RFID 技術を用いた
集団飼育環境下全自動マウス
行動解析システム IntelliCage
フェノバンス合同会社

1．はじめにし、活動量・体温・血中ストレス

脳や心の研究は、超高解像度のホルモン量等が1時間以上上昇す

構造/機能的イメージングや、光る、といった知見が蓄積していま遺伝学、ゲノム編集技術など、ノーす。2000年頃からは、そのようなベル賞級の輝かしい先端科学技術

要因がマウス行動試験の再現性を駆使して日々進められていまや解釈の一般化可能性を大きく損す。しかしながら、脳や心の状態なっていると繰り返し指摘されてがより包括的・直接的に可視化さきました。

れる「行動」の解析手法について

チューリッヒ大学のHans-Peterは、他の解析分野のような技術革Lipp教授（当時）らのグループは、新が遅れ、長らく効率性や精度の実験用マウスの行動を、ヒトとの面で問題視されてきました。

接触のない普段の集団生活環境下

本 稿 で は 、近 年 、マ ウ ス の 次において、“準自然的”な状態とし世代型行動解析システムとしてそのまま記録・解析するためて登場し、急速に普及しているの方法として、RFID（非接触個体IntelliCage（インテリケージ）シス識別）技術をベースとしたIntelli-テムについて、その仕組みや強み、Cageシステムを開発しました。そ弊社における運用例や関連サービの主な機能的特徴と強み、外観をスなどについて紹介いたします。

図1にまとめました。

代表

遠藤俊裕

IntelliCageシステム 5つの特徴と強み①ヒトとの接触に伴うマウスへのストレスを最小化②ホームケージ環境下での”準自然的”な行動の記録③RFIDによる確実な個体識別と社会的環境下での試験④研究の目的に応じた多様な行動試験プログラムの作成⑤実験の大規模化、行動指標の多様化、ビッグデータ化
ab以下では、その詳細と、世界的
2．IntelliCageシステム 5つのな普及状況、応用分野、弊社での特徴と強み

運用例、関連サービスの内容など伝統的なマウス行動試験法の多について順に紹介いたします。

図1．
（a）IntelliCageシステム外観、（b）
IntelliCage内において飼育・実験中のマウス

くは半世紀ほど前に確立し、現在実験に用いるマウスには、ま2b）。コーナーの入り口には、マウに至っても未だ標準的な手法とさず、麻酔下で頸部周辺に円筒型のスのマイクロチップに記録されたれています。典型的には、実験者RFIDトランスポンダ、いわゆる個体識別番号を読み取るアンテナがマウスを飼育ケージから1匹ずマイクロチップ（ISO11784/11785がついています（図2c）。コーナー

つ手で取り出し、特殊な試験装置

準拠 FDX-B規格）（図2a）を専用の中には、左右にひとつずつ穴がに移し、そこで数分から数十分程のインジェクタで埋め込みます。

あり、マウスが穴に鼻を近づける度観察します。しかし、マウスはIntelliCageの四隅には各々小さな（ノーズポークする）と、センサーそのような環境変化やヒトとの接部屋（「コーナー」と呼ばれていがそれを検知します（図2d）。ノー触等に慣れることが難しく、特にます）があり、マウスはその中にズポークをした穴の奥には上下に後者には強いストレス反応を示一匹ずつ入ることができます（図開閉するドアがあり、さらに、開LABIO 21 JAN. 2022

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いたドアの奥には給水ビンのノズ

abcd

ルの先端があり、マウスはそこから水を飲むことができます。この時、給水ノズルの先端もセンサーとして機能しており、マウスがどの程度ノズルの先端を舐めたかも自動で記録されます。
このような飲水機会は、行動試
験中において「報酬」として呈示されます。反対に、マウスの行動に対し、「罰」としてコーナーの天井部から圧縮空気を吹き付けることもできます。
ユーザーは、マウスの自発的な

