IntelliSleepScorer, программный комплекс с графическим пользовательским интерфейсом для автоматизированной оценки стадий сна мышей

Резюме

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.

Аннотация

Оценка стадии сна у грызунов — это процесс определения трех стадий: сон без быстрого движения глаз (NREM), сон с быстрым движением глаз (REM) и бодрствование. Оценка стадии сна имеет решающее значение для изучения показателей и эффектов, специфичных для стадии сна.

Режим сна у грызунов отличается от такового у человека, характеризуясь более короткими эпизодами NREM и REM, чередующимися с пробуждением, а традиционная ручная оценка стадии сна экспертами занимает много времени. Чтобы решить эту проблему, в предыдущих исследованиях использовались подходы, основанные на машинном обучении, для разработки алгоритмов для автоматической категоризации стадий сна, но высокопроизводительные модели с большой обобщенностью часто не являются общедоступными/бесплатными или удобными для необученных исследователей сна.

Поэтому мы разработали алгоритм LightGBM на основе машинного обучения, обученный на большом наборе данных. Чтобы сделать модель доступной для исследователей сна, не имеющих опыта программирования, на основе модели был разработан программный инструмент под названием IntelliSleepScorer (v1.2 - последняя версия), который отличается простым в использовании графическим пользовательским интерфейсом. В этой рукописи мы представляем пошаговую инструкцию по использованию программного обеспечения, чтобы продемонстрировать удобный и эффективный инструмент автоматической оценки стадий сна у мышей для исследователей сна.

Введение

Оценка стадии сна у грызунов — это процедура для определения трех стадий: сон без быстрого движения глаз (NREM), сон с быстрым движением глаз (REM) и пробуждение². У грызунов NREM характеризуется снижением мышечной активности, медленным и регулярным дыханием, снижением частоты сердечных сокращений и низкочастотными колебаниями мозговых волн. REM у грызунов, как и у человека, проявляется мышечной атонией, активацией ЭЭГ, быстрыми движениями глаз, хотя возникновение ярких сновидений у грызунов менее выражено по сравнению с человеком ^2,3. Состояние «пробуж....

протокол

В этом исследовании использовались данные, собранные в ходе экспериментов in vivo на мышах. В исследовании не проводилось никаких экспериментов на людях. Все эксперименты с животными были одобрены Комитетом по институциональному уходу за животными и их использованию в Институте Броуда. Все эксперименты проводились в соответствии с соответствующими инструкциями и регламентами. Рекомендации ARRIVE, которые не применимы к данному исследованию, поскольку основное внимание в этом исследовании уделяется разработке моделей машинного обучения, а не сравнению различных групп лечения.

1. Подготовка дан....

Результаты

Существует три графика (только верхний график, если значения SHAP не были запущены) генерируются в графическом интерфейсе оценки после стадии сна: верхний график представляет каналы ЭЭГ и ЭМГ с гипнограммой предсказания стадии сна. На среднем графике представлены знач?.......

Обсуждение

В этом документе показано, как использовать графический пользовательский интерфейс IntelliSleepScorer (v1.2) для автоматической оценки стадий сна мышей, а также как использовать значения/графики SHAP для лучшего понимания оценок стадий сна, генерируемых моделью.

В.......

Материалы

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