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

אנחנו רוצים לראות אם ריח משקאות אלכוהוליים יכול להקל על הכוויה של ווסאבי. לכן פיתחנו שיטה שכללה מחקר התנהגותי של בעלי חיים ולמידה עמוקה כדי לחקור את האינטראקציה הזו בין טעם-ריח. על ידי שימוש בעיצוב הכלוב המיוחד שלנו לרכישת נתונים התנהגותיים ומודל למידה עמוקה חזק, מצאנו ש-29% מהתמונות המתארות טיפול משותף בווסאבי ואלכוהול סווגו כשליליות-ווסאבי, נוזליות-חיוביות, מה שמרמז על כך שאלכוהול עשוי לנטרל את השפעות הוואסבי.

המחקר שלנו מעלה את השאלה, מדוע אלכוהול יכול לדכא את אי הנוחות הנגרמת על ידי ווסאבי? הבנת המנגנון הפיזיולוגי הבסיסי המניע אינטראקציה זו תהיה מוקד של מחקר עתידי. כדי להתחיל, בנה שני קירות צדדיים אטומים על ידי ערימת לבנים לגובה של 54 מילימטרים.

הטמיעו את לוחות האקריליק בכלוב על בסיס אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן. הכינו תא צ'אוס הבנוי מחמש צלחות אקריליות שקופות בגודל 90 מילימטר על 50 מילימטר בעובי של שני מילימטרים. לאחר מכן, הכינו צלחת אקרילית שקופה כצלחת מבוא צ'או והניחו אותה בתא הצ'או.

לאחר ביצוע ניסויים התנהגותיים באמצעות מודל עכבר בן תשעה עד 10 שבועות, פרק את כל לוחות הסטירן האקריליק והאקרילוניטריל בוטאדיאן. שוטפים את הצלחות במים טהורים במיוחד לפחות שלוש פעמים. ואז לייבש אותם באמצעות מגבות נייר.

לאחר מכן, רססו אותם באתנול 75%, ולאחר מכן נקו אותם בנייר עדשות. לבסוף, הניחו להם להתייבש באוויר למשך 15 דקות לפחות. כעת, שקלו את העכברים ורשמו את משקל גופם לפני כל שכפול של הניסוי ההתנהגותי.

להכנת תערובת של ווסאבי וחמאת בוטנים, שקלו גרם אחד של ווסאבי מסחרי ו -4.5 גרם חמאת בוטנים. מערבבים אותם בשקית ניילון עם רוכסן. שקלו וספקו שתי משחות של 0.5 גרם חמאת בוטנים או תערובת של ווסאבי וחמאת בוטנים על צלחת ההיכרות של הצ'או.

מניחים את צלחת ההיכרות המוכנה בתא הצ'או. לאחר מכן, מלאו את החריץ שמתחתיו ב-30 מיליליטר נוזל, מים טהורים או משקאות חריפים, כדי להקל על שאיפה בו-זמנית. התחל להקליט באמצעות המצלמות בשני סמארטפונים הממוקמים על מעמדי הטלפון בכל מסוף.

הנח בזהירות שני חברי חול עכברים מאומנים לתוך פלטפורמת המחקר ההתנהגותית של בעלי חיים מלמעלה ואבטח מיד את הכלוב עם הצלחת העליונה. כדי להתחיל, רשום את התנהגות העכברים במהלך החוויה של כאב המושרה על ידי ווסאבי תוך כדי רחרוח משקאות חריפים בכלוב שתוכנן במיוחד. שימוש במחברת Jupyter המצורפת בשם Step1_ExtractingAndSavingVideoFrameImages.

ipynb, ייצא סדרה של תמונות מסגרת וידאו מקטעי הווידאו שנאספו כדי ליצור מערך נתונים לאימון מודלים. בחר רק את התמונות כאשר לפחות עכבר אחד צורך את ההדבקה שסופקה. כדי לבצע הגדלת נתונים, יישם את הסקריפט שסופק במחברת Jupyter בשם Step2_DataAugmentation.

ipynb כדי להפוך אופקית את התמונות שנוצרו. שמור את נתוני התמונה מכל שכפול שני לאימות מודל CNN עצמאי חיצוני. השתמש בתמונות מכל שכפול ראשון ושלישי לאימון ובדיקה פנימיים של מודלים.

כדי לעבד מראש את נתוני התמונה המשמשים במידול CNN, הפעל את הסקריפט במחברת Jupyter בשם Step3_CNNmodeling_TrainTest. IPYNB, כולל שינוי גודל תמונה, המרת צבע שחור ונורמליזציה של אותות תמונה. פצל את חומרי ההדרכה למערכי נתונים פנימיים של הדרכה ובדיקה באופן אקראי של שמונה עד שניים.

לאחר מכן, אתחל את ארכיטקטורת CNN. תכנן את מספר פלטי CNN על סמך מספר התרחישים שיש לבחון. אמצו את שילוב ההיפרפרמטרים האופטימלי לבניית ארכיטקטורת CNN.

לאחר מכן, פתח את מחברות Jupyter המצורפות Step4_CNNmodel_ExternalValOriginal. ipynb ו- Step5_CNNmodel_ExternalValFlipped.ipynb. אמת את המודל שהושג באמצעות התמונות העצמאיות מהשכפול השני של הניסוי ההתנהגותי בבעלי חיים.

פרוס את המודל שהושג ומאומת לסיווג תמונות מסגרת הווידאו שנוצרו מקבוצת הניסוי באמצעות Jupyter Notebook Step6_CNNmodel_Application.ipynb. ציון ה-MGS עלה משמעותית בעכברים שקיבלו תערובת של ווסאבי וחמאת בוטנים בהשוואה לאלה שקיבלו רק חמאת בוטנים. ציון ה-MGS לא הראה הבדל משמעותי בין קבוצת הביקורת לעכברים שנחשפו לאדי אלכוהול.

ציון ה-MGS של עכברים שסופקו עם ווסאבי וחמאת בוטנים ירד משמעותית כאשר נחשפו לאדי אלכוהול בהשוואה לאלו שלא נחשפו.