ברצוננו להודות לקרן אמריקה וודאפון, ביל ומלינדה גייטס, וסאו פאולו קרן המחקר (FAPESP) למימון מחקר זה. כמו כן, אנו רוצים להודות לחברי סגל רבים מהמחלקה לאנטומולוגיה באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, לעצתם על הפרויקט הזה.

<ol>
	<li>Kahn, M. C., Celestin, W., Offenhauser, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+of+sounds+produced+by+certain+disease-carrying+mosquitoes.">Recording of sounds produced by certain disease-carrying mosquitoes.</a> Science. 101 (2622), 335-336 (1945).</li><li>Reed, S. C., Williams, C. M., Chadwick, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+of+wing-beat+as+a+character+for+separating+species+races+and+geographic+varieties+of+Drosophila.">Frequency of wing-beat as a character for separating species races and geographic varieties of Drosophila.</a> Genetics. 27 (3), 349 (1942).</li><li>Belton, P., Costello, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+sounds+of+the+females+of+some+mosquitoes+of+Western+Canada.">Flight sounds of the females of some mosquitoes of Western Canada.</a> Entomologia experimentalis et applicata. 26 (1), 105-114 (1979).</li><li>Mankin, R. W., Machan, R., Field Jones, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=testing+of+a+prototype+acoustic+device+for+detection+of+Mediterranean+fruit+flies+flying+into+a+trap.">testing of a prototype acoustic device for detection of Mediterranean fruit flies flying into a trap.</a> Proc. 7th Int Symp Fruit Flies of Economic Importance. , 10-15 (2006).</li><li>Raman, D. R., Gerhardt, R. R., Wilkerson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+insect+flight+sounds+in+the+field+Implications+for+acoustical+counting+of+mosquitoes.">Detecting insect flight sounds in the field Implications for acoustical counting of mosquitoes.</a> Transactions of the ASABE. 50 (4), 1481 .</li><li>Moore, A., Miller, J. R., Tabashnik, B. E., Gage, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+flying+insects+by+analysis+of+wingbeat+frequencies.">Automated identification of flying insects by analysis of wingbeat frequencies.</a> Journal of economic entomology. 79 (6), 1703-1706 (1986).</li><li>Moore, A., Miller, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+optically+sensed+aphid+(Homoptera:+Aphidae)+wingbeat+waveforms.">Automated identification of optically sensed aphid (Homoptera: Aphidae) wingbeat waveforms.</a> Annals of the Entomological Society of America. 95 (1), 1-8 (2002).</li><li>Li, Z., Zhou, Z., Shen, Z., Yao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+mosquito+(diptera:+Culicidae)+wingbeat+waveform+by+artificial+neural+network.">Automated identification of mosquito (diptera: Culicidae) wingbeat waveform by artificial neural network.</a> Artificial Intelligence Applications and Innovations. , 483-489 (2005).</li><li>Moore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+neural+network+trained+to+identify+mosquitoes+in+flight.">Artificial neural network trained to identify mosquitoes in flight.</a> Journal of insect behavior. 4 (3), 391-396 (1991).</li><li>Halevy, A., Norvig, P., Pereira, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+unreasonable+effectiveness+of+data.">The unreasonable effectiveness of data.</a> Intelligent Systems, IEEE. 24 (2), 8-12 (2009).</li><li>Banko, M., Brill, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitigating+the+paucity-of-data+problem+exploring+the+effect+of+training+corpus+size+on+classifier+performance+for+natural+language+processing.">Mitigating the paucity-of-data problem exploring the effect of training corpus size on classifier performance for natural language processing.</a> , 1-5 (2001).</li><li>Shotton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+human+pose+recognition+in+parts+from+single+depth+images.">Real-time human pose recognition in parts from single depth images.</a> Communications of the ACM. 56 (1), 116-124 (2013).</li><li>Ilyas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classifying+insects+on+the+fly.">Classifying insects on the fly.</a> Ecological Informatics. , (2013).</li><li>Mack, Y. P., Rosenblatt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multivariate+k-nearest+neighbor+density+estimates.">Multivariate k-nearest neighbor density estimates.</a> Journal of Multivariate Analysis. 9 (1), 1-15 (1979).</li><li>Benedict, M., Robinson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+first+releases+of+transgenic+mosquitoes+an+argument+for+the+sterile+insect+technique.">The first releases of transgenic mosquitoes an argument for the sterile insect technique.</a> TRENDS in Parasitology. 19 (8), 349-355 (2003).</li><li>. Supporting Materials Available from: <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/insectclassification">https://sites.google.com/site/insectclassification</a></li><li>Chen, Y., Why, A., Batista, G., Mafra-Neto, A., Keogh, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flying+Insect+Classification+with+Inexpensive+Sensors.">Flying Insect Classification with Inexpensive Sensors.</a> Journal of Insect. 27 (5), 657-677 (2014).</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

