子痫前期是孕产妇和胎儿发病率和死亡率的主要原因。目前，先兆子痫的唯一明确治疗方法是胎盘的递送，这对于疾病的发病机理至关重要。已经广泛地进行了鉴定出差异表达的基因（DEGS），已经进行了广泛的先兆子痫对人胎盘的转录分析。使用无偏见的测定法确定了DEG，但是，在实验上研究DEG的决策受到许多因素的偏见，导致许多DEGS仍未被评估。一组与疾病在实验上相关的DEG，但与文献中的疾病尚无相关性，被称为无知组。先兆子痫具有广泛的科学文献，大量的DEG数据库，只有一种确定的治疗方法。促进基于知识的分析的工具能够将许多来源的不同数据结合起来，以提出基本的行动机制，可能是支持发现并提高我们对这种疾病的理解的宝贵资源。在这项工作中，我们证明了如何使用生物医学知识图（KG）来识别新型的先兆子痫分子机制。现有的开源生物医学资源和公开可用的高通量转录分析数据用于识别和注释当前未经资助的先兆子痫相关的DEG的功能。使用文本挖掘方法从PubMed摘要中鉴定出与先兆子痫相关的基因。文本媒介和荟萃分析衍生的列表的相对补体被确定为未经投票的前启示性脱位相关的DEG（n = 445），即先前的无知组。使用KG研究相关的DEG，揭示了53种新型临床相关和生物学作用的机械关联。

药物发现和发展是一个复杂和昂贵的过程。正在研究机器学习方法，以帮助提高药物发现管道多个阶段的有效性和速度。其中，使用知识图表（kg）的那些在许多任务中具有承诺，包括药物修复，药物毒性预测和靶基因疾病优先级。在药物发现kg中，包括基因，疾病和药物在内的关键因素被认为是实体，而它们之间的关系表示相互作用。但是，为了构建高质量的KG，需要合适的数据。在这篇综述中，我们详细介绍了适用于构建聚焦KGS的药物发现的公开使用来源。我们的目标是帮助引导机器学习和kg从业者对吸毒者发现领域应用新技术，但是谁可能不熟悉相关的数据来源。通过严格的标准选择数据集，根据包含内部包含的主要信息类型，并基于可以提取的信息来进行分类以构建kg。然后，我们对现有的公共药物发现KGS进行了比较分析，并评估了文献中所选择的激励案例研究。此外，我们还提出了众多和与域及其数据集相关的众多挑战和问题，同时突出了关键的未来研究方向。我们希望本综述将激励KGS在药物发现领域的关键和新兴问题中使用。

通用数据模型解决了标准化电子健康记录（EHR）数据的许多挑战，但无法将其集成深度表型所需的资源。开放的生物学和生物医学本体论（OBO）铸造本体论提供了可用于生物学知识的语义计算表示，并能够整合多种生物医学数据。但是，将EHR数据映射到OBO Foundry本体论需要大量的手动策展和域专业知识。我们介绍了一个框架，用于将观察性医学成果合作伙伴关系（OMOP）标准词汇介绍给OBO铸造本体。使用此框架，我们制作了92,367条条件，8,615种药物成分和10,673个测量结果的映射。域专家验证了映射准确性，并且在24家医院进行检查时，映射覆盖了99％的条件和药物成分和68％的测量结果。最后，我们证明OMOP2OBO映射可以帮助系统地识别可能受益于基因检测的未诊断罕见病患者。

当植物天然产物与药物共容纳时，就会发生药代动力学天然产物 - 药物相互作用（NPDIS）。了解NPDI的机制是防止不良事件的关键。我们构建了一个知识图框架NP-KG，作为迈向药代动力学NPDIS的计算发现的一步。 NP-KG是一个具有生物医学本体论，链接数据和科学文献的全文，由表型知识翻译框架和语义关系提取系统，SEMREP和集成网络和动态推理组成的构建的科学文献的全文。通过路径搜索和元路径发现对药代动力学绿茶和kratom-prug相互作用的案例研究评估NP-KG，以确定与地面真实数据相比的一致性和矛盾信息。完全集成的NP-KG由745,512个节点和7,249,576个边缘组成。 NP-KG的评估导致了一致（绿茶的38.98％，kratom的50％），矛盾（绿茶的15.25％，21.43％，Kratom的21.43％），同等和矛盾的（15.25％）（21.43％，21.43％，21.43％ kratom）信息。几种声称的NPDI的潜在药代动力学机制，包括绿茶 - 茶氧化烯，绿茶 - 纳多洛尔，Kratom-Midazolam，Kratom-Quetiapine和Kratom-Venlafaxine相互作用，与已出版的文献一致。 NP-KG是第一个将生物医学本体论与专注于天然产品的科学文献的全文相结合的公斤。我们证明了NP-KG在鉴定涉及酶，转运蛋白和药物的药代动力学相互作用的应用。我们设想NP-KG将有助于改善人机合作，以指导研究人员将来对药代动力学NPDIS进行研究。 NP-KG框架可在https://doi.org/10.5281/zenodo.6814507和https://github.com/sanyabt/np-kg上公开获得。

由于对高效有效的大数据分析解决方案的需求，医疗保健行业中数据分析的合并已取得了重大进展。知识图（KGS）已在该领域证明了效用，并且植根于许多医疗保健应用程序，以提供更好的数据表示和知识推断。但是，由于缺乏代表性的kg施工分类法，该指定领域中的几种现有方法不足和劣等。本文是第一个提供综合分类法和鸟类对医疗kg建筑的眼光的看法。此外，还对与各种医疗保健背景相关的学术工作中最新的技术进行了彻底的检查。这些技术是根据用于知识提取的方法，知识库和来源的类型以及合并评估协议的方法进行了严格评估的。最后，报道和讨论了文献中的一些研究发现和现有问题，为这个充满活力的地区开放了未来研究的视野。

