「行動テストバッテリー」の版間の差分

<font size="+1">[http://researchmap.jp/keizotakao 高雄 啓三]</font><br>

''生理学研究所 行動・代謝分子解析センター''<br>

<font size="+1">[http://researchmap.jp/tsuyoshimiyakawa 宮川 剛]</font><br>

''藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学''<br>

担当編集委員：[http://researchmap.jp/tadafumikato 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）<br>

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　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<ref name=ref1><pubmed>5679627</pubmed></ref>。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<ref name=ref1><pubmed>5679627</pubmed></ref>。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<ref name=ref2><pubmed>9213134</pubmed></ref>。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<ref name=ref3><pubmed>20957639</pubmed></ref>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<ref name=ref4><pubmed>9321461</pubmed></ref>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。

　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<ref name=ref7>'''Crawley, J. N.'''<br>What’s Wrong With My Mouse: Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice.<br>''Wiley-Liss'', 2007.</ref> <ref name=ref8>'''Crawley, J. N.'''<br>トランスジェニック・ノックアウトマウスの行動解析<br>''西村書店'', 2012</ref>。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<ref name=ref7 /> <ref name=ref8 />。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<ref name=ref2 />。

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| (10)

| [[作業記憶]]・[[参照記憶]]・[[固執傾向]]

|-

※ (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。

===感覚・知覚===

　驚愕反応を引き起こす音刺激を提示する直前 (100 msec前) に、驚愕反応を引き起こさない程度の大きさの音 (プレパルス) を提示すると、驚愕反応が抑制される<ref name=ref14><pubmed>2292046</pubmed></ref>。この現象は[[プレパルス抑制]] (PPI, prepulse inhibition) と呼ばれ、感覚運動統合制御、[[注意力]]の指標として用いられている。プレパルス抑制の大きさは、以下の計算式で求められる：

[[image:行動テストバッテリー数式1.jpg|left|350px]]<br>

　マウスが壁際を好み、高所を避けるという性質を利用した不安様行動のテスト。自発的交替課題を行うためのＹ字迷路を高架式にし、壁を持つアーム（クローズドアーム）と壁のないアーム（オープンアーム）を組み合わせ、それぞれのアームへの進入回数から不安様行動を評価した<ref name=ref23><pubmed>13252152</pubmed></ref>ものが原型となっている。その後、装置や測定指標の改良を経て、1985 年にPellow らが高架式十字迷路テストとして発表した<ref name=ref24><pubmed>2864480</pubmed></ref>。高架式十字迷路では、クローズドアームとオープンアームとを十字に組み合わせた迷路にマウスを置き自由に探索させ、それぞれのアームに滞在していた時間や入った回数、移動距離などを測定する<ref name=ref25><pubmed>19229173</pubmed></ref>。アームへの進入回数およびアーム上の滞在時間を絶対値のまま指標とするとこれらの値は活動性に影響を受けやすいので、オープンアームに対する数値とクローズドアームに対する数値とで比をとって指標にすることが多い。オープンアームに対する進入回数および滞在時間が増加していれば不安様行動の低下が、逆にそれらが低下していれば不安様行動の増加が示唆される。高架式十字迷路テストで測定される不安様行動は、[[ベンゾジアゼピン]]系抗不安薬や[[アドレナリン]][[α受容体]]関連薬物などの薬剤に対する反応性から妥当性が[[行動薬理学]]的に示されている<ref name=ref24 /> <ref name=ref26><pubmed>3110839</pubmed></ref>。その他にも、オープンアーム滞在中の血中[[コルチコステロン]]濃度の上昇<ref name=ref24 /> <ref name=ref27><pubmed>7862873</pubmed></ref>や脱糞の増加<ref name=ref24 />などの生理学的指標の変化も報告されている。このため、高架式十字迷路テストは、[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]における不安に類似した行動を評価していると考えられており、 抗不安薬のスクリーニングによく使われている<ref name=ref28><pubmed>6149466</pubmed></ref>。

===うつ様行動===

Porsolt forced swim test

====尾懸垂テスト====

Tail suspension test

===学習・記憶===

Morris water maze test

====バーンズ円形迷路テスト====

Barnes maze test

====8方向放射状迷路テスト====

Eight-arm radial maze test

====恐怖条件づけテスト====

Fear conditioning test

==実施にあたって留意すべき事項==

===マウスの準備===

====遺伝的背景====

　遺伝子改変マウスの表現型解析を行う場合において、バックグラウンド系統として現在よく使われているのは C57BL6/J という系統である。一方で遺伝子改変マウスの作製に用いられるES細胞には、最も早く[[ES細胞]]株が確立されたマウス系統である129由来のものが多く使用されていた<ref name=ref43><pubmed>7242681</pubmed></ref> <ref name=ref44><pubmed>6950406</pubmed></ref>。

