Integração da Avaliação Comportamental Animal e Rede Neural Convolucional para Estudar a Interação Sabor-Cheiro Wasabi-Álcool

Wasabia japonica, comumente conhecido como wasabi, ganhou reconhecimento no preparo de alimentos ^1,2. A intensa experiência sensorial que provoca no consumo, caracterizada por lacrimejar, espirrar ou tossir, é bem conhecida. Essa pungência distinta do wasabi pode ser atribuída a um composto homólogo de isotiocianatos quimiossensoriais (ITCs). Eles são fitoquímicos organossulfurados voláteis que podem ser categorizados em isotiocianatos de ω-alquenil e ω-metiltioalquil³. Dentre esses compostos, o isotiocianato de alila (AITC) é o produto natural ITC mais predominado em plantas pertencentes à família Cruciferae, como raiz-forte e mostarda⁴. As pastas comerciais de wasabi são comumente preparadas a partir de raiz-forte, tornando o AITC um marcador químico usado para controle de qualidade desses produtos comerciais⁵.

A combinação de bebidas alcoólicas dietéticas com pratos com infusão de wasabi pode ser considerada um exemplo de disposição cultural⁶. Subjetivamente, essa combinação pode complementar o tempero e o calor entre o wasabi e o destilado, aprimorando a experiência culinária geral. A avaliação comportamental qualitativa animal (QBA) é uma abordagem metodológica abrangente de animais inteiros que examina as mudanças comportamentais em indivíduos em resposta a estímulos externos de curto ou longo prazo usando termos numéricos⁷. Esse método engloba testes de dor, testes motores, testes de aprendizado e memória, além de testes de emoção projetados especificamente para modelos de roedores⁸. No entanto, estudos que investigam a avaliação sensorial sinérgica da gustação juntamente com o olfato permanecem escassos na literatura até o momento ^9,10. A maioria dos estudos sobre sensação quimestésica limita-se a examinar separadamente o consumo individual de alimentos e bebidas¹¹. Consequentemente, há uma escassez de pesquisas sobre a interação paladar-cheiro envolvendo o ato de cheirar licor enquanto consome wasabi.

Como se acredita que a sensação de picada induzida por wasabi seja uma forma de nocicepção¹², as avaliações comportamentais dos animais são adequadas para avaliar as respostas sensoriais nociceptivas em roedores ^8,13,14. Um método para avaliar a nocicepção em camundongos, conhecido como pontuação da escala de careta de camundongo (MGS), foi desenvolvido por Langford et ^al.15,16. Este método de estudo comportamental é uma abordagem de avaliação relacionada à dor, contando com a análise das expressões faciais exibidas pelos camundongos experimentais. A configuração experimental é simples, envolvendo uma gaiola transparente e 2 câmeras para gravação de vídeo. Ao incorporar tecnologias avançadas ^17,18,19 para captura automática de dados, medidas comportamentais quantitativas e qualitativas podem ser obtidas, aumentando o bem-estar animal durante o monitoramento comportamental²⁰. Consequentemente, o MGS tem potencial para ser aplicado no estudo dos efeitos de vários estímulos externos em animais de forma ininterrupta e ad libitum. No entanto, o processo de pontuação envolve apenas a seleção de algumas (menos de 10) imagens de quadros de vídeo para avaliação pelos painelistas, e é necessário treinamento prévio. Marcar um grande número de imagens de amostra pode ser trabalhoso. Para superar esse desafio demorado, vários estudos empregaram técnicas de aprendizado de máquina para prever o escore MGS ^21,22. No entanto, é importante notar que o MGS é uma medida contínua. Portanto, um modelo de classificação multiclasse seria mais adequado para avaliar um problema lógico e categórico, como determinar se as imagens de camundongos ingerindo wasabi e cheirando licor simultaneamente se assemelham às de camundongos normais.

Neste estudo, foi proposta uma metodologia para investigar a interação paladar-cheiro em camundongos. Essa metodologia combina estudos comportamentais de animais com uma rede neural convolucional (CNN) para analisar as expressões faciais dos camundongos. Dois camundongos foram observados três vezes em condições comportamentais normais, durante a experiência de nocicepção induzida por wasabi e enquanto cheiravam licor em uma gaiola especificamente projetada. As expressões faciais dos camundongos foram gravadas em vídeo e as imagens geradas foram utilizadas para otimizar a arquitetura de um modelo de aprendizado profundo (DL). O modelo foi então validado usando um conjunto de dados de imagens independentes e implantado para classificar as imagens adquiridas do grupo experimental. Para determinar a extensão da supressão da pungência do wasabi quando os camundongos cheiraram simultaneamente licor durante o consumo de wasabi, os insights fornecidos pela inteligência artificial foram corroborados por meio da validação cruzada com outro método de análise de dados, a pontuação MGS¹⁶.