図2．
（a）マウスの皮下に埋め込むRFID個体識別用マイクロチップ、（b）コーナー内部、（c）コーナー入口でのID読取アンテナ、（d）ノーズポーク行動

行動の特性や認知機能を調べる目的で、付属の試験課題作成ソフト（Designer）を使い、目的に応じたab最適な試験内容をプログラムすることができます。具体的には、マウスが、いつ、どこで、何をしたときに、報酬または罰を与えるかなどを自在に設定します。作成したプログラムは、IntelliCageに接続した制御用PCから実行することができます（図3）。
IntelliCage内部の床面積は、4つのコーナー部分を除いておよそ1612cm 2で、ILARやEU等の国際的なガイドラインに従うと、1つのIntelliCageにつき最大16匹まで収容し実験をすることができます。
さらに、1つの制御PCから同時に複数台のケージを連結して制御することができるため、同時に100匹以上のマウスの自動行動解析を行うことも可能です。
得られるデータは、一般的な表計算ソフトで開いてみると、一日に数十万行以上になることもあります。その膨大なデータの中から、遺伝子型や環境型の影響、化合物の薬効や副作用などの詳細を探索していくことができます。
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図3．
（a）実験中のイメージ、（b）ユーザーは付属のDesignerソフトウェアを用いて、自由に行動試験プログラムを作成できる

3．IntelliCageの普及状況（1）販売台数
IntelliCageシステムの現・販売元であるTSE Systems社より提供いただいた2020年末時点での資料によれば、これまで少なくとも欧州で172台、アジアで64台、北米で51台のIntelliCageシステムが販売されています。
特に神経科学分野、精神神経疾患分野の研究において世界をリードするドイツ（57台）、アメリカ（49台）、そして近年科学技術分野において著しい躍進をみせる中国（31台）などで積極的に導入されており、疾患・創薬研究などに活用されています。国内でも特にこの2～3年で10台ほどが新たに企業・大学・その他研究機関に導入され、世界では中国に次ぐ合計30台ほどが導入されています。
（2）学術論文数
学術文献上でのIntelliCageシス
テムの初出はGalsworthyらによる2005年の論文（Behav. Brain Res.,2005）です。その後欧州を中心に世界的に普及し、2020年末時点では少なくとも200を超える学術論文が発表されています（図4, 特許中で、個々のIntelliCageは、専用の「アイソレーションボックス」（弊社製 PRT-IC0033）内で使用しています（図5）。このアイソレーションボックスは、IntelliCage周囲の環境条件の標準化を図るとともに、不必要な騒音や実験者の気図4．IntelliCageが使用されている研究の累積学術論文数（折れ線グラフ）および使用用途や方法の詳細（円グラフ）

文献は含まず）。IntelliCageの開発用いられており、さらには野外での経緯やこれまで出版された文献

捕獲されたモリアカネズミ（woodについての詳しい総括は、Kirykmouse）やヨーロッパヤチネズミらによる2020年のレビュー論文（bank vole）等の行動解析にも使（Behav. Brain Res., 2020）が参考用されています。になります。
（3）研究用途

4．フェノバンス合同会社におけIntelliCageシステムは、これまるIntelliCage関連サービスで、疾患モデル動物の表現型解析

弊社は、IntelliCageシステム（71報）や、薬効薬理試験や栄養・の開発者であるHans-Peter Lipp

機能性成分効果の探索（46報）、化博士にScientific Advisorとして合物や環境化学物質の安全性評価ご協力いただき、同じく同シス/毒性評価など、主に医学・薬学・テムに深く精通した共同研究者健康科学領域の研究に多く利用チームによって設立されました。

されています。疾患モデルとしてIntelliCageに関連する事業としては、気分障害、依存性障害、自閉

は、①IntelliCage受託試験サービスペクトラム症等の精神疾患/発ス（表現型解析、薬効薬理試験等）、達障害モデル、アルツハイマー型②IntelliCageシステムの輸入・販

