RU2659712C1 - Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer - Google Patents

Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer Download PDF

Info

Publication number
RU2659712C1
RU2659712C1 RU2017116402A RU2017116402A RU2659712C1 RU 2659712 C1 RU2659712 C1 RU 2659712C1 RU 2017116402 A RU2017116402 A RU 2017116402A RU 2017116402 A RU2017116402 A RU 2017116402A RU 2659712 C1 RU2659712 C1 RU 2659712C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rat
training
signal
odor
multilayer neural
Prior art date
Application number
RU2017116402A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Медведев
Валерий Николаевич Кирой
Андрей Сергеевич Ильиных
Дмитрий Григорьевич Шапошников
Руслан Рустамович Алимов
Артём Владленович Вдовюк
Владимир Васильевич Золотухин
Алексей Евгеньевич Матухно
Алексей Борисович Смоликов
Евгений Николаевич Стадников
Надежда Руслановна Миняева
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2017116402A priority Critical patent/RU2659712C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659712C1 publication Critical patent/RU2659712C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00Defence installations; Defence devices
    • F41H11/12Means for clearing land minefields; Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/13Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/132Biological systems, e.g. with detection by animals or plants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22Fuels, explosives
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/06Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
    • G06N3/061Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using biological neurons, e.g. biological neurons connected to an integrated circuit

Abstract

FIELD: security facilities.
SUBSTANCE: invention relates to the field of safety and gas analyzers, namely to methods for detecting explosive and/or narcotic substances in the air. Invention is based on the analysis of ECoG of signals taken by electrodes implanted in the rat brain. At the first stage, the multilayer neural networks used are trained. This is ensured by the delivery of a certain odor, by removing the ECoG signal, by appropriately converting the signal and recording it. Result of training is the generation of an array of vectors consisting of an odor and the corresponding elements of the ECoG signal. Immediately during the measurement process, ECoG signals taken by electrodes are compared with the use of training systems and neural networks with the previously obtained array of vectors and a detectable odor is determined.
EFFECT: invention provides an improvement in accuracy, while eliminating the need to stimulate the brain of the rat in the learning process.
6 cl, 21 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области скрытного обнаружения с высокой чувствительностью наркотических веществ с концентрацией не более 0,1 мкг/м3 и взрывчатых веществ порядка 0,01 мкг/м3 и может быть использовано в целях безопасности аэропортов, вокзалов, стадионов и других мест скопления людей.The invention relates to the field of secretive detection with high sensitivity of narcotic substances with a concentration of not more than 0.1 μg / m 3 and explosives of the order of 0.01 μg / m 3 and can be used for security purposes at airports, railway stations, stadiums and other crowded places .

Уровень техникиState of the art

Обеспечение безопасности является одной из приоритетных задач каждого государства, а своевременное определение мест с потенциально опасными веществами такими как взрывчатые вещества или наркотические средства является необходимым элементом обеспечения безопасности. Существуют различные способы для обнаружения таких веществ техническими устройствами, которые основываются как на химических, так и физических способах определения. Наибольшее распространение получили приборы, в которых используются такие методы анализа как газовая хроматография, ионно-дрейфовая спектрометрия, масс - спектрометрия. Как указывается в статье А.В. Кихтенко и К.В. Елисеева (Кихтенко А.В., Елисеев К.В. Обнаружение взрывоопасных объектов: аппаратурное обеспечение антитеррористических служб // Российский химический журнал. 2005. Т. XLIX. №4. с. 132-137) [1], большинство таких приборов обладают достаточно высокой чувствительностью и предел их обнаружения заданных веществ составляет 1000-0,01 мкг/м3, а время анализа пробы занимает от нескольких до сотен секунд. В случае использования анализаторов на основе спектрометрии ионной подвижности (RU 2471179 МПК G01N 27/64, дата публикации 2012-12-27) [2], (RU 2360242 МПК G01N 30/96, дата публикации 2006-01-26) [3], (RU 2231781 МПК G01N 27/62, дата публикации, 2004-06-27) [4], (RU 2398309 МПК H01J 49/40, G01N 27/64, дата публикации 2009-07-16) [5], (RU 2354963 МПК G01N 27/62, G01N 30/64, дата публикации 2007-11-08)[6], (RU 2329563 МПК H01J 49/40, G01N 27/64, дата публикации 2006-12-25) [7], (RU 2460067 МПК G01N 27/62, дата публикации 2011-04-20)[8] (заявка WO 2008049488 А1 МПК G01N 27/62A, H01J 49/10B, H01J 49/16, G01N 27/64, дата публикации 2012-06-20) [9] время анализа составляет 1-15 с, а чувствительность до 1000 мкг/м3. При использования газовых хроматографов (RU 2395076 МПК G01N 27/64, дата публикации 2009-03-23) [10], (RU 2431212 МПК H01J 49/40, дата публикации 2010-07-09) [11], (CN 2622705 Y, МПК G01N 30/72, H01J 49/26, дата публикации 2003-05-20) [12], (US 6470730 В1, МПК G01N 1/00, G01N 1/02, G01N 1/22, G01N 1/28, G01N33/00, дата публикации 2000-08-18) [13] чувствительность повышается до 0,1 мкг/м3 к определяемым веществам, но увеличивается время анализа до 20-200 с, а так же требуется предварительная пробоподготовка. Необходимо так же отметить, что существенными недостатками газоанализаторов и газохроматографов являются зависимость точности измерений от температуры и влажности окружающей среды.Ensuring security is one of the priorities of each state, and timely identification of places with potentially hazardous substances such as explosives or drugs is a necessary element of security. There are various methods for detecting such substances by technical devices that are based on both chemical and physical methods of determination. The most widely used instruments are those that use analysis methods such as gas chromatography, ion-drift spectrometry, mass spectrometry. As indicated in the article by A.V. Kikhtenko and K.V. Eliseeva (Kikhtenko A.V., Eliseev K.V. Detection of explosive objects: hardware of anti-terrorist services // Russian Chemical Journal. 2005. T. XLIX. No. 4. p. 132-137) [1], most of these devices have sufficiently high sensitivity and the limit of their detection of the specified substances is 1000-0.01 μg / m 3 and the analysis time of the sample takes from several to hundreds of seconds. In the case of analyzers based on ion mobility spectrometry (RU 2471179 IPC G01N 27/64, publication date 2012-12-27) [2], (RU 2360242 IPC G01N 30/96, publication date 2006-01-26) [3] , (RU 2231781 IPC G01N 27/62, publication date, 2004-06-27) [4], (RU 2398309 IPC H01J 49/40, G01N 27/64, publication date 2009-07-16) [5], ( RU 2354963 IPC G01N 27/62, G01N 30/64, publication date 2007-11-08) [6], (RU 2329563 IPC H01J 49/40, G01N 27/64, publication date 2006-12-25) [7] , (RU 2460067 IPC G01N 27/62, publication date 2011-04-20) [8] (application WO 2008049488 A1 IPC G01N 27 / 62A, H01J 49 / 10B, H01J 49/16, G01N 27/64, publication date 2012 -06-20) [9] the analysis time is 1-15 s, and the sensitivity is up to 1000 μg / m 3 . When using gas chromatographs (RU 2395076 IPC G01N 27/64, publication date 2009-03-23) [10], (RU 2431212 IPC H01J 49/40, publication date 2010-07-09) [11], (CN 2622705 Y , IPC G01N 30/72, H01J 49/26, publication date 2003-05-20) [12], (US 6470730 B1, IPC G01N 1/00, G01N 1/02, G01N 1/22, G01N 1/28, G01N33 / 00, publication date 2000-08-18) [13] the sensitivity increases to 0.1 μg / m 3 for the substances to be determined, but the analysis time increases to 20-200 s, and preliminary sample preparation is also required. It should also be noted that significant disadvantages of gas analyzers and gas chromatographs are the dependence of the accuracy of measurements on temperature and humidity.

Наряду с техническими устройствами, для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ активно используются животные (Frederickx С., Verheggen F.J., Haubruge Е. Biosensors in forensic sciences// Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2011. Vol. 15. №4. P. 449-458) [14]. Наиболее часто в этих целях используют служебных собак, которых обучают сигнализировать о наличии в воздухе запаха искомого вещества определенными поведенческими реакциями в виде лая, стойки, сигнального поведения (RU 2426141 МПК G01S 1/02, дата публикации 2010-03-09) [15], (RU 2338175 МПК G01N 1/22, А01К 15/00, дата публикации 2006-09-29) [16]. Однако, несмотря на то, что эти животные хорошо зарекомендовали себя в обнаружении, их использование сопряжено со значительными экономическими и организационными затратами, связанными с условиями содержания и дрессуры, требующей специалиста кинолога и не обеспечивают скрытность обнаружения. Поэтому область их применения ограничена и зависит от состояния животного и его текущих потребностей. Учитывая это, в настоящее время все более активно осуществляется поиск других животных-макросматиков, которых можно использовать в этих целях.Along with technical devices, animals are actively used to detect explosive and narcotic substances (Frederickx C., Verheggen FJ, Haubruge E. Biosensors in forensic sciences // Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2011. Vol. 15. No. 4. P. 449-458) [14]. Most often, service dogs are used for these purposes, which are trained to signal the presence of the smell of the desired substance in the air by certain behavioral reactions in the form of barking, stance, signaling behavior (RU 2426141 IPC G01S 1/02, publication date 2010-03-09) [15] , (RU 2338175 IPC G01N 1/22, А01К 15/00, publication date 2006-09-29) [16]. However, despite the fact that these animals have proven themselves in detection, their use is associated with significant economic and organizational costs associated with the conditions of detention and training, which requires a specialist canine specialist and does not provide secretive detection. Therefore, the scope of their application is limited and depends on the state of the animal and its current needs. Given this, at present, more and more actively a search is being made for other macromatical animals that can be used for this purpose.

Наиболее известными примерами являются:The most famous examples are:

- использование бельгийской неправительственной организацией (АРОРО Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Product Ontwikkeling «развитие продуктов обнаружения противопехотных мин», https://www.apopo.org/en/componentyone/summarv?show=265, дата публикации 2014-09-19) [17] хомяковидных (Cricetomys gambianus) крыс для поиска и обнаружения мин в странах Африки, Тайланде и Камбодже;- use by a Belgian non-governmental organization (AROPO Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Product Ontwikkeling “Development of anti-personnel mine detection products”, https://www.apopo.org/en/componentyone/summarv?show=265, publication date 2014-09-19) [ 17] hamster (Cricetomys gambianus) rats for search and detection of mines in Africa, Thailand and Cambodia;

- использование крыс в качестве биологических сенсоров для поиска взрывчатки компанией TAMAR Group (Израиль, Web: http://news.sky.com/story/1010634/sniffer-mice-used-to-detect-bombs-and-drugs, дата публикации 2012-11-13) [18];- the use of rats as biological sensors for explosives by the TAMAR Group (Israel, Web: http://news.sky.com/story/1010634/sniffer-mice-used-to-detect-bombs-and-drugs, publication date 2012-11-13) [18];

Недостатком указанных способов является использование условно рефлекторного обучения животных, которое требует времени и подготовленных специалистов.The disadvantage of these methods is the use of conditioned reflex training of animals, which requires time and trained specialists.

Наряду с млекопитающими, известно использование для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ насекомых. Так, например, пчел используют для обнаружения тротила, гексогена, пластической взрывчатки на его основе, а также наркотиков - метамфетамина и кокаина (заявка US 2005009444 А1, НКИ 449/27, 119/420, 119/65, 119/421, МПК G01N33/00, дата публикации 2002-12-20) [19], (Rains G.C., Tomberlin J.K., Kulasiri D. Using insect sniffing devices for detection // Trends Biotechnol. 2008. Vol. 26. №6. P. 288-294) [20].Along with mammals, the use of insects for the detection of narcotic and explosive substances is known. For example, bees are used to detect TNT, RDX, plastic explosives based on it, as well as drugs - methamphetamine and cocaine (application US 2005009444 A1, NKI 449/27, 119/420, 119/65, 119/421, IPC G01N33 / 00, publication date 2002-12-20) [19], (Rains GC, Tomberlin JK, Kulasiri D. Using insect sniffing devices for detection // Trends Biotechnol. 2008. Vol. 26. No. 6. P. 288-294 ) [twenty].

