わさび-アルコール味-匂い相互作用を研究するための動物行動評価と畳み込みニューラルネットワークの統合

一般にわさびとして知られているワサビジャポニカは、食品調理で認知されています^1,2。涙を流したり、くしゃみをしたり、咳をしたりすることを特徴とする、消費時に引き起こされる強烈な感覚体験はよく知られています。わさびのこの独特の辛味は、化学感覚イソチオシアネート(ITC)の相同化合物に起因する可能性があります。それらは揮発性有機硫黄植物化学物質であり、ω-アルケニルとω-メチルチオアルキルイソチオシアネート³に分類できます。これらの化合物の中で、アリルイソチオシアネート(AITC)は、西洋わさびやマスタード⁴などのアブラナ科に属する植物に最も多く見られる天然ITC製品です。市販のわさびペーストは一般的に西洋わさびから調製されるため、AITCはこれらの市販製品の品質管理に使用される化学マーカーとなっています⁵。

食事性アルコール飲料とわさびを注入した料理を組み合わせることは、文化的気質の一例と見なすことができます⁶。主観的には、この組み合わせはわさびとスピリッツの間の辛さと熱さを補完し、全体的な料理体験を向上させる可能性があります。動物定性的行動評価(QBA)は、短期または長期の外部刺激に対する被験者の行動変化を^{数値7を用いて}調べる、包括的な全動物的方法論的アプローチである。この方法には、疼痛テスト、運動テスト、学習および記憶テスト、およびげっ歯類モデル⁸用に特別に設計された感情テストが含まれます。しかし、味覚と嗅覚の相乗的官能評価を調査した研究は、これまで文献に乏しいままです^9,10。化学感覚に関する研究のほとんどは、個々の食品と飲料の消費を別々に調べることに限定されています¹¹。そのため、わさびを飲みながら酒の匂いを嗅ぐ行為を含む味覚と匂いの相互作用に関する研究は不足しています。

わさびによる刺痛感覚は侵害受容の一種であると考えられているため¹²、動物の行動評価は、げっ歯類の動物における侵害受容性感覚反応の評価によく適している^8,13,14。マウスの侵害受容を評価するための方法は、マウスしかめっ面スケール(MGS)スコアリングとして知られている、Langfordら^{によって開発されました15,16}。この行動研究法は、実験マウスが示した表情の解析に依存した、痛みに関連する評価アプローチです。実験のセットアップは簡単で、透明なケージとビデオ録画用の2台のカメラを使用します。自動データ収集のための先進技術^17、18、19を組み込むことにより、定量的および定性的な行動測定を得ることができ、行動モニタリング²⁰における動物福祉を向上させることができる。したがって、MGSは、動物に対するさまざまな外部刺激の影響を中断することなく自由に研究する際に適用できる可能性を秘めています。ただし、採点プロセスでは、パネリストによる評価のために数枚(10枚未満)のビデオフレーム画像を選択するだけであり、事前のトレーニングが必要です。大量のサンプル画像のスコアリングは、手間がかかる場合があります。この時間のかかる課題を克服するために、いくつかの研究では、MGSスコア^21,22を予測するために機械学習技術が採用されています。ただし、MGSは継続的な尺度であることに注意することが重要です。したがって、マルチクラス分類モデルは、わさびを摂取し、酒の匂いを嗅ぐマウスの画像が正常なマウスの画像に似ているかどうかを判断するなど、論理的およびカテゴリー的な問題を評価するためにより適しています。

本研究では、マウスにおける味覚と匂いの相互作用を調査するための方法論を提案した。この方法論は、動物の行動研究と畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を組み合わせて、マウス被験者の顔の表情を分析します。2匹のマウスは、通常の行動条件下で、ワサビ誘発性侵害受容の経験中、および特別に設計されたケージ内で酒を嗅いでいるときに3回観察されました。マウスの表情を動画に記録し、生成されたフレーム画像を活用して深層学習(DL)モデルのアーキテクチャを最適化しました。その後、独立した画像データセットを使用してモデルを検証し、実験グループから取得した画像を分類するためにデプロイしました。わさびの摂取中にマウスが同時に酒の匂いを嗅いだ場合のわさび辛味の抑制の程度を決定するために、人工知能によって提供される洞察は、別のデータ分析方法であるMGSスコア¹⁶との交差検証を通じてさらに裏付けられました。