MultiCNKG: Integrating Cognitive Neuroscience, Gene, and Disease Knowledge Graphs Using Large Language Models

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 14

فایل این مقاله در 15 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_TMCH-9-1_001

تاریخ نمایه سازی: 13 آبان 1405

چکیده مقاله:

The advent of large language models (LLMs) has revolutionized the integration of knowledge graphs (KGs) in the biomedical and cognitive sciences, effectively overcoming the limitations of traditional machine learning methods in capturing intricate semantic links among genes, diseases, and cognitive processes. This paper introduces MultiCNKG, an innovative framework that merges three distinct knowledge sources: the Cognitive Neuroscience Knowledge Graph (CNKG), containing ۲.۹K nodes and ۴.۳K edges across ۹ node types and ۲۰ edge types; the Gene Ontology (GO), featuring ۴۳K nodes and ۷۵K edges across ۳ node types and ۴ edge types; and the Disease Ontology (DO), comprising ۱۱.۲K nodes and ۸.۸K edges with ۱ node type and ۲ edge types. Utilizing advanced LLMs such as GPT-۴, we perform automated entity alignment, semantic similarity computation, and graph augmentation to construct a unified, cohesive KG that interconnects genetic mechanisms, neurological disorders, and cognitive functions. The resulting MultiCNKG unified graph encompasses ۶.۹K nodes across ۵ distinct types and ۱۱.۳K edges spanning ۷ relational types, establishing a multi-layered analytical pipeline from molecular to behavioral domains. Empirical evaluations demonstrate robust framework performance, achieving an ۸۵.۲۰% precision rate, ۸۷.۳۰% recall, ۹۲.۱۸% coverage, ۸۲.۵۰% graph consistency, a ۴۰.۲۸% novelty detection rate, and an ۸۹.۵۰% expert validation score. Furthermore, link prediction benchmarks utilizing TransE (MR: ۳۹۱, MRR: ۰.۴۱۱) and RotatE (MR: ۲۶۳, MRR: ۰.۳۹۵) yield highly competitive performance against standard benchmarks like FB۱۵k-۲۳۷ and WN۱۸RR. Ultimately, this integrated KG advances clinical and research applications in personalized medicine, cognitive disorder diagnostics, and data-driven hypothesis formulation within cognitive neuroscience.

نویسندگان

-

Ph.D. in IT Engineering , Department of Computer Engineering and Information Technology, University of Qom, Qom, Iran.

-

Kheirolah Rahsepar Fard Department of Computer Engineering and Information Technology, University of Qom, Qom, Iran.

-

Department of Computer Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Xia, F., Sun, K., Yu, S., Aziz, A., Wan, L., ...
  • Chiang, W. L., Liu, X., Si, S., Li, Y., Bengio, ...
  • Qiu, X., Sun, T., Xu, Y., Shao, Y., Dai, N., ...
  • Achiam, J., Adler, S., Agarwal, S., Ahmad, L., Akkaya, I., ...
  • Kenton, J. D. M. W. C., & Toutanova, L. K. ...
  • Radford, A., Wu, J., Child, R., Luan, D., Amodei, D., ...
  • Raffel, C., et al. (۲۰۲۰). Exploring the limits of transfer ...
  • Team G., Anil, R., Borgeaud, S., Wu, Y., Alayrac, J. ...
  • Chowdhery, A., Narang, S., Devlin, J., Bosma, M., Mishra, G., ...
  • Abdin, M., Jacobs, S. A., Awan, A. A., Aneja, J., ...
  • Touvron, H., Lavril, T., Izacard, G., Martinet, X., Lachaux, M. ...
  • Webb, T., Holyoak, K. J., & Lu, H. (۲۰۲۳). Emergent ...
  • Wawrzik, F., Rafique, K. A., Rahman, F., & Grimm, C. ...
  • Boylan, J., Mangla, S., Thorn, D., Ghalandari, D. G., Ghaffari, ...
  • Allen, B. P., & Groth, P. T. (۲۰۲۴). Evaluating Class ...
  • Choudhary, N., & Reddy, C. K. (۲۰۲۳). Complex logical reasoning ...
  • Varshney, D., Zafar, A., Behera, N. K., & Ekbal, A. ...
  • Xu, R., Shi, W., Yu, Y., Zhuang, Y., Jin, B., ...
  • T. Dettmers et al., "Convolutional ۲D Knowledge Graph Embeddings," in ...
  • نمایش کامل مراجع