(57)【要約】【課題】慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を効率よく創出できる小動物飼育装置及び小動物飼育方法を提供する【解決手段】小動物が閉じ込められる回転輪２６と、回転輪２６の軸部３４を横向きに軸支する支持部材とを有し、小動物が回転輪２６の周面３２の内側に沿って歩行することにより回転輪２６が自在に回動するランニングホイール１４を備える。回転輪２６を回動させるためのモータ１８ａ、及びモータ１８ａを回転輪２６の軸部３４に着脱する電磁クラッチ１８ｂが設けられた駆動装置１８を備える。回転輪２６の回転を検出するセンサ２０を備える。駆動装置１８は、モータ１８ａを回転輪２６から切り離し、センサ２０の出力信号を分析して小動物が眠っていると判定したとき、モータ１８ａを回転輪２６に連結し規定のパターンで回動させ、小動物を覚醒させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストレス性睡眠障害のモデル動物を創出するための小動物飼育装置であって、
内側の空間に小動物が閉じ込められて外に出られない回転輪と、前記回転輪の中心軸を横向きに軸支する支持部材とを有し、前記小動物が前記回転輪の周面の内側に沿って歩行することにより前記回転輪が自在に回動するランニングホイールと、前記回転輪を回動させるためのモータ、及び前記モータと前記回転輪を着脱する着脱機構が設けられた駆動装置と、前記小動物の状態を検出する状態検出装置とを備え、
前記駆動装置は、前記モータを前記回転輪から切り離した状態で、前記状態検出装置の検出結果を分析し、前記小動物が眠っていると判定したとき、前記モータを前記回転輪に連結し、前記回転輪を規定のパターンで回動させて前記小動物を覚醒させることを特徴とする小動物飼育装置。
【請求項２】
前記状態検出装置は、前記回転輪の回転を検出するセンサであり、前記駆動装置は、前記センサの出力信号を分析し、前記回転輪の停止状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定する請求項１記載の小動物飼育装置。
【請求項３】
前記状態検出装置は、前記小動物の動きを直接検出するセンサであり、前記駆動装置は、前記センサの出力信号を分析し、前記小動物が動かない状態が一定時間継続すると、小動物が眠っていると判定する請求項１記載の小動物飼育装置。
【請求項４】
ストレス性睡眠障害のモデル動物を創出するための小動物飼育方法であって、
内側の空間に小動物が閉じ込められて外に出られない回転輪を有し、前記小動物が前記回転輪の周面の内側に沿って歩行することにより前記回転輪が自在に回動するランニングホイールと、前記回転輪を回動させるとともに前記回転輪と着脱自在に設けられた駆動装置と、前記小動物の状態を検出する状態検出装置とを備えた小動物飼育装置を用い、
前記回転輪が自由に回転自在な状態で前記状態検出装置により前記小動物が眠っていると判定したとき、前記駆動装置により前記回転輪を規定のパターンで回動させて前記小動物を覚醒させることを特徴とする小動物飼育方法。
【請求項５】
前記状態検出装置により前記回転輪の回転を検出し、前記回転輪の停止状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定する請求項４記載の小動物飼育方法。
【請求項６】
前記状態検出装置により前記小動物の動きを直接検出し、前記小動物が動かない状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定する請求項４記載の小動物飼育方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ストレス性睡眠障害のモデル動物を創出するために使用される小動物飼育装置及び小動物飼育方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代人は、常に慢性の緊張や不安などにさらされることが多く、近年、ストレス性の不眠症などの睡眠障害に悩む人たちが増加している。睡眠障害からの睡眠不足は、重大な事故を引き起してしまう原因にもなることから、大きな社会問題となっている。このようなストレス性の不眠症、睡眠障害を改善するための治療薬の開発や検証、また生活環境因子の検討を行う研究の現場では、従来から、ストレス性の睡眠障害を持ったモデル動物が使用されている。モデル動物は、健康で正常なマウス等の実験用の小動物にストレスを与え、睡眠障害を発症させることにより創出される。したがって、この種の研究に適したモデル動物を創出するため、小動物に特定のストレスを与える環境（睡眠障害モデル）を実現し、睡眠障害の発症状況を長期的に観察又は測定可能な小動物飼育装置が求められている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、内側の空間に小動物が閉じ込められて外に出られない回転輪と、この回転輪の中心軸を横向きに軸支する支持部材とを有し、小動物が回転輪の周面の内側に沿って歩行することにより前記回転輪が自在に回動するランニングホイールを備えた小動物飼育装置があった。
