Quick and effective approximation of <i>in silico</i> saturation mutagenesis experiments with first-order Taylor expansion
Notice bibliographique
Résumé
Abstract To understand the decision process of genomic sequence-to-function models, various explainable AI algorithms have been proposed. These methods determine the importance of each nucleotide in a given input sequence to the model’s predictions, and enable discovery of cis regulatory motif grammar for gene regulation. The most commonly applied method is in silico saturation mutagenesis (ISM) because its per-nucleotide importance scores can be intuitively understood as the computational counterpart to in vivo saturation mutagenesis experiments. While ISM is highly interpretable, it is computationally challenging to perform, because it requires computing three forward passes for every nucleotide in the given input sequence; these computations add up when analyzing a large number of sequences, and become prohibitive as the length of the input sequences and size of the model grows. Here, we show how to use the first-order Taylor approximation to compute ISM, which reduces its computation cost to a single forward pass for an input sequence. We use our theoretical derivation to connect ISM with the gradient of the model and show how this approximation is related to a recently suggested correction of the model’s gradients for genomic sequence analysis. We show that the Taylor ISM (TISM) approximation is robust across different model ablations, random initializations, training parameters, and data set sizes.
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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 | 0,001 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 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 ».