認知症やパーキンソン病等の神経売、③ユーザーサポートを行って変性疾患モデル、コステロ症候群います。以下では、弊社におけるやコフィン・ローリー症候群等のIntelliCageシステムの実際の運用希少疾患モデル等を用いた試験が状況、および上記①の受託試験発表されています。薬理的研究とサービスについて詳しく紹介させしては、各種抗うつ薬、抗不安薬、ていただきます。

ハロペリドール、リチウム、ドネ（1）環境条件

ペジル、加味帰脾湯といった既存弊社では、IntelliCageシステムの薬剤の評価や、新規化合物の評を最適な環境で運用するため、価、乱用薬物等を用いた研究が広IntelliCage試験とその前後の期間く行われています。マウスの系統での短期的な飼育のみを行う専用としては少なくとも12系統以上がの実験施設を備えています。その配等の軽減、ボックスごとの環境条件の調節（明暗周期条件の変更など）、詳細な実験環境モニタリング（温度・湿度・騒音・照度・二酸化炭素濃度等の測定、異常値の検出、監視カメラでの画像的記録など）を行えるようにしています。実験施設間での環境条件の違いや同一施設内での環境条件のばらつきは、行動試験の結果を大きく左右し得るため、このような環境条件の統制や監視体制は重要であると考えています。
（2）行動試験ライブラリ
IntelliCageシステムの最大の利点の1つは、ユーザーが自由に、研究の目的に応じた多様な行動試験プログラムを作成・実施できる点にあります。しかし、実際のところ、適切に行動試験をデザインし、得られたデータを見ながらさらに詳細なパラメータ調整をしていく過程には、マウス行動学とIntelliCageシステムの両面における深い理解と熟練を要します。過去の文献を見ると、ほとんどのグループがこの利点をほとんど活用できておらず、システムの購入時にサンプルとして付属するごく簡単なプログラムをそのまま使用して2～3種類の実験が行われているという事例も多いようです。
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図5．専用の「アイソレーションボックス」を利用したIntelliCageシステム専
用実験環境

リでは、評価カテゴリーとして、な行動試験プログラムは用いてい探索的行動、場所学習、行動系列ません。マウス達がケージ内で自学習/作業記憶、行動柔軟性、各種由に活動している期間の基底活動

オペラントスケジュール、注意とデータから、遺伝子型（系統）や衝動抑制、恐怖条件付け、うつ的加齢による基底活動への影響を探症状としての快感消失（アンヘド索した例です。いずれも重判別分ニア）/モチベーション、感覚過敏

析（MDA）と呼ばれる手法により、/鈍麻（視覚・味覚・嗅覚刺激に系統ごと、週齢ごとの行動の特徴対する反応）、不安と順応、社会性、を二次元平面状で分類することがリズム/ストレス、視覚的弁別学できました。ここから、さらに具習、長期記憶（報酬/罰ベース）の体的にどのような行動指標がそれ全14カテゴリーがあり、それぞれぞれの群の行動を特徴づけているについて複数のバリエーションプかを知ることもできます。例えば、ロトコルがあります。これにより、

C57BL/6Jマウスでは、加齢が進研究の目的に応じて必要な試験プ

むにつれて「常同的行動」が増加

ログラムを組み合わせ、最適な試しているということがわかり、行験スケジュールを組むことができ動レベルにおける新しい老化マーます。
（詳しくは2021年3月に日本カーを得ることができました。

チャールス・リバー（現・ジャク

次に、先述の弊社の行動試験ラソン・ラボラトリー・ジャパン）

イブラリから、SP-FLEX（self-pacedのウェビナーでお話しさせていた

behavioral flexibility test）と名付けだきましたので、オンデマンド配た課題を紹介します（図8）。
この課題では、マウスは報酬を2。
信をご覧ください）

弊社では、同システムを10年以（3）データ・プログラム例上にわたり運用し実施してきた様々なモデルマウスの解析を通じ、その有用性が確認された70種類以上の行動試験プログラムを揃え、これを独自の「行動試験ライブラリ」と名付けて活用しています（図6）。この行動試験ライブラ

