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

アルコール飲料の匂いを嗅ぐことで、わさびの火傷が緩和されるかどうかを確認したいのです。そこで、この味覚と匂いの相互作用を探求するために、動物行動研究と深層学習を取り入れた方法を開発しました。行動データ取得に特化したケージ設計と堅牢な深層学習モデルを用いた結果、ワサビとアルコールの併用を描いた画像の29%がワサビ陰性、リキッドポジティブに分類され、アルコールがワサビの効果を打ち消す可能性が示唆されました。

私たちの研究は、なぜアルコールがわさびによって引き起こされる不快感を抑えることができるのかという疑問を投げかけます。この相互作用を駆動する根本的な生理学的メカニズムを理解することは、今後の研究の焦点となるでしょう。まず、レンガを54ミリメートルの高さに積み重ねて、2つの不透明な側壁を構築します。

アクリル板をアクリロニトリルブタジエンスチレンベースのケージに埋め込みます。厚さ2mmの90mm×50mmの透明アクリル板5枚で構成されたチャウチャンバーを準備します。次に、チャウ導入プレートとして透明なアクリル板を用意し、チャウの部屋に置きます。

9〜10週齢のマウスモデルを用いて行動実験を行った後、アクリル板とアクリロニトリルブタジエンスチレン板を全て分解します。プレートを超純水で少なくとも3回すすいでください。そして、ペーパータオルで乾かします。

次に、75%エタノールをスプレーし、レンズペーパーで洗浄します。最後に、少なくとも15分間風乾させます。次に、行動実験の各再現の前に、マウスの体重を量り、体重を記録します。

わさびとピーナッツバターの混合物を準備するには、市販のわさび1グラムとピーナッツバター4.5グラムの重さを量ります。ジッパー付きのビニール袋に混ぜます。0.5gのピーナッツバターペースト2個、またはわさびとピーナッツバターの混合物をチャウイントロデュースプレートに載せて、重さを量ります。

準備したチャウ紹介プレートをチャウチャンバーに入れます。次に、その下の溝に30ミリリットルの液体(純水または酒)を入れて、同時吸入を容易にします。各端末の電話スタンドに設置した2台のスマートフォンのカメラで録画を開始します。

訓練を受けた2匹のマウスの同腹仔を、設計された動物行動研究プラットフォームに上から慎重に配置し、ケージをトッププレートで迅速に固定します。まず、特別に設計されたケージで酒を嗅ぎながら、ワサビ誘発性侵害受容の経験中のマウスの行動を記録します。提供されている Jupyter Notebook Step1_ExtractingAndSavingVideoFrameImages を使用します。

ipynb は、収集したビデオ クリップから一連のビデオ フレーム イメージをエクスポートして、モデル トレーニング用のデータセットを生成します。提供されたペーストを少なくとも1つのマウスで消費している画像のみを選択してください。データ拡張を実行するには、Jupyter Notebook に用意されている Step2_DataAugmentation という名前のスクリプトを実装します。

ipynb を使用して、生成された画像を水平方向に反転します。1 秒ごとにレプリケートするイメージ データを、外部の独立した CNN モデルの検証用に予約します。1 回目と 3 回目の各レプリケートのイメージを、内部モデルのトレーニングとテストに使用します。

CNN モデリングで使用される画像データを前処理するには、Step3_CNNmodeling_TrainTest という名前の Jupyter Notebook でスクリプトを実行します。IPYNB (画像のサイズ変更、黒色変換、画像信号の正規化など)。トレーニング資料を内部トレーニングデータセットとテストデータセットに 8 対 2 でランダムに分割します。

次に、CNN アーキテクチャを初期化します。調査するシナリオの数に基づいて CNN 出力の数を設計します。CNNアーキテクチャの構築に最適なハイパーパラメータの組み合わせを採用します。

次に、提供されているJupyter Notebook Step4_CNNmodel_ExternalValOriginalを開きます。ipynb と Step5_CNNmodel_ExternalValFlipped.ipynb。動物行動実験の2回目の複製からの独立した画像を使用して、達成されたモデルを検証します。

Jupyter Notebook Step6_CNNmodel_Application.ipynb を使用して、実験グループから生成されたビデオ フレーム イメージを分類するための、達成され検証されたモデルをデプロイします。わさびとピーナッツバターを混ぜたマウスでは、ピーナッツバターのみを投与したマウスと比較して、MGSスコアが有意に上昇した。MGSスコアは、対照群とアルコール蒸気にばく露されたマウスとの間に有意差を示さなかった。

わさびとピーナッツバターを投与されたマウスのMGSスコアは、アルコール蒸気に曝露されたマウスと曝露されなかったマウスと比較して有意に減少しました。