Using convolutional neural networks to explore the microbiome

卷积神经网络 计算机科学 人工智能 树(集合论) 深度学习 机器学习 微生物群 样品(材料) 系统发育树 模式识别(心理学) 数据挖掘 生物信息学 生物 数学 生物化学 基因 数学分析 色谱法 化学
作者
Derek Reiman,Ahmed A. Metwally,Yang Dai
标识
DOI:10.1109/embc.2017.8037799
摘要

The microbiome has been shown to have an impact on the development of various diseases in the host. Being able to make an accurate prediction of the phenotype of a genomic sample based on its microbial taxonomic abundance profile is an important problem for personalized medicine. In this paper, we examine the potential of using a deep learning framework, a convolutional neural network (CNN), for such a prediction. To facilitate the CNN learning, we explore the structure of abundance profiles by creating the phylogenetic tree and by designing a scheme to embed the tree to a matrix that retains the spatial relationship of nodes in the tree and their quantitative characteristics. The proposed CNN framework is highly accurate, achieving a 99.47% of accuracy based on the evaluation on a dataset 1967 samples of three phenotypes. Our result demonstrated the feasibility and promising aspect of CNN in the classification of sample phenotype.

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