弊社がこれまでIntelliCageシス

ナーを特定のルールに従って順にテムを用いて解析したデータの一訪れなければいけません。例えば、

例として、基底活動の多変量解析

あるマウスは対角線上に位置するの例（7系統比較試験および加齢2つの離れたコーナーを交互に行影響評価試験より）と弊社の行動き来することで効率的に報酬を得試験ライブラリより課題の一例をられることを学習します（行動系紹介いたします。

列の学習）。個々のマウスの学習

まず、図7にある解析では、特別

C2: 場所学習C3: 行動系列学習／作業記憶

EX-IC

PL-Np

BST-2Cnr

EX-SA

PL-Np-S

BST-3Cnr

EX-BC

PL-Cnr

EX-RandC5: オペラントスケジュール

C6: 注意と衝動抑制 C7: 恐怖条件付け

FLEX-CS-CX

OP-FRX-Np

TL-Np-H/W

FC-C

FLEX-CS-FR2

OP-VRX-Np

TL-Np-DRL

FC-ACPL-Cnr-S

BST-4Cnr

FLEX-CS-CV

OP-PRX-Np

TL-Np-DRLLH

FCC-C

BST-WM

FLEX-CS-UIOP-FRX-Cnr

TL-Cnr-DRL

FCC-ACFLEX-PS-CX

OP-VRX-Cnr

TL-Cnr-DRLLH

FCC-C-SA

FLEX-PS-CV

OP-PRX-Cnr

TL-IRP

FLEX-CSPS-CX

OP-FRX-Cnr-S

TL-IRP-P

EX-NpAd

C4: 行動柔軟性

FLEX-CS-Pr-CX

TL-IRP-SFLEX-CSPS-Pr-CX

TL-IRP-P-S

C9: 感覚過敏／鈍麻

C10: 不安と順応

C11: 社会性

C12: リズム／ストレス

C13: 視覚的弁別学習

TASTE-CXODOR-Soc-SS

AXAD-Snd-LX

SOC-Comp-CLX

RS-JL-Adv

VDL

LTM-R

ODOR-Soc-OS

AXAD-Snd-LV

SOC-Comp-CLV

RS-JL-Dly

VDL-S

LTM-P

ODOR-NSoc

AXAD-Lit-BX

SOC-Comp-SA-CLX

RS-JL-Chr

ODOR-F

AXAD-Lit-BV

SOC-LF-CX

RS-LL

ODOR-SA

AXAD-Lit-SA-BX

SOC-LF-SR-CX

RS-DD

TASTE-V

AXAD-Ap

SOC-LF-SR-CX-S

RS-N

LED-V

AXAD-Ap-Rep

SOC-3CS-SA

RS-L

SOC-3CSR-SA
SOC-ColSAd

図6．弊社が保有するIntelliCageで実施可能な行動試験リスト

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超えたと判断されると、そのマウスには自動的に別のルールの課題
ウスはその時点までに学習した行

C14: 長期記憶

TASTE-CVTASTE-PR-CX

学的検定法により一定の正答率をが与えられます。つまり、そのマ

FLEX-3Cnr-CX
C8: アンヘドニア

成績はシステムによって常に監視されており、SPRTと呼ばれる統計

IntelliCage 行動試験ライブラリ (2021年度)
C1: 探索行動

効率よく得るために、4つのコー動習慣から脱し、あらたなルールに即した行動を学習しなければなりません。このSP-FLEXは、日々刻刻と変化する状況にどれほど柔軟に適応できるか（＝行動柔軟性）

ab

紹介いたします（図9下段）。まず、実験に使用するマウスを受けc

取り、施設馴化、マイクロチップの埋め込み、事前集団飼育馴化を順に行います。この段階で大きな体重の減少、極端な脱毛、深刻なケガ等が発生していないかを確
図7．
（a）2週間の基底活動データを用いて行う、活動量、活動リズム、常同行動、個体間行動相関等の解析例。
（b）7系統のマウスの基底活動パターンを重判別分析（MDA）を用いて分類した例。
（c）様々な週齢のC57BL/6J系統マウスを用いて、異なる週齢群ごとの基底活動パターンを同じくMDAを用いて分類した例。という、高度な認知能力を評価する「ルールの変化に対する適応のるための試験です。浸透圧ポンプ困難さ」がマウスにおいても繰りを用いてSP-FLEX中にスコポラ返し再現されることが確認されまミンやアトロピンといった認知機した（Shabeesh et al., 2021, Mol.

