An Interpretable Multi-Level Enhanced Graph Attention Network for Disease Diagnosis with Gene Expression Data

计算机科学 图形 疾病 特征(语言学) 机器学习 人工智能 数据挖掘 计算生物学 生物 理论计算机科学 医学 语言学 哲学 病理
作者
Xiaohan Xing,Fan Yang,Hang Li,Jun Zhang,Yu Zhao,Mingxuan Gao,Junzhou Huang,Jianhua Yao
标识
DOI:10.1109/bibm52615.2021.9669621
摘要

Clinical omics, especially gene expression data, have been widely studied and successfully applied for disease diagnosis using machine learning techniques. As genes often work interactively rather than individually, investigating co-functional gene modules can improve our understanding of disease mechanisms and facilitate disease state prediction. To this end, we in this paper propose a novel Multi-Level Enhanced Graph ATtention (MLE-GAT) network to explore the gene modules and intergene relational information contained in the omics data. In specific, we first format the omics data of each patient into co-expression graphs using weighted correlation network analysis (WGCNA) and then feed them to a well-designed multi-level graph feature fully fusion (MGFFF) module for disease diagnosis. For model interpretation, we develop a novel full-gradient graph saliency (FGS) mechanism to identify the disease-relevant genes. Comprehensive experiments show that our proposed MLE-GAT achieves state-of-the-art performance on transcriptomics data from TCGA-LGG/TCGA-GBM and proteomics data from COVID-19/non-COVID-19 patient sera.
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