מאמר זה מתאר סדרה של שיטות למדידת יכולת הדיכוי של רחרוח משקאות אלכוהוליים על תחושת הצריבה המעוררת ווסאבי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר סדרה של שיטות למדידת יכולת הדיכוי של רחרוח משקאות אלכוהוליים על תחושת הצריבה המעוררת ווסאבי.
משחות הווסאבי המסחריות המשמשות בדרך כלל להכנת מזון מכילות תרכובת הומולוגית של איזותיוציאנטים כימו-סנסוריים (ITC) המעוררים תחושה מגרה בעת צריכתם. ההשפעה של רחרוח משקאות אלכוהוליים דיאטטיים על תחושת חריפות הווסאבי מעולם לא נחקרה. בעוד שרוב מחקרי ההערכה החושית מתמקדים במזון ומשקאות בודדים בנפרד, חסרים מחקרים על מחקר חוש הריח של רחרוח משקאות חריפים בזמן צריכת ווסאבי. כאן פותחה מתודולוגיה המשלבת שימוש במחקר התנהגותי של בעלי חיים ורשת עצבית קונבולוציונית לניתוח הבעות הפנים של עכברים כאשר הם מרחרחים בו זמנית משקאות חריפים וצורכים ווסאבי. התוצאות מראות כי מודל הלמידה העמוקה המיומן והמתוקף מזהה 29% מהתמונות המתארות טיפול משותף בווסאבי ובאלכוהול השייכים לקבוצת הוואסבי-שלילי למשקאות חריפים-חיוביים ללא צורך בסינון חומרי הדרכה מקדים. ניתוח סטטיסטי של ציוני סולם עווית עכברים המתקבלים מתמונות מסגרת הווידאו שנבחרו מגלה הבדל משמעותי (P < 0.01) בין נוכחות והיעדר משקאות חריפים. ממצא זה מצביע על כך שלמשקאות אלכוהוליים תזונתיים עשויה להיות השפעה פוחתת על תגובות הוואסבי בעכברים. מתודולוגיה קומבינטורית זו טומנת בחובה פוטנציאל לסינון תרכובת ITC פרטנית ולניתוחים חושיים של מרכיבי הרוח בעתיד. עם זאת, מחקר נוסף נדרש כדי לחקור את המנגנון הבסיסי של דיכוי אלכוהול של חריפות 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 בודדיםבנפרד 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 MGS21,22. 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.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, שני עכברי ICR זכרים בני 7 שבועות במשקל של בין 17-25 גרם שימשו להערכה התנהגותית של בעלי חיים. כל הליכי הדיור והניסויים אושרו על ידי ועדת האוניברסיטה הבפטיסטית של הונג קונג לשימוש בבני אדם ובבעלי חיים בהוראה ובמחקר. חדר החיות נשמר בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ולחות בחדר של 40%-70% במחזור אור-חושך של 12 שעות.
1. עיצוב כלוב
2. הערכה התנהגותית של בעלי חיים
3. זיהוי תמונה
בדומה למחקרים רבים על עיבוד תמונה 23,24,25, מודל סיווג הושג על ידי אימון CNN. הסקריפט לפעולות DL נכתב בפייתון v.3.10 על Jupyter Notebook (אנקונדה3). הוא זמין במאגר GitHub הבא: git@github.com:TommyNHL/imageRecognitionJove.git. כדי לבנות ולאמן את CNN, נעשה שימוש בספריות קוד פתוח, כולל, numpy v.1.21.5, seaborn v.0.11.2, matplotlib v.3.5.2, cv2 v.4.6.0, sklearn v.1.0.2, tensorflow v.2.11.0 ו-keras v.2.11.0. ספריות אלה סיפקו את הכלים והפונקציונליות הדרושים כדי לפתח ולהכשיר את CNN לזיהוי תמונות.
