Despite increasing scale and resolution, many biological measurements remain destructive, revealing only spatial information rather than the dynamics it encodes. By combining flexible representations with mechanistic constraints, physics-informed machine learning offers a promising route to inferring these dynamics from static snapshots. Motivated by subcellular imaging of gene expression, we ask when a static spatial pattern of molecules can identify spatially varying diffusivity, creation, destruction, and boundary exchange, and how different inference schemes perform on the task. A structural identifiability analysis shows that distributed sources are non-identifiable, whereas a point source such as a transcription site can restore identifiability. These limits are further shaped by seemingly innocuous modeling choices: the boundary conditions, the spatial regularity of the underlying dynamics, and even the stochastic calculus convention. We then adapt several physics-informed schemes, differing in how they represent the solution and enforce the governing equations, and demonstrate effective inference from a single snapshot. Physics-informed approaches can thus recover spatial heterogeneities of biological dynamics from static data, but their use should be accompanied and guided by careful identifiability analysis for meaningful interpretation of the results.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
数据受限条件下的多模态处理技术综述
专知
22+阅读 · 2022年7月16日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关主题
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
9+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
14+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
10+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
相关VIP内容
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员