Применение искусственных нейронных сетей для анализа и обработки сигналов биосенсоров
Диссертация
Анализ различных веществ и соединений с помощью биологических сенсоров является задачей, которая осложняется рядом факторов. К ним можно отнести такие факторы как нестабильность биорецепторного элемента, наличие шумовых составляющих сигнала сенсора, зависимость сигнала от температуры и характеристик среды, в которой проводится измерение. Для многокомпонентного анализа в средах сложного состава… Читать ещё >
Список литературы
- Баскин И.И., Палюлин В. А., Зефиров Н. С. Нейроматематика будущее вычислительной химии // Нейрокомпьютер. 1997. № 3,4. с. 17−23.
- Биосенсоры: основы и приложения. // Под ред. Тернера Э., Карубе И., Уилсона Дж. М.: Мир, 1992. 614 С.
- Борисов И. А. Нейронные сети и их применение в биосенсорике // Тезисы докладов II Пущинской конференции молодых ученых. Пущин". 23−25 апреля, 1997. с. 259.
- Борисов И. А. Применение искусственных нейронных сетей для моделирования сигналов биосенсоров // Тезисы докладов III Пущинской конференции молодых ученых. Пущино. 27−30 апреля, 1998. с. 20.
- Борисов И. А., Лобанов А. В., Решетилов А. Н., Курганов Б. И. Количественный анализ калибровочных зависимостей биосенсоров // Прикладная биохимия и микробиология. 2000. т. 36. № 3. с. 254−260.
- Борисов И. А., Гаврилова Е. М., Андреева И. П., Егоров A.M., Решетилов А. Н. Моделирование калибровочных зависимостей в иммуноферментном анализе с помощью искусственных нейронных сетей // Сенсорные системы, 2000, т. 14, №, 4, с. 343−349.
- Борисов И. А. Программа регистрации сигналов амперометрических и потенциометрических сенсоров «SENSOR FOR WINDOWS» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 000 611 197. РОСПАТЕНТ. 21.11.00.
- Борисов И. А. Программа регистрации сигналов портативного люминометра «Lumiflow» «FLOWREG» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 000 611 198. РОСПАТЕНТ. 21.11.00.
- Борисов И. А. Программа регистрации сигналов портативного люминометра «Lumiscan» «LUMIREG» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 000 611 199. РОСПАТЕНТ. 21.11.00.
- Варфоломеев С.Д. // Биосенсоры. Соросовский образовательный журнал. 1997. № 1.
- Галушкин А.И., Иванов В. В., Картамышев М. Г., Симоров С. Н., Черевков К. В. Некоторые концептуальные вопросы развития нейрокомпьютеров // Успехи современной радиоэлектроники. 1997. № 2. с. 3−10.
- Галушкин А.И., Судариков В. А., Шабанов Е. В. Нейроматематика: методы и алгоритмы решения задач на нейрокомпьютерах // Математическое моделирование. 1991. № 8.
- Галушкин А.И., Судариков В. А., Шабанов Е. В. Методика решения задач на нейрокомпьютерах //Нейрокомпьютер. 1992. № 1. с.24−26.
- Горбань А.Н., Россиев Д. А. Нейронные сети на персональном компьютере. Новосибирск: Наука, 1996. 276 с.
- Колмогоров А.Н. О представлении непрерывных функций нескольких переменных суперпозициями непрерывных функций меньшего числа переменных // Докл. АН СССР. 1956. Т. 108. с. 2.
- Курганов Б.И. Аллостерические ферменты. М.: Наука, 1978. С. 28.
- Лобанов А. В., Борисов И. А., Леазерс Т., Гордон Ш., Греен Р., Решетилов А. Н. Система микробных сенсоров для раздельного анализа смеси «глюкоза этанол» // Сенсорные системы, 1999, т. 13, № 4, с. 345−352.
- Луста К.А., Решетилов А. Н. 1998. Физиолого-биохимические особенности Gluconobacter oxydans и перспектива использования в биотехнологии и биосенсорных системах. // Прикладная биохимия и микробиология. Т. 34. № 4. 339 353.
