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Enregistrement W7106029918 · doi:10.7939/83025

Big Data Analytics: Methodology Evaluation and Development for Gene Set Analysis & Spatial Cluster Detection in Administrative Health Data

2025· dissertation· en· W7106029918 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUniversity of Alberta Library · 2025
Typedissertation
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueGene expression and cancer classification
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBig dataCovarianceSet (abstract data type)Lasso (programming language)Data setCovariance matrixStability (learning theory)Estimation of covariance matricesType I and type II errors

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This study focuses on two key domains of big data analytics: high-dimensional gene expression data analysis and population-based administrative health data analysis. Analyzing large-scale biomedical datasets is increasingly common in modern biomedical research, where the exponential growth of data generation creates both outstanding opportunities for scientific discovery and significant analytical challenges. In the genomic analysis domain, this research focuses on evaluating and enhancing statistical gene set analysis (GSA) methods for gene expression data. This investigation involves a comprehensive evaluation of the Linear Combination Test (LCT) performance using different covariance matrix estimators, including ridge, graphical lasso, and adaptive lasso methods. This investigation is particularly crucial for high-dimensional gene expression datasets where the number of variables (genes) vastly exceeds the number of observations (samples), making the calculation of covariance matrices computationally challenging and often resulting in singular or ill-conditioned matrices. The study methodologically assesses LCT stability and accuracy across these various estimators, with special attention to unbalanced study designs that frequently occur in biomedical research due to practical constraints in patient recruitment and sample collection. The findings demonstrated that while shrinkage estimation performs optimally in balanced designs across all correlation levels, ridge estimation provides superior performance in unbalanced scenarios with better Type I error control compared to shrinkage's inflated error rates under unbalanced conditions. Additionally, within the genomic analysis domain, the research develops a novel GSA approach called GSHAPA for single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data. This method strategically combines Random Forest (RF) algorithms with SHapley Additive exPlanations (SHAP) values to address critical limitations in GSA analysis: traditional statistical methods fail to capture non-linear gene interactions in sparse scRNA-seq data, while existing machine learning approaches provide high performance but lack the explainable artificial intelligence integration needed to understand which specific genes drive pathway activity in individual cells. GSHAPA demonstrated superior precision, computational efficiency (5× faster), and significantly lower false positive rates compared with Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) as a baseline method. The method also uniquely provides pathway scores for individual samples. Unlike current approaches that force researchers to choose between interpretable but poorly-performing statistical methods or high-performing but black-box machine learning models, GSHAPA bridges this gap by delivering both effective non-linear modeling capability and interpretable insights. The second research domain focuses on the application and comparison of existing spatial scan methods using population-based administrative health data to detect geographic clusters of croup cases. Cases were identified using emergency department (ED) visit and physician claims data from April 2017 to March 2023 in Alberta, Canada. Yearly analyses were conducted on each data source separately (univariate) and for both data sources simultaneously (multivariate) to detect overlapping or distinct geographic patterns. This methodological comparison demonstrated the complementary value of univariate and multivariate approaches for spatial cluster detection, particularly when analyzing multiple healthcare data sources. Multivariate spatial scan statistics identified areas with consistently higher risk across both data sources, while also detecting unique clusters where only one data source showed significant patterns. The analysis revealed consistent geographic clustering across Alberta, with distinct utilization patterns between ED visits and physician claims data reflecting different healthcare-seeking behaviours. This research explores big data analytics through methodological evaluation and development in genomic analysis, and through application and comparison of advanced statistical methods in population health data analysis. The key findings develop novel approaches for genomic analysis and provide a methodological comparison of spatial cluster detection methods, contributing to analytical capabilities for large-scale biomedical data analysis.

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)0,037
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,064
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: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,037
Score d'incertitude au seuil0,195

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0370,064
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0050,006
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0040,003
Science ouverte0,0030,003
Intégrité de la recherche0,0010,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

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 Opus0,211
Tête enseignante GPT0,372
Écart entre enseignants0,161 · 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
GenreMéthodes

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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