מסגרת חיישן / הסיווג המתואר כאן מאפשרת סיווג הזול וניתן להרחבה של חרקים מעופפים. דיוקי השגה על ידי המערכת טובים מספיק כדי לאפשר הפיתוח של מוצרים מסחריים ויכולים להיות כלי שימושי במחקר האנטומולוגי. היכולת להשתמש בחיישנים זולים, לא פולשנית בדייקנות ובאופן אוטומטי לסווג חרקים מעופפים תהיה השלכות משמעותיות על מחקר האנטומולוגי. לדוגמא, על ידי פריסת המערכת בתחום לספור ולסווג וקטורי חרקים, המערכת יכולה לספק סעיפים של מיני היעד בזמן אמת, מידע בזמן אמת לייצור, שניתן להשתמש כדי לתכנן התערבות / תוכניות דיכוי כדי להילחם במלריה. יתר על כן, המערכת יכולה באופן אוטומטי להפריד חרקים לפי מין, ובכך שהוא יכול לשמש לחוקרי חרקים חופשיים עובדים על הטכניקה סטרילית החרקים 15 מהמשימה המייגעת וגוזל זמן של זיהוי מין באופן ידני את החרקים. &lt;/ P&gt; בשימוש במערכת זו, השלב הקריטי ביותר הוא להגדיר כראוי את החיישן לאיסוף נתונים. אם הלייזר ומערך התמונה אינם מיושרים כהלכה, הנתונים יהיו מאוד רועשים. לאחר החרקים ממוקמים בכלוב, מערך התמונה תמיד צריך להיות שימוש במגנטים בצד החיצוני של הכלוב מכויל. שים לב שאורות מהבהבים, הבזקי מצלמה ותנודות בסמוך לכלובים יהיו להכניס רעש לנתונים. לכן, כדי לקבל נתונים נקיים, למקם את הכלוב בחדר חשוך, ובכל המקום נחוץ, הנח מגבות יבשות מתחת לכלובים כדי להפחית את רמת הרטט. מסווג שהוצגו בעבודה זו נעשה שימוש רק שתי תכונות נוספות. עם זאת, ייתכן שיש עשרות תכונות נוספות שיכול לעזור לשפר את ביצועי הסיווג. כתכונות הפוטנציאליות הן תחום ויישום ספציפי, המשתמשים יכולים לבחור תכונות המבוססות על הצורך שלהם או יישומים הספציפיים. המסגרת הכללית של CLassifier מאפשר למשתמשים להוסיף תכונות בקלות למסווג כדי לשפר את ביצועי הסיווג. כדי לעודד את האימוץ והרחבה של הרעיונות שלנו, אנחנו עושים את כל שרטוטי קוד, נתונים, והחיישן הזמינים באופן חופשי בUCR חישובית אנטומולוגיה העמוד 16-17. יתר על כן, במסגרת מגבלות התקציב שלנו, אנחנו נמשיך הנוהג של מתן מערכת שלמה (כפי שמוצג באיור 1) לכל חוקר חרקים מחקר שמבקש אחד שלנו.