Известны также устройства, представляющие собой биотехническую систему, компонентом которой является пчела и техническое устройство, позволяющее оценивать ее поведение (Обнаружение взрывчатки при помощи пчел Web: http://www.pergam.ru/articles/biogasanalizer.htm, дата публикации 28.11.2013) [20], (заявка US 20120264353 А1, НКИ 449/2, 449/1, МПК А01К 51/00, А01К 55/00, дата публикации 2011-04-04) [22]. Однако, полезность использования вызывает сомнения в виду сложности обучения, зависимости поведения пчел от времени года.Also known devices, which are a biotechnological system, a component of which is a bee and a technical device that allows you to evaluate its behavior (Detection of explosives using bees Web: http://www.pergam.ru/articles/biogasanalizer.htm, publication date 11/28/2013 ) [20], (application US 20120264353 A1, NKI 449/2, 449/1, IPC A01K 51/00, A01K 55/00, publication date 2011-04-04) [22]. However, the usefulness of use is doubtful in view of the complexity of training, the dependence of the behavior of bees on the time of year.

Известно использование устройств типа «электронный нос» (

Figure 00000001
М.М., Manso A.G., Orellana C.G.O.,
Figure 00000002
Velasco H.M., Caballero R.G. and Peguero Chamizo J.C. Acetic Acid Detection Threshold in Synthetic Wine Samples of a Portable Electronic Nose//Sensors. 2013. Vol. 13. P. 208-220, doi:10.3390/s130100208) [23] моделирующий обоняние собаки (Dog-inspired scent detfector sniffs out explosives and narcotics Web:http://www.gizmag.com/electronic-nose/25128/, дата публикации 21.11.2012) [24].It is known to use devices of the "electronic nose" type (
Figure 00000001
M.M., Manso AG, Orellana CGO,
Figure 00000002
Velasco HM, Caballero RG and Peguero Chamizo JC Acetic Acid Detection Threshold in Synthetic Wine Samples of a Portable Electronic Nose // Sensors. 2013. Vol. 13. P. 208-220, doi: 10.3390 / s130100208) [23] simulating the dog's sense of smell (Dog-inspired scent detfector sniffs out explosives and narcotics Web: http: //www.gizmag.com/electronic-nose/25128/, publication date 11/21/2012) [24].

Недостатками устройств данного типа являются техническая сложность их создания, зависимость чувствительности от изменений температуры и влажности окружающей среды, а также «старение» чувствительных элементов системы.The disadvantages of devices of this type are the technical complexity of their creation, the dependence of sensitivity on changes in temperature and humidity, as well as the "aging" of sensitive elements of the system.

На современном этапе перспективными являются способы выявления в воздухе малых концентраций взрывчатых и наркотических веществ на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельного анализатора крысы. Известно, что животные-макросматики, в частности крысы, обладают чрезвычайно высокой обонятельной чувствительностью. Крысы определяли пары тринитротолуола при их концентрации 2,44 мкг/м3 с вероятностью 100%, при их концентрации 1,32 мкг/м3 - 95%, и при концентрации 1,07 мкг/м3 - 60% практически при отсутствии ложных срабатываний (Yinon J., Zitrin S. Modern methods and applications in analysis of explosives. Chichester, UK; New York, USA: Wiley. 1996, 316 c.) [25].At the present stage, methods for detecting low concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on the analysis of the bioelectric potentials of the olfactory rat analyzer are promising. It is known that animal macromatics, in particular rats, have an extremely high olfactory sensitivity. Rats determined trinitrotoluene pairs at a concentration of 2.44 μg / m 3 with a probability of 100%, at a concentration of 1.32 μg / m 3 - 95%, and at a concentration of 1.07 μg / m 3 - 60% with virtually no false positives (Yinon J., Zitrin S. Modern methods and applications in analysis of explosives. Chichester, UK; New York, USA: Wiley. 1996, 316 c.) [25].

Существующие технологии включают в себя дистанционно управляемых животных, способных передвигаться через трудно проходимую территорию, в отличие от роботов у них нет необходимости в подзарядке батареи. Животное снабжается приборами с электронными коммуникационными устройствами и датчиками, и управляется с помощью пульта дистанционной стимуляции мозга (заявка US 2003/0199944, МПК, МПИ дата публикации)) [26], заявка US 2013098310 А1 МПК А01К 1/03, А01К 15/02, A61N 1/36, A61N 1/372, B62D 63/02, G06N 3/06, Н02Н 1/00, дата публикации 2013-04-25) [27], в котором дистанционно управляемое животное обучается искать целевые запахи и может автономно нести электронные датчики в недоступные или опасные места для проведения различных миссий, в том числе для поиска людей, похороненных в куче щебня, правоохранительных операций и обнаружения взрывчатых веществ, химикатов и других опасных материалов. Это изобретение направлено на решение вышеуказанных и других проблем путем создания способа и устройства для телеуправления, наведения и тренировки обнаружению запаха, свободно перемещающегося животного через стимуляцию его мозга. В одной из возможных конструкции, используются шестнадцать электродов, имплантированных в мозг животного. Электроды имплантируют в вентральную область покрышки или другие области латерального гипоталамуса для стимуляции центра удовольствия при обучении распознавания запахов.Existing technologies include remotely controlled animals that can move through difficult terrain; unlike robots, they do not need to recharge their batteries. The animal is supplied with devices with electronic communication devices and sensors, and is controlled using the remote brain stimulation (application US 2003/0199944, IPC, MPI publication date)) [26], application US 2013098310 A1 IPC A01K 1/03, A01K 15/02 , A61N 1/36, A61N 1/372, B62D 63/02, G06N 3/06, H02H 1/00, publication date 2013-04-25) [27], in which a remotely controlled animal learns to search for target odors and can autonomously carry electronic sensors to inaccessible or dangerous places for various missions, including searching for people buried in a pile of rubble, right -enforcement operations and the detection of explosives, chemicals and other hazardous materials. This invention is aimed at solving the above and other problems by creating a method and device for remote control, guidance and training to detect the smell of a freely moving animal through stimulation of its brain. In one possible design, sixteen electrodes implanted in the brain of an animal are used. Electrodes are implanted in the ventral region of the tire or other area of the lateral hypothalamus to stimulate the pleasure center when learning odor recognition.

Однако, известный способ связан с выработкой условных рефлексов животного на получение награды.However, the known method is associated with the development of conditioned reflexes of the animal to receive rewards.

Известна система измерения и блок для регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у мелких животных (крысы) с помощью множества электродов, которые покрывают или скальп, или поверхность мозга (WO 2011132756 А1, МПК А61В 5/0478, А61В 5/0476, А01К 67/00, А61В 5/055, А61В 5/0408, А61В 5/0492, дата публикации 2011-10-27) [28]. Система используется для неинвазивной регистрации ЭЭГ одновременно с функциональной магниторезонансной томографии (ФМРТ), а также электрокардиограммой (ЭКГ) и инфракрасной спектроскопией.A known measurement system and a unit for recording an electroencephalogram (EEG) in small animals (rats) using a plurality of electrodes that cover either the scalp or the surface of the brain (WO 2011132756 A1, IPC A61B 5/0478, A61B 5/0476, A01K 67/00 , А61В 5/055, А61В 5/0408, АВВ 5/0492, publication date 2011-10-27) [28]. The system is used for non-invasive registration of EEG simultaneously with functional magnetic resonance imaging (fMRI), as well as an electrocardiogram (ECG) and infrared spectroscopy.

Известно устройство для скрининга на содержание компонента наркотика/лекарственных средств, при котором стимулируют обонятельную слизистую организма таким образом, что через направленную активацию или подавление функций мозга корректируются физиологические функции (ЕР 1234540 А1, МПК А01К 1/03, А01К 29/00, А61В 5/0478, А61В 5/0484, G01N 33/50, дата публикации 2002-08-28) [29].A device for screening for the content of a drug / drug component is known, in which the olfactory mucosa of the body is stimulated in such a way that physiological functions are corrected through directed activation or suppression of brain functions (EP 1234540 A1, IPC A01K 1/03, A01K 29/00, A61B 5 / 0478, AB 5/0484, G01N 33/50, publication date 2002-08-28) [29].

Аппарат для скрининга измеряет паттерн стимуляции обонятельной луковицы, который формируется, когда обонятельная слизистая стимулируется веществом, которое представляет собой кандидат компонента наркотика и вводится к обонятельной слизистой организма. Устройство скрининга затем анализирует паттерн стимуляции таким образом, чтобы проверить корреляцию между паттерном стимуляции и физиологической реакцией, вызванной в организме веществом, которое активирует или подавляет мозг через стимуляцию обонятельной слизистой.The screening apparatus measures the stimulation pattern of the olfactory bulb, which is formed when the olfactory mucosa is stimulated by a substance that is a candidate component of the drug and is introduced to the olfactory mucosa of the body. The screening device then analyzes the stimulation pattern in such a way as to check the correlation between the stimulation pattern and the physiological response caused in the body by a substance that activates or inhibits the brain through stimulation of the olfactory mucosa.

Электродная матрица крепится на обонятельной луковице экспериментального животного.The electrode matrix is mounted on the olfactory bulb of the experimental animal.

Измерительный электрод содержит субстрат, сформированный из изолирующей пленки и шестнадцати микроэлектродов, которые расположены на поверхности субстрата в форме 4×4 матрицы. Субстрат имеет толщину от 1 мкм до 100 мкм и формируется в виде квадрата, каждая сторона которого составляет около 2 мм. Шаг между парой соседних микроэлектродов составляет около 500 мкм. Способ лечения сниженной обонятельной чувствительности включает шаги: введение компонента вещества возбуждающего обонятельную луковицу; измерение электрического сигнала, генерируемого в обонятельной луковице экспериментального животного, когда компонент вещества, воздействующий на обонятельную слизистую, управляет обонятельной выстилкой экспериментального животного для получения паттерна электрического сигнала: определение корреляции между электрическим паттерном сигнала, а также тип и уровень физиологического ответа, индуцированного у подопытного животного паттерном электрического сигнала; и подача паттерна электрического сигнала, который является достаточным для генерирования, предполагаемой физиологической реакции, к обонятельной луковице тестируемого животного в виде паттерна стимуляции. Устройство используется для тестирования фармацевтических препаратов.The measuring electrode contains a substrate formed of an insulating film and sixteen microelectrodes, which are located on the surface of the substrate in the form of a 4 × 4 matrix. The substrate has a thickness of 1 μm to 100 μm and is formed in the form of a square, each side of which is about 2 mm. The step between a pair of adjacent microelectrodes is about 500 microns. A method of treating decreased olfactory sensitivity includes the steps of: administering a component of a substance that stimulates the olfactory bulb; measurement of the electrical signal generated in the olfactory bulb of the experimental animal when the component of the substance acting on the olfactory mucosa controls the olfactory lining of the experimental animal to obtain an electric signal pattern: determining the correlation between the electric signal pattern and the type and level of physiological response induced in the experimental animal electric signal pattern; and supplying a pattern of an electrical signal that is sufficient to generate the expected physiological response to the olfactory bulb of the test animal in the form of a stimulation pattern. The device is used to test pharmaceuticals.

Известная система и способ для обнаружения активности мозга в ответ на химический раздражитель включает имплантацию электрода в мозг субъекта и измерение амплитуды соответствующих мозговых волн до и после введения химического раздражителя (WO 2005037100 А1, МПК А61В 5/0484, А61В 5/04847, А61В 5/4011, дата публикации 2005-04-28) [30]. Химический стимул представляет собой соединение или смесь соединений микробного, бактериального или фитохимического происхождения. Химический стимул, который дает желаемое изменение, может быть добавлен к фармацевтической, пищевой, косметической или другой промышленной продукции, потребляемой человеком или животным, или использоваться в целях повышения уровня чувствительности мозга. Это особенно выгодно при вкусовых и запаховых дисфункциях. Система использует по меньшей мере два измерительных электрода: один в структурах лимбической системы (гиппокампе или миндалине), а другой в орбитофронтальной коре или области вентральной покрышки, референтный электрод, имплантирован в пириформную кору или обонятельную луковицу головного мозга крысы, мыши. Измеряют амплитуду альфа, бета, гамма, дельта, или тета волн мозга. Исследуемые вещества вводят перорально или назально с помощью специального модуля. Система содержит средство для обработки и анализа корреляции между измеренным электрическим сигналом и мозговой активностью. Предъявляемыми химическими стимулами являются запах или вкус. Система используется в терапевтических целях.A known system and method for detecting brain activity in response to a chemical stimulus involves implanting an electrode into a subject’s brain and measuring the amplitude of the corresponding brain waves before and after the introduction of a chemical stimulus (WO 2005037100 A1, IPC A61B 5/0484, A61B 5/04847, A61B 5 / 4011, publication date 2005-04-28) [30]. A chemical stimulus is a compound or mixture of compounds of microbial, bacterial or phytochemical origin. A chemical stimulus that produces the desired change can be added to pharmaceutical, food, cosmetic or other industrial products consumed by humans or animals, or used to increase brain sensitivity. This is especially beneficial for taste and odor dysfunctions. The system uses at least two measuring electrodes: one in the structures of the limbic system (hippocampus or amygdala), and the other in the orbitofrontal cortex or region of the ventral casing, the reference electrode is implanted in the pyrifiform cortex or olfactory bulb of the brain of a rat or mouse. The amplitudes of alpha, beta, gamma, delta, or theta brain waves are measured. The test substances are administered orally or nasally using a special module. The system comprises means for processing and analyzing the correlation between the measured electrical signal and brain activity. The chemical stimuli presented are smell or taste. The system is used for therapeutic purposes.

