Dit artikel beschrijft een reeks methoden voor het meten van het onderdrukkende vermogen van het snuiven van alcoholische dranken op het door wasabi opgewekte stekende gevoel.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit artikel beschrijft een reeks methoden voor het meten van het onderdrukkende vermogen van het snuiven van alcoholische dranken op het door wasabi opgewekte stekende gevoel.
De commerciële wasabipasta's die vaak worden gebruikt voor voedselbereiding bevatten een homologe verbinding van chemosensorische isothiocyanaten (ITC's) die bij consumptie een irriterend gevoel opwekken. De impact van het snuiven van alcoholische dieetdranken op het gevoel van wasabi-kruidigheid is nooit onderzocht. Hoewel de meeste sensorische evaluatiestudies zich richten op individuele voedingsmiddelen en dranken afzonderlijk, is er een gebrek aan onderzoek naar de olfactorische studie van het snuiven van sterke drank tijdens het consumeren van wasabi. Hier wordt een methodologie ontwikkeld die het gebruik van een gedragsstudie bij dieren en een convolutioneel neuraal netwerk combineert om de gezichtsuitdrukkingen van muizen te analyseren wanneer ze tegelijkertijd sterke drank snuiven en wasabi consumeren. De resultaten tonen aan dat het getrainde en gevalideerde deep learning-model 29% van de afbeeldingen van gelijktijdige behandeling van wasabi en alcohol herkent die behoren tot de klasse van de wasabi-negatieve drankpositieve groep zonder dat voorafgaand trainingsmateriaal hoeft te worden gefilterd. Statistische analyse van de scores op de grimasschaal van muizen verkregen uit de geselecteerde videoframebeelden onthult een significant verschil (P < 0,01) tussen de aan- en afwezigheid van sterke drank. Deze bevinding suggereert dat alcoholische dranken in de voeding een verminderend effect kunnen hebben op de wasabi-opgewekte reacties bij muizen. Deze combinatorische methodologie biedt in de toekomst het potentieel voor individuele screening van ITC-verbindingen en sensorische analyses van gedistilleerde componenten. Er is echter verder onderzoek nodig om het onderliggende mechanisme van door alcohol geïnduceerde onderdrukking van wasabi-scherpte te onderzoeken.
Wasabia japonica, algemeen bekend als wasabi, heeft erkenning gekregen in de voedselbereiding 1,2. De intense zintuiglijke ervaring die het oproept bij consumptie, gekenmerkt door tranen, niezen of hoesten, is bekend. Deze kenmerkende scherpte van wasabi kan worden toegeschreven aan een homologe verbinding van chemosensorische isothiocyanaten (ITC's). Het zijn vluchtige organozwavelfytochemicaliën die kunnen worden onderverdeeld in ω-alkenyl- en ω-methylthioalkylisothiocyanaten3. Van deze verbindingen is allylisothiocyanaat (AITC) het meest overheersende natuurlijke ITC-product dat wordt aangetroffen in planten die behoren tot de Cruciferae-familie, zoals mierikswortel en mosterd4. Commerciële wasabipasta's worden gewoonlijk bereid uit mierikswortel, waardoor AITC een chemische marker is die wordt gebruikt voor kwaliteitscontrole van deze commerciële producten5.
Het combineren van alcoholische dieetdranken met met wasabi doordrenkte gerechten kan worden beschouwd als een voorbeeld van culturele instelling6. Subjectief gezien kan deze combinatie de kruidigheid en hitte tussen wasabi en de geest aanvullen, waardoor de algehele culinaire ervaring wordt verbeterd. Kwalitatieve gedragsbeoordeling bij dieren (QBA) is een uitgebreide methodologische benadering van het hele dier die gedragsveranderingen bij proefpersonen onderzoekt als reactie op externe stimuli op korte of lange termijn met behulp van numerieke termen7. Deze methode omvat pijntests, motorische tests, leer- en geheugentests, evenals emotietests die speciaal zijn ontworpen voor knaagdiermodellen8. Studies die de synergetische sensorische evaluatie van gustation samen met reukzin onderzoeken, blijven tot nu toe echter schaars in de literatuur 9,10. De meeste onderzoeken naar chemesthetische sensatie zijn beperkt tot het afzonderlijk onderzoeken van individuele voedsel- en drankconsumptie11. Bijgevolg is er een gebrek aan onderzoek naar de smaak-geurinteractie waarbij sterke drank wordt gesnoven tijdens het consumeren van wasabi.