הרעיון של סיווג אוטומטי של חרקים באמצעות הקול הנלווה של הטיסה שלהם שתחילתה בימים הראשונים של מחשבים וציוד זמין מסחרי הקלטת אודיו 1. עם זאת, התקדמות מועטת נעשתה על בעיה זו בעשורים שחלפו. חוסר ההתקדמות במרדף הזה ניתן לייחס לגורמים קשורים כמה. ראשית, חוסר חיישנים יעילים הפך את איסוף הנתונים קשה. רוב המאמצים לאסוף נתונים השתמשו מיקרופוני אקוסטי 2-5. מכשירים כאלה רגישים במיוחד לרוח רעש ורעש הסביבה בסביבה, וכתוצאה מכך הנתונים מאוד דלילים ואיכות נמוכה. שנית, הרכבה בעיות איכות נתונים אלה היא העובדה שחוקרים רבים ניסו ללמוד מודלים סיווג מאוד מסובכים, במיוחד רשתות עצביות 6-8. מנסה ללמוד מודלים סיווג מסובכים, עם עשרות בלבד של דוגמאות,הוא מתכון להתאמת יתר. שלישית, בקשיים של נתוני קבלת יש משמעות דבר כי חוקרים רבים ניסו לבנות מודלים סיווג עם נתונים מאוד מוגבלים, כמה כמו 300 מקרים 9 או פחות. עם זאת, ידוע כי לבניית מודלים סיווג מדויקים, יותר נתונים הוא טובים יותר 10-13. עבודה זו מתייחסת לכל שלושת נושאים. אופטי חיישנים (ולא אקוסטי) ניתן להשתמש כדי להקליט את &quot;קול&quot; של טיסת חרקים ממטרים, עם invariance מלא לרוח רעש וקולות סביבה. חיישנים אלה אפשרו ההקלטה של ​​מיליון מקרי אימון שכותרתו, הרבה יותר נתונים מאשר כל המאמצים הקודמים בשילוב, ובכך לסייע במניעת מאמצי מחקר הקודמים אשר הטריד הולם מעל. שיטה עקרונית מוצגת להלן, המאפשרת שילוב של מידע נוסף למודל הסיווג. מידע נוסף זה יכול להיות כיומיומי וכפי שקל להשגה כמו בזמן של היום, אך עדיין לייצר רווחים משמעותיים ברמת דיוק של המודל. לבסוף, הוא הוכיח כי הכמויות עצומות של נתונים שאספנו תאפשר לנו לנצל את &quot;יעילות בלתי סבירה של נתונים&quot; 10 לייצר מסווגים פשוט, מדויקת וחזקה. לסיכום, סיווג חרקים מעופף עבר מעבר לטענות המפוקפקות שנוצרו במעבדת המחקר וכעת הוא מוכן לפריסה בעולם האמיתי. החיישנים והתוכנה שהוצגו בעבודה זו יספק לחוקרים ברחבי העולם כלים חזקים כדי להאיץ את המחקר שלהם.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1293">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:237px;">Company</td>
			<td style="width:257px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:471px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Audio Recorder: ICD-PX312</td>
			<td style="width:237px;">Sony</td>
			<td style="width:257px;">4-267-065-11(2)</td>
			<td>With a 8 GB microSD extra memory</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Insectary</td>
			<td style="width:237px;">Lee&#39;s Aquarium &#38; Pet Products.</td>
			<td style="width:257px;">20088 HerpHaven&#174;, Large Rectangle</td>
			<td style="width:471px;">14 1/2&#34; Long x 8 3/4&#34; Wide x 9 3/4&#34; high. Modified to house insects.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:328px;">Laser Line Generator, 650nm (red)</td>
			<td style="width:237px;">Apinex (www.apinex.com)</td>
			<td style="width:257px;">LN60-650</td>
			<td style="width:471px;">5mW. This is a low powered laser, similar to a teachers lasers pointer</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:328px;">Photodiode Array</td>
			<td style="width:237px;">VISHAY SEMICONDUCTOR&#160; TEFD4300&#160; PIN PHOTODIODE, 650NM, 20DEG, T1</td>
			<td style="width:257px;">TEFD4300</td>
			<td style="width:471px;">We made a custom array of 15 of these Photodiodes wired in parallel</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">Analogue to Digital Convertor Integrated Circuit&#160;</td>
			<td style="width:237px;">Custom made in our lab</td>
			<td style="width:257px;"></td>
			<td style="width:471px;">We made this item ourselves, but an easily available commercial product, Gino PCF8591 AD/DA Converter, provides the same functionality.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flying insect detection and classification with inexpensive sensors

מערכת זולה, לא פולשנית שיכול במדויק לסווג חרקים מעופפים תהיה ההשלכות חשובות למחקר האנטומולוגי, ולאפשר לפיתוח יישומים שימושיים רבים בוקטור והדברה עבור שתי אנטומולוגיה הרפואית וחקלאית. לאור זאת, שישים השנה האחרונה ראתה את מאמצי מחקר רבים שהוקדשו למשימה זו. עד כה, עם זאת, אף אחד ממחקר זה יש לו השפעה ארוכת טווח. בעבודה זו, אנו מראים כי חיישנים אופטיים פסאודו אקוסטי יכולים לייצר נתונים מעולים; כי תכונות נוספות, שניהם פנימיים וחיצוני לחרק טיסת התנהגות, ניתן לנצל כדי לשפר את סיווג חרקים; שגישת סיווג בייס מאפשרת ללמוד ביעילות מודלים סיווג, כי הם מאוד חזקים כדי הולמים מעל, ומסגרת סיווג כללית מאפשרת לשלב מספר שרירותי של תכונות בקלות. אנו מדגימים את הממצאים בניסויים בקנה מידה גדולה שמגמדים את כל העבודות הקודמות COMBIנד, כפי שהיא נמדדת על ידי המספר של חרקים ומספר המינים נחשבים.

