(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
条件刺激として光感覚を用いたオペラント行動実験を用いて、実験動物に前記条件刺激による所定の行動を習得させる行動習得段階と、該行動習得段階後に視覚神経系への電気刺激を行うための電極を前記実験動物に取り付ける電極設置段階と、該電極設置段階にて取り付けられた前記電極に接続され所定の電気刺激パルスを前記電極から発生させるための電気刺激パルス発生手段を用いることにより，前記電気刺激パルスが実験動物に前記所定の行動を取らせるために必要な光感覚を生じさせるための条件であったか否かを評価する光感覚評価段階と、からなることを特徴とする実験動物を用いた電気刺激による光感覚の評価方法。
【請求項２】
条件刺激として光感覚を用いたオペラント行動実験を用いて、実験動物に前記条件刺激による所定の行動を習得させる行動習得段階と、該行動習得段階後に視覚神経系への電気刺激を行うための電極を前記実験動物に取り付ける電極設置段階と、該電極設置段階にて取り付けられた前記電極に接続され所定の電気刺激パルスを前記電極から発生させるための電気刺激パルス発生手段を用いることにより，前記実験動物に前記所定の行動を取らせるために必要な光感覚を生じさせるための電気刺激パルス条件を求める光感覚評価段階と、からなることを特徴とする実験動物を用いた電気刺激による光感覚の評価方法。
【請求項３】
請求項２の光感覚の評価方法において、前記オペラント行動実験の強化刺激としては前記実験動物への電気ショック刺激であり、前記所定の行動とは前記電気ショック刺激を回避するための回避行動であることを特徴とする実験動物を用いた電気刺激による光感覚の評価方法。
【請求項４】
請求項３の光感覚の評価方法において、前記電気刺激パルス発生手段は前記電気刺激パルス条件値を変更させるための変更手段と備え、該変更手段はパルス振幅、パルス幅、周波数、パルス数、電圧、電流のうち少なくとも１つの条件を変更させることを特徴とする実験動物を用いた電気刺激による光感覚の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気刺激によって得られる光感覚を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
電気刺激を神経系に与えて感覚を再生させる人工臓器としては人工内耳などが挙げられるが、近年同様の手法で視覚をよみがえらせようという人工眼の研究開発が行われている。視覚情報は、網膜、視神経、ＬＧＮ（lateral geniculate nucleus 外側膝状体）を経て、大脳のＶ１（visual cortex １  第１次視覚野）で処理され、認識される。したがって電気刺激を用いて視覚系神経を興奮させることで、光を知覚させることが可能と考えられている。
【０００３】
視覚系への電気刺激の影響を調べる人工眼の研究ではヒト又は動物を用いて実験が行われている。前者の場合には、電気刺激時に光を知覚しているかどうかは被検者に質問すればよいため、実験結果の確認が容易である。しかし様々な制約からヒトの実験には困難が多く、数多くのデータは得られ難い。一方後者の動物を用いる実験ではヒトの実験ほど多くの制約がないため、追試を数多く行うことができ、統計的にデータを取り易いといった利点がある。このように動物を用いる実験では、動物の視覚系に電気刺激を与えるための電極を網膜等に設置するとともに、電気刺激による視覚系神経の興奮を検出するための記録電極を視覚系神経等に設置させ、データの取得を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、動物を用いた実験においては電気刺激時に動物の視覚系神経が興奮していることが確認されても、本当に光が知覚されているかを判断することは電気生理的な実験データからは困難である。
【０００５】
上記従来技術の問題点に鑑み、動物を用いた実験において所定の電気刺激が光を知覚しているかの判断ができる評価方法を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）  条件刺激として光感覚を用いたオペラント行動実験を用いて、実験動物に前記条件刺激による所定の行動を習得させる行動習得段階と、該行動習得段階後に視覚神経系への電気刺激を行うための電極を前記実験動物に取り付ける電極設置段階と、該電極設置段階にて取り付けられた前記電極に接続され所定の電気刺激パルスを前記電極から発生させるための電気刺激パルス発生手段を用いることにより，前記電気刺激パルスが実験動物に前記所定の行動を取らせるために必要な光感覚を生じさせるための条件であったか否かを評価する光感覚評価段階と、からなることを特徴とする。
（２）  条件刺激として光感覚を用いたオペラント行動実験を用いて、実験動物に前記条件刺激による所定の行動を習得させる行動習得段階と、該行動習得段階後に視覚神経系への電気刺激を行うための電極を前記実験動物に取り付ける電極設置段階と、該電極設置段階にて取り付けられた前記電極に接続され所定の電気刺激パルスを前記電極から発生させるための電気刺激パルス発生手段を用いることにより，前記実験動物に前記所定の行動を取らせるために必要な光感覚を生じさせるための電気刺激パルス条件を求める光感覚評価段階と、からなることを特徴とする。
