Хотя в ряде исследований курение во время беременности связывают с нарушениями нейроразвития, результаты поведенческих экспериментов на мышах, подвергавшихся пренатальному воздействию никотина, были противоречивы. В недавнем исследовании ученые из Японии разработали систему глубокого обучения для автоматического наблюдения и классификации поведения мышей в подобных экспериментах, что позволило получить более точные и объективные результаты. Они показали, что пренатальное воздействие никотина может повысить риск развития у новорожденных расстройств аутистического спектра и дефицита внимания/гиперактивности. О том, что курение является фактором риска развития ряда заболеваний, включая рак, инсульт и диабет, известно уже около полувека. Однако за последние несколько десятилетий ученые выявили множество пагубных последствий курения во время беременности, связав эту привычку с высокой младенческой смертностью, неудачными родами и низкой массой тела при рождении. Кроме того, последние исследования показывают, что пренатальное воздействие никотина (PNE) может быть связано с нарушениями нейроразвития, такими как синдром дефицита внимания/гиперактивности (СДВГ) и расстройство аутистического спектра (РАС). Уже долгое время ученые используют животные модели (например, грызунов), чтобы понять, как PNE приводит к нарушениям нейроразвития. Тщательно анализируя поведение грызунов, они могут сделать вывод о том, вызывает ли PNE неврологические изменения и какие области мозга при этом страдают; позже это можно подтвердить с помощью гистологических анализов. К сожалению, до сих пор исследования изменений в поведении мышей, вызванных PNE, показывали разные результаты, некоторые из которых противоречили друг другу. Хотя причин таких расхождений может быть множество, человеческий фактор и предвзятость являются главными подозреваемыми. Как правило, оценка сложного поведения животных, особенно социальных взаимодействий, зависит от усилий людей-наблюдателей, что вносит базовый уровень субъективности, от которого трудно избавиться. Но что если мы сможем использовать искусственный интеллект (ИИ) для получения более точных и непредвзятых результатов наблюдений за поведением мышей PNE? В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cells, ученые с кафедры молекулярной и клеточной физиологии медицинского факультета Университета Синсю, включая аспиранта Менгюна Чжоу, доцента Такуму Мори и профессора Кацухико Табучи, разработали и обучили систему глубокого обучения для автоматического анализа видеозаписей поведенческих экспериментов на мышах. С помощью этого инструмента они исследовали поведенческие изменения, вызванные PNE у мышей, без предубеждений наблюдателей, стремясь пролить свет на связь между никотином и нарушениями нейроразвития. Предложенная система, основанная на искусственном интеллекте, опирается на сочетание двух хорошо зарекомендовавших себя наборов инструментов с открытым исходным кодом, а именно DeepLabCut и Simple Behavioral Analysis (SimBA).
Достигнув оптимального протокола обучения для своего фреймворка с использованием данных, помеченных вручную, исследователи провели несколько экспериментов с использованием мышей PNE и контрольных мышей в поисках индикаторов поведения, сходного с СДВГ и аутизмом. Во-первых, они провели тесты на реакцию избегания обрыва, которые используются для проверки импульсивности. В этих тестах подопытную мышь помещали на слегка приподнятую платформу и отмечали — как вручную, так и с помощью системы искусственного интеллекта — как долго мышь ждала, прежде чем спрыгнуть с платформы. Результаты тестов показали, что мыши PNE более импульсивны, что является поведенческой особенностью СДВГ у людей. Они также протестировали рабочую память мышей с помощью Y-образного лабиринта и подсчитали количество раз, когда каждая мышь спонтанно переходила из одной руки лабиринта в другую.
