计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年7月13日
(v1)
,最后修订 2025年7月18日 (此版本, v2)]
标题: 可解释的人工智能在基因组学中的应用:使用专家混合模型预测转录因子结合位点
标题: Explainable AI in Genomics: Transcription Factor Binding Site Prediction with Mixture of Experts
摘要: 转录因子结合位点(TFBS)预测对于理解基因调控和各种生物过程至关重要。 本研究引入了一种新的专家混合(MoE)方法用于TFBS预测,该方法整合了多个预训练的卷积神经网络(CNN)模型,每个模型专门针对不同的TFBS模式。 我们在分布内和分布外(OOD)数据集上对我们的MoE模型与单独的专家模型进行了性能评估,使用六个随机选择的转录因子(TFs)进行OOD测试。 我们的结果表明,MoE模型在多种TF结合位点上表现出具有竞争力或更优的性能,特别是在分布外场景中表现尤为突出。 方差分析(ANOVA)统计检验确认了这些性能差异的显著性。 此外,我们引入了ShiftSmooth,这是一种新颖的归因映射技术,通过考虑输入序列的小幅移动,提供了更稳健的模型可解释性。 通过全面的可解释性分析,我们展示了 ShiftSmooth在基序发现和定位方面相比传统的Vanilla梯度方法具有更优的归因效果。 我们的工作为TFBS预测提供了一种高效、可推广且可解释的解决方案,有望在基因组生物学中带来新的发现,并推进我们对转录调控的理解。
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