（３）  （２）の光感覚の評価方法において、前記オペラント行動実験の強化刺激としては前記実験動物への電気ショック刺激であり、前記所定の行動とは前記電気ショック刺激を回避するための回避行動であることを特徴とする。
（４）  （３）の光感覚の評価方法において、前記電気刺激パルス発生手段は前記電気刺激パルス条件値を変更させるための変更手段と備え、該変更手段はパルス振幅、パルス幅、周波数、パルス数、電圧、電流のうち少なくとも１つの条件を変更させることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施の形態を図面を用いて説明する。本実施形態では予備訓練段階、電極設置段階、光感覚評価段階とに分けて説明する。
＜予備訓練＞
予備訓練では実験動物にオペラント行動実験を行い、習得させる。図１はオペラント行動用実験装置の概略構成を示した図である。
１はシャトル箱であり、中央部に置かれた仕切り板２によって左右２つの区域（区域１ａ、区域１ｂ）に分かれている。仕切り板２は実験動物が乗り越えることができるだけの高さとなっている。本実施の形態における実験動物は、ラット３（ロングエバンス系、８周齢、体重１８０〜２２０ｇ）を使用している。本実施形態では実験動物としてラット３を使用するものとしているが、これに限るものではなく猫、兎、ミニブタ、猿等の実験動物として使用できるものを用いてもよい。また、区域１ａの床４ａ及び区域１ｂの床４ｂは電気ショックが発生するようになっている。
【０００８】
５は白色光を発するランプ、６は床面４に電気ショックを発生させるための電源ボックスである。７はコントロール部であり、ランプ５のオン／オフや電気ショック発生条件等の設定を行うことができる。６は床４ａ，４ｂの電気ショックを発生させるための電源装置である。８は赤外線センサであり、仕切り板２を超えてのラット３の移動反応をこのセンサ８によって検出している。９は制御部であり、ランプ５、電源装置６、コントロール部７、赤外線センサ８が接続される。１０は制御部９に接続されているメモリ部であり、電気刺激条件や訓練結果等の記録することができる。これらの記録データは図示なき出力部より出力することができる。
【０００９】
以上のような構成を備える実験装置を用いてラット３の予備訓練を行う。初めにラット３を区域１ａに入れておく。最初の訓練時はラット３の位置を区域１ａとしておくため、制御部９はその後の赤外線センサ８からの検出信号によりラット３がどちらの区域にいるのかが判別できるようになっている。
コントロール部７を用いてランプ５の点灯から電気ショック発生までの待機時間、電気ショックの電圧レベル及び電気ショック発生時間、訓練間隔時間等を設定する。本実施の形態では待機時間５．０秒、電気ショックの電圧レベルは５０Ｖ〜１００Ｖ、電気ショック発生時間を２．５秒、訓練間隔時間は３０秒〜６０秒とした。
【００１０】
各種設定が終了したら、コントロール部７を使用して訓練を開始する。制御部９は条件刺激としてランプ５を所定時間点灯させる。次に制御部９はランプ５の点灯時にラット３がいる区域を「感電区域」、他方の区域を「安全区域」と定め、強化刺激としてランプ５の点灯開始の５．０秒後から５０Ｖ〜１００Ｖの電気ショックを感電区域と定めた側の床に２．５秒間発生させる。電気ショックが発生した区域にラット３がいると、ラットは仕切り板２を超えて電気ショックが発生していない方の区域に逃げ込むこととなる。
【００１１】
ランプ５の点灯から電気ショックが終了した時点までを１回の訓練とし、電気ショックが終了した時からランダムな待機時間（３０秒〜６０秒後）を経て、前述と同様な方法にて再度ラット３に電気ショックを与える。待機時間をランダムとするのは、実験動物に訓練開始間隔を学習させないためである。また、ランプ５の点灯時におけるラット３の位置は、赤外線センサ８の検出信号により予め判断可能である。
【００１２】
予備訓練ではこのような手順を繰り返して行い、条件刺激としてランプ５の点灯を与え、強化刺激として感電区域に電気を流すことによって、ランプ５の点灯後、ラット３がすぐに安全区域側に逃げ込んで電気ショックを回避する行動をラット３に習得させる。また、このような訓練はランプの点灯／消灯がはっきり区別できるように暗室にて行うことが好ましい。
【００１３】
＜電極設置＞
予備訓練段階にてラット３に回避行動を習得させた後、その後、電気刺激を行うための電極をラット３の網膜に設置する。図２はラット３の眼球Ｅの網膜に電極を設置した状態を示す模式図、図３は電極の外観を示した図である。ここで図３（ａ）は電極の上面側から見た図を、図３（ｂ）は電極の底面側（設置面）から見た図である。
５０は電極である。図３に示すように電極５０はその中心に−極５１が形成されており、その周囲を絶縁体５２にて被覆されている。さらに、絶縁体５２の周囲には＋極５３が形成され、その＋極５３の外周には絶縁体５４が形成されている。電極はＰｔ、Ａｕ等、既知の電極材料が使用される。
【００１４】
−極５１及び＋極５３には各々電線５６が接続されており、各電線５６はケーブル５７によってまとめられ、図２に示すように眼球Ｅの外まで導かれている。５５は図示なきタップを電極５０に通すための孔であり、電極５０の四隅に設けられている。電極５０は眼球Ｅの強膜を切開し、そこから眼球内部に入れられ、電線５６が接続された状態にて網膜上に設置される。その後、図示なきタップを孔５５を通して網膜に打ち込み、電極５０を網膜上に固定保持させる。