- Решетилов А.Н., ДоноваМ.В., Кощеенко К. А. // Прикл. биохим. и микробиол. 1992. Т. 28. № 4. С. 518−524.
- Решетилов А.Н., Ильясов П.В, Слепенькин А. В, Старовойтов И. И., Гречкина Г. М., Воронин A.M. // Докл. РАН. 1996. Т. 348. № 4. С. 552−555.
- Решетилов А.Н., Лобанов А. В., Морозова Н. О., Греен Р. В., Леазерс Т. Д. Применение элементов теории распознавания образов для определения содержания этанола в смеси при помощи микробного и ферментного сенсоров // Сенсорные системы. № 4. 1998. С. 486−496.
- Решетилов А.Н., Федосеева О. В., Елисеева Т. П., Сергеев Ю. В., Медянцева Э. П., Будников Г. К. // Журн. аналит. химии. 1995. Т. 50. № 4. С. 453−456.
- Розенблатт Ф. Принципы нейродинамики. Перцептрон и теория механизмов мозга. 1965. М.: Мир, 480 с.
- Тернер Э., Карубе И., Уилсон Дж. Биосенсоры: основы и приложения. М. Мир, 1992.614 с.
- Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника : Теория и практика. М.: Мир. 1992.
- BuerkD. G. Biosensors: Theory and Applications. Technomic Publishing Company, 1993. 673 p.
- Davide Fabrizio A. M, Di Natale C., D’Amico A. Self-organising sensory maps in odour classification mimicking // Biosensors and Bioelectronics, 1995, V. 10, N. 1−2 PT. 2, P. 203−218.
- Denk Y. New method of online-determination of diacetyl in real time by means of a «software-sensor» // Cerevisia. 1997. V. 22, N. 3, P. 30−35.
- Barker P. S., Chen J.R., Agbor N.E., Monkman A.P., Mars P., Petty M.C. Vapour recognition using organic films and artificial neural networks // Sensors and Actuators B. 1994. V.17.P.143−147.
- De Gracia G., Poch M. Use of mathematical models to describe dynamic behaviour of potentiometric biosensors: comparison of deterministic and empirical approaches to an urea flow-through biosensor//Biosensors and Bioelectronics. 1996. Vol. 11. P. 53−61.
- Dennis J., Schnabel R. Numerical Methods for Unconstrained Optimization and Nonlinear Equations. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1983.
- De Vena L., Mastretta M., Ricciardiello L. Neural network architectures for industrial applications // Biosensors And Bioelectronics. 1995. V.10. P.231−236.
- Dickinson T.A., White J., Kauer J.S., Walt D.R. A chemical-detecting system based on a cross-reactive optical sensor array //Nature, 1996b, V. 382, N. 6593, P. 697−700.
- Fahlman S. E. Faster-learning variations on back-propagation: An empirical study / editors T. J. Sejnowski, G. E. Hinton, D. S. Touretzky // Proceedings of 1988 Connectionist Models Summer School. Los Altos, CA, 1988. P. 38−51.
- Fahlman S. E., Lebiere, C. The cascade-correlation learning architecture / ed. D. S. Touretsky // In Advances in Neural Information Processing Systems. Morgan Kaufmann, New York. 1990. P. 524−532.
- Fritzke B. Growing cell structures—a self-organizing network in к dimensions. / eds I. Aleksander and J. Taylor // In Artificial Neural Networks, Vol. II. North-Holland, Amsterdam. 1989. P. 1051−1056.
- Gardner J.W. Detection of vapours and odours from a multi-sensor array using pattern recognition. Part 1—principal component and cluster analysis, Sensors and Actuators B. 1991. Y.4 P.109−116.
- Gardner J.W., Hines E.L., Tang H.C. Detection of vapours and odours from a multisensor array using pattern recognition techniques Part 2: artificial neural networks // Sensors and Actuators B. 1992. V.9. P.9−15.
- Gardner J.W., Hines E.L., Pang C. Detection of vapours and odours from a multisensor array using pattern recognition: self-organising adaptive resonance techniques // Measurement and Control, 1996, V. 29, N. 6, P. 172−178.