【０００４】
この小動物飼育装置によれば、回転輪内の小動物が自発的に行動する毎に回転輪が回動するので、小動物に対し、「床が不安定に動く」という物理的なストレスを与えることができる。しかも、小動物が回転輪の外に降りることができない構造なので、長期間継続して物理的なストレスを与え、睡眠を妨害し続ける環境を作ることができ、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を、再現性よく創出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３３６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の小動物飼育装置は、小動物が自発的に行動することによってストレスを与える構造であるが、小動物の中には、回転輪内の生活に慣れてきて回転輪の床の上で睡眠できるようになるものが現れ、研究用のモデル動物を効率よく創出できないケースがあった。
【０００７】
そのため、例えば、睡眠量の増える時間帯に物理的に体を触れたり、ケージをたたいたりして睡眠を妨げる方法が考えられるが、飼育者が小動物に長期間付きっ切りで監視するのは負担が大きく、しかも小動物に与えるストレスの大きさを客観的かつ適切に調節することができないという問題がある。その他、水上の小さな台の上で飼育するレム睡眠剥奪法、身体を拘束する等のストレスを与える方法、自動的に数回/分の速度で回転する回転輪上で長時間（例えば20時間／日）生活させる方法も提案されているが、これらの睡眠妨害モデルは、長い期間継続すると小動物が死亡してしまうおそれがあり、好ましくない。
【０００８】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を効率よく創出できる小動物飼育装置及び小動物飼育方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、ストレス性睡眠障害のモデル動物を創出するための小動物飼育装置であって、内側の空間に小動物が閉じ込められて外に出られない回転輪と、前記回転輪の中心軸を横向きに軸支する支持部材とを有し、前記小動物が前記回転輪の周面の内側に沿って歩行することにより前記回転輪が自在に回動するランニングホイールと、前記回転輪を回動させるためのモータ、及び前記モータと前記回転輪を着脱する着脱機構が設けられた駆動装置と、前記小動物の状態を検出する状態検出装置とを備え、前記駆動装置は、前記モータを前記回転輪から切り離し、前記状態検出装置の検出結果を分析して前記小動物が眠っていると判定したとき、前記モータを前記回転輪に連結し、前記回転輪を規定のパターンで回動させて前記小動物を覚醒させる小動物飼育装置である。
【００１０】
前記状態検出装置は、前記回転輪の回転を検出するセンサであり、前記駆動装置は、前記センサの出力信号を分析し、前記回転輪の停止状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定する構成である。
【００１１】
前記状態検出装置は、前記小動物の動きを直接検出するセンサであり、前記駆動装置は、前記センサの出力信号を分析し、前記小動物が動かない状態が一定時間継続すると、小動物が眠っていると判定する構成でも良い。
【００１２】
また、この発明は、ストレス性睡眠障害のモデル動物を創出するための小動物飼育方法であって、内側の空間に小動物が閉じ込められて外に出られない回転輪を有し、前記小動物が前記回転輪の周面の内側に沿って歩行することにより前記回転輪が自在に回動するランニングホイールと、前記回転輪を回動させるとともに前記回転輪と着脱自在に設けられた駆動装置と、前記小動物の状態を検出する状態検出装置とを備えた前記小動物飼育装置を用い、前記回転輪が自由に回転自在な状態で、前記状態検出装置により前記前記小動物が眠っていると判定したとき、前記駆動装置により前記回転輪を規定のパターンで回動させて前記小動物を覚醒させる小動物飼育方法である。
