IntelliSleepScorer, ein Softwarepaket mit grafischer Benutzeroberfläche für die automatisierte Bewertung des Schlafstadiums von Mäusen

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Softwarepaket mit einer grafischen Benutzeroberfläche für Forscher ohne Programmiererfahrung, um Schlafstadien bei Mäusen mit einem einfachen Download und einer einfachen Bedienung zu bewerten.

Zusammenfassung

Die Bewertung des Schlafstadiums bei Nagetieren ist der Prozess der Identifizierung der drei Stadien: Nonrapid Eye Movement Sleep (NREM), Rapid Eye Movement Sleep (REM) und Wake. Die Bewertung der Schlafphase ist entscheidend für die Untersuchung von schlafphasenspezifischen Maßnahmen und Effekten.

Die Schlafmuster bei Nagetieren unterscheiden sich von denen beim Menschen und sind durch kürzere Episoden von NREM und REM gekennzeichnet, die durch das Aufwachen unterbrochen werden, und die traditionelle manuelle Bewertung der Schlafstadien durch menschliche Experten ist zeitaufwändig. Um dieses Problem anzugehen, haben frühere Studien auf maschinellem Lernen basierende Ansätze verwendet, um Algorithmen zur automatischen Kategorisierung von Schlafstadien zu entwickeln, aber leistungsstarke Modelle mit großer Generalisierbarkeit sind oft weder öffentlich verfügbar/kostenlos noch benutzerfreundlich für nicht geschulte Schlafforscher.

Aus diesem Grund haben wir einen auf maschinellem Lernen basierenden LightGBM-Algorithmus entwickelt, der mit einem großen Datensatz trainiert wurde. Um das Modell Schlafforschern ohne Programmiererfahrung zur Verfügung zu stellen, wurde auf Basis des Modells ein Software-Tool namens IntelliSleepScorer (v1.2 - neueste Version) entwickelt, das über eine einfach zu bedienende grafische Benutzeroberfläche verfügt. In diesem Manuskript stellen wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Verwendung der Software vor, um ein praktisches und effektives automatisches Tool zur Bewertung des Schlafstadiums bei Mäusen für Schlafforscher zu demonstrieren.

Einleitung

Die Bewertung des Schlafstadiums bei Nagetieren ist das Verfahren zur Identifizierung der drei Stadien: Non-Rapid Eye Movement Sleep (NREM), Rapid Eye Movement Sleep (REM) und Wake². Bei Nagetieren ist NREM durch verminderte Muskelaktivität, langsame und regelmäßige Atmung, verminderte Herzfrequenz und niederfrequente Schwingungen der Gehirnwellen gekennzeichnet. REM bei Nagetieren, ähnlich wie beim Menschen, zeigt Muskelatonie, EEG-Aktivierung und schnelle Augenbewegungen, obwohl das Auftreten von lebhaftem Träumen bei Nagetieren im Vergleich zum Menschen weniger klar ist ^2,3....

Protokoll

In dieser Studie wurden Daten aus In-vivo-Experimenten an Mäusen verwendet. In der Studie waren keine Versuche am Menschen beteiligt. Alle Tierversuche wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee des Broad Institute genehmigt. Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Die ARRIVE-Richtlinien sind auf diese Studie nicht anwendbar, da der Schwerpunkt dieser Studie auf der Entwicklung von Modellen für maschinelles Lernen und nicht auf dem Vergleich verschiedener Behandlungsgruppen liegt.

1. Datenaufbereitung

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Diskussion

In diesem Dokument wird vorgestellt, wie die grafische Benutzeroberfläche von IntelliSleepScorer (v1.2) verwendet wird, um die Schlafphasen von Mäusen automatisch zu bewerten, und wie SHAP-Werte/Diagramme genutzt werden, um die vom Modell generierten Schlafphasenbewertungen besser zu verstehen.

Ein wichtiger Aspekt bei der Nutzung der Software ist die Datenkompatibilität. Die in dieser Studie verwendeten internen Daten beschränkten sich auf Elektroden, die.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Canonical Unbuntu 18.04	Canonical	https://releases.ubuntu.com/18.04/	Supporting Operating System for the software IntelliSleep Scorer: Windows, Mac, or Linux
Intel Core i7-8550U CPU @ 1.80 GHz 1.99 GHz; RAM: 24 GB	Intel Corp	https://www.intel.com/content/www/us/en/products/details/processors/core-ultra.html	Hardware requirment for the software: Both Inte Core listed here have been used to process the data. It takes around 10 min to process 12 h of recording sampled at 1000 Hz for both hardwares. Any similar or superior hardware would yield comparable or better performance.
Intel Core i7-10610U CPU @1.80 GHz 2.30 GHz; RAM: 16 GB	Intel Corp	https://www.intel.com/content/www/us/en/products/details/processors/core-ultra.html	Hardware requirment for the software: Both Inte Core listed here have been used to process the data. It takes around 10 min to process 12 h of recording sampled at 1000 Hz for both hardwares. Any similar or superior hardware would yield comparable or better performance.
LightGBM	Microsoft	https://lightgbm.readthedocs.io/en/latest/index.html	Machine learning-based algorithm that was used to train the software.
MacBook Pro	Apple	https://www.apple.com/in/macbook-pro/	Supporting Operating System for the software IntelliSleep Scorer: Windows, Mac, or Linux
Windows	Microsoft	https://www.microsoft.com/en-in/windows/?r=1	Supporting Operating System for the software IntelliSleep Scorer: Windows, Mac, or Linux