Integración de la evaluación del comportamiento animal y la red neuronal convolucional para estudiar la interacción sabor-olor entre el wasabi y el alcohol

La wasabia japonica, comúnmente conocida como wasabi, ha ganado reconocimiento en la preparación de alimentos ^1,2. Es bien conocida la intensa experiencia sensorial que provoca al consumirla, caracterizada por lagrimeo, estornudos o tos. Esta acritud distintiva del wasabi puede atribuirse a un compuesto homólogo de isotiocianatos quimiosensoriales (ITC). Son fitoquímicos organosulfurados volátiles que se pueden clasificar en ω-alquenilo y ω-metiltioalquilo isotiocianatos³. Entre estos compuestos, el isotiocianato de alilo (AITC) es el producto ITC natural más predominante que se encuentra en plantas pertenecientes a la familia Cruciferae, como el rábano picante y la mostaza⁴. Las pastas comerciales de wasabi se preparan comúnmente a partir de rábano picante, lo que convierte al AITC en un marcador químico utilizado para el control de calidad de estos productos comerciales⁵.

El maridaje de bebidas alcohólicas dietéticas con platos con infusión de wasabi puede considerarse un ejemplo de disposición cultural⁶. Subjetivamente, esta combinación puede complementar el picante y el picante entre el wasabi y el licor, mejorando la experiencia culinaria en general. La evaluación cualitativa del comportamiento animal (QBA) es un enfoque metodológico integral que examina los cambios de comportamiento en los sujetos en respuesta a estímulos externos a corto o largo plazo utilizando términos numéricos⁷. Este método abarca pruebas de dolor, pruebas motoras, pruebas de aprendizaje y memoria, así como pruebas de emociones diseñadas específicamente para modelos de roedores⁸. Sin embargo, los estudios que investigan la evaluación sensorial sinérgica de la gustación junto con el olfato siguen siendo escasos en la literatura hasta ahora ^9,10. La mayoría de los estudios sobre la sensación quimiestésica se limitan a examinar el consumo individual de alimentos y bebidas por separado¹¹. En consecuencia, hay una escasez de investigación sobre la interacción sabor-olor que implica el acto de inhalar licor mientras se consume wasabi.

Dado que se cree que la sensación de picadura inducida por el wasabi es una forma de nocicepción¹², las evaluaciones del comportamiento animal son adecuadas para evaluar las respuestas sensoriales nociceptivas en animales roedores ^8,13,14. Langford et al.15,16 desarrollaron un método para evaluar la nocicepción en ratones, conocido como puntuación de la escala de muecas de ratón (MGS)^15,16. Este método de estudio conductual es un enfoque de evaluación relacionado con el dolor, que se basa en el análisis de las expresiones faciales exhibidas por los ratones experimentales. La configuración experimental es sencilla, ya que incluye una jaula transparente y 2 cámaras para la grabación de vídeo. Mediante la incorporación de tecnologías avanzadas 17,18,19 para la captura automática de datos, se pueden obtener medidas cuantitativas y cualitativas de comportamiento, mejorando el bienestar animal durante el monitoreo conductual ²⁰. En consecuencia, el MGS tiene el potencial de ser aplicado en el estudio de los efectos de diversos estímulos externos en animales de una manera ininterrumpida y ad libitum. Sin embargo, el proceso de puntuación solo implica la selección de unas pocas (menos de 10) imágenes de fotogramas de video para su evaluación por parte de los panelistas, y es necesaria una capacitación previa. Puntuar un gran número de imágenes de muestra puede ser laborioso. Para superar este desafío que requiere mucho tiempo, varios estudios han empleado técnicas de aprendizaje automático para predecir la puntuación MGS ^21,22. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el MGS es una medida continua. Por lo tanto, un modelo de clasificación multiclase sería más adecuado para evaluar un problema lógico y categórico, como determinar si las imágenes de ratones ingiriendo wasabi y oliendo licor simultáneamente se parecen a las de ratones normales.

En este estudio se propuso una metodología para investigar la interacción gusto-olor en ratones. Esta metodología combina estudios de comportamiento animal con una red neuronal convolucional (CNN) para analizar las expresiones faciales de los sujetos ratones. Dos ratones fueron observados tres veces en condiciones normales de comportamiento, durante la experiencia de nocicepción inducida por wasabi y mientras inhalaban licor en una jaula específicamente diseñada. Las expresiones faciales de los ratones se grabaron en vídeo y las imágenes de fotogramas generadas se utilizaron para optimizar la arquitectura de un modelo de aprendizaje profundo (DL). A continuación, el modelo se validó utilizando un conjunto de datos de imágenes independiente y se desplegó para clasificar las imágenes adquiridas del grupo experimental. Para determinar el grado de supresión de la acritud del wasabi cuando los ratones inhalaron simultáneamente licor durante el consumo de wasabi, los conocimientos proporcionados por la inteligencia artificial se corroboraron aún más a través de la validación cruzada con otro método de análisis de datos, la puntuación MGS¹⁶.