　遺伝的に均一である近交系マウスでも、共通の祖先から別れて20世代以上にわたり維持されると、亜系統 (substrain) として区別される。例えばC57BL6には、J, N, C といった亜系統がある。これらはもともと同じ系統であったが、異なる場所で繁殖・維持が続けられた結果、それぞれ独立した亜系統となったものである。これらの亜系統はいずれも広く使われているが、亜系統間では行動特性が大きく異なっていることが報告されている。例えば、自発活動性についてはJがN, Cに比較して高く、プレパルス抑制についてはNがJ, Cと比べて大きく、明暗選択箱で測定される不安様行動ではCが他に比べて低いなど、それぞれ特徴的な行動特性を示す<ref name=ref51><pubmed>20676234</pubmed></ref> <ref name=ref52><pubmed>21390289</pubmed></ref>。遺伝子改変マウスの系統維持の際には亜系統の違いには注意が払われないことが多いが、行動実験に用いる場合は亜系統も含めた遺伝的背景を統制することが重要である。

が1の差、すなわち1標準偏差分の平均値の差、に対して十分な検出力 (statistic power > 0.80) を持つような被験体数は、各群について20匹程度となる<ref name=ref53>'''Cohen, J.'''<br>Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences.<br>''Routledge Academic'', 1988</ref>。

#亜系統を含む完全な系統情報を正しい用語を使い記載すること。購入した系統は販売者情報を記載し、繁殖させて用いたものはその手続きを再現できるように十分に詳しく書くこと。

#確証なく隣接遺伝子効果の影響を無視あるいは軽視しないこと。

#変異マウスとその統制群となる野生型マウスを別々の系統として維持しないこと。

#変異マウスがコンジェニック系統から得られる場合は、バックグラウンドとして使用している系統を野生型マウスとしてコントロールに用いて比較することができる。

#遺伝子変異が[[トランスジェニック]]によってもたらされている場合、最初の解析では複数の樹立系統から由来する系統を用いる必要がある。

#サンプル数が少なくてもオスとメスのデータをまとめないこと。

===実験環境===

===実験者効果とカウンターバランス===

===多重比較とその補正===

===結果の解釈における注意事項===

==脳科学研究における行動テストバッテリーの役割==

===精神・神経疾患モデルの作製・同定===

　ヒトの自閉症では、5%程度の症例に染色体異常が見られるが、その中でも頻度が高い異常に染色体15q11-q13の重複がある<ref name=ref62><pubmed>15037868</pubmed></ref>。遺伝子工学により対応する染色体の重複を持つマウスが作製され、このマウスが自閉症様の行動異常を示すかどうか調べるため行動テストバッテリーによって解析が行われた。その結果、重複染色体をもつマウスは、社会的行動の異常、超音波によるコミュニケーションの障害、固執傾向の増加など、自閉症様の行動異常のパターンを示すことが明らかとなった<ref name=ref63><pubmed>19563756</pubmed></ref>。現在このマウスは、自閉症のモデルマウスとして病態の解明や治療法の探索などに活用されている。

===脳内中間表現型の探索===

　[[α-CaMKII]]ヘテロ欠損マウスは[[攻撃性]]の増大、[[活動性]]の亢進、不安様行動の低下、うつ様行動の低下、作業記憶の障害など一連の顕著な精神疾患様行動異常を示すことが行動テストバッテリーを用いた解析で明らかになった<ref name=ref68><pubmed>18803808</pubmed></ref>。このマウスの脳を解析したところ、[[海馬]][[歯状回]]の神経細胞が、分子生物学的、形態学的、電気生理学的に未成熟な細胞の特性を示しており、このマウスの海馬歯状回は非成熟歯状回であることがわかった<ref name=ref68 />。

　このように、類型化できるような行動異常のパターンが見られるマウスには、共通した脳内の異常、すなわち行動異常に対応する中間表現型が存在する可能性がある。現在ではヒトの精神疾患ではそれぞれの診断に対応するような生物学的マーカーが存在しておらず、それが精神疾患の治療及び研究を難しくしている。ヒトの精神疾患で各疾患に対応するような生物学的な指標を確立させることができれば、これまでは主観的な所見によって診断されていた精神・神経疾患を、生物学的な特徴に基づいて診断することができ、各患者が示す生物学的な指標に応じた適切な予防・治療法の開発が可能になると期待される<ref name=ref74><pubmed>23840971</pubmed></ref>。

==今後の展望==

　しかし、このような大規模解析においては、行動表現型の解析はごく簡単なスクリーニングに限定されており、例えばIMPCにおいて必須の実施項目とされている行動テストは筋力 (grip strength) と感覚 (acoustic startle/PPI, auditory brain stem response) のテストのみである。このように現状では限られた行動テストしか実施されておらず、重要な行動表現型が見落とされてしまう可能性がある。今後、高次脳機能の解析を含めた行動テストバッテリーによる網羅的な解析プロジェクトが実施され、作製された遺伝子改変マウスの行動表現型が解析されれば、新たな精神疾患モデルマウスの同定や、さまざまな遺伝子の脳における新規機能の発見などの成果が次々と得られると期待される。

== 参考文献 ==

<references />