Наиболее близким аналогом по выполнению и достигаемому результату к настоящему изобретению является детектор наркотиков на основе обоняния животного (CN 1865996, МПК А61В 5/00, G01N 33/00, дата публикации 2006-11-22) [31], принимаемый за прототип, который включает: CCD -камеру, микро электродную матрицу, референтный электрод, прикрепленный винтами на черепе животного, предусилитель, фильтр, четырех рукавный лабиринт для подачи запахов крысе и компьютерную систему управления и анализа. Электрическая активность нейронов обонятельной коры животного продуцирует специфическую память на летучее вещество, размещенное в небольших участках лабиринта. На этапе обучения животное помещают в центральную область лабиринта, исследуемое вещество в камеру на конце одного из рукавов, при правильном выборе камеры крыса получает стимуляцию центра удовольствия с одновременной подачей пищи. Наблюдение за поведением животного ведется CCD - камерой, подключенной к ПК. Записывают электрическую активность крысы при правильном выборе места нахождения летучего вещества на карту сбора данных. В реальных условиях ЭЭГ крысы сравнивается с ЭЭГ базы данных и на основе анализа совпадений делают вывод о наличии наркотика в проверяемом объекте.The closest analogue to the implementation and the achieved result to the present invention is a drug detector based on the sense of smell of an animal (CN 1865996, IPC AB 5/00, G01N 33/00, publication date 2006-11-22) [31], taken as a prototype, which includes: a CCD camera, a micro electrode matrix, a reference electrode attached by screws to the animal’s skull, a preamplifier, a filter, a four-sleeve labyrinth for smelling rats and a computer control and analysis system. The electrical activity of the neurons of the olfactory cortex of the animal produces specific memory for a volatile substance located in small areas of the labyrinth. At the training stage, the animal is placed in the central area of the labyrinth, the test substance is placed in the chamber at the end of one of the arms; if the camera is correctly selected, the rat receives stimulation of the pleasure center with simultaneous feeding of food. Monitoring the behavior of the animal is a CCD - camera connected to a PC. The electrical activity of the rat is recorded when the location of the volatile substance is correctly selected on the data acquisition card. Under real conditions, rat EEG is compared with the EEG database and, based on a coincidence analysis, concludes that there is a drug in the test object.

Недостатками известного способа являются трудоемкость и сложность его реализации, обусловленная необходимостью предварительного обучения животного с пищевым подкреплением, визуальным наблюдением, дополнительной стимуляцией центра удовольствия и отсутствием данных о чувствительности способа выявления заданного вещества, которая зависит от концентрации паров вещества и расстояния до обонятельного анализатора крысы.The disadvantages of this method are the complexity and complexity of its implementation, due to the need for preliminary training of the animal with food reinforcement, visual observation, additional stimulation of the pleasure center and the lack of data on the sensitivity of the method for detecting a given substance, which depends on the concentration of vapor of the substance and the distance to the olfactory rat analyzer.

Задачей настоящего изобретения является разработка более простого способа выявления в воздухе малых концентраций 0,01 мкг/м3 взрывчатых и наркотических веществ с концентрацией 0,1 мкг/м3 на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельного анализатора крысы.The objective of the present invention is to develop a simpler method for detecting low concentrations of 0.01 μg / m 3 of explosive and narcotic substances in a concentration of 0.1 μg / m 3 based on the analysis of bioelectric potentials of the olfactory rat analyzer.

Упрощение способа достигается за счет исключения предварительного обучения животного с пищевым подкреплением, визуальным наблюдением и дополнительной стимуляцией центра удовольствия.The simplification of the method is achieved by eliminating the preliminary training of the animal with food reinforcement, visual observation and additional stimulation of the pleasure center.

Повышение чувствительности способа обеспечивается за счет исключения анализа условно рефлекторной деятельности при регистрации биоэлектрической активности с поверхности обонятельных луковиц крысы, стимулируемой воздухом с малой концентрацией наркотического или взрывчатого вещества и оригинальным алгоритмом классификации паттернов вызванной активности мозга.Increasing the sensitivity of the method is ensured by eliminating the analysis of conditioned reflex activity when registering bioelectrical activity from the surface of the olfactory rat bulbs, stimulated by air with a low concentration of narcotic or explosive and an original algorithm for classifying patterns of induced brain activity.

Также повышение чувствительности обеспечивается особым, заявленным способом анализа компонент сигнала и применением систем машинного обучения.Also, the increase in sensitivity is provided by a special, claimed method of analysis of signal components and the use of machine learning systems.

Из уровня техники следует возможность обнаружения обонятельными рецепторами крысы летучего вещества в воздухе с концентраций более 1 мкг/м3 (Gupta P., Albeanu D.F., & Bhalla U.S. Olfactory bulb coding of odors, mixtures and sniffs is a linear sum of odor time profiles// Nature Neuroscience. 2015. doi:10.1038/nn.3913) [32], что подтверждает достижение нового технического результата заявляемым изобретением.From the prior art, it is possible to detect volatile matter in rat rat olfactory receptors in air with concentrations of more than 1 μg / m 3 (Gupta P., Albeanu DF, & Bhalla US Olfactory bulb coding of odors, mixtures and sniffs is a linear sum of odor time profiles / / Nature Neuroscience. 2015. doi: 10.1038 / nn. 3913) [32], which confirms the achievement of a new technical result by the claimed invention.

Перечень фигур графического изображенияList of Figures

Сущность способа выявления в воздухе малых концентраций взрывчатых и наркотических веществ на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельного анализатора крысы поясняется фигурами чертежей.The essence of the method for detecting low concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on the analysis of bioelectric potentials of the olfactory rat analyzer is illustrated by the figures of the drawings.

Фиг. 1 - Блок-схема, реализующая способ.FIG. 1 is a flowchart that implements the method.

Фиг. 2 - Блок-схема процессора для обработки ЭКоГ сигналов крысы.FIG. 2 is a block diagram of a processor for processing rat ECOG signals.

Фиг. 3 - Блок-схема обучения нейросетевых классификаторов.FIG. 3 - Block diagram of the training of neural network classifiers.

Фиг. 4 - Блок-схема запоминания временных отрезков ЭКоГ для каждого запаха.FIG. 4 - The block diagram of the storage of time periods of ECoG for each smell.

Фиг.5. - Иллюстрация выделения по сигналу дыхания временного отрезка ЭКоГ длительностью τ с задержкой Δt после начала вдоха t0.Figure 5. - An illustration of the selection of a time interval of an ECoG with a breathing signal of duration τ with a delay Δt after the start of inspiration t 0 .

Фиг. 6 - Блок-схема формирования обучающих массивов входных векторов {aj} и выходных строковых переменных {bj}.FIG. 6 - A block diagram of the formation of training arrays of input vectors {a j } and output string variables {b j }.

Фиг. 7 - Блок-схема предобработки массива входных векторов {αj}.FIG. 7 is a block diagram of a preprocessing array of input vectors {α j }.

Фиг. 8 - Блок-схема предобработки массива выходных строковых переменных.FIG. 8 is a block diagram of a preprocessing array of output string variables.

Фиг. 9 - Блок-схема выполнения алгоритма обратного распространения ошибки.FIG. 9 is a flowchart of a backpropagation algorithm.

Фиг. 10 - Структурная схема многослойной нейронной сети.FIG. 10 - Block diagram of a multilayer neural network.

Фиг. 11 - Функциональная схема узлового элемента скрытого слоя и выходного слоя многослойной нейронной сети.FIG. 11 - Functional diagram of the nodal element of the hidden layer and the output layer of the multilayer neural network.

Фиг. 12 - Блок-схема выполнения прямопоточных вычислений выходных векторов θ.FIG. 12 is a flowchart for performing straight-through calculations of the output vectors θ.

Фиг. 13 - Блок-схема выполнения обратнопоточных вычислений ошибок Δw весовых коэффициентов w и их модификации w=w+Δw.FIG. 13 is a flowchart for performing back-flow error calculations Δw of the weight coefficients w and their modifications w = w + Δw.

Фиг. 14 - Иллюстрация результата работы линейного и нелинейного классификатора, где: а - нелинейное расположение примеров двух запахов, изображенных точками светлого и темного цвета, b - применение линейного классификатора, не способного разделить области принадлежности примеров разных запахов, с - применение нелинейного классификатора, позволяющего разделить области принадлежности примеров разных запахов.FIG. 14 - Illustration of the results of the linear and non-linear classifier, where: a - non-linear arrangement of examples of two odors depicted by points of light and dark color, b - use of a linear classifier that is not able to separate the areas of belonging of examples of different odors, c - use of a non-linear classifier that allows to separate areas of belonging are examples of different odors.

Фиг. 15 - Блок-схема нейросетевой классификации.FIG. 15 is a block diagram of a neural network classification.

Фиг. 16 - Блок-схема запоминания временного отрезка ЭКоГ для распознавания.FIG. 16 - The block diagram of the memorization of the ECOG time interval for recognition.

Фиг. 17 - Блок-схема усреднения выходных векторов всех многослойных нейронных сетей.FIG. 17 is a block diagram of the averaging of output vectors of all multilayer neural networks.

Фиг. 18 - Блок-схема определения предъявляемого крысе запаха.FIG. 18 is a flowchart for determining rat odor.

Фиг. 19 - Графики электрической активности, сформированной у крысы за один сеанс предъявления паров тринитротолуола (0,1 мкг/м3).FIG. 19 - Graphs of electrical activity generated in a rat in one session of presentation of trinitrotoluene vapor (0.1 μg / m 3 ).

Фиг.20 - Схема расположения трепанационных отверстий, винтов и лигатур для крепежа микроэлектродной колодки на голове крысы.Figure 20 is an arrangement of trepanation holes, screws and ligatures for mounting a microelectrode block on a rat head.

Фиг. 21 - Схема варианта реализации способа.FIG. 21 is a diagram of an embodiment of the method.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Способ выявления в воздухе малых концентраций взрывчатых и наркотических веществ на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельного анализатора крысы, заключающийся в имплантации в верхнюю поверхность обонятельной луковицы крысы микроэлектродной матрицы с восемью рабочими и одним референтным электродом, регистрации электрокортикографического (ЭКоГ) сигнала обонятельной луковицы в заданном диапазоне частот в момент вдоха, извлечении пяти групп признаков, выраженными в виде математических величин среднего, дисперсии, асимметрии и эксцесса, рассчитанные для амплитуд ЭКоГ сигнала каждого отведения, первой производной амплитуд ЭКоГ сигнала каждого отведения, частотно-амплитудного спектра каждого отведения, коэффициентов кросс-корреляции амплитуд ЭКоГ сигнала между отведениями, коэффициентов кросс-корреляции частотно-амплитудного спектра между отведениями, обработки каждой группы признаков отдельной многослойной нейронной сети (МНС), при этом для обучения каждой МНС дополнительно формируют массив указателей запахов, предъявляемых крысе заданное количество раз с заданной длительностью паузы, который является выходным массивом для обучения МНС, при обучении для каждой МНС вычисляют весовые коэффициенты классификации по алгоритму обратного распространения ошибки и при идентификации запаха пять групп признаков ЭКоГ сигнала обрабатывают пять МНС и вычисляют вероятности принадлежности предъявляемого крысе запаха к одному из заданных запахов по каждой группе признаков, вычисляют среднее арифметическое вероятностей от пяти МНС с выбором запаха с максимальной вероятностью в качестве результата распознавания.A method for detecting low concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on the analysis of the bioelectric potentials of the olfactory rat analyzer, which consists in implanting a microelectrode matrix with eight working and one reference electrode into the upper surface of the olfactory bulb of the rat, recording the electrocorticographic (ECoG) signal of the olfactory bulb in a given frequency range at the time of inspiration, the extraction of five groups of signs, expressed as mathematical values of mean, variance, asi metrics and excesses calculated for the amplitudes of the ECoG signal of each lead, the first derivative of the amplitudes of the ECoG signal of each lead, the frequency-amplitude spectrum of each lead, the cross-correlation coefficients of the amplitudes of the ECoG signal between the leads, the cross-correlation coefficients of the frequency-amplitude spectrum between the leads, the processing of each groups of signs of a separate multilayer neural network (MNS), while for the training of each MNS, an array of odor indicators presented to the rat is given an additional number A set of times with a given pause duration, which is the output array for MNS training, during training for each MNS, the classification weight coefficients are calculated using the back propagation algorithm and, when identifying a smell, five groups of ECOG signal signs process five MNSs and calculate the probabilities of the rat being presented with one odor from the given odors for each group of signs, calculate the arithmetic average of the probabilities from five MNSs with the choice of smell with a maximum probability as p recognition result.

