Identifying Protein Co-Regulatory Network Logic by Solving B-Sat Problems Through Gate-Based Quantum Computing
Notice bibliographique
Résumé
There is growing awareness that the success of pharmacologic interventions on living organisms is significantly impacted by context and timing of exposure. In turn, this complexity is leading to an increasing focus on regulatory network dynamics in biology and our ability to represent these at a high level of fidelity, in silico. Logic network models continue to show great promise in this domain and their parameter estimation can be formulated as a constraint satisfaction problem (CSP) that is especially well-suited for the often sparse and incomplete data associated with biology. Unfortunately, even in the case of Boolean logic, the combinatorial complexity of these problems grows rapidly, challenging our ability to create such models at physiologically-relevant scales. That said, quantum computing, while still nascent, facilitates novel information-processing paradigms with the potential for transformative impact in problems such as this one. In this work, we take a first step at actualizing this potential by identifying the structure and Boolean decisional logic of a well-studied regulatory network linking five proteins involved in the neural development of the mammalian cortical area of the brain. We identify the protein-protein connectivity and binary decisional logic governing this network by formulating it as a Boolean Satisfiability (B-SAT) problem. We then employ Grover's algorithm to solve the NP-hard problem faster than the exponential time complexity required by deterministic classical algorithms. Using approaches deployed on both quantum simulators and actual noisy intermediate scale quantum (NISQ) hardware, we accurately recover several highlikelihood models from very sparse protein expression data. The results highlight the differential roles of various data types in supporting accurate models; the impact of quantum algorithm design as it pertains to the mutability of quantum hardware, and the opportunities for accelerated discovery enabled by this approach.
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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 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 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 ».