Machine learning, and representation learning in particular, has the potential to facilitate drug discovery by screening billions of compounds. For example, a successful approach is representing the molecules as a graph and utilizing graph neural networks (GNN). Yet, these approaches still require experimental measurements of thousands of compounds to construct a proper training set. While in some domains it is easier to acquire experimental data, in others it might be more limited. For example, it is easier to test the compounds on bacteria than perform in-vivo experiments. Thus, a key question is how to utilize information from a large available dataset together with a small subset of compounds where both domains are measured to predict compounds' effect on the second, experimentally less available domain. Current transfer learning approaches for drug discovery, including training of pre-trained modules or meta-learning, have limited success. In this work, we develop a novel method, named Symbiotic Message Passing Neural Network (SMPNN), for merging graph-neural-network models from different domains. Using routing new message passing lanes between them, our approach resolves some of the potential conflicts between the different domains, and implicit constraints induced by the larger datasets. By collecting public data and performing additional high-throughput experiments, we demonstrate the advantage of our approach by predicting anti-fungal activity from anti-bacterial activity. We compare our method to the standard transfer learning approach and show that SMPNN provided better and less variable performances. Our approach is general and can be used to facilitate information transfer between any two domains such as different organisms, different organelles, or different environments.


翻译:机器学习,特别是表示学习,有望通过筛选数十亿种化合物来促进药物发现。例如,一种成功的方法是将分子表示为图,并利用图神经网络(GNN)。然而,这些方法仍需要数千种化合物的实验测量来构建合适的训练集。在某些领域,获取实验数据较为容易,而在其他领域则可能更加受限。例如,在细菌上测试化合物比进行体内实验更容易。因此,一个关键问题是如何利用来自大型可用数据集的信息,以及来自两个领域均被测量的少量化合物子集,来预测化合物在第二个实验数据较少的领域中的效果。当前的迁移学习方法,包括预训练模块或元学习训练,在药物发现中成效有限。在本工作中,我们开发了一种名为共生消息传递神经网络(SMPNN)的新方法,用于融合不同领域的图神经网络模型。通过在其间路由新的消息传递通道,我们的方法解决了不同领域之间的一些潜在冲突,以及大型数据集所隐含的约束。通过收集公开数据并进行额外的高通量实验,我们通过从抗细菌活性预测抗真菌活性,展示了我们方法的优势。我们将我们的方法与标准迁移学习方法进行比较,结果表明SMPNN提供了更好且变异性更小的性能。我们的方法具有通用性,可用于促进任何两个领域之间的信息迁移,例如不同生物体、不同细胞器或不同环境。

0
下载
关闭预览

相关内容

【Google AI】鲁棒图神经网络,Robust Graph Neural Networks
专知会员服务
38+阅读 · 2022年3月9日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Interest-aware Message-Passing GCN for Recommendation
Arxiv
12+阅读 · 2021年2月19日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
9+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
14+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
相关VIP内容
【Google AI】鲁棒图神经网络,Robust Graph Neural Networks
专知会员服务
38+阅读 · 2022年3月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员