UMĚLÉ NEURONOVÉ SÍTĚ V CHEMII

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "UMĚLÉ NEURONOVÉ SÍTĚ V CHEMII"

Marian Bedřich Šimek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 UMĚLÉ NEURONOVÉ SÍTĚ V CHEMII doc. RNDr. Vlasimil Dohnal, Ph.D. Podpora přednášky kurzu Mezioborové dimenze vědy

2 doc. RNDr. Vlasimil Dohnal, Ph.D. Kaedra chemie PřF UHK

3 Příklady aplikací ANN QSAR a QSPR sudie Modelování reenčních fakorů kvarerních pyridiniových oximů v enkovrsvé chromaografii. Reakivační účinnosi pyridiniových oximů vůči enzymu aceylcholineseráze inhibované širokým spekrem bojových láek. Opimalizace podmínek separačních meod Opimalizace separace chirálních láek Dekonvoluce píků v separačních meodách Klasifikace Modelování disribuce uranu ve zlaých dolech v Jihoafrické republice. Klasifikace vín dle původu (Kanárské osrovy) Hodnocení savu biosenzoru

4 Použií umělých neuronových síí Dvě fáze Adapace Hledání opimálních hodno váhových koeficienů, prahových hodno a dalších proměnných. Adapační algorimus Rozdělení da do několika skupin (rénovací, esovací, verifikační). Minimalizace rozdílu mezi vypočenými a požadovanými výsupy. Predikce Využií adapované umělé neuronové síě pro výpoče

5 Příprava da DATA TRÉNOVACÍ DATA VERIFIKAČNÍ DATA TESTOVACÍ DATA

6 Molekulové deskripory Dragon Professional v molekulových deskriporů!!!

7 Redukce poču proměnných Saisická analýza Geneické algorimy Laenní proměnné (meoda hlavních komponen) Offline (PCA) Online (Sanger, Oja)

8 Hybridní neuronové síě MD 1 MD 2 MD 3 PCA y 1 y 2 Fyz.-chem. vlasnosi Biologický účinek Toxicia Apod. MD 1664 VSTUPNÍ VRSTVA SKRYTÁ VRSTVA (laenní proměnné) SKRYTÁ VRSTVA VÝSTUPNÍ VRSTVA

9 Modelování reenčních fakorů Vsupní daa Molekulové srukury kvarérních pyridiniových oximů (1644 deskriporů, 21 láek) Vyloučení konsanních deskriporů, MD (295) Celkem použio pro umělou neuronovou síť 634 MD Normalizace da (inerval 0 1) Výsupní daa Reenční fakory ěcho oximů získané chromaografií na enké vrsvě (1) Rozdělení da do skupin Tréninkový daa se (16) Verifikační daa se (5) Tesovací daa se (4 nově syneizované láky)

10 Pyridiniové oximy N H 2 O CH 3 X - O 2 Cl - HON 2 X - O 2 Br - H 2 N O HON NH 2 CH CH 2 Br - 2 Br - O N H 2 O 2 X - O 2 Cl - HON 2 Br HON 2 Br - 2 Br - H 2 N O N H 2 O CH CH 2 X - N CH 3 CH 3 I - I - CH 3 CH 3 I - O 2 X -

11 Reenční fakor

12 Reakiváory aceylcholineserázy

13 Modelování reenčních fakorů Hybridní umělá neuronová síť Opimální archiekura 634:8:3:1 Geneický adapační algorimus Evaluace modelů Pearsonův korelační koeficien RMSD (roo mean square deviaion) RMSD 1 N i N 1 calc R F R arge F 2

14 Vypočené hodnoy Výsledky modelování 1 0,75 0,5 0,25 0 y = 1,0012x + 0,0142 R² = 0, ,25 0,5 0,75 1 Experimenální hodnoy