В частных случаях выполнения способа:In special cases, the execution of the method:

- количество предъявлений каждого запаха при обучении МНС составляет 60 раз;- the number of presentations of each smell when teaching MNF is 60 times;

- длительность паузы между предъявлениями запахов при обучении МНС составляет 20 секунд;- the duration of the pause between presentations of odors during training MNF is 20 seconds;

- частотный диапазон обнаружения запахов в ЭКоГ сигнале составляет 50-140 Гц.- the frequency range of odor detection in the ECOG signal is 50-140 Hz.

Количество предъявлений одного запаха 60 раз является необходимым условием обучения нейросети для классификации запаха.The number of presentations of one odor 60 times is a prerequisite for training a neural network to classify an odor.

Длительность паузы 20 с соответствует времени восстановления рецепторов в носовой полости крысы между предъявлениями, что обусловлено физиологией крысы.The pause duration of 20 s corresponds to the recovery time of receptors in the rat nasal cavity between presentations, which is due to the physiology of the rat.

Указанный частотный диапазон обеспечивает оптимальное соотношение между помехами на входе нейросетевого классификатора и сохранения информативности данных на его входе.The specified frequency range provides the optimal ratio between interference at the input of the neural network classifier and the preservation of the information content of the data at its input.

Блок-схема 1 (фиг. 1) содержит референтный электрод 1, микроэлектродную матрицу 2, усилитель сигнала ЭКоГ 3, АЦП 4, частотно-полосовой фильтр 5 и процессор для обработки сигналов 6.Block diagram 1 (Fig. 1) contains a reference electrode 1, a microelectrode array 2, an ECoG signal amplifier 3, an ADC 4, a frequency-band filter 5, and a signal processing processor 6.

Блок-схема 3 (фиг. 2) содержит блок обучения нейросетевых классификаторов 7 и блок нейросетевой классификации 8.The block diagram 3 (Fig. 2) contains a training block for neural network classifiers 7 and a block for neural network classification 8.

Блок-схема 7 (фиг. 3) содержит блоки запоминания временных отрезков Fi ЭКоГ для каждого i-го запаха и названия запаха bi 11, формирования обучающих массивов входных векторов {aj} каждой j-ой МНС 12, предобработки массивов входных векторов {aj} 13, формирования общего для всех МНС обучающего массива выходных строковых переменных {b} из текстовых названий запахов 14, предобработки массива выходных строковых переменных {b} 15 и выполнения алгоритма обратного распространения ошибки для каждой j-ой МНС 16.Block diagram 7 (Fig. 3) contains blocks for storing time periods F i ECoG for each i-th odor and smell name b i 11, forming training arrays of input vectors {a j } of each j-th MHC 12, preprocessing arrays of input vectors {a j } 13, forming a training array of output string variables {b} from the textual names of smells 14 common to all MNSs, preprocessing an array of output string variables {b} 15, and executing the back propagation algorithm for each j-th MNS 16.

Блок-схема 11 (фиг. 4) содержит блоки подачи крысе i-го запаха 17, запоминания временного отрезка Fi ЭКоГ сигнала длительностью τ с задержкой Δt после начала вдоха t0 i-го запаха 18 и запоминания текстового названия запаха bi 19.The block diagram 11 (Fig. 4) contains blocks for supplying the i-th smell 17 to the rat, storing the time interval F i of the ECoG signal of duration τ with a delay Δt after the start of inspiration t 0 of the i-th smell 18 and storing the textual name of the smell b i 19.

Блок-схема 12 (фиг. 6) содержит блоки фильтрации временных отрезков Fi ЭКоГ сигнала полосовым фильтром в диапазоне частот f1-f2 20, формирования массива матриц xi j из значений амплитуд сигнала всех отведений 21, формирования массива матриц xi j из значений первой производной амплитуд сигнала по времени всех отведений 22, формирования массива векторов xi j из коэффициентов кросс-корреляции значений амплитуд сигнала между отведениями 23, расчета частотно-амплитудного спектра временных отрезков Fi ЭКоГ сигнала в диапазоне частот f1-f2 24, формирования массива матриц xi j из значений амплитуд частот всех отведений 25, формирования массива векторов xi j из коэффициентов кросс-корреляции значений амплитуд частот между отведениями 26, объединения массивов матриц {xi j} каждого i-го запаха в обучающие массивы входных векторов xj для каждой j-ой МНС 27, объединения массивов векторов {xi j} каждого i-го запаха в обучающие массивы входных векторов xj для каждой j-ой МНС 28, расчета значений среднего, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса для каждого отведения из матрицы xj и объединение их в вектор aj 29, расчета значений среднего, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса для каждого вектора xj и объединение их в вектор aj 30.The block diagram 12 (Fig. 6) contains blocks for filtering time periods F i ECoG of a signal with a band-pass filter in the frequency range f 1 -f 2 20, generating an array of matrices x i j from the signal amplitudes of all leads 21, forming an array of matrices x i j from the values of the first derivative of the signal amplitudes with respect to time of all leads 22, the formation of an array of vectors x i j from the cross-correlation coefficients of the signal amplitudes between leads 23, the calculation of the frequency-amplitude spectrum of time segments F i ECoG signal in the frequency range f 1 -f 2 24 forming an array of matrices x i j from the values of the amplitudes of frequencies of all leads 25, the formation of an array of vectors x i j from the coefficients of cross-correlation of the values of the amplitudes of frequencies between leads 26, combining arrays of matrices {x i j } of each ith smell into training arrays of input vectors x j for each j-th MHC 27, combining arrays of vectors {x i j } of each i-th odor into training arrays of input vectors x j for each j-th MHC 28, calculating the mean, variance, asymmetry coefficients and kurtosis for each lead from the matrix x j and combining them into a vector a j 29, calculating the mean, variance, asymmetry and kurtosis coefficients for each vector x j and combining them into vector a j 30.

Блок-схема 13 (фиг. 7) осуществляет преобразование для каждой j-ой МНС массива входных векторов aj=(aj1,aj2,…,ajnj) в массив векторов aj=(aj1,aj2,…,ajnj) путем стандартизации значений массива {aj} для каждой компоненты вектора aj.Block diagram 13 (Fig. 7) converts for each j-th MNS array of input vectors a j = (a j1 , a j2 , ..., a jnj ) into an array of vectors a j = (a j1 , a j2 , ..., a jnj ) by standardizing the values of the array {a j } for each component of the vector a j .

Блок-схема 15 (фиг. 8) кодирует массив строковых переменных b в массив выходных векторов β. Кодирование осуществляется в соответствии с таблицей 1.The block diagram 15 (FIG. 8) encodes an array of string variables b into an array of output vectors β. Coding is carried out in accordance with table 1.

Блок-схема 16 (фиг. 9) содержит блоки выполнения прямопоточных вычислений выходных векторов θ 31, выполнения обратнопоточных вычислений ошибок Δw весовых коэффициентов w и их модификации w=w+Δw 32.The block diagram 16 (Fig. 9) contains blocks for performing straight-line calculations of output vectors θ 31, performing back-stream calculations of errors Δw of weight coefficients w and their modifications w = w + Δw 32.

Структурная схема многослойной нейронной сети (фиг. 10) содержит входной, скрытый и выходной слой.The structural diagram of a multilayer neural network (Fig. 10) contains an input, hidden and output layer.

Функциональная схема узлового элемента скрытого слоя и выходного слоя многослойной нейронной сети (фиг. 11) содержит сумматор 33, вычисляющий скалярное произведение входного сигнала на вектор весовых коэффициентов w, и нелинейный преобразователь 34.Functional diagram of the nodal element of the hidden layer and the output layer of the multilayer neural network (Fig. 11) contains an adder 33 that calculates the scalar product of the input signal by the vector of weight coefficients w, and a nonlinear transducer 34.

Блок-схема 31 (фиг. 12) производит послойные преобразования над входными векторами α.The block diagram 31 (Fig. 12) performs layer-by-layer transformations over the input vectors α.

Блок-схема 32 (фиг. 13) вычисляет послойно весовые коэффициенты w.The block diagram 32 (Fig. 13) calculates the weighted coefficients w.

Блок-схема 8 (фиг. 15) содержит блоки запоминания отрезка ЭКоГ Fi 34, формирования массивов входных векторов {aj} для каждой j-ой МНС 12, предобработки массивов входных векторов {aj} 13, выполнения прямопоточных вычислений выходных векторов θj для каждой j-ой МНС 31, усреднения компонент выходных векторов θj по всем МНС 35 и определения предъявляемого запаха 36.Block diagram 8 (Fig. 15) contains blocks for storing the ECoG segment F i 34, generating arrays of input vectors {a j } for each j-th MNS 12, preprocessing arrays of input vectors {a j } 13, and performing direct-flow calculations of output vectors θ j for each j-th MHC 31, averaging the components of the output vectors θ j over all MHC 35, and determining the presented smell 36.

Блок-схема 34 (фиг. 16) содержит блоки подачи крысе запаха для распознавания 17 и запоминания временного отрезка Fi ЭКоГ сигнала длительностью τ с интервалом задержки Δt после начала вдоха t0 при предъявлении запаха 18.The block diagram 34 (Fig. 16) contains blocks for supplying an odor to a rat for recognizing 17 and storing the time interval F i of the ECoG signal of duration τ with a delay interval Δt after the start of inspiration t 0 upon presentation of smell 18.

Блок-схема 35 (фиг. 17) осуществляет усреднение компонент выходных векторов θj по всем МНС для получения итогового выходного вектора θ.The block diagram 35 (Fig. 17) averages the components of the output vectors θ j over all MHCs to obtain the final output vector θ.

Блок-схема 36 (фиг. 18) осуществляет преобразование вычисленного выходного вектора θ в двоичный вектор β=(β1,…, βi,…β3) путем инициализации компонента βi единицей, если i-я компонента вектора θ максимальна из всех значений компонент вектора θ, и инициализации остальных компонент вектора β нулями, и преобразования двоичного вектора β в строковую переменную b.The block diagram 36 (Fig. 18) converts the calculated output vector θ into the binary vector β = (β 1 , ..., β i , ... β 3 ) by initializing the component β i with one if the ith component of the vector θ is the maximum of all values of the components of the vector θ, and initialization of the remaining components of the vector β by zeros, and the conversion of the binary vector β to the string variable b.

Референтный электрод 1 размещается в кости черепа крысы, микроэлектродная матрица 2 размещается на поверхности обонятельной луковицы крысы, фиксируется с помощью зубоврачебных материалов на черепе крысы и регистрирует по восьми отведениям электрокортикографический (ЭКоГ) сигнал обонятельной луковицы крысы, который усиливается многоканальным усилителем 3, преобразуется в цифровой сигнал с частотой дискретизации 1000 Гц в АЦП 4 и фильтруется частотно-полосовым фильтром 5 с полосой пропускания в диапазоне от 0,5 до 200 Гц для устранения низкочастотных и высокочастотных помех (фиг. 1).The reference electrode 1 is located in the bone of the skull of the rat, the microelectrode matrix 2 is placed on the surface of the olfactory bulb of the rat, recorded using dental materials on the skull of the rat and records the electrocorticographic (ECoG) signal of the olfactory bulb of the rat, which is amplified by a multi-channel amplifier 3, is converted to digital a signal with a sampling frequency of 1000 Hz in the ADC 4 and is filtered by a frequency-band filter 5 with a passband in the range from 0.5 to 200 Hz to eliminate low acoustic and high-frequency interference (Fig. 1).