Наконец, исследователи провели эксперименты с открытым полем и социальным взаимодействием, которые представляли собой главную задачу для их системы, основанной на искусственном интеллекте. В этих экспериментах исследователи наблюдали за одной или двумя мышами, свободно ведущими себя в большом вольере, и искали индикаторы тревожности и социального поведения, такие как груминг и следование. Интересно, что у мышей PNE наблюдались дефицит социального поведения и повышенная тревожность, которые являются признаками аутизма. Последующий гистологический анализ тканей гиппокампа подтвердил снижение нейрогенеза, что является отличительной чертой ASD. Таким образом, оказывается, что курение может повышать риск не только СДВГ, но и ASD. Стоит отметить, что результаты, полученные с помощью системы, основанной на искусственном интеллекте, были очень надежными, как подчеркивает профессор Табучи: «Мы подтвердили точность нашей системы анализа поведения, проведя тщательное сравнение результатов, полученных с помощью модели, с оценками поведения, сделанными несколькими человеческими аннотаторами, что считается золотым стандартом». Эти анализы подтверждают потенциал предложенного подхода и демонстрируют его возможности для многих типов поведенческих исследований. Если повезет, дальнейшие усилия проложат путь к глубокому пониманию механизмов, лежащих в основе таких нейроразвивающих расстройств, как аутизм и СДВГ, что в конечном итоге приведет к созданию более совершенных диагностических инструментов и терапевтических методов. 05.03.2024 |
Здоровье
Загрязнение воздуха и депрессия связаны со смертностью от сердечных заболеваний | |
Исследование, проведенное в более чем&nbs... |
Brain Injury: После сотрясения мозга детям сложнее заводить друзей | |
Почти четверть американских детей с симпт... |
Ученые объяснили связь между депрессией и сердечно-сосудистыми заболеваниями | |
Депрессия и сердечно-сосудистые заболеван... |
eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови | |
Одни из самых смертоносных бактерий в&nbs... |
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм | |
Расстройство аутистического спектра, или ... |
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз | |
По данным нового крупного исследования, провед... |
JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты | |
Крупнейшее на сегодняшний день исследован... |
Science: Неврологи открыли компоненты нервных клеток, которые никогда не стареют | |
Некоторые молекулы РНК в нервных кле... |
STM: Иммунотерапия болезни Альцгеймера показала прогресс в исследовании на мышах | |
Болезнь Альцгеймера начинается с того, чт... |
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо | |
Используя современные методы тканевой инженери... |
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм | |
В исследовании, проведенном в Лестере и&n... |
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека | |
Чуткие носы собак способны распознать ранние п... |
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий | |
Исследователи из Университета Макмастера ... |
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых | |
Воздействие табака до рождения и нач... |
JAAD: Новый метод может помочь дифференцировать два кожных заболевания | |
Два редких кожных заболевания с похожими ... |
CM: «Все болезни от головы!»: возрастное изменение нейронов вызывает ожирение | |
Исследователи из Университета Нагоя и&nbs... |
Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома | |
Новое исследование показывает, что люди с... |
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста | |
Мигрирующие нейроны обладают конусом роста, ко... |
Cell: Открыта новая роль нейтрофилов в борьбе с раком | |
В исследовании, опубликованном в журнале ... |
Nature Communications: Обнаружен ген, способный защитить от мышечной дистрофии | |
Определенный ген может играть ключевую ро... |
ИИ подтвердил связь между курением во время беременности и СДВГ у потомства | |
Хотя в ряде исследований курение во ... |
Frontiers in Tropical Diseases: Создана защитная краска от переносчиков инфекций | |
Малярия и другие заболевания, вызванные п... |
3D-печатная кожа заживляет раны и содержит прекурсоры волосяных фолликулов | |
Жировая ткань — это ключ к&nbs... |
Открыта молекула РНК, которая помогает предотвратить ошибки при репликации ДНК | |
Исследователи из Университета Наварры обн... |
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни | |
Портативное роботизированное устройство, котор... |
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний | |
Новое исследование, проведенное группой ученых... |
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров | |
Пульсоксиметры — один из самых... |
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть | |
Основываясь на десятилетних наблюдениях з... |
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы | |
В журнале Aging была опубликована новая научна... |
GBE: Молодость отца не гарантирует отсутствие нарушения развития у потомства | |
Новая статья в журнале Genome Biology and... |