ИИ подтвердил связь между курением во время беременности и СДВГ у потомства

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).

Инструменты ИИ могут маркировать части тела животных на видеозаписях без маркеров и точно оценивать их позы с помощью машинного обучения под наблюдением, — объясняет профессор Табучи.

Поскольку поведение животных определяется как специфическое расположение частей тела в течение короткого периода времени, такие инструменты глубокого обучения, как SimBA, могут использовать оценки поз, полученные с помощью DeepLabCut, для классификации различных типов поведения животных.

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.

Мы наблюдали снижение спонтанного переключения у мышей с PNE, что говорит о том, что у них была изменена рабочая память, которая является еще одной поведенческой особенностью СДВГ, — комментирует Менгюн Чжоу.

Эти результаты свидетельствуют о том, что пренатальное воздействие никотина может вызывать СДВГ у мышей, что согласуется с клиническими наблюдениями у людей.

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


Подписаться в Telegram



Здоровье

Nature Communications: Появилось новое объяснение, почему COVID сжигает легкие
Nature Communications: Появилось новое объяснение, почему COVID сжигает легкие

В некоторых тяжелых случаях COVID-19 легкие по...

Nature Biomedical Engineering: Рак можно лечить с помощью межклеточных посланий
Nature Biomedical Engineering: Рак можно лечить с помощью межклеточных посланий

Исследователям из Каролинского института ...

Nature Communications: Белки в крови находят рак на 7 лет раньше врачей
Nature Communications: Белки в крови находят рак на 7 лет раньше врачей

В ходе двух исследований, проведенных в О...

Nature Human Behavior: Мы запоминаем то, что не в силах объяснить
Nature Human Behavior: Мы запоминаем то, что не в силах объяснить

Человеческий мозг фильтрует поток впечатлений,...

Nature Microbiology: Неэффективность прививки от кори для кесарят выше в 2,6 раз
Nature Microbiology: Неэффективность прививки от кори для кесарят выше в 2,6 раз

Исследование Кембриджского университета, Велик...

Environmental and Molecular Mutagenesis: У пожарных повышен риск рака простаты
Environmental and Molecular Mutagenesis: У пожарных повышен риск рака простаты

У пожарных может быть повышенный риск развития...

ESCMID: Ученые разрабатывают иммунотерапию для борьбы с туберкулезом
ESCMID: Ученые разрабатывают иммунотерапию для борьбы с туберкулезом

Некоторые методы иммуноукрепляющей терапии уже...

Brain Injury: После сотрясения мозга детям сложнее заводить друзей
Brain Injury: После сотрясения мозга детям сложнее заводить друзей

Почти четверть американских детей с симпт...

eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови
eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови

Одни из самых смертоносных бактерий в&nbs...

New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
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
JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты

Крупнейшее на сегодняшний день исследован...

Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Используя современные методы тканевой инженери...

Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека

Чуткие носы собак способны распознать ранние п...

Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома
Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома

Новое исследование показывает, что люди с...

Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста

Мигрирующие нейроны обладают конусом роста, ко...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий

Новости компаний, релизы

Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
Ученые СПбГУ смоделировали сценарии появления таликов в вечной мерзлоте Антарктиды
Треть работодателей тратят на адаптацию одного нового сотрудника до 100 тысяч рублей
Палеонтолог СПбГУ описал новый вид динозавров-бегунов из Кемеровской области