能障害を引き起こす薬剤を投与す

Psy.）
。

ると、これらの行動系列学習や行（4）受 託試験サービスと実験ス

動柔軟性が著しく阻害されること

ケジュール例が確認できました（論文投稿準備

弊社では、ジャクソン・ラボ中）。この課題がASDモデルマウ

ラトリー・ジャパン株式会社よスの表現型解析において用いられり再委託を受け、上記の実験設た例では、ASDの中核的症状であ備と行動試験ライブラリを用いた「IntelliCageマウス行動表現型解析サービス」を行っています（詳細はウェブサイト1をご覧下さい）。このサービスでは、既に決まった試験を機械的に実施するのではなく、事前ヒアリングから最適な試験計画の提案、試験の実施、詳細なレポーティング、フォローアップミーティングによる試験結果の解説や質疑応答までをひとまとめにしたサービスです（図9）。
そのため、IntelliCageシステムや、マウスの行動解析そのものに関する知識や経験がなくても全く問題ありません。
同サービスでも用いている典図8. SP-FLEX課題とスコポラミン、アトロピンを用いた実験例

型的な実験スケジュールの例を認し、問題がなければそのコホートをIntelliCageに移します。マウスがIntelliCageに入った直後の数時間、数日間の行動データは「新奇環境における探索行動」の解析対象とします。続いて、そのままIntelliCage内で2週間飼育を行い、「基底活動」の解析を行うためのデータを収集します。このデータからは、活動量、活動リズム（ピリオドグラム、コサイナー法など）、常同行動、個体間活動相関性、多変量解析（主成分分析、重判別分析）などの解析を行います。その後、研究の目的に応じて選定した認知課題、例えば、「行動系列の学習」「、行動柔軟性」「、注意と衝動性」「、アンヘドニア/モチベーション」、「 不安と順応」のカテゴリーに属する行動試験プログラムを順に実施していきます。それぞれの行動試験プログラムは、それぞれ平均的には数日から1週間ほど実施します。マウスの表現型解析に関しては、この2か月程度のスケジュールで幅広い項目を検査することができます。
5．さいごに学会やセミナー等でIntelliCageシステムの紹介をさせていただ
くと、「 非常に画期的なシステム
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29だが、その分導入のハードルが高そう」、「試験プログラムの作成に不安がある」、「膨大なデータが得られても、それを解析するのが難しそう」といった声がよく聞かれます。私たちは、そのような不安や疑問を少しでも解消し、IntelliCageシステムの強みを広く知っていただくことを目標としています。本稿をお読みになり、少しでもご興味を持たれた方は、ぜ
ひお気軽にオンライン/オンサイ
トでの口頭での追加説明や、サポートのご依頼をいただければ幸いです。ウェビナーの録画資料2も図9. IntelliCageシステムを用いた受託試験サービスの流れぜひご活用下さい。
参考資料
1 「IntelliCageマウス行動表現型解析サービス」ウェブサイト（ジャクソン・ラボラトリー・ジャパン）https://www.
crj.co.jp/service/gems/intellicage

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2Charles Riverウェビナー「精神神経疾患モデルマウス行動解析の”翻訳の失敗”にどう立ち向かうか -IntelliCageを例とした“AHEAD”アプローチ-」
https://www.crj.co.jp/event/detail/7（バーチャル展示会より視聴可）（日動協ホームページ、LABIO21
カラーの資料の欄を参照）