．８〜１２．５の正立実体顕微鏡（ライカ社製）に固定具を用いて倒立させて設置している。さらに実体顕微鏡の接眼部にはシャッタースピード３００fps、記録画素数５１２×３８４、高い記録速度のデジタルカメラ（CASIO社製：Exilim EX-F1）が取り付けられている。また、所定のレベルのシャッタースピード、記録画素数、記録速度のデジタルカメラもしくは、連続撮影可能なビデオ、高速度カメラを使用することにより情報量を増やすことができ、観測精度を向上させることができる。また、多面的な解析が可能となる。
【００４０】
顕微鏡４の下方に設けられた上記撮像装置５の画像を分析することにより、対象魚の臓器等に関するさまざまな情報を得ることができる。カメラからの画像情報によりたとえば、実際の臓器の動きの周期よりも短い周期のサンプリング周波数を実現し、また所望の範囲に設定した領域の輝度計測等を行うことができる。この場合、カメラ５ａの動作を所望の画素数にて連続撮影するように設定しておき、得られた画像を時間軸に基づいて解析することにより、あるいは記録装置によって臓器の動きを時間軸に沿って記録することができる。
【００４１】
図４には試料６を構成する対象魚７を収容する水８で満たされる対象魚収容空間９を形成する容器１０の概略斜視図が示されている。図示の収容容器１０は、直方体の外観を成している。本例の場合、対象魚の体長は３cm及び体幅は４mmである。本例の直方体の収容容器は上面開放の６面体であり、対象魚の前側面１０ａ及び後側面１０ｂの間隔すなわち容器１０の長さは５cmである。また、対象魚の左右の側面１０ｃ、１０ｄの間隔すなわち容器１０の幅は、対象魚の体幅の１．１倍ないし１．２倍とするのが望ましい。それ以上の幅の場合、対象魚が上下回転する可能性があるからである。すなわち本例の場合には４．４mmから５mmとなるようにする。本例の場合、前後左右の側面１０ｃ、１０ｄは透明のプラスチック薄板で作製している。また本例では、底面１０ｅが主な観測面であり、したがって底面１０ｅは透明、少なくとも光透過性のあるプラスチック等の薄板で構成される。
【００４２】
この場合、容器１０の幅方向の対象魚収容空間９の幅を調整するために透明の通水性を有する、あるいは貫通穴を介して水を流通させることができる仕切り板を内部に挿入して所定の幅空間を持つ領域内に中に対象魚を収容することもできる。そして、容器に１０には水をいれて対象魚を水中で生育状態で容器内に収容する。なお、容器１０の側面の高さは本例では５cmである。
【００４３】
また、必ずしも単一の収容空間を有する直方体の収容容器１０とする必要はなく、図５に示すように、単一の直方体の収容容器１１に仕切り板１２をいれることにより複数の対象魚収容空間９を構成することもできる。
【００４４】
さらに、図６に示すように円形断面のシャーレのような容器１３に対象魚収容のために必要な所定量の水をいれた後、上記の対象魚の大きさに適合した断面を有する矩形状の仕切り板１４を配置して所定の収容空間を形成することもできる。この仕切り板１４には容器１３に張られた水を空間内に誘導できるように開口１５が複数個設けられている。仕切り板１４は通水性を有する網状の材料で構成することもできる。
【００４５】
図示の場合、上記円形容器は光透過性のある底面を有する直径９cm、高さ１．５cm、厚さ１．０mmのプラスチック製である。そして上記仕切り板は、長さ５cm、高さ５cm、幅５mmである。
【００４６】
これにより図４ないし図５の場合と同様に体長３cm体幅４mmの対象魚を収容できる空間を構成することができる。この空間内に水を満たし、単一のまたは複数の対象魚を収容できる。対象魚の大きさや活動量によって分画部分すなわち収容空間の大きさを変更する。上記容器、仕切り板の材質は光透過性を有するポリプロピレン、ポリエステル、ナイロンなどが望ましい。
【００４７】
魚類の行動ならびに生理的機能を観察、計測、解析するために、連続撮影、記録された画像において任意に設定、固定した領域にある対象魚の体動、対象臓器の動き、さらに臓器内をめぐる血液や体液、食物の移動によって生じる輝度変化を記録し、分析し、生体機能を把握する。
【００４８】
図７には、カメラ５ａによって撮影された画像の例が示されている。図示の例では対象魚の内臓がシルエット状になって写っていることが認識できる。本例では心臓のシルエットを視認することができる。画像に映る領域内において所定の観測領域ないし観測ポイントを設定してその観測領域ないし観測ポイントにおける輝度変化を追跡する。画像の当該観測領域における輝度の時間変化は対象臓器（図示の例では心臓）の動きに対応する。この場合、臓器の位置は、体全体の動きあるいは体内の他の臓器あるいは体内移動物の影響を受ける。したがって、これらの体の他の要因にかかる輝度変化が対象臓器に対応する輝度変化に影響を与えるため、画像上の固定点を観測点と定めることとすると、他の要因の動きにかかる輝度変化が重畳された輝度変化として発生してしまうため臓器の活動状態を正確に把握することが困難となる。
【００４９】
