Development of an Automated Behavioral Analysis System for Evaluation of Genetically Modified Disease Model Marmosets

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04756
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 42:Veterinary medical science, animal science, and related fields
• Research Institution: Central Institute for Experimental Animals
• Principal Investigator: Sasaki Erika 公益財団法人実験動物中央研究所, マーモセット医学生物学研究部, 部長 (70390739)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 由美子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員主管研究員 (20399447) ; 入來 篤史 国立研究開発法人理化学研究所, 未来戦略室, 上級研究員 (70184843)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: マーモセット / 行動解析 / 神経変性疾患 / 遺伝子改変モデル

Outline of Final Research Achievements

Genetically modified marmosets for neurological disease studies lacked behavioral analysis methods. We developed a device to automatically analyze their behavior in home cages, leveraging a database of wild-type marmoset behaviors for comparison. From FY2021 to FY2023, our research introduced an automatic behavior analysis system, voice communication, and a touch panel device. We automated speech sound classification, created individual vocalization identification, and developed a touch panel task identification device. We annotated 3,000 images for behavior analysis, employed DeepLabCut for skeletal tracking, and used Lidar with low-light cameras to monitor sleep disturbances as early disease indicators. The touch panel showed that offspring could learn tasks without direct training, indicating natural learning capabilities.

Free Research Field

実験動物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ホームケージで多頭飼育されているマーモセットの自由な行動を自動で解析する装置を構築し、動物福祉に配慮した飼育環境で非侵襲的に、行動解析を「誰でも」実施可能にするための基盤を構築した。これにより、アルツハイマー病やパーキンソン病といった神経変性疾患モデルマーモセットを用いて、疾患がどのように進行し、行動がどのように変化するのかを脳画像を参照しながら明らかにすることが可能となった。このことは今後の神経変性疾患の早期発症法の開発と先制医療の開発に有用となることが期待される。