Identification of vital chemical information via visualization of graph neural networks

可解释性 计算机科学 归属 可视化 水准点(测量) 鉴定(生物学) 人工智能 忠诚 机器学习 人工神经网络 数据挖掘 图形 理论计算机科学 电信 社会心理学 生物 大地测量学 植物 地理 心理学
作者
Sheng Wang,Mengting Huang,Hua Deng,Weihua Li,Zengrui Wu,Yun Tang,Guixia Liu
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:24 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1093/bib/bbac577
摘要

Qualitative or quantitative prediction models of structure-activity relationships based on graph neural networks (GNNs) are prevalent in drug discovery applications and commonly have excellently predictive power. However, the network information flows of GNNs are highly complex and accompanied by poor interpretability. Unfortunately, there are relatively less studies on GNN attributions, and their developments in drug research are still at the early stages. In this work, we adopted several advanced attribution techniques for different GNN frameworks and applied them to explain multiple drug molecule property prediction tasks, enabling the identification and visualization of vital chemical information in the networks. Additionally, we evaluated them quantitatively with attribution metrics such as accuracy, sparsity, fidelity and infidelity, stability and sensitivity; discussed their applicability and limitations; and provided an open-source benchmark platform for researchers. The results showed that all attribution techniques were effective, while those directly related to the predicted labels, such as integrated gradient, preferred to have better attribution performance. These attribution techniques we have implemented could be directly used for the vast majority of chemical GNN interpretation tasks.
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