すなわち、対象臓器の輝度変化には体液や食物などの移動の情報だけでなく、体動など解析対象としない情報も含まれており、対象臓器の輝度変化から体動のみが記録された対象臓器の周辺領域の輝度変化分を差し引くことにより対象部位についての動作の観測精度を向上させることができる。
【００５０】
図７Ａには、カメラによる対象魚の腹部側面の部分画像が示されている。その対象魚の映像から抽出した心臓の動きを画像の所定の領域を定め、その領域内の輝度を計測する。図７Ｂ、図７Ｃは腹部下方より撮影した心臓の画像であって、心臓拡張期（図７Ｂ)と心臓収縮期（図７Ｃ)の例を示している。
【００５１】
心拍動を抽出する場合、対象臓器である心臓の動きを観測するために心臓部分に対応する所定の位置に３つの測定点を設定し、心臓の拍動によって生じる血液の流れを輝度変化によって抽出する。この３つの測定ポイントあるいは測定領域（A1(t)、A2(t)、A3(t)）で記録されたデータには対象魚の前後、左右の体動による輝度変化の情報も含まれており、正確な心拍動のデータを抽出する。そのためには心臓周辺の体の部分に設定された１つ測定点（B(t)）の輝度変化を併せて時間軸に沿って記録し、呼吸に伴う体の動きが測定する測定点の輝度に反映されている体動を観測する。この場合、心拍データを以下の計算式で抽出する。
心拍動＝（A1(t)+A2(t)+A3(t)）/3-B(t)
上記のような処理をすることにより魚類の動き、生理的機能の変化を比較的簡単な構成で高精度で観測し、解析することができる。
【００５２】
図８を参照すると、特性線Ａは体全体の動きを表す。特性線Ｂは心臓領域の輝度変化を示す。特性線Ｃは特性線Ａすなわち体領域の輝度変化（体動線）を特性線Ｂから差し引いたものである。このようにいわば体動と心臓活動との複合特性線である特性線Ｂから体動部分である特性線Ａの輝度変化を差し引くことにより心臓の動きにかかる輝度変化のみを正確に抽出することができる。
【００５３】
なお図７の画像においてａは浮き袋、ｅは眼、ｇはエラ、ｈは心臓、pは腹膜をそれぞれ表す。
【００５４】
図９は、他の対象魚の腹部下方から撮影した画像の例を示す。図９Ａは透明な腹膜を持つＳＫ２種での画像である。この対象魚では心臓、肝臓、腸などの内臓を比較的高い解像度で観測可能である。図９ＢはＴ５種の魚を対象魚とした場合の画像である。この対象魚は黒色の腹膜を有し、虹色素胞を欠失している種であるが、心臓の状態を観察することはできる。なお図９において、ｅは眼、ｆはヒレ、ｇｉはエラ、ｇｕは腸、ｈは心臓、ｂは肝臓、ｐは腹膜を示す。
【００５５】
図１０を参照すると上記の輝度変化に基づく情報解析の例が示されている。図１０Ａは対象魚の２４秒間の心拍変動を示す。本発明の手法によりこのような比較的短いサンプリング時間内でも対象魚の心拍のゆらぎを観測できることが判明する。
図１０Ｂは上記画像からの情報に基づいて対象魚の心拍特性を抽出してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いた解析波形である。この例の場合、正常時において、０．１ないし０．３Hｚで特異的なピークを持っており、そのピークが、神経活動亢進時には高くなること、神経活動抑制時には、著しく低下することが判明する。そして、この解析に基づいて対象魚の神経活動の状態を判定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、魚類の行動に対する外的要因を最小化した状態とし、対象魚を極力自然な状態でその生理的機能計測および解析を行うことができる。魚類研究の分野、生物観察の分野等において利用の可能性があるだけでなく、魚類を用いての水質検査分野、魚類を用いた薬剤等の効果判定に基づく創薬分野等での利用が考えられる。また、上記の対象魚収容容器、観測装置、解析装置をそれぞれ単独で産業上利用することも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１      魚類観測装置１は、照明装置２、試料台３、その下方に配置された画像拡大装置としての顕微鏡４、撮影装置５を備えている。試料台３の上に対象魚を含む試料６が載置される。
２      照明装置
３      試料台
４      顕微鏡
４ａ    対物レンズ
５      撮影装置
５ａ    カメラ
５ｂ    メモリ
５ｃ    処理部
５ｄ    出力部
６      試料
７      対象魚
８      水
９      収容空間
１０    容器
１０ａ  前側面
１０ｂ  後側面
１０ｃ  右側面
１０ｄ  左側面
１０ｅ  底面
１１    容器
１２    仕切り板
１３    容器
１４    仕切り板
１５    開口
【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８】
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【図１０】
2013116092.tif 000010
【図７】
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【図９】
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