【００１３】
前記状態検出装置により前記回転輪の回転を検出し、前記回転輪の停止状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定するものである。または、前記状態検出装置により前記小動物の動きを直接検出し、前記小動物が動かない状態が一定時間継続すると、前記小動物が眠っていると判定しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の小動物飼育装置及び小動物飼育方法によれば、回転輪内の小動物が自発的に行動する毎に回転輪が自在に回動し、小動物に対して「床が不安定に動く」という物理的なストレスを長期間継続して与えることができる。しかも、小動物が回転輪内の生活に慣れてきて回転輪の床の上で睡眠できるようになっても、状態検出装置により小動物が眠っていることを検出し、回転輪を自動的に回動させて小動物を覚醒させることができるものである。したがって、小動物に対し、適切なストレスを継続して与え続けることができ、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を、従来よりもさらに効率よく創出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の小動物飼育装置の一実施形態の外観を示す正面図（ａ）、左側面図（ｂ）である。
【図２】図１のケージを説明する正面図（ａ）、左側面図（ｂ）である。
【図３】図１の回転輪を説明する正面図（ａ）、左側面図（ｂ）、背面図（ｃ）である。
【図４】図１の小動物飼育装置を用いた小動物飼育方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の小動物飼育装置及び小動物飼育方法の一実施形態について、図面に基づいて説明する。この実施形態の小動物飼育装置１０は、マウス等の実験用の小動物を飼育し、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を創出するための装置であり、図１に示すように、一つの基台１２の上面に、ランニングホイール１４、ケージ１６、駆動装置１８、センサ２０、餌箱２２及び給水器２４を一体に取り付けて構成されている。
【００１７】
ランニングホイール１４は、図２に示すように、内側に実験用の小動物が収容される回転輪２６と、回転輪２６を回動自在に支持する支持部材とで構成され、ケージ１６の一部が支持部材の働きをする。回転輪２６は、図３に示すように、薄形円筒状の外形を有し、一端面が円板状の閉鎖板２８で閉鎖されている。他端面は、閉鎖板２８とほぼ同一外径のリング状のリム部分３０が取り付けられ、リム部分３０の内側領域が開放されている。リム部分３０と閉鎖板２８は、小動物を収容可能な間隔、例えば直径の約4/5程度の間隔を空けて対向し、リム部分３０と閉鎖板２８の周縁部とが、円周方向に所定のピッチで均等配置された多数のステンレス棒３２ａによって接続されている。多数のステンレス棒３２ａは回転輪２６の周面３２となり、互いに隣接するステンレス棒３２ａの隙間は、小動物が自然に歩行できる程度に狭く、小動物の糞尿が通過する程度に広くなっている。
【００１８】
閉鎖板２８の中心位置には、外向きに突出した軸部３４の一端が固定され、閉鎖板２８の外側に突出した軸部３４は、ベアリング３６の内輪に固定されている。軸部３４は、回転輪２６が回動する際の中心軸であり、図２に示すように、ベアリング３６の外輪がケージ１６に保持されることにより、中心軸が水平に軸支される。ランニングホイール１４は、回転輪２６内に小動物が収容され、周面３２の内側に沿って歩行等することにより、軸部３４により片持ち状態で保持された回転輪２６が自在に回動することができる。
【００１９】
ケージ１６は、図２に示すように、略長方形で上面が開口した有底の箱体であり、底面が基台１２の上面に固定され、４つの側面に囲まれた内側に回転輪２６が収まっている。４つの側面のうち、回転輪２６のリム部分３０側に位置し、リム部分３０の開放部分を閉鎖する略正方形の側面が、閉鎖面３８である。また、回転輪２６の閉鎖板２８側に位置し、閉鎖板２８の中心から下側の部分と対向する側面が、支持面４０である。支持面４０は、上端の平坦な部分でベアリング３６の外輪を支持している。従って、支持面４０ａの上端の平坦な部分が、回転輪２６の支持部材に相当する。
【００２０】