שני ניסויים מוצגים כאן. עבור שני הניסויים, הנתונים המשמשים נדגמו באופן אקראי מתוך מאגר הנתונים המכילים למעלה מ 100,000 אובייקטים. הניסוי הראשון מראה את היכולת של מסווג הציעו לסווג במדויק מינים / מינים שונים של חרקים. כדיוק הסיווג תלוי בחרקים לסיווג, ערך מוחלט יחיד לדיוק סיווג לא לתת לקורא אינטואיציה טובה לגבי הביצועים של המערכת. במקום זאת, ולא דיווח על הדיוק של מסווג על סט קבוע של חרקים, מסווג היה מוחל על מערכי נתונים עם מספר בהדרגה הולך וגדל של מינים, ולכן הגדלת קושי סיווג. בסיס הנתונים החלו עם רק 2 מינים של חרקים; אז בכל שלב, מין אחד יותר (או מין אחד של מינים מבחינה מינית דימורפית) נוספו ומסווג שימש לסווג מוגברמספר המינים (המערך החדש). בסך הכל עשרה סוגים של חרקים (מינים שונים מאותו מין ספירת מעמדות שונות כ) נחשבו, עם 5,000 מופת בכל כיתה. המסווג השתמש בשני חרקי הקול (ספקטרום תדרים) והזמן של יירוט לסיווג. טבלת 1 מציגה את דיוק הסיווג הנמדד בכל צעד והכיתה הרלוונטית הוסיפה בצעד ש. על פי לוח 1, המסווג משיג יותר 96% דיוק כאשר סיווג לא יותר מ 5 מינים של חרקים, גבוהים באופן משמעותי משיעור ברירת המחדל של דיוק 20%. גם כאשר מספר הכיתות נחשב עליות ל10, דיוק הסיווג הוא לא נמוך מ79%, שוב גבוה יותר באופן משמעותי משיעור ברירת המחדל של 10%. שים לב כי בעשרת השיעורים הם לא קל להפריד, אפילו על ידי בדיקה אנושית. בין עשרת המינים, שמונה מהם יתושים, שנינותh שש מהם להיות מאותו הסוג. הניסוי השני הוא להראות כיצד במדויק את מערכת יחסי מין יכולה חרקים מעופפים, במיוחד, כדי להבדיל יתושי aegypti זכר Ae. מנקבות. לחלק הראשון של הניסוי, מניח ש&quot; עלות הסיווג המוטעית &quot;של misclassifying זכרים כנקבות היא זהה לעלות misclassifying נקבות כזכרים. עם הנחה זו, תוצאות הסיווג מוצגות בלוח 2.I. דיוק הסיווג למין Ae. Aegypti הוא% על 99.4. לחלקו השני של ניסוי, להניח את העלות היא לא סימטרית, כלומר, סיווג מוטעה של נקבות כזכרים הוא הרבה יותר יקר מאשר הפוך. עם הנחה זו, סף ההחלטה של ​​המסווג שונה כדי להפחית את מספר misclassifications עלות הגבוהה. עם הסף מכוון כראוי, תוצאות הסיווג בטבלה 2.השני הושגו. של 2,000 חרקים בניסוי, עשרים ושניים גברים, ואפס נקבות היו misclassified. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1 גרסה הגיונית של התקנת החיישן עם הרכיבים מבואר (I) אחד מכלובי הניסוי נעשה שימוש כדי לאסוף את הנתונים. (II). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52111/52111fig1highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig2highres.jpg" /> איור 2 (I) דוגמא של קטע שמע 1 שניות המכיל &quot;קול חרקים מעופף&quot; שנוצר על ידי החיישן. הצליל הופק על ידי Cx. Stigmatosoma נשי. Inseקול ct הוא מסומן באדום / נועז. (II) &quot;קול החרקים&quot;, שנוקה ונשמר לתוך ארוך קליפ אודיו 1-sec ידי מרכוז אות החרקים וריפוד עם 0s במקום אחר. (III) ספקטרום התדרים של קול החרקים, שהושג באמצעות בדיד Fourier Transform. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52111/52111fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig3highres.jpg" /> איור 3 רשת בייס שמשתמשת בתכונה אחת לסיווג. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig4highres.jpg" /> איור 4 רשת בייס שמשתמשת בשתי תכונות בלתי תלויות לclassificat<html> יון <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig5highres.jpg" /> איור 5 מקצבי היממה של Cx. stigmatosoma (נקבה), Cx. tarsalis (זכר), ו AE. aegypti (נקבה), למד על סמך תצפיות שנוצרו על ידי החיישן שנאספו על משך חודש 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52111/52111fig5highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig6highres.jpg" /> איור 6 רשת בייס שמשתמשת בשלוש תכונות עצמאיות לסיווג. ז &quot;/&gt; איור 7 ההנחות של התפלגות הגיאוגרפיה של כל מיני חרקים ומקומות חיישן בסימולציה כדי להדגים את היעילות של שימוש בתכונת המיקום של ליירט בסיווג. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52111/52111fig7highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/52111/52111fig8highres.jpg" /> איור 8 הרשת בייס הכללית שמשתמשת בתכונות n לסיווג, כאשר n הוא מספר חיובי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52111/52111fig8highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שלב </td><td> Species נוסף </td><td> דיוק סיווג </td><td></td><td> שלב </td><td> מינים נוסף </td><td> דיוק סיווג </td></tr><tr><td> 1 </td><td> AE. aegypti ♂ </td><td> N / </td><td></td><td> 6 </td><td> Cx. quinquefasciatus ♂ </td><td> 92.69% </td></tr><tr><td> 2 </td><td> domestica Musca </td><td> 98.99% </td><td></td><td> 7 </td><td> Cx. stigmatosoma ♀ </td><td> 89.66% </td></tr><tr><td> 3 </td><td> AE. aegypti ♀ </td><td> 98.27% </td><td></td><td> 8 </td><td> Cx. tarsalis ♂ </td><td> 83.54% </td></tr><tr><td> 4 </td><td> Cx. stigmatosoma ♂ </td><td> 97.31% </td><td></td><td> 9 </td><td> Cx. quinquefasciatus ♀ </td><td> 81.04% </td></tr><tr><td> 5 </td><td> &lt;em&gt; Cx. tarsalis ♀ </td><td> 96.10% </td><td></td><td> 10 </td><td> simulans דרוזופילה </td><td> 79.44% </td></tr></tbody></table> דיוק .1 סיווג שולחן עם הגדלת מספר הכיתות. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td></td><td colspan="2"> כיתה חזתה </td><td></td><td colspan="2"></td><td colspan="2"> כיתה חזתה </td></tr><tr><td colspan="2"> אני (עלות סימטרית) </td><td> נקבה </td><td> זכר </td><td></td><td colspan="2"> II (עלות סימטרית) </td><td> נקבה </td><td> זכר </td></tr><tr><td rowspan="2"> כיתה בפועל </td><td> נקבה </td><td> 993 </td><td> 7 </td><td></td><td rowspan="2"> כיתה בפועל </td><td> נקבה </td><td> 1,000 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> זכר </td&gt; <td> 5 </td><td> 995 </td><td></td><td> זכר </td><td> 22 </td><td> 978 </td></tr></tbody></table> לוח 2: מטריצת הבלבול לאפליה מטעמי מין של AE (I). יתושי aegypti עם סף ההחלטה לנקבות מוגדרת ב0.5 (כלומר, אותו הנחה עלות). (II) מטריצת הבלבול של מין אותו יתושים, עם ההחלטה סף לנשים נקבעו על 0.1.

