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Enregistrement W4417035862 · doi:10.2196/80735

Paired-Sample and Pathway-Anchored MLOps Framework for Robust Transcriptomic Machine Learning in Small Cohorts: Model Classification Study

2025· article· en· W4417035862 sur OpenAlexvenueno aff
Mahdieh Shabanian, Nima Pouladi, Liam Wilson, Mattia Prosperi, Yves A. Lussier

Notice bibliographique

RevueJMIR Bioinformatics and Biotechnology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueSingle-cell and spatial transcriptomics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWorkflowFeature (linguistics)Reduction (mathematics)Feature selectionPattern recognition (psychology)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Approximately 90% of the 65,000 human diseases are infrequent, collectively affecting ~400 million people, substantially limiting cohort accrual. This low prevalence constrains the development of robust transcriptome-based machine learning (ML) classifiers. Standard data-driven classifiers typically require cohorts of more than 100 participants per group to achieve clinical accuracy while managing high-dimensional input (~25,000 transcripts). These requirements are infeasible for microcohorts of ~20 individuals, where overfitting becomes pervasive. Objective: To overcome these constraints, we developed a classification method that integrates three enabling strategies: (i) paired-sample transcriptome dynamics, (ii) N-of-1 pathway-based analytics, and (iii) reproducible machine learning operations (MLOps) for continuous model refinement. Methods: Unlike ML approaches relying on a single transcriptome per subject, within-subject paired-sample designs-such as pre- versus post-treatment or diseased versus adjacent-normal tissue-effectively control intraindividual variability under isogenic conditions and within-subject environmental exposures (eg, smoking history, other medications, etc), improve signal-to-noise ratios, and, when pre-processed as single- studies (N-of-1), can achieve statistical power comparable with that obtained in animal models. Pathway-level N-of-1 analytics further reduces each sample's high-dimensional profile into ~4000 biologically interpretable features, annotated with effect sizes, dispersion, and significance. Complementary MLOp practices-automated versioning, continuous monitoring, and adaptive hyperparameter tuning-improve model reproducibility and generalization. Results: In two case studies of distinct diseases, human rhinovirus infection (HRV) versus matched healthy controls (n=16 training; n=3 test) and breast cancer tissues harboring TP53 or PIK3CA mutations versus adjacent normal tissue (n=27 training; n=9 test)-this approach achieved 90% precision and recall on an unseen breast cancer test set and 92% precision with 90% recall in rhinovirus fivefold cross-validation. Incorporating paired-sample dynamics boosted precision by up to 12% and recall by 13% in breast cancer and by 5% each in HRV. MLOps workflows yielded an additional ~14.5% accuracy improvement compared to traditional pipelines. Moreover, our method identified 42 critical gene sets (pathways) for rhinovirus response and 21 for breast cancer mutation status, selected as the most important features (mean decrease impurity) of the best-performing model, with retroactive ablation of top 20 features reducing accuracy by ~25%. Conclusions: These proof-of-concept results support the utility of integrating intrasubject dynamics, "biological knowledge"-based feature reduction (pathway-level feature reduction grounded in prior biological knowledge; eg, N-of-1-pathway analytics), and reproducible MLOp workflows can overcome cohort size limitations in infrequent disease, offering a scalable, interpretable solution for high-dimensional transcriptomic classification. Future work will extend these advances across various therapeutic and small cohort designs.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,951
Score d'incertitude au seuil0,890

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,026
Tête enseignante GPT0,252
Écart entre enseignants0,226 · 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 tête enseignante, 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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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