Towards Interpretable Cryo-EM: Disentangling Latent Spaces of Molecular Conformations
Notice bibliographique
Résumé
Molecules are essential building blocks of life and their different conformations (i.e., shapes) crucially determine the functional role that they play in living organisms. Cryogenic Electron Microscopy (cryo-EM) allows for acquisition of large image datasets of individual molecules. Recent advances in computational cryo-EM have made it possible to learn latent variable models of conformation landscapes. However, interpreting these latent spaces remains a challenge as their individual dimensions are often arbitrary. The key message of our work is that this interpretation challenge can be viewed as an Independent Component Analysis (ICA) problem where we seek models that have the property of identifiability. That means, they have an essentially unique solution, representing a conformational latent space that separates the different degrees of freedom a molecule is equipped with in nature. Thus, we aim to advance the computational field of cryo-EM beyond visualizations as we connect it with the theoretical framework of (nonlinear) ICA and discuss the need for identifiable models, improved metrics, and benchmarks. Moving forward, we propose future directions for enhancing the disentanglement of latent spaces in cryo-EM, refining evaluation metrics and exploring techniques that leverage physics-based decoders of biomolecular systems. Moreover, we discuss how future technological developments in time-resolved single particle imaging may enable the application of nonlinear ICA models that can discover the true conformation changes of molecules in nature. The pursuit of interpretable conformational latent spaces will empower researchers to unravel complex biological processes and facilitate targeted interventions. This has significant implications for drug discovery and structural biology more broadly. More generally, latent variable models are deployed widely across many scientific disciplines. Thus, the argument we present in this work has much broader applications in AI for science if we want to move from impressive nonlinear neural network models to mathematically grounded methods that can help us learn something new about nature.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».