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Enregistrement W4402551833 · doi:10.1158/1538-7445.pancreatic24-a029

Abstract A029: Evaluating and interpreting scGPT: A foundation model for single-cell biology in real-world cancer clinical trial data

2024· article· en· W4402551833 sur OpenAlexaff
Runzi Tan, Haotian Cui, Bo Wang, Kimberly Perez, Andressa Dias Costa, Alexander C. Jordan, Thomas Karacic, Dalia Elganainy, Dan Y. Gui, Suryun Kim, Chen Yuan, Morgan Truitt, Michael Downes, Ronald M. Evans, Tae Gyu Oh, Peter J. O’Dwyer, Andrew J. Aguirre, Jonathan A. Nowak, Brian M. Wolpin, Simona Cristea

Notice bibliographique

RevueCancer Research · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCancer Genomics and Diagnostics
Établissements canadiensVector InstituteUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCancerFoundation (evidence)Clinical trialMedicineComputational biologyBiologyOncologyInternal medicineGeographyArchaeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The success of large language models (LLMs) with attention mechanisms in natural language processing has inspired a series of LLMs for single-cell analysis, such as scGPT. Such LLMs claim to have excellent performance as foundation models across various downstream tasks. This study aims to validate scGPT and explore its potential in cancer research using real-world clinical trial data. We assessed scGPT's performance in both zero-shot and fine-tuned scenarios on various tasks using single-nucleus sequencing data from pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) patients undergoing different treatments, including ones treated at the Dana-Farber Cancer Institute. Our methodology encompassed a comprehensive evaluation of scGPT's capabilities, including zero-shot clustering, gene expression prediction, and cell reconstruction. We fine-tuned the model for downstream tasks like cell type annotation, treatment perturbation prediction, and gene regulatory network inference. Additionally, we extracted and analyzed multi-head, multi-layer embeddings and attention matrices, visualizing the flow of information within the model and how they respond to different perturbations or fine-tuning objectives to investigate the model's learning process and its correlation with biological information. The study utilized two main datasets for fine-tuning and evaluating scGPT: an unpublished clinical trial dataset featuring metastatic PDAC patients under three comparative treatment arms with pre- and on-treatment single-nucleus sequencing data, and a published clinical trial dataset containing sequencing data from PDAC patients who underwent various treatment regimens. Our results validate scGPT's potential to effectively extract biological information as a foundation model for single-cell biology. For zero-shot, scGPT demonstrated strong performance in tasks like clustering, while showing areas with suboptimal performance like gene expression prediction and reconstruction. In addition, fine-tuning significantly boosts the model's capabilities across various tasks. The model responds well to multiple fine-tuning objectives, capturing information that distinguishes between individuals and treatments, and accurately predicting patient and treatment groups at the single-cell level. The analysis of model structure and information flow revealed that multi-head attention and representations could, to some extent, capture biological information. For example, the model’s attention to certain genes varies in different heads and layers, with being altered to certain patterns responding to fine-tuning objectives. Our analysis of the model's architecture and attention mechanisms offers preliminary insights into the relationship between model behavior and biological processes. It also provides a framework for interpreting complex biological information through the lens of attention mechanisms in single cell LLMs, paving the way for future studies exploring the intersection of foundation models and cancer biology, potentially leading to transformative progress in clinical cancer care. Citation Format: Runzi Tan, Haotian Cui, Bo Wang, Kimberly Perez, Andressa Dias Costa, Alexander Jordan, Thomas Karacic, Dalia Elganainy, Dan Y Gui, Suryun Kim, Chen Yuan, Morgan Truitt, Michael Downes, Ronald Evans, Tae Gyu Oh, Peter O’Dwyer, Andrew Aguirre, Jonathan A Nowak, Brian Wolpin, Simona Cristea. Evaluating and interpreting scGPT: A foundation model for single-cell biology in real-world cancer clinical trial data [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Advances in Pancreatic Cancer Research; 2024 Sep 15-18; Boston, MA. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2024;84(17 Suppl_2):Abstract nr A029.

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)0,013
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,038
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 enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,068

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0130,038
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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.

Tête enseignante Opus0,447
Tête enseignante GPT0,581
Écart entre enseignants0,134 · 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

Citations3
Publié2024
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Résumé présentoui

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