- Gardner J.W., Craven M.- Dow C., Hines E.L. Prediction of bacteria type and culture growth phase by an electronic nose with a multi-layer perceptron network // Measurement Science and Technology, Jan 1998, Y. 9, N. 1, P. 120−127.
- Gilev S.E., Gorban A.N., Mirkes E.M. Several methods for acceleration the training process of neural networks in pattern recognition. USSR Academy of Sciences, Siberian Branch, Institute of Biophysics, Krasnoyarsk, 1990. Preprint N 146Б.
- Goddard N. H., Lynne K. J., Mintz Т., Bukys L. Rochester Connectionist Simulator, Technical Report 233 (revised), October 1989. University of Rochester Computer Science. Biological Cybernetics 1989. V. 23, P. 121−134.
- Gnani D., Guidi V., Ferroni M., Faglia G., Sberveglieri G. High-precision neural preprocessing for signal analysis of a sensor array // Sensor and Actuators. B. 1998. V.47. P.77−83.52,53,54,55,5657,58,5960,61,62,63,64,65
- Hanaki Sh., Nakamoto Т., Moriizumi T. Artificial odor-recognition system using neural network for estimating sensory quantities of blended fragrance // Sensors and Actuators. A: Physical. 1996. Vol. 57. No. 1. P. 65−71.
- Harsanyi G. Sensors in Biomedical Applications: Fundamentals, Technology & Aplications. Technomic Publishing Company, 2000. 576 p.
- Hartnett M., Diamond D., Barker P.G. Neural network based recognition of flow injection patterns // Analyst. 1993. Vol.118. P. 347−354.
- Hassibi В., Stork D. G. Second order derivatives for network pruning: optimal brain surgeon / eds S. J. Hansen, J. D. Cowan and C. L. Giles // In Advances in Neural Information Processing Systems. Morgan-Kaufmann, New York. 1993. V. 5 (NIPS-5).
- Hays, W. L. Statistics (4th ed.). CBS College Publishing. New York. 1988.
- Hecht-Nielsen R. Kolmogorov’s Mapping Neural Network Existence Theorem // IEEE First Annual Int. Conf. on Neural Networks. San Diego. 1987. Vol.3. P. 11−13.
- Hecht-Nielsen R. Theory of the backpropagation neural network // International joint conference on neural networks, Sheraton Washington Hotel, Washington D.C., June 1822, vol. 1, 1989, p. 593−606.
- Hecht-Nielsen R. Neurocomputing. Addison-Wesley, 1990. 433 p.
- Hitzmann В., Kullick T. Evaluation of pH field effect transistor measurement signals by neural networks // Analytica Chimica Acta. 1994. V. 294. P.243−249.
- Hitzmann В., Ritzka A., Ulber R., Schongarth K., Broxtermann O. Neural networks as a modeling tool for the evaluation and analysis of FIA signals // Journal of Biotechnology. 1998.V. 65. P.15−22.
- Hodgins D. The development of an electronic nose for industrial and environmental applications // Sensors and Actuators B. 1995. V.26−27. P.255−258.
- Hopfield J J. Neural Networks and Physical Systems with Emergent Collective Computational Abilities // Proc. National Academy of Sciences. USA. 1982. Y.79. P. 2554−2558.
- Hoskins J.C., Himmelblau D. M. Artificial neural network models of model representation in chemical engineering// Comput. Chem. Eng. 1990. V.9. P.881−890.
- Ide J., Nakamoto Т., Moriizumi T. Development of odour-sensing system using an auto-sampling stage // Sensors and Actuators, B: Chemical, 1993, V. В13, N. 1−3 PT. 1, P. 351−354.
- Johnson S. R, Sutter J. M, Engelhardt H. L, Jurs P.C., White J., Kauer J. S, Dickinson T. A, Walt, D.R. Identification of multiply analites using an optical sensor array and pattern recognition neural networks // Anal. Chem., 1997, V. 69, P. 4641−4648.
- Jordan M. I. Attactor dynamics and parallelism in a connectionist sequential machine. In Proceedings of the Eighth Annual Conference of the Cognitive Science Society. Erlbaum, Hillsdale NJ. 1986. P. 531−546.