Отфильтрованный сигнал передается в процессор 6 на обучение пяти многослойных нейронных сетей (МНС) 7, если МНС не обучены, или на классификацию 8, если МНС обучены (фиг. 2). Обучение МНС начинают с запоминания обучающих временных отрезков Fi восьмиканального ЭКоГ сигнала и названий запахов bi для каждого i-го запаха (блок 11, фиг. 3).The filtered signal is transmitted to processor 6 for training five multilayer neural networks (MNS) 7, if MNS are not trained, or for classification 8, if MNS are trained (Fig. 2). MNS training begins with memorizing the training time periods F i of the eight-channel ECoG signal and the names of smells b i for each i-th odor (block 11, Fig. 3).

Для подачи запаха крысе в окружающее пространство в области носа вводился из медицинского шприца объемом 20 мл i-й из трех запахов: воздух, имитатор тринитротолуола и компонент наркотика кокаина - метил бензоат (блок 17, фиг. 4). Во время подачи запаха происходит запоминание временного отрезка Fi восьмиканального ЭКоГ сигнала длительностью τ=500 мс с задержкой Δt=50 мс от момента начала вдоха t0 (блок 18) и запоминание текстового названия запаха bi (блок 19). Начало вдоха соответствует локальному максимуму на графике сигнала дыхания (фиг. 5), который регистрировался с помощью инфракрасного дальномера, размещенного на брюшине крысы и фиксирующего дыхание по движению брюшины. Каждый i-й запах подается 60 раз. Между подачами запахов выдерживается пауза 20 сек.To smell the rat, the i-th of three odors was introduced from a medical syringe with a volume of 20 ml from a 20 ml syringe into the surrounding area: air, a simulator of trinitrotoluene and a component of the cocaine drug, methyl benzoate (block 17, Fig. 4). During the supply of odor, the time interval F i of the eight-channel ECoG signal is memorized with a duration of τ = 500 ms with a delay of Δt = 50 ms from the moment of the start of inspiration t 0 (block 18) and the textual name of the smell b i (block 19) is memorized. The onset of inspiration corresponds to a local maximum on the graph of the breathing signal (Fig. 5), which was recorded using an infrared range finder located on the rat peritoneum and fixing the breath by the movement of the peritoneum. Each i-th smell is served 60 times. There is a pause of 20 seconds between odor feeds.

Из временных отрезков Fi восьмиканального ЭКоГ сигнала формируются массивы входных векторов {aj} для каждой j-ой из пяти МНС (блок 12). Для первых трех МНС временные отрезки Fi ЭКоГ сигнала предварительно фильтруются полосовым фильтром по всем восьми каналам в диапазоне частот от f1=50 до f2=140 Гц (блок 20) (фиг. 6). Для первой МНС из отфильтрованного сигнала формируется массив матриц xi j (j=1) из значений амплитуд сигнала всех отведений (блок 21), для второй МНС формируется массив матриц xi j (j=2) из значений первой производной амплитуд сигнала по времени всех отведений (блок 22), для третьей МНС формируется массив векторов xi j (j=3) из коэффициентов кросс-корреляции значений амплитуд сигнала между отведениями (блок 23). Для последних двух МНС предварительно выполняется расчет частотно-амплитудного спектра временных отрезков Fi ЭКоГ сигнала в диапазоне частот от f1=50 до f2=140 Гц шагом 1 Гц (блок 24). Для четвертой МНС на основе рассчитанного амплитудного спектра формируется массив матриц xi j (j=4) из значений амплитуд частот всех отведений (блок 25), для пятой МНС формируется массив векторов xi j (j=5) из коэффициентов кросс-корреляции значений амплитуд частот между отведениями (блок 26). Далее для первой, второй и четвертой МНС выполняется объединение массивов матриц {xi j} (блок 27), а для третьей и пятой МНС выполняется объединение массивов векторов {xi j} (блок 28) для каждого i-го запаха в обучающий массив {xj} входных векторов xj для каждой j-ой МНС:Arrays of input vectors {a j } are formed from the time intervals F i of the eight-channel ECoG signal for each j-th of five MNSs (block 12). For the first three MNS, the time segments F i of the ECoG signal are pre-filtered with a band-pass filter for all eight channels in the frequency range from f 1 = 50 to f2 = 140 Hz (block 20) (Fig. 6). For the first MNS, an array of matrices x i j (j = 1) is formed from the filtered signal from the values of the signal amplitudes of all leads (block 21), for the second MNS, an array of matrices x i j (j = 2) is formed from the values of the first derivative of the signal amplitudes with respect to time all leads (block 22), for the third MNS an array of vectors x i j (j = 3) is formed from the cross-correlation coefficients of the signal amplitudes between the leads (block 23). For the last two MNSs, the frequency-amplitude spectrum of the time intervals F i of the ECoG signal is calculated in the frequency range from f 1 = 50 to f2 = 140 Hz in steps of 1 Hz (block 24). For the fourth MNS, based on the calculated amplitude spectrum, an array of matrices x i j (j = 4) is formed from the values of the amplitudes of the frequencies of all leads (block 25); for the fifth MNS, an array of vectors x i j (j = 5) is formed from the cross-correlation coefficients of the values amplitudes of frequencies between assignments (block 26). Further, for the first, second, and fourth MHC, the array of matrices {x i j } is combined (block 27), and for the third and fifth MHC, the array of vectors {x i j } (block 28) for each ith smell is combined into a training array {xj} input vectors x j for each j-th MNS:

{xj}={x1 j} ∪ {x2 j} ∪ {x3 j}{x j } = {x 1 j } ∪ {x 2 j } ∪ {x 3 j }

После этого для первой, второй и четвертой МНС выполняется расчет значений среднего, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса для каждого отведения из матрицы xj и объединение их в вектор aj (блок 29), для третьей и пятой МНС выполняется расчет значений среднего, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса для каждого вектора xj и объединение их в вектор aj (блок 30). Среднее вычисляется по формулеAfter that, for the first, second and fourth MNS, the mean, variance, asymmetry and kurtosis values are calculated for each lead from the matrix x j and their combination into the vector a j (block 29), for the third and fifth MNS, the mean, variance is calculated , asymmetry and kurtosis coefficients for each vector x j and combining them into vector a j (block 30). The average is calculated by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где m - количество обучающих примеров в массиве {xj}, дисперсия вычисляется по формуле:where m is the number of training examples in the array {x j }, the variance is calculated by the formula:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

коэффициент асимметрии вычисляется по формуле:the asymmetry coefficient is calculated by the formula:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

коэффициент эксцесса вычисляется по формуле:the excess coefficient is calculated by the formula:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Массив входных векторов {αj} для каждой j-ой МНС проходит предобработку (блок 13) (фиг. 7), которая заключается в преобразовании массива векторов aj=(aj1,aj2,…,ajn) в массив векторов aj=(aj1,aj2,...,aj nj) путем стандартизации значений массива {aj} для каждой компоненты вектора aj по формуле:An array of input vectors {α j } for each j-th MNS undergoes preprocessing (block 13) (Fig. 7), which consists in converting an array of vectors a j = (a j1 , a j2 , ..., a jn ) into an array of vectors a j = (a j1 , a j2 , ... , a j nj ) by standardizing the values of the array {a j } for each component of the vector a j according to the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где aj ave=(aj 1 ave, aj 2 ave,…,aj nj ave) - вектор усредненных значений каждой компоненты вектора aj по всему массиву {aj}, σj=(σj 1 ave, σj 2 ave,…σj nj ave) - вектор величин стандартного отклонения для каждой компоненты вектора aj, nj - размерность входного вектора j-ой МНС. Значение nj для первой, второй и четвертой МНС равно 32, т.к. выполняется расчет четырех величин - среднего, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса - для каждого из 8 отведений. Значение nj для третьей и пятой МНС равно 4 по количеству вышеуказанных расчетных величин.where a j ave = (a j 1 ave , a j 2 ave , ..., a j nj ave ) is the vector of averaged values of each component of the vector a j over the entire array {a j }, σ j = (σ j 1 ave , σ j 2 ave , ... σ j nj ave ) is the vector of standard deviation for each component of the vector a j , n j is the dimension of the input vector of the j-th MNS. The value of n j for the first, second, and fourth MHC is 32, because Four values are calculated — mean, variance, asymmetry, and kurtosis — for each of the 8 leads. The value of n j for the third and fifth MHC is 4 by the number of the above calculated values.

После формирования массивов входных векторов {α} происходит формирование общего для всех МНС обучающего массива выходных строковых переменных {b} из текстовых названий запахов, соответствующих каждому вектору α (блок 14) и последующая предобработка этого массива, которая состоит в кодировании текстовых названий запахов b1, b2, b3 в числовые трехкомпонентные вектора β1=(1, 0, 0), β2=(0, 1, 0), β3=(0, 0, 1) (блок 15) (фиг. 8) в соответствии с таблицей 1:After the formation of arrays of input vectors {α}, the training array of output string variables {b} common to all MNSs is formed from the textual names of smells corresponding to each vector α (block 14) and the subsequent preprocessing of this array, which consists in encoding the textual names of smells b 1 , b 2 , b 3 into three-component numerical vectors β 1 = (1, 0, 0), β 2 = (0, 1, 0), β 3 = (0, 0, 1) (block 15) (Fig. 8 ) in accordance with table 1:

Figure 00000008
Figure 00000008

После предобработки обучающие массивы входных {α} и выходных векторов {β} используют для обучения МНС и для этого выполняется алгоритм обратного распространения ошибки (Rumelhart D.E., Hinton G.E. and Williams RJ. Learning internal representations by error propagation. In Parallel distributed processing, London: MIT Press, vol. 1, 1986, 550 p.) [33], который предназначен для настройки весовых коэффициентов w (блок 16) (фиг. 9). Алгоритм обратного распространения ошибки состоит из итерационной процедуры выполнения прямопоточных вычислений с входными векторами α (блок 31) (фиг. 9) для вычисления выходного вектора θ и последующим выполнением обратнопоточных вычислений ошибок Δw весовых коэффициентов w и их модификации w=w+Δw (блок 32).After preprocessing, the training arrays of input {α} and output vectors {β} are used for MHC training and for this, the error back propagation algorithm (Rumelhart DE, Hinton GE and Williams RJ. Learning internal representations by error propagation. In Parallel distributed processing, London: MIT Press, vol. 1, 1986, 550 p.) [33], which is intended to adjust the weight coefficients w (block 16) (Fig. 9). The error back-propagation algorithm consists of an iterative procedure for performing direct-flow calculations with input vectors α (block 31) (Fig. 9) to calculate the output vector θ and then performing back-flow calculations of errors Δw of weight coefficients w and their modifications w = w + Δw (block 32 )

Алгоритм обратного распространения ошибки реализован для многослойной нейронной сети (МНС), которая содержит вычислительные узловые элементы, организованные в слои: входной слой, скрытый слой и выходной слой (фиг. 10). Узлы входного слоя МНС не выполняют никаких вычислений и служат для распространения каждого компонента входного вектора α на все узловые элементы скрытого слоя, имеющего матрицу весовых коэффициентов w1. Аналогичным образом узловые элементы выходного слоя связаны со всеми элементами скрытого слоя, имеющего матрицу весовых коэффициентов w2. Вычисления производят узловые элементы в скрытом и выходном слое МНС. При прямопоточном вычислении каждый узловой элемент ij скрытого i=1 и выходного i=2 слоя, где индекс j - порядковый номер узлового элемента в слое, содержит вектор весовых коэффициентов wij, сумматор Σ 33 и нелинейный преобразователь σ 34 (фиг. 11). Сумматор 33 вычисляет скалярное произведение вектора входного сигнала узлового элемента МНС с вектором весовых коэффициентов wij. Нелинейный преобразователь 34 вычисляет сигмоидную функцию:The error back propagation algorithm is implemented for a multilayer neural network (MNS), which contains computational nodal elements organized in layers: input layer, hidden layer, and output layer (Fig. 10). The nodes of the input layer of the MHF do not perform any calculations and are used to distribute each component of the input vector α to all the node elements of the hidden layer having a weight matrix w 1 . Similarly, the nodal elements of the output layer are associated with all elements of the hidden layer having a matrix of weight coefficients w 2 . The calculations produce nodal elements in the hidden and output layer of the MHC. In direct flow calculation, each nodal element ij of the hidden i = 1 and output i = 2 layers, where index j is the ordinal number of the nodal element in the layer, contains a weight vector w ij , an adder Σ 33 and a nonlinear converter σ 34 (Fig. 11). The adder 33 calculates the scalar product of the input signal vector of the nodal element of the MHF with the vector of weights w ij . Nonlinear transducer 34 calculates a sigmoid function:

