IntelliSleepScorer, программный комплекс с графическим пользовательским интерфейсом для автоматизированной оценки стадий сна мышей
8 ноября 2024 г.
Мы представляем пакет программного обеспечения с графическим пользовательским интерфейсом для исследователей без опыта программирования для оценки стадий сна у мышей с помощью простой загрузки и эксплуатации.
Мы разработали простое в использовании программное обеспечение с графическим интерфейсом для оценки сна для автоматической оценки стадий сна у мышей. Мы стремимся решить проблему трудоемкой ручной оценки и улучшить доступность для исследователей без большого опыта программирования. Оценка телесна достигает 95,2% точности при автоматической оценке стадий сна у мышей и доказана обобщаемость на двух других общедоступных независимых наборах данных.
Графический интерфейс включает в себя функцию ручной коррекции, позволяющую пользователям изменять оцениваемую стадию сна для любой эпохи. Мы также предоставляем визуализацию значений в кратчайшие сроки для объяснения решений по оценке модели. Опытные пользователи также могут тонко настроить нашу предварительную древовидную модель с помощью своих собственных данных, так как все необходимые файлы и скрипты извлечения доступны на GitHub.
Наши исследования сосредоточены на переводе новой генетики в биологию и создании терапевтических средств нового поколения для лечения психических заболеваний. Мы работали над генами, дисфункция которых была связана с этими заболеваниями, используя молекулярные, клеточные и электрофизиологические подходы, как in vitro, так и у животных.
Обзор
В данном исследовании представлен IntelliSleepScorer — удобное программное обеспечение с графическим пользовательским интерфейсом (GUI), предназначенное для автоматического определения стадий сна у мышей, которое не требует от исследователей навыков программирования. Программа демонстрирует высокую точность оценки (95,2%) и позволяет вносить ручные правки, а также использовать визуализацию значений SHAP для объяснения принятых решений по определению стадий.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Исследования сна
- Биоинформатика
Теоретические основы
- Ручное определение стадий сна у мышей является трудоемким и сложным процессом.
- Существует потребность в доступных инструментах для исследователей с ограниченным опытом программирования.
- Данное программное обеспечение решает эти задачи, обеспечивая автоматизацию и гибкость.
Цель исследования
- Разработка программного пакета, упрощающего процесс оценки стадий сна у мышей.
- Повышение доступности инструмента для исследователей, не владеющих навыками программирования.
- Обеспечение высокой точности оценки и предоставление инструментов для ручной корректировки.
Используемые методы
- Программное обеспечение позволяет исследователям проводить стадирование сна, используя файлы в формате EDF.
- В качестве биологической модели использовались мыши, при этом основной акцент был сделан на анализе стадий сна.
- В число функций входят ручная корректировка и интерпретация результатов с использованием значений SHAP.
- Этапы обработки данных включают конвертацию форматов файлов и применение обученных моделей.
- Пользователи могут загрузить и установить программное обеспечение на различные операционные системы, включая Windows, macOS и Linux.
Основные результаты
- IntelliSleepScorer обеспечивает точность оценки стадий сна у мышей на уровне 95,2%.
- Программа предоставляет возможности ручного редактирования, чтобы пользователи могли гарантировать точность оценки.
- Визуализация значений SHAP в программном обеспечении помогает интерпретировать решения модели по оценке.
Выводы
- Исследование демонстрирует, что IntelliSleepScorer эффективно облегчает определение стадий сна у мышей.
- Удобный пользовательский интерфейс расширяет доступность инструмента для специалистов в области исследований сна.
- Данный инструмент углубляет понимание особенностей сна и будет полезен в будущих исследованиях.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Автоматизированная высокоточная оценка стадий сна на моделях грызунов имеет решающее значение для трансляционной нейробиологии и поиска нейропсихиатрических лекарственных средств. IntelliSleepScorer обеспечивает масштабируемое и воспроизводимое количественное определение архитектуры сна, что способствует снижению механистических рисков и валидации мишеней в доклинических исследованиях. Доступный интерфейс и интерпретируемые результаты облегчают внедрение инструмента в различных функциональных подразделениях и стандартизацию данных по всему портфелю проектов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает надежный анализ фенотипов, связанных со сном, в генетически модифицированных моделях мышей.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем высокоточного количественного определения состояний NREM-сна, REM-сна и бодрствования.
- Способствует снижению механистических рисков путем установления связи между генетическими изменениями и изменениями архитектуры сна.
Скрининг и разработка методов анализа
- Подготавливает валидированные количественные результаты оценки сна для последующего фармакологического скрининга.
- Стандартизирует классификацию стадий сна, повышая воспроизводимость результатов между различными исследованиями и группами ученых.
- Обеспечивает возможность быстрого масштабируемого анализа больших наборов данных, устраняя затруднения, связанные с ручной оценкой.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет фенотипирование сна грызунов со стратегиями поиска трансляционных биомаркеров в нейропсихиатрических исследованиях.
- Обеспечивает преемственность от этапа генетических открытий до доклинических исследований эффективности и безопасности.
- Предоставляет интерпретируемые результаты моделирования (значения SHAP) для повышения достоверности прогнозов в трансляционных моделях.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
IntelliSleepScorer интегрируется в континуум доклинических исследований: от ранней валидации мишени до идентификации ведущих соединений и трансляционных исследований в области нейробиологии.
- Фундаментальная биология: автоматизирует проверку гипотез относительно фенотипов сна на релевантных моделях мышей при различных заболеваниях.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные данные о стадиях сна для оценки соединений.
- Аналитика: обеспечивает интерпретируемые результаты и функции ручной коррекции для тщательной проверки данных.
- Трансляционные исследования: связывает доклинические результаты со стратегиями разработки клинических биомаркеров при расстройствах сна и нейропсихиатрических заболеваниях.
- Корпоративное использование: предлагает многократно используемую платформу с открытым доступом для оценки стадий сна в рамках нескольких проектов и команд.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает неопределенность при валидации мишеней, связанных со сном.
- Операционная ценность: оптимизирует рабочие процессы, сокращает объем ручного труда и повышает воспроизводимость.
- Стратегическая ценность: улучшает качество принятия решений о продолжении или прекращении разработок (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала в нейропсихиатрических портфелях.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию мишеней и моделей с учетом рисков на основе надежного фенотипирования сна.
Особенности реализации
- Требуется опыт в сборе и интерпретации данных ЭЭГ/ЭМГ грызунов.
- Необходимо совместимое оборудование для генерации файлов EDF и ввода данных в модель.
- Требуется межкомандная стандартизация форматов данных и параметров оценки.
- Поддерживается адаптация к различным моделям мышей и схемам экспериментов.
- Ручная корректировка и контроль качества данных остаются критически важными для достижения оптимальной точности оценки.
