![⾃自⼰己紹介
・露露崎弘毅（つゆざき こうき）
・理理化学研究所 情報基盤センター
バイオインフォマティクス研究開発ユニット
（RIKEN ACCC BiT）
特別研究員
・Single-‐‑‒cell RNA-‐‑‒Seqのデータ解析、解析⼿手法・ソフトウェア
開発をやっています
・連絡先
-‐‑‒ @antiplastics
-‐‑‒ koki.tsuyuzaki [at] gmail.com](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
More from 弘毅 露崎
More from 弘毅 露崎 (20)
カーネル法を利用した異常波形検知
- 2. ⾃自⼰己紹介 ・露露崎弘毅（つゆざき こうき） ・理理化学研究所 情報基盤センター バイオインフォマティクス研究開発ユニット （RIKEN ACCC BiT） 特別研究員 ・Single-‐‑‒cell RNA-‐‑‒Seqのデータ解析、解析⼿手法・ソフトウェア 開発をやっています ・連絡先 -‐‑‒ @antiplastics -‐‑‒ koki.tsuyuzaki [at] gmail.com
- 3. 事前知識識
- 5. カーネル法とは ⽂文字列列 ⽊木 グラフ 数値ベクトルで表現できないが、データ間の類似度度は 定義できるようなデータ（構造化データ）に適⽤用できる ATAGGA ACGGT AGGTG GTCAC
- 6. 分布データのカーネル 分布 Histogram Intersec/on Kernel χ2 Kernel Bha6acharyya Kernel Jensen Shannon Kernel K(p1, p2 ) = min(p1 (i) , p2 (i) ) i ∑ K(p1, p2 ) = exp −a (p1 (i) − p2 (i) )2 p1 (i) + p2 (i) i ∑ # $ % & ' ( K(p1, p2 ) = p1 (i) p2 (i) i ∑ K(p1, p2 ) = exp(−a JS(p1 || p2 )) Re ́nyi Kernel K(p1, p2 ) = exp(−a (R(p1 || p2 )+ R(p2 || p1))) Kullback-‐Leibler Kernel K(p1, p2 ) = exp(−a ((KL(p1 || p2 )+ KL(p2 || p1))) : 確率分布 : パラメーター p1, p2 a
- 8. Fragment Analyzer h$p://aa(-‐us.com/product/fragment-‐analyzer cDNAがきちんと増幅されているか、 電気泳動で調べる装置 （塩基長が短いほど早く流れる） 短い 長い Lower/Upper Marker （長さ既知のDNA）
- 9. Fragment Analyzer 理研のユニット内では、大規模なsingle-‐cell RNA-‐Seqを行う際に、 確認のために行っている 実質94が細胞データ プレート単位で一気に電気泳動する 96ウェルプレート Control Ladder Marker
- 10. ある⽇日のこと Ebiさん （実験担当、Wet研究者） 自分 （解析担当、Dry研究者） Ebiさん、Ebiさん、 もらった細胞データ、発現量 でPCAかけたら変なクラス ターできてるんですけど、 実験の時に何か起きてませ んでした？ あ〜まじで！？ 確かにー、変な波形あっ たかも。すいません、後で データ送っておきます わ〜
- 11. またある⽇日のこと Ebiさん （実験担当、Wet研究者） 自分 （解析担当、Dry研究者） もらったリストで変なデータを除 いたらうまくいきました！ よかったね。 今度からリストは毎回渡すよ うにするね。 でも、いつもどうやって波形が 異常だと判断してるんですか？ （700細胞くらいあるけど…）
- 12. Ebiʼ’s rule 濃度が0.3ng/ul 波形が見えない 波形が尖ってる 通常の波形 スパイク Ebiさん （実験担当、Wet研究者） 自分 （解析担当、Dry研究者） ・濃度が0.3ng/ul以下 ・波形が見えないもの ・波形が尖っているもの ・波形内にスパイクがあるもの ・もう一人のWet研究者、Hさんと合意がとれているもの を、1つ1つ目で確認しながら判断してるよ^^
- 13. Ebiさん （実験担当、Wet研究者） 自分 （解析担当、Dry研究者） いやいやwww そんな毎回目視とかやって られないでしょwww （ナイワー） 自動で異常な波形を検出す る方法とか無いんですか？ そういうのあればいいんだけ どね〜 僕は聞いたことがないな うーん、でもそうするしか無 いんだよね。。。
- 14. 無いから作ってみた
- 16. 0 500 1000 1500 2000 05001500 スケーリング → 密度度推定 → サンプリング 両端のピークを検出 （ウィンドウ幅5で500を超えた 箇所を両端から探索） 伸縮率（S=1500 / ピーク間距離） を計算しx軸をS倍にする（座標変換） カーネル密度推定でフィッティング 推定された密度分布からランダムサ ンプリングして、ヒストグラムを作成 （ksパッケージを利用） 1500に固定 0 500 1000 1500 2000 05001500 Frequency 0 500 1000 1500 2000 051015
- 17. カーネルPCA & One-‐‑‒class SVM 幅を揃えた波形から サンプリングして求めたヒストグラム 類似度度⾏行行列列 （グラム⾏行行列列） One-‐class SVMで分離境界を決定 → 外れ値検出 PC1 PC2 Data1 Data2 Data3 Data4 SVM カーネルPCAで次元圧縮 → 可視化 Frequency 0 500 1000 1500 2000 051015 Frequency 0 500 1000 1500 2000 0246810 Frequency 0 500 1000 1500 2000 0246810 Frequency 0 500 1000 1500 2000 0246810 Data1 Data2 Data3 Data4 Data1 Data2 Data3 Data4 Data4Data3Data2Data1 PC1 PC2 Data1 Data2 Data3 Data4
- 18. 結果
- 19. カーネルPCAの結果 ＊ 赤いところがEbi’s ruleで 異常だと判定されていたもの Plate1 Plate2 Plate3 Plate4 Plate5 Plate6 Plate7 Plate8 外れ値っぽいのがぽつぽつあるが…
- 20. One-‐‑‒class SVM（nu=0.2） ＊ 赤いところがSVMで 異常だと判定されていたもの Plate1 Plate2 Plate3 Plate4 Plate5 Plate6 Plate7 Plate8 うまくいったり、そうでなかったり まちまち 正解率 （50.0%） 正解率 （40%） 正解率 （4.5%） 正解率 （71.8%） 正解率 （87.5%） 正解率 （70.5%） 正解率 （0%） 正解率 （35.2%）
- 22. カーネルPCAの結果（軸の意味 PC1,2） -9.6953 -9.6951 -9.6949 -9.6947 0.000000.00010 PC1 PC2 Plate1 右側に分布 がシフト？ Markerのピークが 大きくなる?
- 23. カーネルPCAの結果（軸の意味 PC3,4） -4e-05 -2e-05 0e+00 2e-05 -2e-050e+002e-054e-05 PC3 PC4 Plate1 真ん中のピーク の尖り具合? Markerのピークが 大きくなる?
- 24. まとめ • FAの異異常波形をカーネルPCA & One-‐‑‒class SVMを使って検出しようと試みた • 結果はまちまちだった • Ebiさんが異異常とみなしている理理由が⾊色々あって、それが各主成分に分かれて 出てくるから以外に難しい • スパイク型は特に難しい • その他、考えられる敗因 • プログラムのバグ、操作ミス、ラベリングミス、パラメーターの設定、外 れ値の影響、⾮非線形性をとらえられていない、Ebiʼ’s rule⾃自体...etc • 毎回⽬目視で確認するのと、解析⼿手法作るの、どっちが⼤大変なんだろうとか途中 で思い始めた