Watch this Scientific Journal Video about Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors at JoVE.com

Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors

הצענו מערכת שמשתמשת בחיישנים זולים, לא פולשנית פסאודו אקוסטי אופטיים באופן אוטומטי ומדויק לאתר, לספור, ולסווג את חרקים מעופפים המבוססים על קול הטיסה שלהם.

טיסה חרקים באיתור ובסיווג עם חיישנים זולים

An inexpensive, noninvasive system that could accurately classify flying insects would have important implications for entomological research, and allow ...

flying-insect-detection-and-classification-with-inexpensive-sensors

Google

Research

JoVE Journal

Bioengineering

25.0K Views.  University of California, Riverside.  הצענו מערכת שמשתמשת בחיישנים זולים, לא פולשנית פסאודו אקוסטי אופטיים באופן אוטומטי ומדויק לאתר, לספור, ולסווג את חרקים מעופפים המבוססים על קול הטיסה שלהם. 

Video: Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors

Bacterial Detection &amp; Identification Using Electrochemical Sensors

Electrochemical sensors are widely used for rapid and accurate measurement of blood glucose and can be adapted for detection of a wide variety of analytes. Electrochemical sensors operate by transducing a biological recognition event into a useful electrical signal. Signal transduction occurs by coupling the activity of a redox enzyme to an amperometric electrode. Sensor specificity is either an inherent characteristic of the enzyme, glucose oxidase in the case of a glucose sensor, or a product of linkage between the enzyme and an antibody or probe.
Here, we describe an electrochemical sensor assay method to directly detect and identify bacteria. In every case, the probes described here are DNA oligonucleotides. This method is based on sandwich hybridization of capture and detector probes with target ribosomal RNA (rRNA). The capture probe is anchored to the sensor surface, while the detector probe is linked to horseradish peroxidase (HRP). When a substrate such as 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) is added to an electrode with capture-target-detector complexes bound to its surface, the substrate is oxidized by HRP and reduced by the working electrode. This redox cycle results in shuttling of electrons by the substrate from the electrode to HRP, producing current flow in the electrode.

