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作者：Muhammad Azam, Yibo Chen, Micheal Olaolu Arowolo, Haowang Liu, Mihail Popescu, Dong Xu

发表时间：21 June 2024

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理解复杂的生物学通路，例如基因-基因相互作用和基因调控网络，对于探索疾病机制和药物开发至关重要。然而，通过人工手动整理生物学通路的速度是远远无法跟上这些研究指数级增长的趋势。基于文本语料库上训练的大规模语言模型（LLMs）同样可以用于生物学信息的提取，搭建生物学知识图谱。

最近，美国密苏里大学许东教授课题组在Quantitative Biology期刊上发表了一篇题为“A comprehensive evaluation of large language models in mining gene relations and pathway knowledge” 的研究性论文。文章评估了21种LLMs（包括基于API的模型和开源的模型）在检索生物学知识方面的能力。评估的重点是预测基因调控关系（激活、抑制和磷酸化）以及识别KEGG通路中的基因。结果表明，不同模型之间的性能存在显著差异，总体来说基于API的模型表现优于开源模型，尤其是GPT-4和Claude-Pro在预测基因调控关系方面表现突出。本文的研究表明，LLMs在基因网络和通路分析中是含有大量信息的，但它们的有效性各不相同，需要谨慎选择。本文相关代码可在查询。

全文概要

自然语言处理研究领域的一个重要突破是大规模语言模型（Large-scale Language Model, LLM）的出现。LLM的特点是参数量巨大并且需要大量文本语料库的训练，由此可以生成连贯的并与上下文相关的文本。因此，LLM比较适合生物明升手机版文本的生成和挖掘。目前，已有多种LLMs被应用于生物明升手机版研究中。它们的区别，特点，应用场景及技术细节如表1所示。

虽然LLMs通常被用作知识库或知识图谱来检索信息，但它们的准确性很少被研究，这可能会阻碍了LLMs的应用和改进。为了解决该问题，本文作者系统地评估了21种LLMs在提取关键生物明升手机版信息方面的能力（如图1），如通路、基因相互作用和调控关系，并且全面评估了基于API的模型和开源模型在预测基因调控关系和KEGG途径中关键基因方面的能力。

图1. 本文所采用的生物明升手机版数据分析中LLM的评估工作流程

结果表明，基于API的模型表现优于开源模型（图2-5）。

图2. 基于API和开源模型的基因预测准确性的比较分析

图3. 粘附分子连接的基因预测

图4. 使用所有21个LLMs进行粘附连接基因预测的集成学习分析

图5. 21种LLMs在基因调控关系和KEGG通路基因识别方面的性能比较

最后，作者认为LLMs在生物明升手机版知识挖掘中有巨大潜力，将LLMs整合到生物明升手机版研究生态系统中可有望改变复杂生物数据的分析和解释方式，从而加速生物学和医疗健康领域的app发现和创新。但这需要LLM算法的不断进化和完善，确保其在快速发展的生物明升手机版研究领域的相关性和有效性。

QB期刊介绍

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