Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Year Published
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
Die Schwingungsspektroskopie ist eine weit verbreitete Technik zur chemischen Charakterisierung in verschiedenen analytischen Disziplinen. Ihre Anwendungen erstrecken sich zunehmend auf die Analyse komplexer Proben wie Bioflüssigkeiten und ermöglichen molekulares Profiling mit hohem Durchsatz. Trotz ihrer Leistungsfähigkeit leidet diese Technologie unter einer inhärenten Einschränkung: Der Überlapp von Absorptionsinformationen über verschiedene Spektralbereiche hinweg behindert die Fähigkeit, einzelne Substanzen zu identifizieren, welche zu den gemessenen Gesamtsignal beitragen. Obwohl man sich dieser Herausforderung bewusst ist, wird die Schwierigkeit der Analyse von Multimolekülspektren oft unterschätzt, was zu Fehlinterpretation führen kann. In dieser Arbeit diskutieren wir kritisch den weit verbreiteten übermäßigen Verlass auf einzelne Absorptionsbanden bei der Dateninterpretation und beleuchten die Fallstricke bei der Korrelation von spektral Signalen mit diskreten Substanzen oder physiologischen Zuständen ohne rigorose Validierung. Mit Fokus auf blutbasierte Infrarotspektroskopie liefern wir Beispiele, die zeigen, wie Überlappungen lokaler Absorptionsmaxima zwischen verschiedenen Substanzen, relative Konzentrationen von Substanzen und Datenvorverarbeitungsschritte zu fehlerhaften Interpretationen führen können. Wir plädieren für einen Paradigmenwechsel hin zu einem vorsichtigeren Verständnis komplexer Spektren, was dazu führen sollte, entweder deren Charakter als molekularen Fingerabdruck zu akzeptieren und maschinelles Lernen zur Analyse zu nutzen – oder zusätzliche Messmodalitäten für eine robuste molekulare Interpretationen einzubeziehen. Mit dem Ziel, analytische Praktiken in diesem Bereich zu verbessern und weiterzuentwickeln, heben wir die Grenzen molekularer Interpretationen hervor und stellen mögliche Anwendungen vor.
Die Schwingungsspektroskopie ist eine weit verbreitete Technik zur chemischen Charakterisierung in verschiedenen analytischen Disziplinen. Ihre Anwendungen erstrecken sich zunehmend auf die Analyse komplexer Proben wie Bioflüssigkeiten und ermöglichen molekulares Profiling mit hohem Durchsatz. Trotz ihrer Leistungsfähigkeit leidet diese Technologie unter einer inhärenten Einschränkung: Der Überlapp von Absorptionsinformationen über verschiedene Spektralbereiche hinweg behindert die Fähigkeit, einzelne Substanzen zu identifizieren, welche zu den gemessenen Gesamtsignal beitragen. Obwohl man sich dieser Herausforderung bewusst ist, wird die Schwierigkeit der Analyse von Multimolekülspektren oft unterschätzt, was zu Fehlinterpretation führen kann. In dieser Arbeit diskutieren wir kritisch den weit verbreiteten übermäßigen Verlass auf einzelne Absorptionsbanden bei der Dateninterpretation und beleuchten die Fallstricke bei der Korrelation von spektral Signalen mit diskreten Substanzen oder physiologischen Zuständen ohne rigorose Validierung. Mit Fokus auf blutbasierte Infrarotspektroskopie liefern wir Beispiele, die zeigen, wie Überlappungen lokaler Absorptionsmaxima zwischen verschiedenen Substanzen, relative Konzentrationen von Substanzen und Datenvorverarbeitungsschritte zu fehlerhaften Interpretationen führen können. Wir plädieren für einen Paradigmenwechsel hin zu einem vorsichtigeren Verständnis komplexer Spektren, was dazu führen sollte, entweder deren Charakter als molekularen Fingerabdruck zu akzeptieren und maschinelles Lernen zur Analyse zu nutzen – oder zusätzliche Messmodalitäten für eine robuste molekulare Interpretationen einzubeziehen. Mit dem Ziel, analytische Praktiken in diesem Bereich zu verbessern und weiterzuentwickeln, heben wir die Grenzen molekularer Interpretationen hervor und stellen mögliche Anwendungen vor.
Vibrational spectroscopy is a widely used technique for chemical characterizations across various analytical sciences. Its applications are increasingly extending to the analysis of complex samples such as biofluids, providing high‐throughput molecular profiling. While powerful, the technique suffers from an inherent limitation: The overlap of absorption information across different spectral domains hinders the capacity to identify individual molecular substances contributing to measured signals. Despite the awareness of this challenge, the difficulty of analyzing multi‐molecular spectra is often underestimated, leading to unsubstantiated molecular interpretations. Here, we examine the prevalent overreliance on spectral band assignment and illuminate the pitfalls of correlating spectral signals to discrete molecular entities or physiological states without rigorous validation. Focusing on blood‐based infrared spectroscopy, we provide examples illustrating how peak overlap among different substances, relative substance concentrations, and preprocessing steps can lead to erroneous interpretations. We advocate for a viewpoint shift towards a more careful understanding of complex spectra, which shall lead to either accepting their fingerprinting nature and leveraging machine learning analysis – or involving additional measurement modalities for robust molecular interpretations. Aiming to help translate and improve analytical practices within the field, we highlight the limitations of molecular interpretations and feature their viable applications.
Molecular analytics increasingly utilize machine learning (ML) for predictive modeling based on data acquired through molecular profiling technologies. However, developing robust models that accurately capture physiological phenotypes is challenged by the dynamics inherent to biological systems, variability stemming from analytical procedures, and the resource-intensive nature of obtaining sufficiently representative datasets. Here, we propose and evaluate a new method: Contextual Out-of-Distribution Integration (CODI). Based on experimental observations, CODI generates synthetic data that integrate unrepresented sources of variation encountered in real-world applications into a given molecular fingerprint dataset. By augmenting a dataset with out-of-distribution variance, CODI enables an ML model to better generalize to samples beyond the seed training data, reducing the need for extensive experimental data collection. Using three independent longitudinal clinical studies and a case-control study, we demonstrate CODI's application to several classification tasks involving vibrational spectroscopy of human blood. We showcase our approach's ability to enable personalized fingerprinting for multi-year longitudinal molecular monitoring and enhance the robustness of trained ML models for improved disease detection. Our comparative analyses reveal that incorporating CODI into the classification workflow consistently leads to increased robustness against data variability and improved predictive accuracy.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.