Deep Learning for Validating and Estimating Resolution of Cryo-Electron Microscopy Density Maps †
Notice bibliographique
Résumé
Cryo-electron microscopy (cryo-EM) is becoming the imaging method of choice for determining protein structures. Many atomic structures have been resolved based on an exponentially growing number of published three-dimensional (3D) high resolution cryo-EM density maps. However, the resolution value claimed for the reconstructed 3D density map has been the topic of scientific debate for many years. The Fourier Shell Correlation (FSC) is the currently accepted cryo-EM resolution measure, but it can be subjective, manipulated, and has its own limitations. In this study, we first propose supervised deep learning methods to extract representative 3D features at high, medium and low resolutions from simulated protein density maps and build classification models that objectively validate resolutions of experimental 3D cryo-EM maps. Specifically, we build classification models based on dense artificial neural network (DNN) and 3D convolutional neural network (3D CNN) architectures. The trained models can classify a given 3D cryo-EM density map into one of three resolution levels: high, medium, low. The preliminary DNN and 3D CNN models achieved 92.73% accuracy and 99.75% accuracy on simulated test maps, respectively. Applying the DNN and 3D CNN models to thirty experimental cryo-EM maps achieved an agreement of 60.0% and 56.7%, respectively, with the author published resolution value of the density maps. We further augment these previous techniques and present preliminary results of a 3D U-Net model for local resolution classification. The model was trained to perform voxel-wise classification of 3D cryo-EM density maps into one of ten resolution classes, instead of a single global resolution value. The U-Net model achieved 88.3% and 94.7% accuracy when evaluated on experimental maps with local resolutions determined by MonoRes and ResMap methods, respectively. Our results suggest deep learning can potentially improve the resolution evaluation process of experimental cryo-EM maps.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».