また、閉鎖面３８は、回転輪２６の中心軸の軸線と交わる位置よりも低い位置に、小動物が通り抜けできない大きさの餌窓４２と水分窓４４が開口している。
【００２１】
残る２つの側面は左右側面４６，４８であり、左側面４６は、下端部分に取出口４６ａが開口している。ケージ１６には、回転輪２６内の小動物が排泄した糞尿が落下するのを回収するため、回転輪２６の下方の位置に糞尿回収部であるトレイ５０が設けられている。トレイ５０は、略長方形で上面が開口した低背の箱体であり、小さい方の一側面に、トレイ５０を外側に引き出す取手５０ａが取り付けられている。
【００２２】
さらに、左側面４６のほぼ中央部に、回転輪２６の回転を検出するセンサ２０が取り付けられている。センサ２０は、小動物の状態を検出する状態検出装置であり、回転輪２６の回転を検出することにより、小動物の挙動を時系列に把握することができる。センサ２０は、例えば、電磁誘導を利用した高周波発振型の近接センサであり、回転輪２６のステンレス棒３２ａの動きを非接触で検出することができ、回転輪２６の回動を妨げない。
【００２３】
支持面４０の外側には、駆動装置１８が設けられている。駆動装置１８は、回転輪２６の回動させるためのモータ１８ａと、モータ１８ａを回転輪２６の軸部３４（中心軸）に着脱する電磁クラッチ１８ｂ（着脱機構）と、図示しない制御部とで構成され、全体が保護用のカバーで覆われている。電磁クラッチ１８ｂは、軸部３４の他端部に固定された円盤３４ａに対して着脱自在に設けられている。制御部は、初期状態で、モータ１８ａを軸部３４から切り離し、回転輪２６が自由に回転可能な状態にする。そして、センサ２０の出力信号を分析して小動物が眠っていると判定したとき、モータ１８ａを軸部３４に連結し、回転輪２６を規定のパターンで回動させる制御を行う。
【００２４】
餌箱２２及び給水器２４は、従来公知の構造で例えば特許文献１に開示されている小動物飼育装置の餌箱及び給水器とほぼ同様の構成である。小動物は、回転輪２６に閉じ込められて外に出られず、回転輪２６の内周面３２上にのみ居住できる構造なので、これに合わせて餌窓２２及び水分窓２４の位置が設定され、回転輪２６内の小動物が容易に餌及び水分を摂取することができるようになっている。
【００２５】
次に、小動物飼育装置１０の使用方法を説明する。まず、図１の組み立て状態から回転輪２６を取り外し、開放板３０の開放部分から小動物を収容し、再びケージ１６に取り付ける。小動物は、回転輪２６の閉鎖板２８及び周面３２と、開放板３０の側方の閉鎖面３８とで囲まれた空間に閉じ込められ、回転輪２６から外に出られなくなる。そして、餌箱２２、給水器２４に餌と飲み水等を補給し、飼育を開始する。飼育を開始する際は、まず、駆動装置１８の制御部が、モータ１８ａを停止させるとともに、電磁クラッチ１８ｂをオフにして、モータ１８ａを軸部３４から切り離す。これにより、回転輪２６は、小動物が歩行したり体位を変えたりする毎に自在に回動できる状態になり、小動物は、重心位置が僅かに移動しただけで回転輪２６が動くので、非常に不安定な環境で生活することになる。
【００２６】
以下、図４に示すフローチャートに基づいて、小動物の飼育を開始した後の小動物飼育装置１０の動作を説明する。まず、駆動装置１８の制御部が、回転輪２６の動きの検出を開始する時刻Tckを設定する（ステップＳ１１）。そして、検出開始時刻Tckになると、センサ２０の出力信号を取得し分析してΔt秒間の回転輪の動きを検出する（ステップＳ１２）。時間Δtは、例えば１秒である。
【００２７】
ステップＳ１２で「回転輪２６は停止していない（つまり、小動物が活動している）」という検出結果が得られた場合、ステップＳ１３を経てステップＳ１４に進み、制御部は、先のステップＳ１１で設定した検出開始時刻Tckをリセットする。その後、再びステップＳ１１に戻る。
【００２８】
一方、ステップＳ１２で「回転輪２６は停止している（つまり、小動物が休止している）」という検出結果が得られた場合は、ステップＳ１３を経てステップＳ１５に進む。なお、回転輪２６が完全に停止していなくても、回転輪２６の動きが非常に小さいときは小動物が休止していると言えるので、回転輪２６が停止しているとみなしてステップＳ１５に進む。
【００２９】
次に、ステップＳ１５で、検出開始時刻Tckから基準時間taが経過したかを判定する。基準時間taは、例えば５〜１０分、この実施形態では１０分として説明する。検出開始時刻Tckから１０分が経過していない場合は、再びステップＳ１２に戻り、回転輪２６の動きの検出を継続する。一方、すでに検出開始時刻Tckから１０分が経過している場合、小動物が１０分以上継続して活動していないことになるので、駆動装置１８の制御部は、小動物が眠っていると判定する（ステップＳ１６）。
