A New Machine Learning Framework for Single-Cell Multi-Omics Bioinformatics

单细胞多组学生物信息学的新机器学习框架

基本信息

  • 批准号:
    2225775
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 78.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Recent developments of single-cell omics technologies enable multi-modality measurements at genome, transcriptome, epigenome, or proteome scale, which will lead to unprecedented insight and resolution to fundamental biological processes. The project will construct a novel bioinformatics framework with advanced machine learning models, efficient computational tools, and user-friendly software for single-cell multi-omics data analysis. The outputs will be available online to the public and are expected to impact biological research community and empower scientists working on single-cell data to effectively test biological hypothesis, especially knowledge extraction from massive high-dimensional and complex datasets. The project will facilitate the development of novel educational tools to enhance curriculum design. Minority students and under-served populations will be engaged in cutting-edge research activities. The project focuses on designing principled machine learning and bioinformatics algorithms for analyzing large-scale single-cell multi-omics data to create toolkits to facilitate biological research. Specially, the research team will investigate 1) new cross-modal deep canonical correlation self-supervised autoencoder for multi-modal single-cell data integration, 2) new computational methods to study the associations of single-cell RNA-seq data and protein markers via semi-supervised deep neural networks, 3) interpretation algorithms to enhance predictive model via utilizing structure semantic information and identified biomarkers, 4) statistical inference framework for identifying and inferring conditional dependence from single-cell data, 5) novel transformer based variational autoencoder model for super-resolution spatial transcriptomics, 6) tool portal development for single-cell data analysis to advance biology research, and 7) validations of the proposed methods and system using real large-scale single-cell data. The project is innovative in integrating large-scale machine learning and data-intensive computing for single-cell bioinformatics and will hold great promise for biological mechanism understanding and biomedicine development. The results of the project can be found at: https://sites.pitt.edu/~heh45/NSF2225775.htmlThis award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
单细胞组学技术的最新发展使得基因组、转录组、表观基因组或蛋白质组规模的多模态测量成为可能,这将为基本生物过程带来前所未有的洞察力和分辨率。该项目将构建一个新颖的生物信息学框架,具有先进的机器学习模型、高效的计算工具和用户友好的单细胞多组学数据分析软件。这些成果将在线向公众开放,预计将影响生物研究界,并使研究单细胞数据的科学家能够有效地测试生物学假设,特别是从大量高维和复杂数据集中提取知识。该项目将促进新型教育工具的开发,以加强课程设计。少数族裔学生和服务不足的人群将参与尖端研究活动。该项目的重点是设计原则性的机器学习和生物信息学算法,用于分析大规模单细胞多组学数据,以创建促进生物学研究的工具包。特别是,研究团队将研究1)用于多模态单细胞数据集成的新型跨模态深度典型相关自监督自动编码器,2)研究单细胞RNA-seq数据和蛋白质标记之间关联的新计算方法通过半监督深度神经网络,3)解释算法通过利用结构语义信息和识别的生物标志物来增强预测模型,4)用于从单细胞数据识别和推断条件依赖性的统计推断框架,5)用于超分辨率空间转录组学的基于新型变压器的变分自动编码器模型,6)用于单细胞数据分析的工具门户开发以推进生物学研究,以及7)使用真实的大规模单细胞数据验证所提出的方法和系统。该项目创新性地将大规模机器学习和数据密集型计算集成到单细胞生物信息学中,将为生物机制理解和生物医学发展带来巨大前景。该项目的结果可在以下网址找到:https://sites.pitt.edu/~heh45/NSF2225775.html 该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
SECANT: a biology-guided semi-supervised method for clustering, classification, and annotation of single-cell multi-omics
SECANT:一种生物学引导的半监督方法,用于单细胞多组学的聚类、分类和注释
  • DOI:
    10.1101/2020.11.06.371849
  • 发表时间:
    2020-11-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xinjun Wang;Zhongli Xu;Xu Zhou;Yanfu Zhang;Heng Huang;Ying Ding;R. Duerr;Wei Chen
  • 通讯作者:
    Wei Chen
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Heng Huang其他文献

Supervised Intra-embedding of Fisher Vectors for Histopathology Image Classification
用于组织病理学图像分类的 Fisher 向量的监督内嵌入
  • DOI:
    10.1007/978-3-319-66179-7_12
  • 发表时间:
    2017-09-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yang Song;Hang Chang;Heng Huang;Weidong (Tom) Cai
  • 通讯作者:
    Weidong (Tom) Cai
An End-to-end Model of Predicting Diverse Ranking On Heterogeneous Feeds
预测异构提要多样化排名的端到端模型
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zizhe Gao;Zhengxia Gao;Heng Huang;Zhuoren Jiang;Yuliang Yan
  • 通讯作者:
    Yuliang Yan
N,S-Chelating triazole-thioether palladium for the one-pot synthesis of biaryls
N,S-螯合三唑硫醚钯用于联芳基化合物的一锅法合成
  • DOI:
    10.1071/ch22116
  • 发表时间:
    2022-11-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Q. Yan;Heng Huang;Xiang Si
  • 通讯作者:
    Xiang Si
A Compact 16-Channel Neural Signal Recorder with Wireless Power and Data Transmission
具有无线供电和数据传输功能的紧凑型 16 通道神经信号记录仪
Fast Vehicle Identification in Surveillance via Ranked Semantic Sampling Based Embedding
通过基于排序语义采样的嵌入实现监控中的快速车辆识别
  • DOI:
    10.24963/ijcai.2018/514
  • 发表时间:
    2018-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Feng Zheng;Xin Miao;Heng Huang
  • 通讯作者:
    Heng Huang