ここではラットに電極を設置するものとしているが、眼球が小さく設置が難しい様であれば、ラットよりも大型の実験動物を用いればよい。
【００１５】
＜光感覚評価＞
次に、電極を網膜上に設置したラット３′を用いて電気刺激による光感覚の評価を行う。図４は光感覚の評価を行うための実験装置の構成を示した図である。
３０は電極５０から所定の電気刺激パルスを発生させるための電気刺激パルス発生装置である。３１はコントロール部であり、コントロール部３１を用いてラット３′への視覚系神経へ与える電気刺激パルスのパラメータ（パルス振幅、パルス幅、周波数、パルス数、電圧、電流等）を各々変更、設定することができる。また、ケーブル５７は電気刺激パルス発生装置３０に接続されており、電気刺激パルス発生装置からの電気刺激パルスを電極５０へ伝えることができる。また、電気刺激パルス発生装置３０は制御部９に接続されている。
【００１６】
以上のような構成を備える装置にて電気刺激による光感覚の評価を行う。
光感覚の評価は暗室にて行う。初めにコントロール部３１を使用して電気刺激パルスのパラメータを設定する。また、コントロール部７を使用して予備訓練と同様の設定を行う。各種の設定が完了したら、コントロール部７のスタートスイッチを使用して評価実験を始める。電気刺激パルス発生装置３０から予め設定された電気刺激パルスの信号は、ケーブル３２を通じてラット３′に取り付けられた電極５０に送られ、神経系へ電気刺激パルスを与える。神経系へ与える電気刺激パルスが光感覚を再生するような刺激信号であれば、ラット３′は暗室内においても光を知覚し、回避行動を取ろうとする。
【００１７】
一方、視覚系神経へ与える電気刺激パルスが光感覚を再生させることのできない刺激信号であれば、ラット３′は光を知覚することがなく、回避行動を取ることができず電気ショックを受けることとなる。このような場合には、コントロール部３１を使用して電気刺激パルスのパラメータを種々変更させ、ラット３′が電気刺激パルスによる回避行動を取るための各要素（電気刺激パルスのパラメータ）の最適化を図る。
以上のような実施の形態で示した評価方法によれば、実験動物が光を知覚しているか否かが容易に判断できるため、光を知覚させるための電気刺激パルスの条件を精度良く決定させることができる。上述した実験動物の眼の構造とヒトの眼の構造とは大きな違いはないため、これらの評価結果を基にヒトにおける光感覚を生じさせる電気刺激パルス条件を導き出すことができる。さらに、電気刺激パルスの条件を精度良く決定させることができるため、人工眼に係る体内への埋埴装置の消費電力の効率化や装置の発熱量の抑制につながる。
【００１８】
また、以上の実施形態では実験動物への電極の取付を網膜上としているが、これに限るものではなく、人工眼に係る体内への埋埴装置の埋埴位置に応じて適宜決定すればよい。電極の埋埴位置は網膜上以外にも網膜下、視神経、ＬＧＮ、視覚野等が挙げられる。
また、本実施形態では電気刺激による光感覚の評価を暗室にて行ったが、これに限るものではない。例えば実験動物を故意に失明させておき、同様の評価を行ってもよい。故意に失明させる方法は、失明させるための薬物を動物に投与したり、長時間光暴露させて光障害を生じさせることで、失明状態を形成させることができる。
【００１９】
さらに、本実施の形態ではオペラント行動実験の強化刺激に罰として電気ショックを与えるものとしているが、これに限るものではなく、光を知覚したら所定のボタンやレバーを使用することにより、賞として餌が貰えるような強化刺激を与えることもできる。このような強化刺激は猿等のある程度知能を有した動物に有効である。
さらに、本実施の形態ではランプの発色光を白色としたが、例えば赤色光を用いて同様のオペラント行動実験を行い、赤色光のみに回避行動を取るように習得させておくこともできる。この場合、本発明の評価方法によれば、赤色光を知覚させるような電気刺激パルスの条件を決定させることができることとなる。したがって光そのものの知覚だけでなく、色を含めた光感覚の知覚を発生させるための電気刺激パルスの条件を求めることができることとなる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、実験動物が光感覚を知覚しているか否かが容易に判断でき、視覚を得るための電気刺激パルスの条件を精度良く決定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験装置の概要を示した図である。
【図２】眼内に電極を設置した例を示した図である。
【図３】電極の構成を示した図である。
【図４】電極を取り付けた実験動物を用いた実験装置の概要を示した図である。
【符号の説明】
１  シャトル箱
２  仕切り板
３  ラット
４ａ、４ｂ  床
５  ランプ
６  電源ボックス
７  コントロール部
９  制御部
３０  電気刺激パルス発生装置
５０  電極
【図１】
0004063540.tif 000002
【図２】
0004063540.tif 000003
【図３】
0004063540.tif 000004
【図４】
0004063540.tif 000005