CIF:Small:Minimum Mean Square Error Estimation and Control of Partially-Observed Boolean Dynamical Systems with Applications in Metagenomics
CIF:Small:Minimum Mean Square Error Estimation and Control of Partially-Observed Boolean Dynamical Systems with Applications in Metagenomics
批准号:
1718924
负责人:
Ulisses Braga Neto
金额:
$35.0万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2017
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2017-08-01 至 2020-07-31
中文摘要
这项研究涉及创新的信号处理技术在与微生物、人类细胞及其代谢产物之间的复杂相互作用相关的动力系统中的开发和应用。该项目研究了评估和控制过程的创新方法,这些过程包括许多开关元件的复杂相互作用,例如人类肠道中特定微生物物种的“存在”和“不存在”,从而能够表征微生物群落及其与宿主细胞的相互作用。该项目为生命科学家提供了生化途径发现和合理干预设计的计算工具,如治疗人类疾病的最优药物调度和饮食调整。该项目开发了通过噪声时间序列数据部分观察到的布尔动力系统的系统识别和最优控制的计算方法,并应用于肠道微生物组代谢相互作用及其进化的建模。该项目促进了对多模式微生物组数据的综合分析,包括转录组、转录组、元基因组和代谢组数据,从而能够表征环境暴露、微生物群落及其与宿主肠道上皮细胞的相互作用。虽然以前关于布尔动态系统的工作是基于测量数据的特别二值化,并且忽略了不可观测变量的存在,但是这里所发展的方法允许隐藏状态过程,并且直接依赖于状态的间接或不完整的有噪声的时间序列测量。这项工作的一个新方面是,它是基于最小均方误差准则进行最优估计和控制的,而不是通常用于布尔和其他离散空间的最大后验概率方法。该项目包括构建各种形态的元基因组数据的似然函数,用于精确和近似的最优估计,以及使用有噪声的测量数据的系统识别方法。这项研究中开发的方法论使用由该项目的生命科学合作者提供的新的时间序列元基因组数据进行了验证。
英文摘要
This research concerns the development and application of innovative signal processing techniques to dynamical systems associated with the complex interactions among microbes, human cells, and their metabolic products. This project investigates innovative methods for estimation and control of processes that consist of the complex interactions of many switching elements, such as "presence" and "absence" of a particular microbial species in the human gut, enabling the characterization of microbial communities and their interactions with host cells. This project provides life scientists with computational tools for biochemical pathway discovery as well as rational intervention design, as in optimal drug scheduling and diet modifications to treat human disease.This project develops computational methods for systems identification and optimal control of Boolean dynamical systems partially observable through noisy time series data, with application in the modeling of metabolic interactions in the gut microbiome and their evolution. This project facilitates the integrative analysis of multimodal microbiota data, including transcriptomic, metatranscriptomic, metagenomic, and metabolomic data, enabling the characterization of environmental exposures, microbial communities, and their interactions with host gut epithelial cells. While previous work on Boolean dynamical systems has been based on ad-hoc binarization of measurement data and ignore the presence of unobservable variables, the methodology developed here allows the state process to be hidden and relies directly on indirect or incomplete noisy time series measurements of the states. A novel aspect of this work is that it is based on a minimum mean-square error criterion for optimal estimation and control, as opposed to maximum-a-posteriori methods typically used in Boolean and other discrete spaces. This project includes the construction of likelihood functions for various modalities of metagenomic data for use with exact and approximate optimal estimation and systems identification methods using the noisy measurement data. The methodology developed in this research is validated using novel time series metagenomic data provided by the project's life science collaborators.
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DOI:
10.1016/j.automatica.2017.10.009
发表时间:
2018-01-01
期刊:
AUTOMATICA
影响因子:
6.4
作者:
[Imani, Mandi, Braga-Neto, Ulisses M.]
通讯作者:
Braga-Neto, Ulisses M.
DOI:
10.1016/j.automatica.2018.05.028
发表时间:
2018-09-01
期刊:
AUTOMATICA
影响因子:
6.4
作者:
[Imani, Mandi, Braga-Neto, Ulisses M.]
通讯作者:
Braga-Neto, Ulisses M.
INFERENCE OF GENE REGULATORY NETWORKS BY MAXIMUM-LIKELIHOOD ADAPTIVE FILTERING AND DISCRETE FISH SCHOOL SEARCH
通过最大似然自适应过滤和离散鱼群搜索推断基因调控网络
DOI:
10.1109/mlsp.2018.8516967
发表时间:
2018
期刊:
2018 IEEE 28th International Workshop on Machine Learning for Signal Processing (MLSP
影响因子:
--
作者:
[Tan, Yukun, Lima Neto, Fernando B., Braga Neto, Ulisses]
通讯作者:
Braga Neto, Ulisses
DOI:
10.1609/aaai.v33i01.33017858
发表时间:
2019-07
期刊:
Journal of Medical Ultrasound
影响因子:
1.1
作者:
[Mahdi Imani;Seyede Fatemeh Ghoreishi;D. Allaire;U. Braga-Neto]
通讯作者:
Mahdi Imani;Seyede Fatemeh Ghoreishi;D. Allaire;U. Braga-Neto
Bayesian Decision Making in Uncertain MDPs with Large or Infinite-Dimensional Spaces
具有大或无限维空间的不确定 MDP 中的贝叶斯决策
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
Advances in Neural Information Processing Systems 31 (NeurIPS’2018
影响因子:
--
作者:
[Imani, Mandi, Ghoreishi, Seyede, Braga-Neto, Ulisses]
通讯作者:
Braga-Neto, Ulisses
共 16 条
NSF-AoF:A Bayesian Paradigm for Physics-Informed Machine Learning
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批准号:2225507
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$58.63万
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财政年份:2022
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负责人:Ulisses Braga Neto
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依托单位:
CIF: Small: Optimal Estimation and Network Inference for Boolean Dynamical Systems
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批准号:1320884
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$40.09万
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财政年份:2013
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负责人:Ulisses Braga Neto
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依托单位:
CAREER: Theory and Application of Small-Sample Error Estimation in Genomic Signal Processing
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批准号:0845407
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$40.0万
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财政年份:2009
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负责人:Ulisses Braga Neto
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依托单位:
国内基金
海外基金
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昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:
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依托单位:
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:张祥忠
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依托单位:
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
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批准号:32000033
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:林平
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依托单位:
Small RNAs调控解淀粉芽胞杆菌FZB42生防功能的机制研究
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批准号:31972324
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2019
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负责人:高学文
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依托单位:
变异链球菌small RNAs连接LuxS密度感应与生物膜形成的机制研究
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批准号:81900988
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2019
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负责人:毛梦莹
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依托单位:
肠道细菌关键small RNAs在克罗恩病发生发展中的功能和作用机制
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批准号:31870821
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2018
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负责人:陈江宁
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依托单位:
基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制
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批准号:31802058
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2018
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负责人:麻慧
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依托单位:
Small RNA介导的DNA甲基化调控的水稻草矮病毒致病机制
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批准号:31772128
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:吴建国
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依托单位:
基于small RNA-seq的针灸治疗桥本甲状腺炎的免疫调控机制研究
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批准号:81704176
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2017
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负责人:赵继梦
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依托单位:
水稻OsSGS3与OsHEN1调控small RNAs合成及其对抗病性的调节
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批准号:91640114
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2016
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负责人:何祖华
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依托单位: