Overcoming Interpretability in Deep Learning Cancer Classification

可解释性 人工智能 基因组学 特征(语言学) 深度学习 人工神经网络 癌症 计算机科学 机器学习 卷积神经网络 模式识别(心理学) 生物 医学 基因组 基因 内科学 生物化学 语言学 哲学
作者
Teo Yy,Artem Danilevsky,Noam Shomron
出处
期刊:Methods in molecular biology [Springer Science+Business Media]
卷期号:: 297-309 被引量:9
标识
DOI:10.1007/978-1-0716-1103-6_15
摘要

Since its inception, deep learning has revolutionized the field of machine learning and data-driven science. One such data-driven science to be transformed by deep learning is genomics. In the past decade, numerous genomics studies have adopted deep learning and its applications range from predicting regulatory elements to cancer classification. Despite its dominating efficacy in these applications, deep learning is not without drawbacks. A prominent shortcoming of deep learning is the lack of interpretability. Hence, the main objective of this study is to address this obstacle in the deep learning cancer classification. Here we adopt a feature importance scoring methodology (Gradient-based class activation mapping or Grad-CAM) on a quasi-recurrent neural network model that classify cancer based on FASTA sequencing data. In this study, we managed to formulate a nucleotide-to-genomic-region Grad-CAM scoring methodology, as well as, validate the use this methodology for the chosen model. Consequently, this allows for the utilization of the Grad-CAM scoring methodology for feature importance in deep learning cancer classification. The results from our study identify potential novel candidate genes, genomic elements, and mechanisms for future cancer research.

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