We describe an electrochemical sensor assay method for rapid bacterial detection and identification. The assay involves a sensor array functionalized with DNA oligonucleotide capture probes for ribosomal RNA (rRNA) species-specific sequences. Sandwich hybridization of target rRNA with the capture probe and a horseradish peroxidase-linked DNA oligonucleotide detector probe produces a measurable amperometric current.

גילוי חיידקים וזיהוי באמצעות חיישנים אלקטרוכימיים

Electrochemical  sensors are widely used for rapid and accurate measurement of blood glucose and  can be adapted for detection of a wide variety of ...

Glutamine Flux Imaging Using Genetically Encoded Sensors

Genetically encoded sensors allow real-time monitoring of biological molecules at a subcellular resolution. A tremendous variety of such sensors for biological molecules became available in the past 15 years, some of which became indispensable tools that are used routinely in many laboratories.
One of the exciting applications of genetically encoded sensors is the use of these sensors in investigating cellular transport processes. Properties of transporters such as kinetics and substrate specificities can be investigated at a cellular level, providing possibilities for cell-type specific analyses of transport activities. In this article, we will demonstrate how transporter dynamics can be observed using genetically encoded glutamine sensor as an example. Experimental design, technical details of the experimental settings, and considerations for post-experimental analyses will be discussed.

This article will demonstrate how to monitor glutamine dynamics in live cells using FRET. Genetically encoded sensors allow real-time monitoring of biological molecules at a subcellular resolution. Experimental design, technical details of the experimental settings, and considerations for post-experimental analyses will be discussed for genetically encoded glutamine sensors.

גלוטמין שטף הדמיה באמצעות חיישני מקודדים גנטיים

Genetically encoded sensors allow real-time monitoring of biological molecules at a subcellular resolution. A tremendous variety of such sensors for ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration of pre-processing steps. Utilizing these devices towards the analysis of DNA hybridization events is important because it offers a technology for real time assessment of biomarkers at the point-of-care for various diseases. However, when the device footprint decreases the dominance of various physical phenomena increases. These phenomena influence the fabrication precision and operation reliability of the device. Therefore, there is a great need to accurately fabricate and operate these devices in a reproducible manner in order to improve the overall performance. Here, we describe the protocols and the methods used for the fabrication and the operation of a microfluidic-based electrochemical biochip for accurate analysis of DNA hybridization events. The biochip is composed of two parts: a microfluidic chip with three parallel micro-channels made of polydimethylsiloxane (PDMS), and a 3 x 3 arrayed electrochemical micro-chip. The DNA hybridization events are detected using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. The EIS analysis enables monitoring variations of the properties of the electrochemical system that are dominant at these length scales. With the ability to monitor changes of both charge transfer and diffusional resistance with the biosensor, we demonstrate the selectivity to complementary ssDNA targets, a calculated detection limit of 3.8 nM, and a 13% cross-reactivity with other non-complementary ssDNA following 20 min&#160;of incubation. This methodology can improve the performance of miniaturized devices by elucidating on the behavior of diffusion at the micro-scale regime and by enabling the study of DNA hybridization events.

We present a microfluidic-based electrochemical biochip for DNA hybridization detection. Following ssDNA probe functionalization, the specificity, sensitivity, and detection limit are studied with complementary and non-complementary ssDNA targets. Results illustrate the influence of the DNA hybridization events on the electrochemical system, with a detection limit of 3.8 nM.

Biochip אלקטרוכימי מבוסס Microfluidic לניתוח הכלאה DNA ללא תווית

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Sensitive Detection of Proteopathic Seeding Activity with FRET Flow Cytometry

Increasing evidence supports transcellular propagation of toxic protein aggregates, or proteopathic seeds, as a mechanism for the initiation and progression of pathology in several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease and the related tauopathies. The potentially critical role of tau seeds in disease progression strongly supports the need for a sensitive assay that readily detects seeding activity in biological samples. 
By combining the specificity of fluorescence resonance energy transfer (FRET), the sensitivity of flow cytometry, and the stability of a monoclonal cell line, an ultra-sensitive seeding assay has been engineered and is compatible with seed detection from recombinant or biological samples, including human and mouse brain homogenates. The assay employs monoclonal HEK 293T cells that stably express the aggregation-prone repeat domain (RD) of tau harboring the disease-associated P301S mutation fused to either CFP or YFP, which produce a FRET signal upon protein aggregation. The uptake of proteopathic tau seeds (but not other proteins) into the biosensor cells stimulates aggregation of RD-CFP and RD-YFP, and flow cytometry sensitively and quantitatively monitors this aggregation-induced FRET. The assay detects femtomolar concentrations (monomer equivalent) of recombinant tau seeds, has a dynamic range spanning three orders of magnitude, and is compatible with brain homogenates from tauopathy transgenic mice and human tauopathy subjects. With slight modifications, the assay can also detect seeding activity of other proteopathic seeds, such as &#945;-synuclein, and is also compatible with primary neuronal cultures. The ease, sensitivity, and broad applicability of FRET flow cytometry makes it useful to study a wide range of protein aggregation disorders.