Heng Huang的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Heng Huang', 18)}}的其他基金

SCH: INT: New Machine Learning Framework to Conduct Anesthesia Risk Stratification and Decision Support for Precision Health
SCH:INT:用于进行麻醉风险分层和精准健康决策支持的新机器学习框架
  • 批准号:
    2347604
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: III: Medium: New Machine Learning Empowered Nanoinformatics System for Advancing Nanomaterial Design
合作研究:III:媒介:新的机器学习赋能纳米信息学系统,促进纳米材料设计
  • 批准号:
    2347592
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CCRI: New: A Scalable Hardware and Software Environment Enabling Secure Multi-party Learning
协作研究:CCRI:新:可扩展的硬件和软件环境支持安全的多方学习
  • 批准号:
    2347617
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: PPoSS: LARGE: Co-designing Hardware, Software, and Algorithms to Enable Extreme-Scale Machine Learning Systems
协作研究:PPoSS:大型:共同设计硬件、软件和算法以实现超大规模机器学习系统
  • 批准号:
    2348306
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
BIGDATA: IA: Collaborative Research: Asynchronous Distributed Machine Learning Framework for Multi-Site Collaborative Brain Big Data Mining
BIGDATA:IA:协作研究:用于多站点协作大脑大数据挖掘的异步分布式机器学习框架
  • 批准号:
    2348159
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A New Machine Learning Framework for Single-Cell Multi-Omics Bioinformatics
单细胞多组学生物信息学的新机器学习框架
  • 批准号:
    2405416
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
III: Medium: Collaborative Research: Integrating Large-Scale Machine Learning and Edge Computing for Collaborative Autonomous Vehicles
III:媒介:协作研究:集成大规模机器学习和边缘计算以实现协作自动驾驶汽车
  • 批准号:
    2348169
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: PPoSS: LARGE: Co-designing Hardware, Software, and Algorithms to Enable Extreme-Scale Machine Learning Systems
协作研究:PPoSS:大型:共同设计硬件、软件和算法以实现超大规模机器学习系统
  • 批准号:
    2217003
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: CCRI: New: A Scalable Hardware and Software Environment Enabling Secure Multi-party Learning
协作研究:CCRI:新:可扩展的硬件和软件环境支持安全的多方学习
  • 批准号:
    2213701
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: III: Medium: New Machine Learning Empowered Nanoinformatics System for Advancing Nanomaterial Design
合作研究:III:媒介:新的机器学习赋能纳米信息学系统,促进纳米材料设计
  • 批准号:
    2211492
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

通过机器学习和多模式验证聚焦新靶点ENHO/Adropin在系统性硬化症中的作用和机制研究
  • 批准号:
    82371818
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于机器学习的非靶向分类鉴定模型开发及其在空气新污染物筛查中的应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
上新世以来黄土高原风尘物源变迁及古气候指示:来自地球化学−年代学大数据和机器学习的证据
  • 批准号:
    42273088
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    57 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于机器学习的多模态MR联合PET-CT影像组学模型评价胰腺癌新辅助治疗疗效及预后的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于蛋白质组大数据和机器学习的新冠疫苗接种前后的宿主免疫反应系统研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Is evolution predictable? Unlocking fundamental biological insights using new machine learning methods
进化是可预测的吗?
  • 批准号:
    MR/X033880/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Fellowship
New York Regional Inborn Errors of Immunity Resource Initiative League (NY-ROYAL)
纽约地区先天性缺陷免疫资源倡议联盟 (NY-ROYAL)
  • 批准号:
    10554965
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
Collaborative Research: III: Medium: New Machine Learning Empowered Nanoinformatics System for Advancing Nanomaterial Design
合作研究:III:媒介:新的机器学习赋能纳米信息学系统,促进纳米材料设计
  • 批准号:
    2402311
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Vessel Identification and Tracing in DSA Image Series for Cerebrovascular Surgical Planning
用于脑血管手术计划的 DSA 图像系列中的血管识别和追踪
  • 批准号:
    10726103
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
Real-time Prediction of Adverse Outcomes After Surgery
实时预测手术后不良后果
  • 批准号:
    10724048
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 78.87万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了