バーンズ迷路とは？わかりやすく解説

バーンズ迷路（バーンズめいろ、英: Barnes maze）は、空間学習（英語版）能力や記憶力を測定するために心理学実験に用いられる装置と手法である。この試験は1979年にキャロル・バーンズ（英語版）によって初めて開発された^[1]。

概説

被験体

被験体は通常、マウスや実験用ラットなどの齧歯類（げっしるい）であり、これらは対照群として用いられるか、あるいは迷路に対して異なる反応を示すような遺伝的変異や欠損を有している場合がある。

機能

バーンズ迷路の基本的な機能は、試験エリアの周囲に配置された遠方の視覚的手がかりを用いて、マウスが目標領域の位置を学習し記憶する能力を測定することである^[2]。この非侵襲的な課題は、新規化合物の認知機能への影響を評価するだけでなく、アルツハイマー病などの疾患モデルとなるトランスジェニック系統のげっ歯類における認知機能障害を特定するのにも有用である^[3]。また、神経科学者によって、軽度外傷性脳損傷後の学習障害（獲得試験）および空間記憶の保持（プローブ試験）に対し、急性期^[4]および慢性期の両時点において因果関係があるかどうかを判断するためにも用いられる^[5]。この課題は、嫌悪環境から脱出しようとする被験者の固有の傾向と、海馬に依存する空間参照記憶に依存している^[6]。

装置

バーンズ迷路は、円周上に最大20個の円形の穴が開いた円形の台から成る。色付きの図形や模様などの視覚的手がかりが、動物からはっきりと見えるようにテーブルの周囲に配置される。テーブルの表面は天井照明によって明るく照らされている。穴の一つには「脱出箱」が設置されており、げっ歯類はテーブル上の対応する穴を通ってそこに到達できる。このモデルは、げっ歯類が開放空間を嫌うという特性に基づいており、それが被験動物に脱出箱へ避難しようとする動機を与える。正常な齧歯類は、4～5回の試行以内に脱出箱を見つけることを学習し、誤った穴から脱出しようとすることなく、直接脱出箱に向かって進む。脱出までの潜時、経路の長さ、誤りの回数、速度など、様々なパラメータが測定される。背景系統の選定と行動課題の選択は、実験の結果を決定する上で重要である。これらの変数は、生来の不安や認知能力がマウス系統間で著しく異なることを検証するのに役立つ^[7]。

成績の測定基準

成績は通常、げっ歯類が犯すエラーの数、すなわち脱出ボックスがない穴に鼻を突っ込む回数によって測定される。1回の試行あたりのエラー数の減少率を算出することで、学習曲線を表すことができる。その他の成績指標として、脱出ボックスまでの経路長も測定可能であり、経路が短いほどエラーが少ないことを示す。さらに、各げっ歯類が用いる戦略は、ランダム（各穴を無作為に確認する）、システマティック（特定のパターンで各穴を確認する）、または空間的（脱出ボックスがある穴へ直進する）として評価できる。

バーンズ迷路は空間的な性質を持つため、脳の空間学習能力に関わる部分である海馬の損傷は課題遂行能力の低下をもたらす^[8]。特定の齧歯類であるデグーを用いた実験では、バーンズ迷路における成績に性差が生じ得ることが示された。エンコード（英語版）が行われる課題訓練中、雌は空間的戦略をより頻繁に用いたのに対し、雄は直線的、無作為、または逆方向の戦略を好んで用いた。さらに、雌ラットの空間的保持能力は、その発情周期の段階に大きく依存していることが指摘された^[9]。雄と雌の間の違いはエンコーディング期間中に認められるが、記憶保持（英語版）期間中には認められず、これはデグーにおいて、課題の習得と固定化が性によって異なる影響を受けることを示唆している^[9]。

他の迷路との比較

バーンズ迷路は、モリス水迷路^[10]^[11]^[12]や放射状迷路（英語版）^[13]^[14]と類似しているが、強力な嫌悪刺激（モリス水迷路における水泳によるストレスなど）や剥奪（放射状迷路における餌や水の剥奪など）を強化子として用いない。高レベルのストレスを伴う行動課題は、課題における動物の成績に影響を与える可能性があるため、バーンズ迷路はストレスによる交絡因子を排除するのに理想的である^[15]。しかし、強い嫌悪刺激がないため、一部の齧歯類は課題を完了する動機付けを欠く場合がある。迷路に慣れると、被験者は課題を完了する代わりに探索を好むようになる可能性がある。この問題を回避するためには、データを分析する際に異なるパラメータを用いることが重要である。これまでに、潜時、脱出ボックスまでの経路長、および脱出穴への最初の鼻突きに至るまでの失敗回数が指標として用いられてきた^[16]。バーンズ迷路のもう一つの欠点は、複数の動物を試験する場合、前の動物が迷路に残した匂いの手がかりが、その後の被験者の成績に影響を与える可能性があることだ。これは、各試行後に迷路を清掃することで容易に是正できる。

出典

^ Barnes, CA (1979). "Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat." J Comp Physiol Psychol. 1979 Feb;93(1):74-104.
^ Harrison F.E, Hosseini A.H, MacDonald M.P.(2009). "Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks." Behavioural Brain Research 198 (2009) 247–251.
^ Reiserer, RS., Harrison F>E., Syverud, DC., McDonald, MP. Impaired spatial learning in the APPSwe + PSEN1DeltaE9 bigenic mouse model of Alzheimer’s disease. Genes Brain Behav. 6:54-65 (2007).
^ Mouzon, B; Chaytow, H (December 2012). “Repetitive Mild Traumatic Brain Injury in a Mouse Model Produces Learning and Memory Deficits Accompanied by Histological Changes.”. J Neurotrauma 29 (18): 2761–73. doi:10.1089/neu.2012.2498. PMID 22900595.
^ Mouzon, B; Bachmeier, C (February 2014). “Chronic neuropathological and neurobehavioral changes in a repetitive mild traumatic brain injury model.”. Ann. Neurol. 75 (2): 241–254. doi:10.1002/ana.24064. PMID 24243523.
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^ Fox, GB., Fan, L., LeVasseur, RA., Faden, AI. Effect of traumatic brain injury on mouse spatial and nonspatial learning in the Barnes circular maze. J Neurotrauma 15:1037-1046 (1998).
^ ^a ^b Popovic, N, Madrid, J.A, Rol, M.A, Caballero-Bleda, M, Popvic M. (2010) "Barnes maze performance of Octodon degus is gender dependent". Behavioural Brain Research. Volume:212(2)
^ Tian, Huiling、Ding, Ning、Guo, Mengwei、Wang, Shun、Wang, Zidong、Liu, Hao、Yang, Jiayi、Li, Yujie ほか「Analysis of Learning and Memory Ability in an Alzheimer's Disease Mouse Model using the Morris Water Maze」『JoVE (Journal of Visualized Experiments)』第152号、2019年10月29日、e60055、doi:10.3791/60055、 ISSN 1940-087X。
^ “モリス水迷路試験”. Scantox. 2026年3月15日閲覧。
^ “モリス水迷路”. ソフィア・サイエンティフィック. 2026年3月15日閲覧。
^ “8方向放射状迷路”. muromachi.com. 2026年3月15日閲覧。
^ “八方向放射状迷路”. BRC バイオリサーチセンター. 2026年3月15日閲覧。
^ Holscher C. Stress impairs performance in spatial water maze learning tasks. Behav Brain Res. 100:225-235 (1999).
^ Harrison, FE., Reiserer, RS., Tomarken, AJ., McDonald, MP. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learn Mem. 13:809-819 (2006).

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