Figure 00000009
Figure 00000009

В результате послойных вычислений, осуществляемых узловыми элементами скрытого и выходного слоя над входным вектором α, получаем на выходе МНС вычисленный выходной вектор θ (фиг. 12). При обратнопоточном вычислении (фиг. 13) каждый узловой элемент выходного слоя МНС вычисляет функцию δ2 по формуле:As a result of layer-by-layer calculations carried out by the nodal elements of the hidden and output layer above the input vector α, we obtain the calculated output vector θ at the output of the MHF (Fig. 12). In the reverse flow calculation (Fig. 13), each nodal element of the output layer of the MHC calculates the function δ 2 according to the formula:

δ2=(θ-β)⋅σ2(1-σ2)δ 2 = (θ-β) ⋅σ 2 (1-σ 2 )

где θ - вычисленный выходной вектор нейронной сети, β - выходной вектор, σ2 - сигмоидная функция на выходе узлового элемента выходного слоя нейронной сети,where θ is the calculated output vector of the neural network, β is the output vector, σ 2 is the sigmoid function at the output of the nodal element of the output layer of the neural network,

и модифицирует свои весовые коэффициенты w2 на величину ошибки Δw22⋅σ1 по формуле:and modifies its weighting factors w 2 by the error Δw 2 = δ 2 ⋅σ 1 according to the formula:

w2=w2+Δw2 w 2 = w 2 + Δw 2

Далее каждый узловой элемент скрытого слоя МНС вычисляет функцию δ1 по формуле:Next, each nodal element of the hidden layer of the MHC calculates the function δ 1 according to the formula:

δ1=Σδ2ω2⋅σ1(1-σ1)δ 1 = Σδ 2 ω 2 ⋅σ 1 (1-σ 1 )

где σ1 - сигмоидная функция на выходе узлового элемента скрытого слоя нейронной сети, и модифицирует свои весовые коэффициенты w1 на величину ошибки Δw11⋅σ0 по формуле:where σ 1 is the sigmoid function at the output of the nodal element of the hidden layer of the neural network, and modifies its weight coefficients w 1 by the error Δw 1 = δ 1 ⋅σ 0 according to the formula:

w1=w1+Δw1 w 1 = w 1 + Δw 1

где σ0=α. Индексы 0, 1 и 2 относятся соответственно к входному, скрытому и выходному слою. Итерационная процедура прямопоточных и обратнопоточных вычислений продолжается до тех пор, пока не будет достигнут предел вычислений, заключающийся в изменении Δw весовых коэффициентов w: Δw<Δwmin, где Δwmin=0,001.where σ 0 = α. Indexes 0, 1, and 2 relate to the input, hidden, and output layers, respectively. The iterative procedure of direct and reverse flow calculations continues until the calculation limit is reached, consisting in changing Δw weight coefficients w: Δw <Δw min , where Δw min = 0.001.

Алгоритм обратного распространения ошибки, используемый при обучении МНС, обеспечивает построение нелинейных границ, разделяющих разные запахи, представленные строковыми переменными bi. На фиг. 14 показан случай нелинейного расположения примеров двух запахов, изображенных точками светлого и темного цвета (фиг. 14а). Применение линейного классификатора, строящего линейные разделяющие границы, такого как дискриминантный анализ, не позволяет разделить области принадлежности примеров разных запахов (фиг. 14b). Применение нелинейного классификатора, строящего нелинейные разделяющие границы, такого как МНС с алгоритмом обратного распространения ошибки, позволяет разделить области принадлежности примеров разных запахов (фиг. 14с).The error back propagation algorithm used in teaching the MNS provides the construction of nonlinear boundaries separating different odors represented by string variables b i . In FIG. 14 shows a case of a non-linear arrangement of examples of two odors depicted by dots of light and dark color (FIG. 14a). The use of a linear classifier constructing linear dividing boundaries, such as discriminant analysis, does not allow us to separate the areas of belonging of examples of different odors (Fig. 14b). The use of a nonlinear classifier that constructs nonlinear dividing boundaries, such as the MHF with the error back propagation algorithm, allows us to separate the domain of examples of different odors (Fig. 14c).

После обучения пяти МНС процессор 6 осуществляет классификацию запахов 8 (фиг. 15). Для этого i-ый из трех запахов предъявляют крысе в соответствии с ранее описанным блоком 17 и запоминают временной отрезок Fi восьмиканального ЭКоГ сигнала аналогично блоку 18. Из временного отрезка Fi восьмиканального ЭКоГ сигнала формируются массив входных векторов {aj} для каждой j-ой из пяти МНС аналогично ранее описанному блоку 12. Предобработка массивов {aj} для каждой j-ой из пяти МНС аналогично ранее описанному блоку 13. Выполнение прямопоточных вычислений выходных векторов θj для каждой j-ой МНС аналогично ранее описанному блоку 31. Далее выполняется усреднение трех компонент выходных векторов θj по всем пяти МНС для получения итогового выходного вектора θ (блок 35) (фиг. 17) по формулеAfter training five MHCs, processor 6 classifies odors 8 (FIG. 15). For this i-th three odors placing the rat in accordance with the previously described unit 17, and storing the time interval F i eight-ECoG signal similar to block 18. From the time interval F i ECoG signal eight-shaped array of input vectors {a j} for each j- one of the five MHCs is similar to the previously described block 12. The preprocessing of arrays {a j } for each j-th of the five MHCs is similar to the previously described block 13. Performing straight-through calculations of the output vectors θ j for each j-th MHC is similar to the previously described block 31. Next the three components of the output vectors θ j are averaged over all five MHCs to obtain the final output vector θ (block 35) (Fig. 17) by the formula

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

где k=(1,2,3) - индекс компоненты выходного вектора θ. Определение предъявляемого запаха происходит посредством преобразования выходного вектора θ в двоичный вектор β=(β1, …, β1, …, β3) путем инициализации компонента βi единицей, если i-я компонента вектора θ максимальна из всех значений компонент вектора θ, и инициализации остальных компонент вектора β нулями:where k = (1,2,3) is the index of the component of the output vector θ. The odor is determined by converting the output vector θ into the binary vector β = (β 1 , ..., β 1 , ..., β 3 ) by initializing the component β i with one if the ith component of the vector θ is the maximum of all the values of the components of the vector θ, and initialization of the remaining components of the vector β with zeros:

Figure 00000011
Figure 00000011

и преобразования двоичного вектора β в строковую переменную b в соответствии с таблицей 1 (блок 36) (фиг. 18). Значение строковой переменной b является результатом идентификации запаха.and converting the binary vector β to the string variable b in accordance with table 1 (block 36) (Fig. 18). The value of the string variable b is the result of the identification of the smell.

При выполнении классификации запахов в двадцати сериях, каждая из которых состоит из последовательной подачи трех заданных запахов, для каждого запаха в одном или двух случаях из двадцати осуществлялась неправильная идентификация предъявляемого крысе запаха. Таким образом, при общем количестве предъявлений запахов в количестве шестидесяти точность распознавания запахов составила не менее 90%.When classifying odors in twenty series, each of which consists of the sequential supply of three predetermined odors, for each odor in one or two out of twenty cases, the rat odor was incorrectly identified. Thus, for a total of sixty odor presentations, the odor recognition accuracy was at least 90%.

Эксперименты по распознаванию запахов были проведены на восьми половозрелых крысах, результаты точности распознавания запахов для восьми крыс приведены в таблице 2.Odor recognition experiments were performed on eight sexually mature rats, and the odor recognition accuracy results for eight rats are shown in Table 2.

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.

Подготовка крысы.Rat preparation.

На фиг. 20 представлена схема расположения трепанационных отверстий, винтов и лигатур для крепежа микроэлектродной колодки на голове крысы, где:In FIG. 20 shows a layout of trepanation holes, screws and ligatures for mounting a microelectrode block on a rat’s head, where:

37 - фиксационные винты;37 - fixing screws;

38 - трепанационные отверстия для колодочного крепления;38 - trepanation holes for shoe mounting;

39 - трепанационное отверстие над обонятельной луковицей;39 - trepanation hole above the olfactory bulb;

40 - стальные хирургические лигатуры;40 - steel surgical ligatures;

41 - площадь прилегания микроэлектродной колодки к кости.41 - the area of contact of the microelectrode pads to the bone.

Для формирования микроэлектродной колодки делаются отверстия в боковых гребнях теменных костей справа и слева на уровне межтеменной кости и за них заводятся две стальные хирургические лигатуры диаметром 100 мкм. Лигатуры заводятся в отверстия и заливаются пластмассой холодного отверждения так, чтобы их концы входили в толщу микроэлектродной колодки.To form a microelectrode block, holes are made in the lateral crests of the parietal bones on the right and left at the level of the parietal bone, and two steel surgical ligatures with a diameter of 100 μm are made for them. Ligatures are inserted into holes and filled with cold-cured plastic so that their ends fit into the thickness of the microelectrode block.

После этого создается трепанационное отверстие над правой или левой обонятельной луковицей, не повреждая твердую мозговую оболочку, методом выпиливания стоматологическим бором с диаметром головки 0,5 мм. Отверстие располагаются по длине в пределах 6,5-9 мм рострально от bregma, по ширине 0,5-1,7 мм от сагиттального шва.After this, a trepanation hole is created above the right or left olfactory bulb, without damaging the dura mater, by cutting with a dental bur with a head diameter of 0.5 mm. The hole is located along the length of 6.5-9 mm rostrally from the bregma, along the width of 0.5-1.7 mm from the sagittal suture.

С помощью стоматологического сверла в лобной кости создаются 2 трепанационных отверстия под крючки из хирургической стали и два отверстия для фиксационных винтов, с последующим вкручиванием в них винтов соответствующего диаметра. При вкручивании винтов необходимо контролировать глубину вкручивания (не более 1-1,5 мм), чтобы не повредить твердую мозговую оболочку мозга.Using a dental drill in the frontal bone, 2 trepanation holes for surgical steel hooks and two holes for fixation screws are created, followed by screwing screws of the corresponding diameter into them. When screwing in the screws, it is necessary to control the screwing depth (not more than 1-1.5 mm) so as not to damage the dura mater.

На подготовленные кости черепа наносится слой пластмассы холодного отверждения (Протакрил-М, Акродент) толщиной около 1 мм для создания слоя прочного сцепления между костью и основой микроэлектродной колодки. Передний край микроэлектродной колодки из пластмассы располагается на 4 мм рострально от bregma (место соединения лобной и теменных костей), задний край - доходит до lambda (точка пересечения ламбдовидного и сагиттального швов), справа и слева колодка на 1-1,5 мм не доходит до гребня. Расположение и размеры колодки рассчитываются данным образом, чтобы избежать контакта с ликвором и межтканевой жидкостью, выделяющейся из мышц, идущих вдоль гребня, а также для обеспечения максимальной площади соприкосновения с костями черепа.A layer of cold-hardened plastic (Protacryl-M, Acrodent) with a thickness of about 1 mm is applied to the prepared bones of the skull to create a layer of strong adhesion between the bone and the base of the microelectrode block. The front edge of the microelectrode pad made of plastic is located 4 mm rostral from bregma (the junction of the frontal and parietal bones), the posterior edge reaches the lambda (the intersection point of the lambdoid and sagittal sutures), the pad does not reach 1-1.5 mm to the right and left to the crest. The location and dimensions of the pads are calculated in this way to avoid contact with the cerebrospinal fluid and interstitial fluid released from the muscles running along the crest, as well as to ensure maximum contact area with the bones of the skull.

В трепанационное отверстие над обонятельной луковицей с помощью манипулятора погружается «склейка» микроэлектродов. В зависимости от последующих задач схема микроэлектродной матрицы, место и глубина ее погружения могут меняться. Как правило, склейка представляет собой две расположенные рядом линейки из 4-х вольфрамовых электродов каждая.Using a manipulator, a “gluing” of microelectrodes is immersed in a trepanation hole above the olfactory bulb. Depending on the subsequent tasks, the layout of the microelectrode matrix, the place and depth of its immersion can vary. As a rule, gluing consists of two adjacent rows of 4 tungsten electrodes each.

