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bio-machine-learning-atlas-mapping

数据与分析

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更新于 10-15 21:55

技能介绍

用途:把待注释的 scRNA-seq 查询数据投影到固定参考图谱的潜空间中,并把参考的细胞类型标签转移给查询细胞。核心观点是——映射是投影而非注释预言机:投影在几何上总会成功,每个查询细胞都会被赋予最近的参考标签,无论该标签是否真实。

主要能力与方法分类:

  • scVI + scArches surgery:条件 VAE,冻结参考权重、仅微调查询批次节点,适合未见批次,需要已保存的 scVI 模型;本身无新细胞类型信号,需另加 kNN 不确定性/OOD 距离。
  • scANVI:半监督 VAE,带标签分类头,适合参考标注良好且查询为同一组织的情况;softmax 易过度自信。
  • Symphony:线性 Harmony 软聚类混合,把查询投影进固定参考,秒级、确定性、仅 CPU,用马氏距离给出 OOD 信号。
  • Azimuth/Seurat:CCA/PCA 锚点转移,适合多模态参考与 R 流程。
  • scPoli:条件 VAE + 样本嵌入与细胞类型原型。
  • popV:多方法集成投票,方法间分歧即不确定性。
  • CellTypist:逻辑回归预训练模型,无需嵌入,适合快速免疫标注。
  • treeArches/scHPL:带拒绝的层级分类。
  • 基础模型(scGPT、Geneformer):零样本不作同组织转移的默认选择。

必要用法:scArches 需先 scvi.model.SCVI.prepare_query_anndata() 严格对齐基因(缺失补零、重排,跳过会静默出错),再 load_query_data(),训练用 plan_kwargs={'weight_decay': 0.0} 防止共享潜空间漂移。scANVI 需从 scVI 模型构建并指定 unlabeled_category。转移标签必须再做 OOD 门控:在共享潜空间上用加权 kNN 邻居标签分布,计算 uncertainty = 1 - max 邻居一致度,按 HLCA 阈值 >0.2 置为 Unknown;softmax 概率只表示“是哪个标签”,不能表示“是否属于参考”。

适用场景:同一组织对齐已发表 scVI/scANVI 图谱;临床/可复现要求选 Symphony 或 Azimuth;查询可能含参考中没有的类型用 treeArches 拒绝或显式 OOD;高风险注释用 popV 集成;需要患者级结构用 scPoli;只需快速免疫标签用 CellTypist。

限制:softmax 过度自信会掩盖 OOD;半监督标签泄漏会切割潜空间;参考组成偏差会吸引罕见群体;查询未做 QC 会把双细胞、环境 RNA 洗成“过渡态”;基因注释不匹配会静默劣化;整合指标高分不代表标签正确;零样本基础模型嵌入未做批次校正。版本需匹配 anndata 1.0+、scanpy 1.10+、scvi-tools 1.1+、celltypist 1.6+,scvi-tools 1.x API 有变动,需先核对签名。