שילוב של הערכה התנהגותית של בעלי חיים ורשת עצבית קונבולוציונית לחקר אינטראקציה בין טעם וריח לאלכוהול ווסאבי

Wasabia japonica, הידוע בכינויו ווסאבי, זכה להכרה בהכנת מזון ^1,2. החוויה החושית האינטנסיבית שהיא מעוררת בעת הצריכה, המאופיינת בדמעות, התעטשויות או שיעול, ידועה היטב. ניתן לייחס את החריפות הייחודית הזו של ווסאבי לתרכובת הומולוגית של איזותיוציאנטים כימו-סנסוריים (ITC). הם פיטוכימיקלים נדיפים של אורגנו-גופרית שניתן לסווג ל-ω-alkenyl ו-ω-methylthioalkyl isothiocyanates³. מבין תרכובות אלה, אליל איזותיוציאנט (AITC) הוא מוצר ITC הטבעי הנפוץ ביותר שנמצא בצמחים השייכים למשפחת המצליבים, כגון חזרת וחרדל⁴. משחות ווסאבי מסחריות מוכנות בדרך כלל מחזרת, מה שהופך את AITC לסמן כימי המשמש לבקרת איכות של מוצרים מסחריים אלה⁵.

שילוב משקאות אלכוהוליים דיאטטיים עם מנות עם ווסאבי יכול להיחשב דוגמה לנטייה תרבותית⁶. מבחינה סובייקטיבית, שילוב זה עשוי להשלים את החריפות והחום שבין הוואסבי לרוח, ולהעצים את החוויה הקולינרית הכוללת. הערכה התנהגותית איכותנית של בעלי חיים (QBA) היא גישה מתודולוגית מקיפה של בעלי חיים שלמים הבוחנת שינויים התנהגותיים בנבדקים בתגובה לגירויים חיצוניים קצרי טווח או ארוכי טווח באמצעות מונחים מספריים⁷. שיטה זו כוללת מבחני כאב, מבחנים מוטוריים, מבחני למידה וזיכרון, וכן מבחני רגש שתוכננו במיוחד עבור דגמי מכרסמים⁸. עם זאת, מחקרים שבדקו את ההערכה החושית הסינרגטית של חוש הריח יחד עם חוש הריח נותרו נדירים בספרות עד כה ^9,10. רוב המחקרים על תחושה כימיתטית מוגבלים לבחינת צריכת מזון ומשקאות בודדים^{בנפרד 11}. כתוצאה מכך, קיים מחסור במחקר על האינטראקציה טעם-ריח הכרוכה בפעולת הרחרוח של משקאות חריפים בזמן צריכת ווסאבי.

מכיוון שתחושת הצריבה הנגרמת על ידי ווסאבי נחשבת לצורה של nociception¹², הערכות התנהגותיות של בעלי חיים מתאימות היטב להערכת התגובות החושיות הנוסיספטיביות בחיות מכרסמים ^8,13,14. שיטה להערכת nociception בעכברים, הידועה בשם ניקוד סולם עווית עכבר (MGS) פותחה על ידי Langford et ^al.15,16. שיטת מחקר התנהגותית זו היא גישת הערכה הקשורה לכאב, המסתמכת על ניתוח הבעות הפנים המוצגות על ידי עכברי הניסוי. מערך הניסוי פשוט, וכולל כלוב שקוף ו-2 מצלמות להקלטת וידאו. על ידי שילוב טכנולוגיות מתקדמות 17,18,19 ללכידת נתונים אוטומטית, ניתן להשיג מדדים התנהגותיים כמותיים ואיכותיים, המשפרים את רווחת בעלי החיים במהלך ניטור התנהגותי ²⁰. כתוצאה מכך, ל- MGS יש פוטנציאל להיות מיושם בחקר ההשפעות של גירויים חיצוניים שונים על בעלי חיים באופן רצוף ואד ליביטום. עם זאת, תהליך הניקוד כולל רק כמה (פחות מ -10) תמונות מסגרת וידאו להערכה על ידי חברי הפאנל, ויש צורך בהכשרה מוקדמת. ניקוד מספר רב של תמונות לדוגמה יכול להיות עבודה רבה. כדי להתגבר על אתגר גוזל זמן זה, מספר מחקרים השתמשו בטכניקות למידת מכונה לחיזוי ציון MGS^21,22. עם זאת, חשוב לציין כי MGS הוא מדד מתמשך. לכן, מודל סיווג רב-מעמדי יתאים יותר להערכת בעיה לוגית וקטגורית, כגון קביעה אם התמונות של עכברים בולעים ווסאבי ומרחרחים בו זמנית דומים לאלה של עכברים רגילים.

במחקר זה הוצעה מתודולוגיה לחקר האינטראקציה בין טעם לריח בעכברים. מתודולוגיה זו משלבת מחקרים התנהגותיים בבעלי חיים עם רשת עצבית קונבולוציונית (CNN) כדי לנתח את הבעות הפנים של נבדקי העכבר. שני עכברים נצפו שלוש פעמים בתנאי התנהגות רגילים, במהלך החוויה של נוסיספטציה הנגרמת על ידי ווסאבי ובזמן שרחרח משקאות חריפים בכלוב שתוכנן במיוחד. הבעות הפנים של העכברים הוקלטו בווידיאו, ותמונות המסגרת שנוצרו שימשו לאופטימיזציה של הארכיטקטורה של מודל למידה עמוקה (DL). לאחר מכן המודל אומת באמצעות מערך נתונים עצמאי של תמונות ונפרס כדי לסווג את התמונות שנרכשו מקבוצת הניסוי. כדי לקבוע את מידת דיכוי חריפות הוואסבי כאשר העכברים רחרחו בו זמנית משקאות חריפים במהלך צריכת הווסאבי, התובנות שסופקו על ידי בינה מלאכותית אוששו עוד יותר באמצעות אימות צולב עם שיטת ניתוח נתונים אחרת, ה- MGS קיבל ציון¹⁶.