После погружения микроэлектродной матрицы трепанационное отверстие заливается светоотверждаемой пластмассой, локально, в пределах 1-1,5 мм вокруг краев трепанационного отверстия.After immersion of the microelectrode matrix, the trepanation hole is filled with light-cured plastic, locally, within 1-1.5 mm around the edges of the trepanation hole.

Далее удерживая пружинящие электроды, формируют колодку из светоотверждаемой пластмассы так, чтобы разъем располагался над парными теменными костями животного.Then, holding the spring electrodes, form a block of light-cured plastic so that the connector is located above the paired parietal bones of the animal.

На крысу надевали жилет-шлейку 42 (фиг. 21), в котором сверху вмонтирован модуль регистрации и передачи биоэлектрических потенциалов 43 от имплантированной микроэлектродной матрицы 44. На брюшине крысы помещали датчик перемещения 45 при дыхании. Разъем микроэлектродной матрицы через передатчик WiFi связан с приемником WiFi, который подключен к ПК 46.A harness vest 42 was put on the rat (Fig. 21), in which a module for recording and transmitting bioelectric potentials 43 from the implanted microelectrode array 44 was mounted on top of the rat. A displacement sensor 45 was placed on the rat peritoneum during breathing. The microelectrode array connector via the WiFi transmitter is connected to the WiFi receiver, which is connected to PC 46.

Разъем имплантированной микроэлектродной матрицы, референтный электрод и вывод датчика перемещения подключали к восьмиканальному усилителю 3.The connector of the implanted microelectrode matrix, the reference electrode and the output of the displacement sensor were connected to an eight-channel amplifier 3.

Приготовление газовых смесей веществ для предъявления запахов крысе.Preparation of gas mixtures of substances for the presentation of odors to rats.

Концентрацию насыщенных паров имитаторов двух веществ: тринитротолуола и кокаина рассчитывали по формуле Менделеева - Клапейрона для 25°С. VP=RT(M/m), где V - объем емкости, л, R=8,31 Дж\Моль*К (универсальная газовая постоянная), Т - в Кельвинах, М - масса вещества, кг, m - молярная масса вещества, кг/моль, Р - давление насыщенных паров вещества, Па.The concentration of saturated vapors of simulators of two substances: trinitrotoluene and cocaine was calculated by the Mendeleev - Clapeyron formula for 25 ° C. VP = RT (M / m), where V is the volume of the container, l, R = 8.31 J \ mol * K (universal gas constant), T is in Kelvin, M is the mass of the substance, kg, m is the molar mass of the substance , kg / mol, P is the vapor pressure of the substance, Pa.

Для создания насыщенных паров метилбензоата 1 мл вещества помещали в стеклянную емкость объемом 0,4 л, выдерживали в течение 2х часов. Для разведения первого порядка стеклянным шприцом объемом 5 мл отбирали 4 мл полученной газовой смеси и переносили в стеклянную емкость объемом 15 л. Полученную газовую смесь перемешивали в течении 10 минут резиновой грушей, герметично прикрепленной к емкости. Для получения итоговых разведений с концентрациями 0,1 мкг/м3 и 0,01 мкг/м3 из разведения первого порядка отбирали 1 мл газовой смеси и помещали в стеклянную емкость объемом 15 л.To create saturated vapors of methyl benzoate, 1 ml of the substance was placed in a 0.4 L glass container, kept for 2 hours. For first-order dilution with a 5 ml glass syringe, 4 ml of the resulting gas mixture was taken and transferred to a 15 l glass container. The resulting gas mixture was mixed for 10 minutes with a rubber bulb sealed to the container. To obtain the final dilutions with concentrations of 0.1 μg / m 3 and 0.01 μg / m 3, 1 ml of the gas mixture was taken from the first-order dilution and placed in a 15 L glass container.

По аналогичной методике получали насыщенные пары имитаторов кокаина и имитатора тринитротолуола с теми же концентрациями.By a similar method, saturated pairs of cocaine simulators and trinitrotoluene simulators with the same concentrations were obtained.

Пары веществ, указанной концентрации шприцом подавались к носу крысы на вдохе, который регистрировался датчиком дыхания.Pairs of substances of the indicated concentration were delivered by a syringe to the nose of the rat on inspiration, which was recorded by a respiration sensor.

Молекулы веществ после растворения в слизи, выстилающей полость носа, взаимодействуют со специфическими белками-рецепторами, ответственными за связывание одоранта, расположенными на мембранах обонятельных рецепторов обонятельного эпителия. Взаимодействие молекулы одоранта со специфическим белком-рецептором приводит к формированию рецепторного потенциала на локальном участке мембраны вследствие открытия ионных каналов. Одновременное связывание на мембране нескольких молекул одоранта приводит к суммации и более выраженной деполяризации мембраны рецептора, которая по достижении критического уровня формирует генераторный потенциал действия, который по аксону передается в вышележащие структуры обонятельного анализатора. Аксоны обонятельных клеток объединяются в группы по 20-100 волокон и в составе обонятельного нерва идут к обонятельной луковице, при этом рецепторы одного типа конвергируют на одной гломеруле обонятельной луковицы.Molecules of substances after dissolution in the mucus lining the nasal cavity interact with specific receptor proteins responsible for odorant binding located on the membranes of the olfactory olfactory receptor epithelium. The interaction of the odorant molecule with a specific protein receptor leads to the formation of a receptor potential in the local area of the membrane due to the opening of ion channels. The simultaneous binding of several odorant molecules on the membrane leads to the summation and more pronounced depolarization of the receptor membrane, which, upon reaching a critical level, forms a generator action potential, which is transmitted along the axon to the overlying structures of the olfactory analyzer. The axons of the olfactory cells are combined into groups of 20-100 fibers and, as part of the olfactory nerve, go to the olfactory bulb, while receptors of the same type converge on one glomerulus of the olfactory bulb.

Поступление нервных импульсов от обонятельного эпителия к гломерулам обонятельных луковиц приводит к формированию специфического пространственного паттерна нейронной активности, которая, суммируясь, формирует фокальные потенциалы. Регистрация фокальных потенциалов матрицами вживленных в обонятельную луковицу микроэлектродов позволяет обнаруживать специфические для каждого запаха или их смесей паттерны активности путем сравнения с эталонными паттернами, зарегистрированными в ответ на предъявление эталонных запахов или их смесей. При совпадении параметров текущих и эталонных паттернов биоэлектрической активности делается вывод о наличии в подаваемой пробе воздуха целевого вещества.The arrival of nerve impulses from the olfactory epithelium to the glomeruli of the olfactory bulbs leads to the formation of a specific spatial pattern of neural activity, which, when summed up, forms focal potentials. Registration of focal potentials with arrays of microelectrodes implanted in the olfactory bulb allows detecting activity patterns specific to each smell or their mixtures by comparing them with reference patterns recorded in response to the presentation of reference odors or their mixtures. If the parameters of the current and reference patterns of bioelectric activity coincide, the conclusion is made about the presence of the target substance in the supplied air sample.

Способ обеспечивает обнаружение наркотических веществ в концентрации не более 0,1 мкг/м3, а взрывчатых - 0,01 мкг/м3. Точность повышается за счет применения систем машинного обучения и заявленного способа анализа сигналов. Также способ обеспечивает упрощение процесса подготовки к использованию, за счет исключения необходимости стимуляции мозга электрическими сигналами или иной дрессировки.The method provides the detection of narcotic substances in a concentration of not more than 0.1 μg / m 3 and explosive - 0.01 μg / m 3 . The accuracy is improved through the use of machine learning systems and the claimed method of signal analysis. The method also provides a simplification of the process of preparation for use, by eliminating the need for stimulation of the brain with electrical signals or other training.

Источники информации:Information sources:

1. Кихтенко А.В., Елисеев К.В. Обнаружение взрывоопасных объектов: аппаратурное обеспечение антитеррористических служб // Российский химический журнал. 2005. Т. XLIX. №4. с. 132-137.1. Kikhtenko A.V., Eliseev K.V. Detection of explosive objects: hardware of anti-terrorist services // Russian Chemical Journal. 2005.T. XLIX. Number 4. from. 132-137.

2. RU 2471179 МПК G01N 27/64, дата публикации 2012-12-27.2. RU 2471179 IPC G01N 27/64, publication date 2012-12-27.

3. RU 2360242 МПК G01N 30/96, дата публикации 2006-01-26.3. RU 2360242 IPC G01N 30/96, publication date 2006-01-26.

4. RU 2231781 МПК G01N 27/62, дата публикации, 2004-06-27.4. RU 2231781 IPC G01N 27/62, publication date, 2004-06-27.

5. RU 2398309 МПК H01J 49/40 G01N 27/64, дата публикации 2009-07-16.5. RU 2398309 IPC H01J 49/40 G01N 27/64, publication date 2009-07-16.

6. RU 2354963 МПК G01N 27/62, G01N 30/64, дата публикации 2007-11-08.6. RU 2354963 IPC G01N 27/62, G01N 30/64, publication date 2007-11-08.

7. RU 2329563 МПК H01J 49/40, G01N 27/64, дата публикации 2006-12-25.7. RU 2329563 IPC H01J 49/40, G01N 27/64, publication date 2006-12-25.

8. RU 2460067 МПК G01N 27/62, дата публикации 2011-04-20.8. RU 2460067 IPC G01N 27/62, publication date 2011-04-20.

9. WO 2008049488 А1 НКИ G01N 27/62A, H01J 49/10B, МПК H01J 49/16, G01N 27/64, дата публикации 2012-06-20.9. WO 2008049488 A1 NKI G01N 27 / 62A, H01J 49 / 10B, IPC H01J 49/16, G01N 27/64, publication date 2012-06-20.

10. RU 2395076 МПК G01N 27/64, дата публикации 2009-03-23.10. RU 2395076 IPC G01N 27/64, publication date 2009-03-23.

11. RU 2431212 МПК H01J 49/40, дата публикации 2010-07-09.11. RU 2431212 IPC H01J 49/40, publication date 2010-07-09.

12. CN 2622705 Y, МПК H01J 49/26, дата публикации 2003-05-20.12. CN 2622705 Y, IPC H01J 49/26, publication date 2003-05-20.

13. US 6470730 В1, НКИ, МПК G01N 1/00, G01N 1/02, G01N 1/22, G01N 1/28, G01N 33/00, дата публикации 2000-08-18.13. US 6470730 B1, NKI, IPC G01N 1/00, G01N 1/02, G01N 1/22, G01N 1/28, G01N 33/00, publication date 2000-08-18.

14. Frederickx С., Verheggen F.J., Haubruge Е. Biosensors in forensic sciences// Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2011. Vol. 15. №4. P. 449-458.14. Frederickx C., Verheggen F.J., Haubruge E. Biosensors in forensic sciences // Biotechnol. Agron Soc. Environ. 2011. Vol. 15. No. 4. P. 449-458.

15. RU 2426141 МПК G01S 1/02, дата публикации 2010-03-09.15. RU 2426141 IPC G01S 1/02, publication date 2010-03-09.

16. RU 2338175 МПК G01N 1/22, A01K 15/00, дата публикации 2006-09-29.16. RU 2338175 IPC G01N 1/22, A01K 15/00, publication date 2006-09-29.

17. APOPO Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Product Ontwikkeling, Web: https://www.apopo.org/en/component/one/summary?show=265, дата публикации 2014-09-19.17. APOPO Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Product Ontwikkeling, Web: https://www.apopo.org/en/component/one/summary?show=265, publication date 2014-09-19.

18. TAMAR Group (Израиль) (http://news.sky.com/story/1010634/sniffer-mice-used-to-detect-bombs-and-drugs, дата публикации 2012-11-13).18. TAMAR Group (Israel) (http://news.sky.com/story/1010634/sniffer-mice-used-to-detect-bombs-and-drugs, publication date 2012-11-13).

19. US 2005009444 A1, НКИ 449/27, 119/420, 119/6.5, 119/421, МПК G01N 33/00, дата публикации 2002-12-20.19. US 2005009444 A1, NKI 449/27, 119/420, 119 / 6.5, 119/421, IPC G01N 33/00, publication date 2002-12-20.

20. Rains G.C., Tomberlin J.K., Kulasiri D. Using insect sniffing devices for detection // Trends Biotechnol. 2008. Vol. 26. №6. P. 288-294.20. Rains G.C., Tomberlin J.K., Kulasiri D. Using insect sniffing devices for detection // Trends Biotechnol. 2008. Vol. 26. No. 6. P. 288-294.

