IntelliSleepScorer, un paquete de software con una interfaz gráfica de usuario para la puntuación automatizada de la etapa del sueño de ratones

Resumen

Presentamos un paquete de software con una interfaz gráfica de usuario para investigadores sin experiencia en codificación para puntuar las etapas del sueño en ratones con una simple descarga y operación.

Resumen

La puntuación de las etapas del sueño en roedores es el proceso de identificación de las tres etapas: sueño con movimientos oculares no rápidos (NREM), sueño con movimientos oculares rápidos (REM) y vigilia. La puntuación de la etapa del sueño es crucial para estudiar las medidas y los efectos específicos de la etapa del sueño.

Los patrones de sueño en los roedores difieren de los de los humanos, caracterizados por episodios más cortos de NREM y REM interespaciados por la vigilia, y la puntuación manual tradicional de las etapas del sueño por parte de expertos humanos requiere mucho tiempo. Para abordar este problema, estudios anteriores han utilizado enfoques basados en el aprendizaje automático para desarrollar algoritmos que categorizen automáticamente las etapas del sueño, pero los modelos de alto rendimiento con gran generalización a menudo no están disponibles públicamente, no son gratuitos ni son fáciles de usar para los investigadores del sueño no capacitados.

Por lo tanto, desarrollamos un algoritmo LightGBM basado en aprendizaje automático entrenado con un gran conjunto de datos. Para que el modelo esté disponible para los investigadores del sueño sin experiencia en codificación, se desarrolló una herramienta de software llamada IntelliSleepScorer (v1.2 - versión más reciente) basada en el modelo, que cuenta con una interfaz gráfica de usuario fácil de usar. En este manuscrito, presentamos instrucciones paso a paso para usar el software para demostrar una herramienta de puntuación automática de la etapa del sueño conveniente y efectiva en ratones para los investigadores del sueño.

Introducción

La puntuación de las etapas del sueño en roedores es el procedimiento para identificar las tres etapas: sueño con movimientos oculares no rápidos (NREM), sueño con movimientos oculares rápidos (REM) y vigilia². En los roedores, la NREM se caracteriza por una reducción de la actividad muscular, una respiración lenta y regular, una disminución de la frecuencia cardíaca y oscilaciones de baja frecuencia de las ondas cerebrales. La fase REM en roedores, al igual que en los humanos, muestra atonía muscular, activación del EEG y movimientos oculares rápidos, aunque la aparición de sueños vívidos es menos clara en los....

Protocolo

Este estudio utilizó datos recopilados de experimentos in vivo en ratones. No hubo experimentos en humanos involucrados en el estudio. Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales del Instituto Broad. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las directrices y reglamentos pertinentes. Las directrices ARRIVE no son aplicables a este estudio porque el objetivo de este estudio es desarrollar modelos de aprendizaje automático en lugar de comparar diferentes grupos de tratamiento.

1. Preparación de los datos

Discusión

En este documento se presenta cómo utilizar la interfaz gráfica de usuario IntelliSleepScorer (v1.2) para puntuar automáticamente las etapas del sueño de los ratones y cómo aprovechar los valores/gráficos SHAP para comprender mejor las puntuaciones de las etapas del sueño generadas por el modelo.

Una consideración importante a la hora de utilizar el software es la compatibilidad de los datos. Los datos internos utilizados en este estudio se limitaron a.......

Materiales

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