Интеграция поведенческой оценки поведения животных и сверточной нейронной сети для изучения взаимодействия вкуса и запаха васаби и алкоголя

Васабия японская, широко известная как васаби, получила признание в приготовлении пищи ^1,2. Хорошо известен интенсивный сенсорный опыт, который он вызывает при употреблении, характеризующийся слезоточивостью, чиханием или кашлем. Эту характерную остроту васаби можно объяснить гомологичным соединением хемосенсорных изотиоцианатов (ИТК). Они представляют собой летучие сероорганические фитохимические вещества, которые можно разделить на ω-алкенил и ω-метилтиоалкилизотиоцианаты³. Среди этих соединений аллилизотиоцианат (АИТК) является наиболее преобладающим природным продуктом ИТК, обнаруженным в растениях, принадлежащих к семейству крестоцветных, таких как хрен и горчица⁴. Коммерческие пасты васаби обычно готовятся из хрена, что делает AITC химическим маркером, используемым для контроля качества этих коммерческих продуктов⁵.

Сочетание диетических алкогольных напитков с блюдами, настоянными на васаби, можно считать примером культурной предрасположенности⁶. Субъективно, это сочетание может дополнить остроту и остроту между васаби и напитком, улучшая общее кулинарное впечатление. Качественная поведенческая оценка животных (QBA) — это комплексный методический подход на всех животных, который изучает поведенческие изменения у испытуемых в ответ на краткосрочные или долгосрочные внешние стимулы с использованием числовых^{терминов}. Этот метод включает в себя тесты на боль, моторные тесты, тесты на обучение и память, а также тесты на эмоции, специально разработанные для грызунов модели⁸. Тем не менее, исследования, изучающие синергетическую сенсорную оценку вкуса вместе с обонянием, до сих пор остаются редкими в литературе ^9,10. Большинство исследований хеместетических ощущений ограничиваются изучением индивидуального потребления продуктов питания и напитков^{по отдельности 11}. Следовательно, существует недостаток исследований взаимодействия вкуса и запаха, связанного с вдыханием спиртного во время употребления васаби.

Поскольку считается, что вызванное васаби ощущение жжения является формой ноцицепции¹², поведенческие оценки животных хорошо подходят для оценки ноцицептивных сенсорных реакций у животных^{грызунов 8,13,14}. Метод оценки ноцицепции у мышей, известный как оценка по шкале гримас мышей (MGS), был разработан Langford et ^al.15,16. Этот метод поведенческого исследования представляет собой подход к оценке, связанный с болью, основанный на анализе выражений лица, демонстрируемых экспериментальными мышами. Экспериментальная установка проста и включает в себя прозрачную клетку и 2 камеры для записи видео. Используя передовые технологии 17,18,19 для автоматического сбора данных, можно получить количественные и качественные поведенческие показатели, улучшающие благополучие животных во время поведенческого мониторинга ²⁰. Следовательно, MGS имеет потенциал для применения в изучении воздействия различных внешних стимулов на животных непрерывно и ad libitum. Тем не менее, процесс подсчета баллов включает в себя только отбор нескольких (менее 10) изображений видеокадров для оценки членами комиссии, и требуется предварительное обучение. Оценка большого количества образцов изображений может быть трудоемкой. Чтобы преодолеть эту трудоемкую задачу, в нескольких исследованиях использовались методы машинного обучения для прогнозирования балла MGS^21,22. Тем не менее, важно отметить, что MGS является непрерывным измерением. Таким образом, модель многоклассовой классификации была бы более подходящей для оценки логической и категориальной проблемы, такой как определение того, похожи ли изображения мышей, одновременно глотающих васаби и нюхающих ликер, на изображения нормальных мышей.

В данном исследовании была предложена методология изучения взаимодействия вкуса и запаха у мышей. Эта методология сочетает в себе поведенческие исследования на животных со сверточной нейронной сетью (СНС) для анализа мимики мышей. Две мыши наблюдались трижды при нормальных поведенческих условиях, во время ноцицепции, вызванной васаби, и во время вдыхания спиртного в специально разработанной клетке. Выражения лиц мышей были записаны на видео, а сгенерированные кадровые изображения были использованы для оптимизации архитектуры модели глубокого обучения (DL). Затем модель была проверена с использованием независимого набора данных изображений и развернута для классификации изображений, полученных от экспериментальной группы. Чтобы определить степень подавления остроты васаби, когда мыши одновременно нюхали ликер во время употребления васаби, идеи, полученные с помощью искусственного интеллекта, были дополнительно подтверждены путем перекрестной проверки с помощью другого метода анализа данных, набравшего¹⁶ баллов MGS.