【００３０】
小動物が眠っていると判定されると、駆動回路１８の制御部は、電磁クラッチ１８ｂをオンにして、回転輪２６の軸部３４にモータ１８ａを連結する（ステップＳ１７）。そして、モータ１８ａを駆動して回転輪２６を規定のパターンで回動させ、その後、モータ１８ａを停止させる（ステップＳ１８）。規定のパターンとは、眠っている小動物を覚醒させるための動きで、例えば、回転輪２６を複数回、往復方向に揺動させるような動きである。
【００３１】
ステップＳ１８を行うことによって小動物が覚醒するので、駆動回路１８の制御部は、電磁クラッチ１８ｂをオフにして、回転輪２６の軸部３４からモータ１８ａを切り離し、初期の状態に戻す（ステップＳ１９）。そして、先のステップＳ１１で設定した検出開始時刻Tckをリセットした後（ステップＳ１４）、再びステップＳ１１に戻る。
【００３２】
以上説明したように、小動物飼育装置１０によれば、回転輪２６内の小動物が自発的に行動する毎に回転輪２６が自在に回動し、小動物に対して「床が不安定に動く」という物理的なストレスを長期間継続して与えることができる。しかも、小動物が回転輪２６内の生活に慣れてきて回転輪２６の床の上で睡眠できるようになっても、センサ２０により小動物が眠っていることを検出し、駆動装置１８が回転輪２６を自動的に回動させるので、小動物を確実に覚醒させることができる。したがって、小動物に対し、適切なストレスを継続して与え続けることができ、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を、従来よりもさらに効率よく創出することができる。
【００３３】
また、小動物の状態を検出する状態検出装置として、回転輪２６の回転を検出するセンサ２０が使用されているので、小動物が睡眠しているか否かの判定をシンプルかつ安価に行うことができる。さらに、リム部分３０側が開放されているので、小動物に何らかの計測用の配線を取り付けた場合も、配線が回転輪２６の回転を妨げることはない。
【００３４】
また、この発明の小動物飼育方法の一実施形態は、「初期状態で、モータ１８ａを軸部３４ｂから切り離し、センサ２０の出力信号を分析して小動物が眠っていると判定したとき、モータ１８ａを軸部３４に連結し、回転輪２６を規定のパターンで回動させ、小動物を覚醒させる」もので、さらに「センサ２０の出力信号を分析し、回転輪２６が動かない状態が一定時間継続すると、小動物が眠っていると判定する」ものであり、上記の駆動装置１８により実行されている。この飼育方法によれば、慢性的なストレス性の睡眠障害に関する研究に適したモデル動物を、従来よりもさらに効率よく創出することができる。
【００３５】
なお、この発明の小動物飼育装置及び小動物飼育方法は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態の説明の中で、時間Δtが１秒、基準時間taは５〜１０分という数値を示したが、これらは単なる一例であり、自由に変更することができる。また、小動物を覚醒させるための規定のパターンについても同様に、適宜変更することができる。
【００３６】
また、小動物の状態を検出する状態検出装置は、回転輪の回転を検出する近接センサ以外の構成でもよく、例えば、小動物の動きを焦電型赤外線センサ等の赤外線センサで捉える構成にしてもよい。また、回転輪２６のリム部分３０側が開放されているので、小動物に脳波計測用の配線を取り付けても、回転輪２６の回動を妨げることがなく、小動物の脳波を解析することによって睡眠しているか否かを検出する構成にしてもよい。
【００３７】
回転輪を動かす駆動装置も、モータを回転輪の軸部に連結するもののほか、回転輪の周囲に着脱自在に連結して回動させるものでも良く、モータ以外に回転輪に着脱して回動または揺動させるものでも良い。
【符号の説明】
【００３８】
１０  小動物飼育装置
１４  ランニングホイール
１６  ケージ（支持部材）
１８  駆動装置
１８ａ  モータ
１８ｂ  電磁クラッチ（着脱装置）
２０  センサ（状態検出装置）
２６  回転輪
３０  リム部分
３４  軸部（中心軸）
【図１】
2017205083.tif 000003
【図２】
2017205083.tif 000004
【図３】
2017205083.tif 000005
【図４】
2017205083.tif 000006