4. ניקוד סולם עווית עכבר ידני
הערה: כדי לאמת את התובנות שסופקו על ידי חיזוי מודל CNN, שיטה נוספת שפותחה ואומתה בעבר על ידי לנגפורד ואחרים יושמה16. שיטה זו כוללת ניקוד MGS בהתבסס על 5 יחידות פעולה ספציפיות לפנים של עכבר (AUs): הידוק מסלולי, בליטת אף, בליטת לחי, הידוק אוזניים כלפי חוץ ושינוי שפם. לכל AU מוקצה ציון של 0, 1 או 2, המציין את היעדר, נוכחות מתונה או נוכחות ברורה של AU, בהתאמה. מערכת ניקוד זו מאפשרת כימות וקנה מידה של כל AU כדי להעריך את רמת nociception או אי נוחות שחוו העכברים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המטרה העיקרית של מחקר זה היא לבסס מסגרת איתנה לחקר האינטראקציה בין טעם לריח בעכברים. מסגרת זו משלבת שימוש בבינה מלאכותית ו- QBA לפיתוח מודל סיווג חזוי. בנוסף, התובנות המתקבלות מ- DL מאומתות עם הערכת MGS כמותית לצורך ניתוח פנימי בלתי תלוי. היישום העיקרי של מתודולוגיה זו הוא לבחון את מידת הדיכוי של נוסיספטציה המופעלת על ידי ווסאבי כאשר עכברים מרחרחים משקאות אלכוהוליים דיאטטיים.
זיהוי 29% מתמונות הטיפול המשותף בווסאבי אלכוהול השייכות לקבוצת הווסאבי-שלילי למשקאות חריפים חיוביים על ידי מודל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השיטה המוצעת לחקר אינטראקציה בין טעם לריח בעבודה זו מבוססת על השיטה המקורית של קידוד התנהגותי להבעת פנים של כאב בעכברים, שפותחה על ידי Langford et al.16. מספר מאמרים שפורסמו לאחרונה הציגו את CNN למעקב אוטומטי אחר פני עכבר ולאחר מכן ניקוד MGS 21,26,27,28. יישום CNN מציע יתרון על פני השיטה המקורית בלבד, כפי שהוא עוקב אחר יצירת סדרה של תמונות מסגרת וידאו שניתן להשתמש בהם כד...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
Z. Cai רוצה להכיר בתמיכה הכספית מקרן הצדקה Kwok Chung Bo Fun להקמת הקתדרה לניתוח סביבתי וביולוגי של Kwok Yat Wai.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אתנול מוחלט (EtOH) | VWR כימיקלים BDH | CAS# 64-17-5 | |
| אקרילוניטריל בוטאדיאן לבני סטירן | חנות הדגל Jiahuifeng https://shop.paizi10.com/jiahuifeng/chanpin.html | ||
| צלחות סטירן אקרילוניטריל בוטאדיאן | חנות הדגל Jiahuifeng | https://shop.paizi10.com/jiahuifeng/chanpin.html | |
| אליל איזותיוציאנט (AITC) | סיגמא-אולדריץ' | CAS# 57-06-7 | |
| דימתיל סולפוקסיד נטול מים | סיגמא-אולדריץ' | CAS# 67-68-5 | |
| הרוח הסינית | Yanghe Qingci | https://www.chinayanghe.com/article/45551.html | |
| מסחרי | S& בי פודס בע"מ | ||
| חומצה פורמית (FA) | VWR כימיקלים BDH | CAS# 64-18-6 | |
| GraphPad פריזמה 5 | GraphPad | https://www.graphpad.com | |
| אצטוניטריל בדרגת HPLC (ACN)VWR | כימיקלים BDH | CAS# 75-05-8 | |
| מתנול בדרגת HPLC (MeOH) | VWR כימיקלים BDH | CAS# 67-56-1 | |
| Microsoft Excel Microsoft 2016 | https://www.microsoft.com | ||
| Microsoft PowerPoint 2016 | https://www.microsoft.com | ||
| Milli-Q מערכת מים | Millipore | https://www.merckmillipore.com | |
| Mouse: ICR | Laboratory Animal Services Centre (האוניברסיטה הסינית של הונג קונג, הונג קונג, סין) | N/A | |
| חמאת בוטנים | Skippy | https://www.peanutbutter.com/peanut-butter/creamy | |
| Python v.3.10 | קרן התוכנה של Python | https://www.python.org | |
| צלחות אקריליק שקופות | Taobao Store | https://item.taobao.com/item.htm?_u=32l3b7k63381&id=60996545797 0& spm=a1z09.2.0.0.77572e8dFPM EHU |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.