Phenotype prediction from single-cell RNA-seq data using attention-based neural networks
Notice bibliographique
Résumé
MOTIVATION: A patient's disease phenotype can be driven and determined by specific groups of cells whose marker genes are either unknown or can only be detected at late-stage using conventional bulk assays such as RNA-Seq technology. Recent advances in single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) enable gene expression profiling in cell-level resolution, and therefore have the potential to identify those cells driving the disease phenotype even while the number of these cells is small. However, most existing methods rely heavily on accurate cell type detection, and the number of available annotated samples is usually too small for training deep learning predictive models. RESULTS: Here, we propose the method ScRAT for phenotype prediction using scRNA-seq data. To train ScRAT with a limited number of samples of different phenotypes, such as coronavirus disease (COVID) and non-COVID, ScRAT first applies a mixup module to increase the number of training samples. A multi-head attention mechanism is employed to learn the most informative cells for each phenotype without relying on a given cell type annotation. Using three public COVID datasets, we show that ScRAT outperforms other phenotype prediction methods. The performance edge of ScRAT over its competitors increases as the number of training samples decreases, indicating the efficacy of our sample mixup. Critical cell types detected based on high-attention cells also support novel findings in the original papers and the recent literature. This suggests that ScRAT overcomes the challenge of missing marker genes and limited sample number with great potential revealing novel molecular mechanisms and/or therapies. AVAILABILITY AND IMPLEMENTATION: The code of our proposed method ScRAT is published at https://github.com/yuzhenmao/ScRAT.
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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 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| 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) | 0,001 | 0,000 |
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 ».