Cell-to-cell transfer of protein aggregates, or proteopathic seeds, may underlie the progression of pathology in neurodegenerative diseases. Here, a novel FRET flow cytometry assay is described that enables specific and sensitive detection of seeding activity from recombinant or biological samples.

איתור רגיש של פעילות זריעת Proteopathic עם סריג cytometry הזרימה

Increasing evidence supports transcellular propagation of toxic protein aggregates, or proteopathic seeds, as a mechanism for the initiation and ...

Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. This step is necessary for the generation of small molecular weight peptides, generally with MW &#60; 3,000-4,000 Da, that fall within the effective scan range of mass spectrometry instrumentation. Conventional protocols involve O/N enzymatic digestion at 37 &#186;C. Recent advances have led to the development of a variety of strategies, typically involving the use of a microreactor with immobilized enzymes or of a range of complementary physical processes that reduce the time necessary for proteolytic digestion to a few minutes (e.g., microwave or high-pressure). In this work, we describe a simple and cost-effective approach that can be implemented in any laboratory for achieving fast enzymatic digestion of a protein. The protein (or protein mixture) is adsorbed on C18-bonded reversed-phase high performance liquid chromatography (HPLC) silica particles preloaded in a capillary column, and trypsin in aqueous buffer is infused over the particles for a short period of time. To enable on-line MS detection, the tryptic peptides are eluted with a solvent system with increased organic content directly in the MS ion source. This approach avoids the use of high-priced immobilized enzyme particles and does not necessitate any aid for completing the process. Protein digestion and complete sample analysis can be accomplished in less than ~3 min and ~30 min, respectively.

A quick protocol for proteolytic digestion with an in-house built flow-through tryptic microreactor coupled to an electrospray ionization (ESI) mass spectrometer is presented. The fabrication of the microreactor, the experimental setup and the data acquisition process are described.

עיבוד אנזימתי תענית חלבונים עבור איתור MS עם microreactor זרימה דרך

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Ovarian Cancer Detection Using Photoacoustic Flow Cytometry

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies for the detection of CTCs include flow cytometry, microfluidic devices, and real-time polymerase chain reaction (RT-PCR). Despite recent advances, methods for the detection of early ovarian cancer metastasis still lack the sensitivity and specificity required for clinical translation. Here, a novel method is presented for the detection of ovarian circulating tumor cells by photoacoustic flow cytometry (PAFC) utilizing a custom three dimensional (3D) printed system, including a flow chamber and syringe pump. This method utilizes folic acid-capped copper sulfide nanoparticles (FA-CuS NPs) to target SKOV-3 ovarian cancer cells by PAFC. This work demonstrates the affinity of these contrast agents for ovarian cancer cells. The results show NP characterization, PAFC detection, and NP uptake by fluorescence microscopy, thus demonstrating the potential of this novel system to detect ovarian CTCs at physiologically relevant concentrations.

A protocol is presented to detect circulating ovarian tumor cells utilizing a custom-made photoacoustic flow system and targeted folic acid-capped copper sulfide nanoparticles.

סרטן השחלות האיתור באמצעות פוטואקוסטי זרימה Cy, לנסות

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies ...

Design and Analysis for Fall Detection System Simplification

This paper presents a methodology based on multimodal sensors to configure a simple, comfortable and fast fall detection and human activity recognition system that can be easily implemented and adopted. The methodology is based on the configuration of specific types of sensors, machine-learning methods and procedures. The protocol is divided into four phases: (1) database creation (2) data analysis (3) system simplification and (4) evaluation. Using this methodology, we created a multimodal database for fall detection and human activity recognition, namely UP-Fall Detection. It comprises data samples from 17 subjects that perform 5 types of falls and 6 different simple activities, during 3 trials. All information was gathered using 5 wearable sensors (tri-axis accelerometer, gyroscope and light intensity), 1 electroencephalograph helmet, 6 infrared sensors as ambient sensors, and 2 cameras in lateral and front viewpoints. The proposed novel methodology adds some important stages to perform a deep analysis of the following design issues in order to simplify a fall detection system: a) select which sensors or combination of sensors are to be used in a simple fall detection system, b) determine the best placement of the sources of information, and c) select the most suitable machine learning classification method for fall and human activity detection and recognition. Even though some multimodal approaches reported in literature only focus on one or two of the above-mentioned issues, our methodology allows simultaneously solving these three design problems related to a human fall and activity detection and recognition system.

We present a methodology based on multimodal sensors to configure a simple, comfortable and fast fall detection and human activity recognition system. The goal is to build a system for accurate fall detection that can be easily implemented and adopted.

