行動テストバッテリー
高雄 啓三
生理学研究所 行動・代謝分子解析センター
宮川 剛
藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学
DOI XXXX/XXXX 原稿受付日：2013年7月31日 原稿完成日：2013年6月6日
担当編集委員：加藤 忠史（独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター）
英：behavioral test battery for genetically engineered mice
行動テストバッテリー (behavioral test battery) とは、比較的実施が容易な異なる種類の行動テストを複数組み合わせたものであり、遺伝子改変や薬物投与などマウスやラットなど各種実験操作が、マウスやラットなどの被験体の行動に及ぼす影響を評価する際に用いられる手法である。本項では、主に遺伝子改変マウスの行動を解析するための行動テストバッテリーについて記述する。
歴史
複数のテストを組み合わせたテストバッテリーがマウスの行動解析に用いられた研究が初めて発表されたのは1963年である1。この時用いられたテストバッテリーで、Irwinは50種類の観察項目について数値化し、マウスの行動特性を定量化している1。現在用いられている基本的な行動観察バッテリーにおける検査項目のいくつか、例えば自発歩行 (locomotion)、れん縮反射 (twitches) 、驚愕反応 (startle)、などは Irwin によって提案されたテスト項目に由来している。Crawley らは、Irwinのテストバッテリーを改良・簡便化し、遺伝子改変マウスに対して用いる予備観察バッテリーとして提案した2。この他に、簡便な行動観察によるテストバッテリーとしては、神経毒性を調べるために開発された機能観察総合評価 (FOB, functional observational battery) 法3や、Rogersらによって考案された SHIRPA (SmithKline Beecham, Harwell, Imperial College, Royal London Hospital, phenotype assessment) の一次検査4などがある。これらのテストバッテリーは、主に被験体の健康状態を調べることを目的としており、情動や記憶学習などの高次脳機能を評価するためのテストを含んでいない。一方、1990年代に入り遺伝子改変マウスの表現型解析に情動や記憶学習などの高次脳機能を評価するテストが用いられるようになった。宮川らは明暗選択箱テスト (light/dark transition test, 4.3.1 参照) や高架式十字迷路テスト (elevated plus maze test, 4.3.2 参照) などを用いて初めてノックアウトマウスの不安様行動を評価した5,6。それ以降、遺伝子改変マウスの行動表現型を明らかにすることで、記憶や情動など各種の行動に影響を与える遺伝子が次々と同定された。これらの研究では、多くの場合、テストごとに先行実験の経験を持たないマウスが使用されており、このような方法では複数の異なるテストを用いてマウスの行動特性を評価する場合には大量の被験体が必要となる。Crawley らは、さまざまな行動カテゴリーのテストから比較的簡便に実施できるものを組み合わせた行動テストバッテリーを考案した7,8。この行動テストバッテリーを用いることにより、同一の被験体に対し感覚・知覚、運動、情動など各種の行動を測定し、多くの遺伝子改変マウスの行動表現型を明らかにしている7,8。多種類の行動カテゴリーのテストを同一の被験体に対して順番に実施し、包括的な行動テストバッテリーとすることにより、限られた数の被験体を用いてマウスの行動特性を少ない労力と時間で効率的に調べることができるようになった2。
使用目的
マウスの行動テストバッテリーは、分子や生理機能などの機能についての仮説検証、各種疾患の病態モデルとしての妥当性検証、薬剤や食品の機能性の評価などを目的として使用される。また、あらかじめ特定の仮説は持たずに、薬品や食物の毒性・安全性評価、系統による行動特性の違いの評価、遺伝子改変やストレス負荷などの各種の実験操作が行動に与える影響の評価等を目的として実施されることも多い。
行動テストバッテリーの構成
行動テストバッテリーは、使用目的に応じて複数のテストを組み合わせて構成される。表１に藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学研究部門および生理学研究所 行動・代謝分子解析センター 行動様式解析室で使用されている行動テストバッテリーの例を示した。この行動テストバッテリーは、感覚・知覚、運動、情動、睡眠・リズム、注意、学習・記憶、社会的行動などさまざまな行動カテゴリーのテストからなり、特に遺伝子改変マウスの行動異常をスクリーニングするのに適した組み合わせとなっている。
表１ 行動テストバッテリーの例 順番 テストの名称（英語名） 測定する行動・反応 1 一般身体所見・神経学的スクリーニング (General health check, Neurological screening) 身体的特徴・神経学的症状 2 明暗選択テスト (Light/dark transition test) 不安様行動、活動性 3 オープンフィールドテスト (Open field test) 活動性・不安様行動 4 高架式十字迷路テスト (Elevated plus maze test) 不安様行動、活動性 5 ホットプレートテスト (Hot plate test) 痛覚感受性 6 社会的行動テスト (Social interaction test) 社会的行動・不安 7 ローターロッドテスト (Rotarod test) 運動学習・協調運動 8 社会性テスト (Sociability test) 社会的行動・自閉症傾向 8 聴覚性驚愕反応・プレパルス抑制テスト (Acoustic startle/Prepulse inhibition test) 感覚運動ゲーティング・驚愕反応 9 ポーソルト強制水泳テスト (Porsolt forced swim test) うつ様行動・学習性絶望 (10) ８方向放射状迷路テスト (Eight-arm radial maze test) 作業記憶・参照記憶・固執傾向 (10) モリス水迷路テスト (Morris water maze test) 参照記憶・固執傾向・作業記憶 (10) バーンズ迷路テスト (Barnes maze test) 参照記憶・固執傾向・作業記憶 (10) Ｔ字型迷路テスト (T-maze test) 作業記憶・参照記憶・固執傾向 11 尾懸垂テスト (Tail suspension test) うつ様行動・学習性絶望 12 24時間ホームケージ社会的行動テスト (24-hour homecage social interaction test) 社会的行動・ケージ内での活動 13 恐怖条件づけテスト(Fear conditioning test) 文脈記憶 ※ (10) の学習・記憶実験は目的やマウスの特性などに応じて選択する。 以下に、行動テストバッテリーを構成するテストについて具体的な例を示す。テストの装置やプロトコルなどについては藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学研究部門および生理学研究所 行動・代謝分子解析センター 行動様式解析室で使用されているものを元に記載してある。
感覚・知覚
ホットプレートテスト
Hot plate test
痛覚感受性を測定するテスト。55℃に熱したプレートにマウスを乗せて、肢をなめたり擦り合わせたりなど熱に対する反応を起こすまでの時間（潜時）を測定する9。このテストで実験群と統制群に差がある場合は、痛みに対する反応性が異なる可能性がある。その場合、恐怖条件づけテスト（4.5.4参照）や受動的回避テストなどのように痛覚刺激を用いる課題では、目的としている行動の測定に問題が生じる可能性がある。例えば電気ショックを与えても痛覚やそれにともなう恐怖が惹起されずにすくみ反応（フリージング）が生じなければ恐怖条件づけテストで記憶を評価することはできない。痛覚感受性のテストとしてはこの他に尾部に熱刺激を加えて回避反応を観察するテールフリックテスト (Tail flick test)10 や後肢にホルマリン溶液を皮下注射して持続性疼痛に対する反応を観察するホルマリンテスト (formalin test)11、非侵害刺激に対する痛み（アロディニア）を評価するフォン・フレイ・フィラメントテスト（von Frey filament test）12がよく用いられている。