- Kalman E.L., Winquist F., Lundstrom I. New pollen detection method based on an electronic nose // Atmospheric Environment, 1997, Y. 31, N. 11, P. 1715−1718.
- Karu A.E., Lin Т.Е., Breiman L., Muldoon M.T., Hsu J. Use of Multivariate Statistical Methods to Identify Immunochemical Cross-reactants // Food and Agricultural Immunology. 1994, V. 6, P. 371−384.
- Kazanskaya N.F., Kukhtin A.V., Manenkova M.A., Reshetilov A.N. Yarisheva L.M., Arjakova О.У., Volinskii A.L., Bakeev N.F. // Biosensors & Bioelectronics. 1996. V. ll.№ 3. P. 253−261.
- Keller, P.E., Kangas L.J., Liden L.H., Hashem S.- Kouzes R.T. Electronic noses and their applications. Northcon Conf Rec, IEEE, Piscataway, NJ, (USA), 1995, V. 116−119.
- Khomutov S.M., Sidorov L.A., Reshetilov A.N. // Sensors and Actuators. B. Chemical. 1998. V. 48. № 1−3. P. 467−470.
- Khomutov S.M., Zherdev A.V., Dzantiev B.B., Reshetilov A.N. // Anal. Letters. 1994. V. 27. № 15. P. 2983−2995.
- Kohonen T. Self-Organization and Associative Memory. Springer Series in Information Sciences, 3rd edn. Springer-Verlag, Berlin. 1989.
- Kohonen Т., Kangas J., Laaksonen J. SOM-PAK, The Self-Organizing Map Program Package, Version 1.0, SOM Programming Team of the Helsinki Univ. of Technology, Lab. of Сотр. and Inform. Science, Rakentajanaukio 2 C, SF-2 150 Espoo. 1992.
- Kovba G.V., Rubtsova M.Yu., Egorov A.M. //J. Biolumin. Chemilumin., 1997, v. l2.pp. 33−36.
- Kurganov B.I. Allosteric Enzymes. Kinetic Behaviour. Chichester: John Wiley and Sons, 1982. P. 44.
- Kurganov B.I., Lobanov A.Y., Borisov I.A., Reshetilov A.N. Criterion for Hill equation validity for description of biosensor calibration curves // Analytica Chimica Acta. 2001. Y 427. P. 11−19.
- LeCun Y., Denker J. S., Solla S. A. Optimal brain damage. / ed. D. S. Tourestsky // In Advances in Neural Processing Systems. Morgan-Kaufmann, New York. 1990. Vol. 2 (NIPS-2), P. 598−605.
- Linko S, Zhu Y-H., Linko P. Neural networks as 'software sensors' in enzyme engineering // Annals New York academy of scienses. Enzyme Engineering XIV. 1998. V. 864, P 46−58.
- Linko S., Zhu Yi-H., Linko P. Applying neural networks as software sensors for enzyme engineering// Trends in Biotechnology. 1999. V.17(4). P.155−162.
- Lippman R.P. An introduction to computing with neural nets // IEEE ASSP Magazine. Apr. 1987. P.4−22.
- Lobanov A.V., Borisov I.A., Gordon S.H., Greene R.V., Leathers T.D. & Reshetilov A.N. Application of chemometric and ANN in the analysis of ethanol-glucose mixture by two microbial sensors // Biosensors 2000. 24−26 May, 2000. San Diego. USA. p. 160.
- McClelland J.L., Rumelhart D.E. Explorations in Parallel Distributed Processing, A Handbook of Models, Programs, and Exercises. Cambridge. MIT Press, 1988. 344 p.
- McCulloch W.S., Pitts W. A Logical Calculus and Ideas Immanent in Nervous Activity // Bull. Mathematical Biophysics. 1943. V. 5. P. 115−133.
- Minsky M., Papert S. Perceptron: an Introduction to Computational Geometry. Cambridge, Mass. MIT Press. 1969. P. 1−20, 73.
- Mozer M. C., Smolensky P. Skeletonization: a technique for trimming the fat from a network via relevance assessment. / ed. D. S. Touretsky // In Advances in Neural Information Processing Systems. Morgan Kaufmann, New York. 1989. Vol. 1. P. 107— 115.