21. Обнаружение взрывчатки при помощи пчел Web:http://www.pergam.ru/articles/biogasanalizer.htm, дата публикации 28.11.2013.21. Detection of explosives with bees Web: http: //www.pergam.ru/articles/biogasanalizer.htm, publication date 11/28/2013.

22. US 20120264353 А1, НКИ 449/2, 449/1, МПК А01К 51/00, А01К 55/00, дата публикации 2011-04-04.22. US 20120264353 A1, NKI 449/2, 449/1, IPC A01K 51/00, A01K 55/00, publication date 2011-04-04.

23. Macias М.М., Manso A.G., Orellana C.G.O., Gonzalez Velasco H.M., Caballero R.G. and Peguero Chamizo J.C. Acetic Acid Detection Threshold in Synthetic Wine Samples of a Portable Electronic Nose//Sensors. 2013. Vol. 13. P. 208-220; doi:10.3390/sl30100208.23. Macias M.M., Manso A.G., Orellana C.G.O., Gonzalez Velasco H.M., Caballero R.G. and Peguero Chamizo J.C. Acetic Acid Detection Threshold in Synthetic Wine Samples of a Portable Electronic Nose // Sensors. 2013. Vol. 13. P. 208-220; doi: 10.3390 / sl30100208.

24. Dog-inspired scent detector sniffs out explosives and narcotics Web:http://www.gizmag.com/electronic-nose/25128/, дата публикации 21.11.2012.24. Dog-inspired scent detector sniffs out explosives and narcotics Web: http://www.gizmag.com/electronic-nose/25128/, published date 11/21/2012.

25. Yinon J., Zitrin S. Modern methods and applications in analysis of explosives. Chichester, UK; New York, USA: Wiley. 1996, 316 c.25. Yinon J., Zitrin S. Modern methods and applications in analysis of explosives. Chichester, UK; New York, USA: Wiley. 1996, 316 c.

26. Заявка US 2003/0199944 A1, МПК, МПИ дата публикации 2003-20-23.26. Application US 2003/0199944 A1, IPC, MPI publication date 2003-20-23.

27. Заявка US 2013098310 A1 МПК A01K 1/03, A01K 15/02, A61N 1/36, A61N 1/372, B62D 63/02, G06N 3/06, H02H 1/00, дата публикации 2013-04-25.27. Application US 2013098310 A1 IPC A01K 1/03, A01K 15/02, A61N 1/36, A61N 1/372, B62D 63/02, G06N 3/06, H02H 1/00, publication date 2013-04-25.

28. WO 2011132756 A1, МПК А61В 5/0478, A61B 5/0476, A01K 67/00, A61B 5/055, A61B 5/0408, A61B 5/0492, дата публикации 2011-10-27.28. WO 2011132756 A1, IPC A61B 5/0478, A61B 5/0476, A01K 67/00, A61B 5/055, A61B 5/0408, A61B 5/0492, publication date 2011-10-27.

29. ЕР 1234540 A1, МПК А01К 1/03, А01К 29/00, А61В 5/0478, А61В 5/0484, G01N 33/50, дата публикации 2002-08-28.29. EP 1234540 A1, IPC A01K 1/03, A01K 29/00, A61B 5/0478, A61B 5/0484, G01N 33/50, publication date 2002-08-28.

30. WO 2005037100 А1, МПК А61В 5/0484, А61В 5/04847, А61В 5/4011, дата публикации 2005-04-28.30. WO 2005037100 A1, IPC A61B 5/0484, A61B 5/04847, A61B 5/4011, publication date 2005-04-28.

31. CN 1865996, МПК А61В 5/00, G01N 33/00, дата публикации 2006-11-22.31. CN 1865996, IPC A61B 5/00, G01N 33/00, publication date 2006-11-22.

32. Gupta P., Albeanu D.F., & Bhalla U.S. Olfactory bulb coding of odors, mixtures and sniffs is a linear sum of odor time profiles// Nature Neuroscience. 2015.doi:10.1038/nn.3913.32. Gupta P., Albeanu D.F., & Bhalla U.S. Olfactory bulb coding of odors, mixtures and sniffs is a linear sum of odor time profiles // Nature Neuroscience. 2015.doi: 10.1038 / nn. 3913.

33. Rumelhart D.E., Hinton G.E. and Williams R.J. Learning internal representations by error propagation. In Parallel distributed processing, London: MIT Press, Vol. 1, 1986, 550 p.) [33].33. Rumelhart D.E., Hinton G.E. and Williams R.J. Learning internal representations by error propagation. In Parallel Distributed Processing, London: MIT Press, Vol. 1, 1986, 550 p.) [33].

Claims (6)

1. Способ выявления в воздухе взрывчатых и наркотических веществ на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельного анализатора крысы, заключающийся в имплантации в верхнюю поверхность обонятельной луковицы крысы микроэлектродной матрицы из рабочих и по меньшей мере одного референтного электродов, регистрации электрокортикографического сигнала обонятельной луковицы в заданном диапазоне частот в момент вдоха, извлечении пяти групп признаков, выраженных в виде математических величин среднего, дисперсии, асимметрии и эксцесса, рассчитанных для амплитуд электрокортикографического сигнала каждого отведения, первой производной амплитуд электрокортикографического сигнала каждого отведения, частотно-амплитудного спектра каждого отведения, коэффициентов кросс-корреляции амплитуд электрокортикографического сигнала между отведениями, коэффициентов кросс-корреляции частотно-амплитудного спектра между отведениями, обработки каждой группы признаков отдельной многослойной нейронной сетью, при этом для обучения каждой многослойной нейронной сети дополнительно формируют массив указателей запахов, предъявляемых крысе заданное количество раз с заданной длительностью паузы, который является выходным массивом для обучения многослойной нейронной сети, при обучении для каждой многослойной нейронной сети вычисляют весовые коэффициенты классификации и при идентификации запаха пять групп признаков электрокортикографического сигнала обрабатывают пять многослойных нейронных сетей и вычисляют вероятности принадлежности предъявляемого крысе запаха к одному из заданных запахов по каждой группе признаков, вычисляют среднее арифметическое вероятностей от пяти многослойных нейронных сетей с выбором запаха с максимальной вероятностью в качестве результата распознавания.1. A method for detecting explosive and narcotic substances in the air based on an analysis of the bioelectric potentials of the olfactory rat analyzer, which consists in implanting a microelectrode matrix from working and at least one reference electrodes into the upper surface of the olfactory bulb of the rat, recording the electrocorticographic signal of the olfactory bulb in a given frequency range in the moment of inspiration, the extraction of five groups of signs expressed in the form of mathematical values of mean, variance, asymmetry and exce CCA calculated for the amplitudes of the electrocorticographic signal of each lead, the first derivative of the amplitudes of the electrocorticographic signal of each lead, the frequency-amplitude spectrum of each lead, the cross-correlation coefficients of the amplitudes of the electro-corticographic signal between the leads, the cross-correlation coefficients of the frequency-amplitude spectrum between the leads, the processing of each group of signs separate multilayer neural network, while for training each multilayer neural network will complement an array of odor indicators presented to the rat is generated for a specified number of times with a given pause duration, which is the output array for training a multilayer neural network; when training for each multilayer neural network, weight classification coefficients are calculated and, when identifying an odor, five groups of signs of an electrocorticographic signal process five multilayer neural networks and calculate the probability of belonging to the rat odor to one of the given odors for each group without signs, calculate the arithmetic mean of the probabilities of five multilayer neural networks with the choice of smell with maximum probability as the result of recognition. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется восемь рабочих электродов.2. The method according to p. 1, characterized in that eight working electrodes are used. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весовые коэффициенты классификации вычисляются по алгоритму обратного распространения ошибки.3. The method according to p. 1, characterized in that the weighting classification coefficients are calculated according to the algorithm of the back propagation of the error. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество предъявлений каждого запаха при обучении многослойной нейронной сети составляет 60 раз.4. The method according to p. 1, characterized in that the number of presentations of each smell in training a multilayer neural network is 60 times. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность паузы между предъявлениями запахов при обучении многослойной нейронной сети составляет 20 секунд.5. The method according to p. 1, characterized in that the duration of the pause between presentations of odors during training of a multilayer neural network is 20 seconds. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частотный диапазон обнаружения запахов в электрокортикографическом сигнале составляет 50-140 Гц.6. The method according to p. 1, characterized in that the frequency range of detection of odors in the electrocorticographic signal is 50-140 Hz.
RU2017116402A 2017-05-11 2017-05-11 Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer RU2659712C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116402A RU2659712C1 (en) 2017-05-11 2017-05-11 Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116402A RU2659712C1 (en) 2017-05-11 2017-05-11 Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659712C1 true RU2659712C1 (en) 2018-07-03

Family

ID=62815363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017116402A RU2659712C1 (en) 2017-05-11 2017-05-11 Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659712C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050009444A1 (en) * 2001-12-22 2005-01-13 Davis Paul James Detection of odours using insects
CN1865996A (en) * 2006-05-11 2006-11-22 西安交通大学 Drug detector based on animal olfactory sensation
RU2338175C2 (en) * 2006-09-29 2008-11-10 ОАО "Аэрофлот - Российские авиалинии" Method for explosives detection
UA77348U (en) * 2012-07-30 2013-02-11 Донецкий Государственный Медицинский Университет Им. М. Горького Method for testing the state of live biological tissue with use of artificial neuron network

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050009444A1 (en) * 2001-12-22 2005-01-13 Davis Paul James Detection of odours using insects
CN1865996A (en) * 2006-05-11 2006-11-22 西安交通大学 Drug detector based on animal olfactory sensation
RU2338175C2 (en) * 2006-09-29 2008-11-10 ОАО "Аэрофлот - Российские авиалинии" Method for explosives detection
UA77348U (en) * 2012-07-30 2013-02-11 Донецкий Государственный Медицинский Университет Им. М. Горького Method for testing the state of live biological tissue with use of artificial neuron network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YINON J et al. Modern methods and applications in analysis of explosives. Chichester, UK; New York, USA: Wiley. 1996, 316 c. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5325862A (en) Method and/or system for personal identification and impairment assessment from brain activity patterns
Rojas-Líbano et al. The olfactory bulb theta rhythm follows all frequencies of diaphragmatic respiration in the freely behaving rat
Rao Brain-computer interfacing: an introduction
Leitch et al. Structure, innervation and response properties of integumentary sensory organs in crocodilians
US5522386A (en) Apparatus particularly for use in the determination of the condition of the vegetative part of the nervous system
Whitham et al. Using technology to monitor and improve zoo animal welfare
US20190227053A1 (en) Bio-electric nose
US20090326408A1 (en) Providing Impedance Plethysmography Electrodes
Shusterman et al. Sniff invariant odor coding
Wilson et al. An ovine model of spinal cord injury
EP3859330A1 (en) Method, computer system, and program for predicting characteristics of target compound
Grajski et al. Spatial EEG correlates of nonassociative and associative olfactory learning in rabbits.
CN103298398B (en) For determining the system and method for brain stem response state development
RU2659712C1 (en) Method for the identification of small concentrations of explosive and narcotic substances in the air based on analysis of bioelectric potentials of rat olfactory analyzer
Genzel et al. The fully automated bat (FAB) flight room: A human-free environment for studying navigation in flying bats and its initial application to the retrosplenial cortex
RU2666873C1 (en) Method of diagnostics of lung cancer by analysis of exhaled air by patient on the basis of analysis of bioelectric potentials of the rat olfactory analyzer
Guo et al. Multi-odor discrimination by a novel bio-hybrid sensing preserving rat's intact smell perception in vivo
Stark et al. Medicine has gone to the dogs: deep learning and robotic olfaction to mimic working dogs
Redondo et al. Pedal neuron 3 serves a significant role in effecting turning during crawling by the marine slug Tritonia diomedea (Bergh)
Chia et al. Novel activity detection algorithm to characterize spontaneous stepping during multimodal spinal neuromodulation after mid-thoracic spinal cord injury in rats
Jordan et al. Long-and short-term habituation of acoustic startle is not frequency specific in the rat
Zennou-Azogui et al. Hypergravity within a critical period impacts on the maturation of somatosensory cortical maps and their potential for use-dependent plasticity in the adult
Brugarolas Brufau Towards Automated Canine Training: Wearable Cyber-Physical Systems for Physiological and Behavioral Monitoring of Dogs.
CN109480866A (en) A method of utilizing pupillometry PPI
Burke et al. Blast trauma affects production and perception of mouse ultrasonic vocalizations

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191108

Effective date: 20191108