scELMo: Embeddings from Language Models are Good Learners for Single-cell Data Analysis

计算机科学 元数据 语言模型 嵌入 原始数据 聚类分析 注释 功能(生物学) 发电机(电路理论) 领域(数学分析) 人工智能 自然语言处理 数据挖掘 机器学习 程序设计语言 万维网 数学分析 功率(物理) 物理 数学 量子力学 进化生物学 生物
作者
Tian-Yu Liu,Tianqi Chen,Wangjie Zheng,Xiao Luo,Hongyu Zhao
标识
DOI:10.1101/2023.12.07.569910
摘要

Abstract Various Foundation Models (FMs) have been built based on the pre-training and fine-tuning framework to analyze single-cell data with different degrees of success. In this manuscript, we propose a method named scELMo (Single-cell Embedding from Language Models), to analyze single-cell data that utilizes Large Language Models (LLMs) as a generator for both the description of metadata information and the embeddings for such descriptions. We combine the embeddings from LLMs with the raw data under the zero-shot learning framework to further extend its function by using the fine-tuning framework to handle different tasks. We demonstrate that scELMo is capable of cell clustering, batch effect correction, and cell-type annotation without training a new model. Moreover, the fine-tuning framework of scELMo can help with more challenging tasks including in-silico treatment analysis or modeling perturbation. scELMo has a lighter structure and lower requirements for resources. Our method also outperforms recent large-scale FMs (such as scGPT [1], Geneformer [2]) and other LLM-based single-cell data analysis pipelines (such as GenePT [3] and GPTCelltype [4]) based on our evaluations, suggesting a promising path for developing domain-specific FMs.

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