Aangezien wordt aangenomen dat het door wasabi veroorzaakte prikkende gevoel een vorm van nociceptieis 12, zijn gedragsbeoordelingen bij dieren zeer geschikt voor het evalueren van de nociceptieve sensorische reacties bij knaagdieren 8,13,14. Een methode voor het beoordelen van nociceptie bij muizen, bekend als de muizengrimasschaal (MGS) score, werd ontwikkeld door Langford et al.15,16. Deze gedragsstudiemethode is een pijngerelateerde beoordelingsbenadering, gebaseerd op de analyse van gezichtsuitdrukkingen van de experimentele muizen. De experimentele opzet is eenvoudig, met een transparante kooi en 2 camera's voor video-opname. Door geavanceerde technologieën 17,18,19 voor automatische gegevensvastlegging te integreren, kunnen kwantitatieve en kwalitatieve gedragsmetingen worden verkregen, waardoor het dierenwelzijn tijdens gedragsmonitoring wordt verbeterd 20. Bijgevolg heeft de MGS het potentieel om te worden toegepast bij het bestuderen van de effecten van verschillende externe stimuli op dieren op een ononderbroken en ad libitum manier. Het scoreproces omvat echter alleen het selecteren van een paar (minder dan 10) videoframe-afbeeldingen voor evaluatie door de panelleden, en voorafgaande training is noodzakelijk. Het scoren van een groot aantal voorbeeldafbeeldingen kan arbeidsintensief zijn. Om deze tijdrovende uitdaging te overwinnen, hebben verschillende onderzoeken machine learning-technieken gebruikt om de MGS-score21,22 te voorspellen. Toch is het belangrijk op te merken dat de MGS een continue meting is. Daarom zou een classificatiemodel met meerdere klassen geschikter zijn voor het evalueren van een logisch en categorisch probleem, zoals het bepalen of de beelden van muizen die tegelijkertijd wasabi innemen en sterke drank snuiven, lijken op die van normale muizen.
In deze studie werd een methodologie voorgesteld voor het onderzoeken van de smaak-geurinteractie bij muizen. Deze methodologie combineert diergedragsstudies met een convolutioneel neuraal netwerk (CNN) om de gezichtsuitdrukkingen van de muisproefpersonen te analyseren. Twee muizen werden driemaal geobserveerd onder normale gedragsomstandigheden, tijdens de ervaring van wasabi-geïnduceerde nociceptie en tijdens het snuiven van sterke drank in een speciaal ontworpen kooi. De gezichtsuitdrukkingen van de muizen werden op video opgenomen en de gegenereerde framebeelden werden gebruikt om de architectuur van een deep learning (DL) model te optimaliseren. Het model werd vervolgens gevalideerd met behulp van een onafhankelijke beelddataset en ingezet om de beelden van de experimentele groep te classificeren. Om de mate van onderdrukking van de wasabi-scherpte te bepalen wanneer de muizen tegelijkertijd sterke drank snoven tijdens de wasabiconsumptie, werden de inzichten van kunstmatige intelligentie verder bevestigd door kruisvalidatie met een andere data-analysemethode, de MGS-scorevan 16.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In deze studie werden twee 7 weken oude ICR-mannelijke muizen met een gewicht tussen 17-25 g gebruikt voor de gedragsbeoordeling van dieren. Alle huisvestings- en experimentele procedures werden goedgekeurd door het Hong Kong Baptist University Committee on the Use of Human and Animal Subjects in Teaching and Research. De dierenkamer werd op een temperatuur van 25 °C en een luchtvochtigheid van 40%-70% gehouden op een licht-donkercyclus van 12 uur.
1. Ontwerp van de kooi
2. Gedragsbeoordeling van dieren
3. Beeldherkenning
Net als bij veel onderzoeken naar beeldverwerking 23,24,25, werd een classificatiemodel bereikt door een CNN te trainen. Het script voor DL-bewerkingen is geschreven in Python v.3.10 op Jupyter Notebook (anaconda3). Het is beschikbaar op de volgende GitHub-opslagplaats: git@github.com:TommyNHL/imageRecognitionJove.git. Om de CNN te bouwen en te trainen, werden open-source bibliotheken gebruikt, waaronder 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 en keras v.2.11.0. Deze bibliotheken boden de nodige tools en functionaliteit om CNN te ontwikkelen en te trainen voor beeldherkenning.
