Few-Shot Drug Synergy Prediction With a Prior-Guided Hypernetwork Architecture

计算机科学 人工智能 嵌入 机器学习 贝叶斯网络 推论 任务(项目管理) 合成数据 深度学习 直线(几何图形) 边距(机器学习) 模式识别(心理学) 数学 几何学 经济 管理
作者
Qingqing Zhang,Shao‐Wu Zhang,Jian Feng,Jian‐Yu Shi
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:45 (8): 9709-9725 被引量:15
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3248041
摘要

Predicting drug synergy is critical to tailoring feasible drug combination treatment regimens for cancer patients. However, most of the existing computational methods only focus on data-rich cell lines, and hardly work on data-poor cell lines. To this end, here we proposed a novel few-shot drug synergy prediction method (called HyperSynergy) for data-poor cell lines by designing a prior-guided Hypernetwork architecture, in which the meta-generative network based on the task embedding of each cell line generates cell line dependent parameters for the drug synergy prediction network. In HyperSynergy model, we designed a deep Bayesian variational inference model to infer the prior distribution over the task embedding to quickly update the task embedding with a few labeled drug synergy samples, and presented a three-stage learning strategy to train HyperSynergy for quickly updating the prior distribution by a few labeled drug synergy samples of each data-poor cell line. Moreover, we proved theoretically that HyperSynergy aims to maximize the lower bound of log-likelihood of the marginal distribution over each data-poor cell line. The experimental results show that our HyperSynergy outperforms other state-of-the-art methods not only on data-poor cell lines with a few samples (e.g., 10, 5, 0), but also on data-rich cell lines.

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