15 QSPR pyridiniových oximů Vsupní daa Molekulové srukury kvarérních pyridiniových oximů (10 deskriporů, 17 láek) Normalizace da (inerval 0 1) Výsupní daa Reakivační účinnosi použiých oximů vůči 4 bojovým lákám (4) Rozdělení da do skupin Tréninkový daa se (13) Verifikační daa se (4) Tesovací daa se (0)

16 H 2 N O Pyridiniové oximy H 2 N O N H 2 O N+ CH 3 CH 3 I - O 2 X - 2 Br - O 2 Cl - H 2 N O H 2 N O O 2 X - CH CH 2 X - CH 3 X - O 2 Cl - N CH 3 I - HON N H 2 O 2 X - CH 3 I - HON 2 Br - 2 Br -

17 Molekulové deskripory Deskripor Hodnoy Deskripor Hodnoy 1 Subsiuen 0 H 1 aldoxim 2 keoxim 6 Délka můsku Poče aomů N H 2 O Subsiuen 0 H 1 aldoxim 2 keoxim 7 Subsiuen 0 H 1 pyridinium 2 fenyl 3 mehyl 3 2 O 7 4,5,6 2 X Subsiuen 4 Polaria spojovacího můsku 0 H 1 pyridinium 2 fenyl 3 mehyl 0 nepolární 1 polární 8 Subsiuen 9 Subsiuen 0 H 1 aldoxim 2 keoxim 0 H 1 aldoxim 2 keoxim 5 0 ne Příomnos 1 ano dvojné vazby na můsku

18 Umělá neuronová síť % reakivace a a 0 0 N H 2 2 a a i r O 1 8 O 7 4,5,6 9 2 X - Dopředná neuronová síť Adapační algorimus back-propagaion Opimální archiekura 9:4:4 Adapováno 5 síí Průměrná hodnoa chyby výpoču 7 % (rozpěí od 0,21 do 22,45 %) Predikce nových láek

19 Opimalizace separačních meod Opimalizace podmínek separace chirálních láek meodou kapilární zónové elekroforézy

20 Chirální láky ( chiros = ruka) hp://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:chiraliy_wih_hands.jpg Chiralia = asymerie prosorového rozložení molekuly Chirální objek Není oožný se svým zrcadlovým obrazem Nemá sřed Nemá rovinu symerie Chirální molekuly = enaniomery

Objev chiraliy Louis Paseur (1822-1895) Kyselina vinná ve vinném

21 Objev chiraliy Louis Paseur ( ) Kyselina vinná ve vinném kameni (r. 1848) hp://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:louis_paseur.jpg

22 Chiralia v přírodě

23 Enaniomery Sejné fyzikálně chemické vlasnosi Liší se sáčením roviny polarizovaného svěla Liší se varem

24 Senzorické vlasnosi enaniomerů Vůně Linalool (R)-(-)-linalool kvěinová vůně do levandulova (S)-(+)-linalool hořce pomerančová vůně Limonen (-)-limonen erpenická vůně (+)-limonen cirusová vůně Karvon (-)-karvon peprminová vůně (+)-karvon kmínová vůně Chuť Asparagin (S)-asparagin hořký (R)-asparagin - sladký Při epelné úpravě hořkne