תכנון וניתוח של מערכת גילוי סתיו פישוט

This paper presents a methodology based on multimodal sensors to configure a simple, comfortable and fast fall detection and human activity recognition ...

The Fabrication and Operation of a Continuous Flow, Micro-Electroporation System with Permeabilization Detection

Current therapeutic innovations, such as CAR-T cell therapy, are heavily reliant on viral-mediated gene delivery. Although efficient, this technique is accompanied by high manufacturing costs, which has brought about an interest in using alternative methods for gene delivery. Electroporation is an electro-physical, non-viral approach for the intracellular delivery of genes and other exogenous materials. Upon the application of an electric field, the cell membrane temporarily allows molecular delivery into the cell. Typically, electroporation is performed on the macroscale to process large numbers of cells. However, this approach requires extensive empirical protocol development, which is costly when working with primary and difficult-to-transfect cell types. Lengthy protocol development, coupled with the requirement of large voltages to achieve sufficient electric-field strengths to permeabilize the cells, has led to the development of micro-scale electroporation devices. These micro-electroporation devices are manufactured using common microfabrication techniques and allow for greater experimental control with the potential to maintain high throughput capabilities. This work builds off a microfluidic-electroporation technology capable of detecting the level of cell membrane permeabilization at a single-cell level under continuous flow. However, this technology was limited to 4 cells processed per second, and thus a new approach for increasing the system throughput is proposed and presented here. This new technique, denoted as cell-population-based feedback control, considers the cell permeabilization response to a variety of electroporation pulsing conditions and determines the best-suited electroporation pulse conditions for the cell type under test. A higher-throughput mode is then used, where this 'optimal' pulse is applied to the cell suspension in transit. The steps for fabricating the device, setting up and running the microfluidic experiments, and analyzing the results are presented in detail. Finally, this micro-electroporation technology is demonstrated by delivering a DNA plasmid encoding for green fluorescent protein (GFP) into HEK293 cells.

This protocol describes the microfabrication techniques required to build a lab-on-a-chip, microfluidic electroporation device. The experimental setup performs controlled, single-cell-level transfections in a continuous flow and can be extended to higher throughputs with population-based control. An analysis is provided showcasing the ability to electrically monitor the degree of cell membrane permeabilization in real-time.

ייצור והפעלה של זרימה רציפה, מערכת מיקרו-אלקטרופורציה עם זיהוי חלחול

Current therapeutic innovations, such as CAR-T cell therapy, are heavily reliant on viral-mediated gene delivery. Although efficient, this technique is ...

תוכנית AI לזיהוי וסיווג טריפנוסומיאזיס

Superior Auto-Identification of Trypanosome Parasites by Using a Hybrid Deep-Learning Model

Trypanosomiasis is a significant public health problem in several regions across the world, including South Asia and Southeast Asia. The identification of hotspot areas under active surveillance is a fundamental procedure for controlling disease transmission. Microscopic examination is a commonly used diagnostic method. It is, nevertheless, primarily reliant on skilled and experienced personnel. To address this issue, an artificial intelligence (AI) program was introduced that makes use of a hybrid deep learning technique of object identification and object classification neural network backbones on the in-house low-code AI platform (CiRA CORE). The program can identify and classify the protozoan trypanosome species, namely Trypanosoma cruzi, T. brucei, and T. evansi, from oil-immersion microscopic images. The AI program utilizes pattern recognition to observe and analyze multiple protozoa within a single blood sample and highlights the nucleus and kinetoplast of each parasite as specific characteristic features using an attention map.
To assess the AI program&#39;s performance, two unique modules are created that provide a variety of statistical measures such as accuracy, recall, specificity, precision, F1 score, misclassification rate, receiver operating characteristics (ROC) curves, and precision versus recall (PR) curves. The assessment findings show that the AI algorithm is effective at identifying and categorizing parasites. By delivering a speedy, automated, and accurate screening tool, this technology has the potential to transform disease surveillance and control. It could also assist local officials in making more informed decisions on disease transmission-blocking strategies.

מחבר זרקור: זיהוי מיני טריפנוזום מבוסס בינה מלאכותית מתמונות מיקרוסקופיות 

Worldwide medical blood parasites were automatically screened using simple steps on a low-code AI platform. The prospective diagnosis of blood films was improved by using an object detection and classification method in a hybrid deep learning model. The collaboration of active monitoring and well-trained models helps to identify hotspots of trypanosome transmission.

זיהוי אוטומטי מעולה של טפילי טריפנוזום באמצעות מודל היברידי של למידה עמוקה

Trypanosomiasis is a significant public health problem in several regions across the world, including South Asia and Southeast Asia. The identification of ...