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Enregistrement W3165206559 · doi:10.2196/23099

Predicting Semantic Similarity Between Clinical Sentence Pairs Using Transformer Models: Evaluation and Representational Analysis

2021· article· en· W3165206559 sur OpenAlexvenueno aff
Mark Ormerod, Jesús Martínez del Rincón, Barry Devereux

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueTopic Modeling
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNatural language processingSemantic similarityComputer scienceArtificial intelligenceSentenceSecurity tokenSimilarity (geometry)Transformer

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Semantic textual similarity (STS) is a natural language processing (NLP) task that involves assigning a similarity score to 2 snippets of text based on their meaning. This task is particularly difficult in the domain of clinical text, which often features specialized language and the frequent use of abbreviations. OBJECTIVE: We created an NLP system to predict similarity scores for sentence pairs as part of the Clinical Semantic Textual Similarity track in the 2019 n2c2/OHNLP Shared Task on Challenges in Natural Language Processing for Clinical Data. We subsequently sought to analyze the intermediary token vectors extracted from our models while processing a pair of clinical sentences to identify where and how representations of semantic similarity are built in transformer models. METHODS: Given a clinical sentence pair, we take the average predicted similarity score across several independently fine-tuned transformers. In our model analysis we investigated the relationship between the final model's loss and surface features of the sentence pairs and assessed the decodability and representational similarity of the token vectors generated by each model. RESULTS: Our model achieved a correlation of 0.87 with the ground-truth similarity score, reaching 6th place out of 33 teams (with a first-place score of 0.90). In detailed qualitative and quantitative analyses of the model's loss, we identified the system's failure to correctly model semantic similarity when both sentence pairs contain details of medical prescriptions, as well as its general tendency to overpredict semantic similarity given significant token overlap. The token vector analysis revealed divergent representational strategies for predicting textual similarity between bidirectional encoder representations from transformers (BERT)-style models and XLNet. We also found that a large amount information relevant to predicting STS can be captured using a combination of a classification token and the cosine distance between sentence-pair representations in the first layer of a transformer model that did not produce the best predictions on the test set. CONCLUSIONS: We designed and trained a system that uses state-of-the-art NLP models to achieve very competitive results on a new clinical STS data set. As our approach uses no hand-crafted rules, it serves as a strong deep learning baseline for this task. Our key contribution is a detailed analysis of the model's outputs and an investigation of the heuristic biases learned by transformer models. We suggest future improvements based on these findings. In our representational analysis we explore how different transformer models converge or diverge in their representation of semantic signals as the tokens of the sentences are augmented by successive layers. This analysis sheds light on how these "black box" models integrate semantic similarity information in intermediate layers, and points to new research directions in model distillation and sentence embedding extraction for applications in clinical NLP.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,008
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,027
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,043

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0080,027
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0030,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,150
Tête enseignante GPT0,413
Écart entre enseignants0,263 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations33
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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