4. Handmatige score van de münsterassenschaal
OPMERKING: Om de inzichten van de CNN-modelvoorspelling te valideren, werd een andere methode toegepast die eerder was ontwikkeld en gevalideerd door Langford et al.16. Deze methode omvat het scoren van de MGS op basis van de 5 specifieke gezichtsactie-eenheden (AU's) van muizen: orbitale aanscherping, neusuitstulping, wanguitstulping, oren die naar buiten worden gespannen en verandering van snorharen. Elke AU krijgt een score van 0, 1 of 2, wat respectievelijk de afwezigheid, matige aanwezigheid of duidelijke aanwezigheid van de AU aangeeft. Dit scoresysteem maakt het mogelijk om elke AU te kwantificeren en te schalen om het niveau van nociceptie of ongemak dat de muizen ervaren te beoordelen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het belangrijkste doel van deze studie is om een robuust kader vast te stellen voor het onderzoeken van de smaak-geurinteractie bij muizen. Dit raamwerk omvat het gebruik van kunstmatige intelligentie en QBA om een voorspellend classificatiemodel te ontwikkelen. Bovendien worden de inzichten die uit DL worden verkregen, kruislings gevalideerd met een kwantitatieve MGS-beoordeling voor een interne onafhankelijke analyse. De primaire toepassing van deze methodologie is het onderzoeken van de mate van onderdrukking van de d...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De voorgestelde methode voor het bestuderen van de smaak-geurinteractie in dit werk is gebaseerd op de oorspronkelijke methode van gedragscodering voor gezichtsuitdrukking van pijn bij muizen, die werd ontwikkeld door Langford et al.16. Verschillende recent gepubliceerde artikelen hebben CNN geïntroduceerd voor het automatisch volgen van muisgezichten en de daaropvolgende MGS-scorevan 21,26,27,28.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat er geen sprake is van belangenconflicten.
Z. Cai wil graag de financiële steun van het Kwok Chung Bo Fun Charitable Fund erkennen voor de oprichting van de Kwok Yat Wai Endowed Chair of Environmental and Biological Analysis.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Absolute ethanol (EtOH) | VWR Chemicals BDH | CAS# 64-17-5 | |
| Acrylonitrile butadiene styrene bricks | Jiahuifeng Flagship Store | https://shop.paizi10.com/jiahuifeng/chanpin.html | |
| Acrylonitrile butadiene styrene plates | Jiahuifeng Flagship Store | https://shop.paizi10.com/jiahuifeng/chanpin.html | |
| Allyl isothiocyanate (AITC) | Sigma-Aldrich | CAS# 57-06-7 | |
| Anhydrous dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | CAS# 67-68-5 | |
| Chinese spirit | Yanghe Qingci | https://www.chinayanghe.com/article/45551.html | |
| Commercial wasabi | S&B FOODS INC. | https://www.sbfoods-worldwide.com | |
| Formic acid (FA) | VWR Chemicals BDH | CAS# 64-18-6 | |
| GraphPad Prism 5 | GraphPad | https://www.graphpad.com | |
| HPLC-grade acetonitrile (ACN) | VWR Chemicals BDH | CAS# 75-05-8 | |
| HPLC-grade methanol (MeOH) | VWR Chemicals BDH | CAS# 67-56-1 | |
| Microsoft Excel 2016 | Microsoft | https://www.microsoft.com | |
| Microsoft PowerPoint 2016 | Microsoft | https://www.microsoft.com | |
| Milli-Q water system | Millipore | https://www.merckmillipore.com | |
| Mouse: ICR | Laboratory Animal Services Centre (The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China) | N/A | |
| Peanut butter | Skippy | https://www.peanutbutter.com/peanut-butter/creamy | |
| Python v.3.10 | Python Software Foundation | https://www.python.org | |
| Transparent acrylic plates | Taobao Store | https://item.taobao.com/item.htm?_u=32l3b7k63381&id=60996545797 0&spm=a1z09.2.0.0.77572e8dFPM EHU |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.