25 Toxikologické vlasnosi enaniomerů (S)-halidomid - eraogen (R)-halidomid - sedaivum

26 Kapilární zónová elekrofréza Separace závisí na Složení elekrolyu Napěí ph elekrolyu Modifikáorech Teploě Apod. hp://

27 Separace enaniomerů Trp a Phe cyklodexrin láka komplex Různé sabiliy komplexů s cyklodexrinem vedou k separaci

28 Plánování pokusů Relaxační meoda Experimenální design CCD

29 Měření koncenrace -CD ph elekrolyu koncenrace elekrolyu

30 Modelování pomocí SRM

31 Modelování pomocí ANN

32 Opimalizovaná separace Pořadí L-, D-rypofan L-, D-fenylalanin

33 Dekonvoluce píků

34 Dekonvoluce píků

35 Cenral composie design

36 Klasifikace disribuce uranu

37 Klasifikace disribuce uranu

38 Mísa odběru vzorků

39 Vsupní daa

40 Korelační maice

41 PCA

42 Kohonenova SOM

43 Váhy vybraných fakorů v SOM uran vysoký!!! ph kyselé!! sírany vysoké!!!

44 Klasifikace vín dle původu

45 Kanárské osrovy

48 Carracedo e al.: Journal of Volcanology and Geohermal Research 94 (1999)

49 Klasifikace vín dle původu

50 Klasrová analýza

51 SOM a váhy pro jednolivé kovy

52 Srovnání LDA a ANN

53 Verifikace původu balené vody Neva Grošelj, Grishja van der Veer, Marjan Tušar, Marjan Vračko, Marjana Novič Verificaion of he geological origin of boled mineral waer using arificial neural neworks Original Research Aricle Food Chemisry, Volume 118, Issue 4, 15 February 2010, Pages

54 Experimen Sanovení obsahu Ca, Mg, Na, K, HCO3-, SO42-, Cl, F a ph 145 vod Couner-propagaion ANN Vzah mezi složením vody a geologickým podložím

55 Klasifikace signálu biosenzoru

56 Biosenzor na bázi aceylcholineserázy

57 Klasifikace signálu biosenzoru k S k S S k S S k S S v S V v S V v S V V A v A A v A A v A A v A A v A A v A A v A A A A A f I ; 4 3 ; 2 ; 4 ; ; 4 3 ; 2 ; 4 ; ; 8 7 ; 4 3 ; 8 5 ; 2 ; 8 3 ; 4 ; 8 ; ; 4 3 ; 2 ; 4 Vekor navzorkovaných da A v s Vzorkování da A přídavek aceylhiocholinu V přídavek vzorku S přídavek synosigminu

58 Daase Vekor navzorkovaných da 45,5 16,6 9,3 7, Daase Kódovaní charakerisických vlasnosí 10,4 12,1 7,3 71, ,9 4,1 3,0 34, ,8 3,4 2,4 22, ,2 2,7 2,2 20, ,6 7,6 5,1 31, ,5 16,6 9,

59 Promínuí da 45,5 16,6 9,3 7,

60 Kohonenova mapa

61 Experní sysémy Určení chemické srukury láek Odhad oxiciy Odhad ADME

62 Určení chemické srukury UV/VIS spekrum IČ spekrum 1 H-NMR spekrum 13 C-NMR spekrum MS spekrum

63 Orální absorpce léčiv A. Guerra, N.E. Campillo, J.A. Páez Neural compuaional predicion of oral drug absorpion based on CODES 2D descripors Original Research Aricle European Journal of Medicinal Chemisry, Volume 45, Issue 3, March 2010, Pages

64 Aplikace ANN v oxikologii I absorpce, disribuce, meabolismu a exkrece (ADME) oxiciy láek vůči konkrénímu živému organismu rozpusnosi rozdělovací koeficieny okanol-voda muagenecia kancerogenecia ad.

65 Aplikace ANN v oxikologii II ANN jsou součásí někerých komerčních programů (hybridní experní sysémy) pro odhad oxiciy HyTEx hybrid oxicological exper sysem

66 Závěr Možnos využií ANN Klasifikační problémy Míso původu poraviny Idenifikace výrobce, šarže ad. Vyhodnocení signálu biosenzoru Modelování QSAR vzah srukura akivia chemické láky Drug design Hledání opimálních podmínek separačních meod

67 Děkuji za pozornos

Podobné dokumenty

Závěrečná zpráva projektu specifického výzkumu zakázka 2115.

Závěrečná zpráva projektu specifického výzkumu zakázka 2115. Název projektu: Vývoj metod pro stanovení čistoty pyridiniových oximů Specifikace řešitelského týmu: Odpovědný řešitel: doc. RNDr. Vlastimil