Összes szerző

Sarlós Ferenc

az alábbi absztraktok szerzői között szerepel:

Groma Géza
Fényindukált komplex folyamatok kinetikai modellezése gépi tanulás módszerével

Aug 28 - szerda

11:45 – 12:00

Bioenergetika és fotobiofizika

E32

Fényindukált komplex folyamatok kinetikai modellezése gépi tanulás módszerével

Groma Géza, Sarlós Ferenc, Sipos Áron, Nagypál Rita, Nagy Dávid, Dér András, Zimányi László

MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

A biológiai mintákon végzett időbontott spektroszkópiai vizsgálatok jelentős része elsőrendű kinetikák komplex rendszerével írható le [1]. Ilyenek a különböző konformációs állapotban levő FAD vagy NADH molekulákból származó fluoreszcencia kinetikák, valamint a retinál fehérjék és a fotoszintetikus rendszerek fényindukált folyamatainak kinetikái. Noha e folyamatok leggyakrabban exponenciális függvények összegével írhatók le, a modellezésnél súlyos nehézségeket okoz, hogy (1) a sokszor több nagyságrendet átfogó időtartományon kevés mérési pont áll rendelkezésre, (2) a komponensek számát nem ismerjük előre, (3) az exponenciális illesztés instabil probléma: kis bemeneti zaj is nagy bizonytalanságot eredményezhet a paraméterekben, (4) nem garantált a globális illesztési minimum elérése.

Megmutatjuk, hogy a fenti problémák elkerülhetők a modern statisztika két módszerének alkalmazásával. Egyrészt a kis- (és ismeretlen) számú exponenciális illesztése helyett az időállandók egy nagyszámú, kvázifolytonos halmazán keresünk ritka (sparse) megoldásokat, azaz olyan eloszlásokat, amelyek csak néhány pontban különböznek zérustól [2]. Másrészt a ritkaság mértékét szabályzó hiperparaméter(eke)t az adott zajszintnek megfelelően választjuk ki, valamely resampling technikán (pl. cross-validation) alapuló gépi tanulás (Bayesian Optimization) útján. Ez az eljárás automatikusan optimalizál a kevés paraméterrel való gyenge illesztés (high bias) és a sok paraméterrel való zajra illesztés (high variance) között.

A fenti eljárást elsőként alkalmaztuk komplex elsőrendű kinetikák modellezésére. Eredményességét a bakteriorodopszin fotociklus és a FAD fluoreszcencia kinetikáin fellépő Hofmester effektus tanulmányozásán mutatjuk be.

Köszönetnyilvánítás

Ez a munka az NKFIH GINOP-2.3.2-15-2016-00001 projekt támogatásával készült.

Irodalom

[1] van Stokkum IHM, Larsen DS, van Grondelle,R (2004) Biochim Biophys Acta 1657: 82−104.

[2] Groma GI, Heiner Z, Makai A Sarlos F (2012) RSC Adv 2: 11481−11490.