- Muldoon M.T., Fries G.F., Nelson J.O. Evaluation of ELISA for the Multi-analyte Analysis of s-triazines in Pesticide Waste and Rinsate // Food and Agricultural Immunology, 1993, V. 416, P. 322−328.
- Miyata, Y. A User’s Guide to PlaNet Version 5.6, A Tool for Constructing, Running and Looking into a PDP Network, Univ. of Colorado, Boulder, Сотр. Science Dept. 1991.
- Narendra R. Adaptive control using neural networks. In W.T. Miller, R. Sutton, and P. Werbos, Eds. Neural Networks for Robotics and Control. Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1990.
- Neaves P.I., Hatfield J.V. A new generation of integrated electronic noses // Sensors and Actuators В 1995. У.26−27. P.223−231.
- Neural Computing: NeuralWorks Professional II/Plus and NeuralWorks Explorer. NeuralWare, Inc., 1991. 355 p.
- Nguyen D., Widrow B. The truck backer-upper: An example of self-learning in neural networks. In W.T. Miller, R. Sutton, and P. Werbos, Eds. Neural Networks for Robotics and Control. Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1990.
- Pavlou AK, Magan N, Sharp D, Brown J, Barr H, Turner AP. An intelligent rapid odour recognition model in discrimination of Helicobacter pylori and other gastroesophageal isolates in vitro // Biosensors and Bioelectronics. 2000. V. 7−8. P.333−42.
- Ping W., Jun X. A novel recognition method for electronic nose using artificial neural network and fuzzy recognition // Sensors and Actuators. B: Chemical. 1996. Vol. B37.No. 3. P. 169−174.
- Poggio, Т., Girosi, F. A theory of networks for approximation and learning. A. I. Memo No. 1140, MIT. 1989.
- Racek J. Cell-based biosensors. Lancaster. Technomic Publishing Company, Inc. 1995. 107 p.
- Reshetilov A.N., Semenchuk I., Iliasov P.V., Taranova L.A. // Anal. Chim. Acta. 1997. V. 347. № 1−2. P. 19−26.
- Riedel K., Renneberg R, Wollenberg U., Kaiser G., Scheller F. Microbial sensors: Fundamentals and application for process control // J. Chem. Biotechnol. 1989. No 44. P. 85−106.
- Riedmiller M., Braun H. A direct adaptive method for faster backpropagation learning: The RPROP algorithm // Proceedings of the IEEE International Conference on Neural Networks. 1993. P. 586−591.
- Rosenblatt F. The perceptron: a probabilistic model for information storage and organization in the brain// Psychological Review. 1958.V. 65, P. 386−408
- Rubtsova M.Yu., Samsonova J.V., Ezhov A.A., Egorov A.M. Chemiluminescent Immunosensors for Multiparametric Assay. / Eds.: A. Roda, M. Pazzagli, L.J.Kricka,
- Samsonova J.V., Rubtsova M.Yu., Kiseleva A.V., Ezhov A.A., Egorov A.M. Chemiluminescent Multiassay of Pesticides with Horseradish Peroxidase as a Label. // Biosensors and Bioelectronics. 1999. V.14. N3. P.273−281.
- Schierbaum K. D., Weimar U., Goepel W. Multicomponent gas analysis: an analytical chemistry approach applied to modified SnC>2 sensors // Sensor and Actuators. B: Chemical. 1990. Vol. 2. P. 71−78.
- Sejnowski T. J, Rosenberg C.R. Parallel Networks that Learn to Pronounce English Text. Complex Systems, 1, 1987, p.145−168.
- Shaffer R.E., Rose-Pehrsson S.L., McGill R.A. A comparison study of chemical sensor array pattern recognition algorithms // Analytica Chimica Acta. 1999. V.384.1. P.305−317.
- Shanno D. Recent advances in numerical techniques for large-scale optimization. In W.T. Miller, R. Sutton, and P. Werbos, Eds. Neural Networks for Robotics and Control. Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1990.
- Siemens. Siemens Nixdorf Informationssysteme AG (1992) SENN + +Software Entwicklungsumgebung fuer Neuronale Netze, Siemens Nixdorf Informationssyst. AG, Postfach 83 09 51, 8000 Muenchen 83, 4 pp. 1992.
- Slama M., Zaborosch C., Wienke D., Spener F. Simultaneous mixture analysis using a dynamic microbial sensor combined with chemometrics // Analytical Chemistry. 1996. Vol. 68. No. 21. P. 3845−3850.
- Smolander, M. Electrochemical aldose detection with PQQ-dependent aldose dehydrogenase. Espoo, Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 229. 1995. 60 p. + app. 44 p.
- Smolander M., Cooper J., Schuhmann W., Hammerle M., Schmidt H.-L. Determination of xylose and glucose in a flow-injection system with PQQ-dependent aldose dehydrogenase // Anal. Chim. Acta. 1993. No. 280. P. 119−127.
- Smolander M., Livio H.-L., Rasanen L. Mediated amperometric determination of xylose and glucose with an immobilized aldose dehydrogenase electrode // Biosensors and Bioelectronics. 1992. No. 7. P. 637−643.
- Specht D.F. Probabilistic neural networks and the polynomial adaline as complementary techniques for classification. IEEE Transactions on Neural Networks. 1990. P. 111−121.
- Van Camp D. A Users Guide for The Xerion Neural Network Simulator, Version 3.1, Dept. of Computer Science, Univ. of Toronto, 1993. pp. 43.
- Van der Linden W.E., Bos M., Bos A. Arrays of electrodes for multi-component analysis // Analytical Preceedings, Oct. 1989, V. 26, P. 329.
- Vertosick FT, Rehn T. Predicting behavior of an enzyme-linked immunoassay model by using commercially available neural network software // Clin. Chem. 1993 Dec- V.39(12). P.2478−82.
- Waibel, A. and Hampshire, J. Building blocks for speech. // GYTE. August 1989.1989. P. 235−242.
- Wasserman P.D. Experiments in transtating Chinese characters using backpropagation. Proceedings of the Thirty-Third IEEE Computer Society International Conference. Washington, D.C.: Computer Society Press of the IEEE. 1988.
- Watrous R., Shastri L. Learning phonetic features using connectionist networks: an experiment in speech recognition. In Proc. 1 st IEEE Int. Conf. Neural Networks, June1987.
- Werbos P. «Beyond Regression: New Tools for Prediction and Analysis in the Behavioral Sciences». Ph.D. Thesis. Cambridge, Mass. 1974.
- Werbos P. Learning how the word works: Specifications for predictive networks in robots and brains. In Proc. 1987 IEEE Int. Conf. Syst., Ma, Cybern., 1987.
- Werbos, P. J. Backpropagation. Past and future. In Proceedings of the International Conference on Neural Networks, I, July 1988. IEEE Press, New York.1988. P. 343−353.
- Wherens R., Van der Linden W.E. Calibration of an array of voltammetric microelectrodes. // Anal Chim Acta, 1996, V. 334, P. 93−101.
- Weimar U., Schierbaum K. D., Goepel W., Kowalkowski R. Pattern recognition methods for gas mixture analysis: application to sensor arrays based upon Sn02 // Sensor and Actuators. B: Chemical. 1990. Vol. 1. P. 93−96.
- Weimar U., Vaihinger S., Schierbaum K. D., Goepel W. Multicomponent analysis in chemical sensing /Edited by N. Yamazoe // Chemical Sensor Technology. Tokyo: Kodansha LTD., 1991. Vol. 3. P. 51−88 123
- Weller M. G., Schutz A. J., Winklmair M., Niessner R. Highly parallel affinity sensor for the determination of water contaminants. // The Fifth World Congress on Biosensors. Refereed abstracts. 1998. P. 145.
- Ziegler Ch., Goepel W., Haemmerle H., Hatt H., Jung G., Laxhuber L., Schmidt H.-L., Schuetz S., Voegtle F., Zell A. Bioelectronic noses: a status report. Part II // Biosensors and Bioelectronics. 1998. No. 13. P. 539−571.