该药物发现​​和开发过程是一个漫长而昂贵的过程，每次药物平均耗资超过10亿美元，需要10 - 15年的时间。为了减少在整个过程中的高水平流失量，在最近十年中，越来越多地将机器学习方法应用于药物发现和发育的各个阶段，尤其是在最早鉴定可药物疾病基因的阶段。在本文中，我们开发了一种新的张量分解模型，以预测用于治疗疾病的潜在药物靶标（基因或蛋白质）。我们创建了一个三维数据张量，该数据张量由1,048个基因靶标，860个疾病和230,0111111111111111111111111111111的证据属性和临床结果，并使用从开放式目标和药物数据库中提取的数据组成。我们用从药物发现的知识图中学到的基因目标表示丰富了数据，并应用了我们提出的方法来预测看不见的基因靶标和疾病对的临床结果。我们设计了三种评估策略来衡量预测性能，并将几个常用的机器学习分类器与贝叶斯矩阵和张量分解方法进行了基准测试。结果表明，合并知识图嵌入可显着提高预测准确性，并与密集的神经网络一起训练张量分解优于所有其他基线。总而言之，我们的框架结合了两种积极研究的机器学习方法，用于疾病目标识别，即张量分解和知识图表示学习，这可能是在数据驱动的药物发现中进一步探索的有希望的途径。

如今有大量在线文档数据源。缺乏结构和格式之间的差异是自动​​从中提取信息的主要困难，这也对其使用和重复使用产生负面影响。在生物医学领域中，出现了DISNET平台，以通过大规模的异质来源为研究人员提供资源，以获取人类疾病网络范围的信息。具体来说，在该领域中，不仅提供从不同来源提取的信息，而且提供支持它的证据至关重要。本文提出了Eboca，该本体论描述了（i）生物医学领域概念及其之间的关联，以及（ii）支持这些关联的证据；目的是提供一个模式来改善该领域中的证据和生物医学关联的出版和描述。已成功评估了本体论，以确保没有错误，建模陷阱，并符合先前定义的功能要求。来自文本的一部分和自动关联提取子集的测试数据已根据所提出的本体论进行了转换，以创建可用于实际场景中的知识图，并且还用于评估所述本体论。

改善疾病的护理标准是关于更好的治疗方法，反过来依赖于寻找和开发新药。然而，药物发现是一个复杂且昂贵的过程。通过机器学习的方法采用了利用域固有的互连性质的药物发现知识图的创建。基于图形的数据建模，结合知识图形嵌入式提供了更直观的域表示，适用于推理任务，例如预测缺失链路。一个这样的例子将产生对给定疾病的可能相关基因的排名列表，通常被称为目标发现。因此，这是关键的，即这些预测不仅是相关的，而且是生物学上的有意义的。然而，知识图形可以直接偏向，由于集成的底层数据源，或者由于图形构造中的建模选择，其中的一个结果是某些实体可以在拓扑上超越。我们展示了知识图形嵌入模型可能受到这种结构不平衡的影响，导致无论上下文都要高度排名的密集连接实体。我们在不同的数据集，模型和预测任务中提供对此观察的支持。此外，我们展示了如何通过随机，生物学上无意义的信息扰乱图形拓扑结构以人为地改变基因的等级。这表明这种模型可能会受到实体频率而不是在关系中编码的生物学信息的影响，当实体频率不是基础数据的真实反射时，创建问题。我们的结果突出了数据建模选择的重要性，并强调了从业者在解释模型输出和知识图形组合期间时要注意这些问题。

发现新药是寻求并证明因果关系。作为一种新兴方法利用人类的知识和创造力，数据和机器智能，因果推论具有减少认知偏见并改善药物发现决策的希望。尽管它已经在整个价值链中应用了，但因子推理的概念和实践对许多从业者来说仍然晦涩难懂。本文提供了有关因果推理的非技术介绍，审查了其最新应用，并讨论了在药物发现和开发中采用因果语言的机会和挑战。

自然语言处理（NLP）是一个人工智能领域，它应用信息技术来处理人类语言，在一定程度上理解并在各种应用中使用它。在过去的几年中，该领域已经迅速发展，现在采用了深层神经网络的现代变体来从大型文本语料库中提取相关模式。这项工作的主要目的是调查NLP在药理学领域的最新使用。正如我们的工作所表明的那样，NLP是药理学高度相关的信息提取和处理方法。它已被广泛使用，从智能搜索到成千上万的医疗文件到在社交媒体中找到对抗性药物相互作用的痕迹。我们将覆盖范围分为五个类别，以调查现代NLP方法论，常见的任务，相关的文本数据，知识库和有用的编程库。我们将这五个类别分为适当的子类别，描述其主要属性和想法，并以表格形式进行总结。最终的调查介绍了该领域的全面概述，对从业者和感兴趣的观察者有用。

This report presents the evaluation approach developed for the DARPA Big Mechanism program, which aimed at developing computer systems that will read research papers, integrate the information into a computer model of cancer mechanisms, and frame new hypotheses. We employed an iterative, incremental approach to the evaluation of the three phases of the program. In Phase I, we evaluated the ability of system and human teams ability to read-with-a-model to capture mechanistic information from the biomedical literature, integrated with information from expert curated biological databases. In Phase II we evaluated the ability of systems to assemble fragments of information into a mechanistic model. The Phase III evaluation focused on the ability of systems to provide explanations of experimental observations based on models assembled (largely automatically) by the Big Mechanism process. The evaluation for each phase built on earlier evaluations and guided developers towards creating capabilities for the new phase. The report describes our approach, including innovations such as a reference set (a curated data set limited to major findings of each paper) to assess the accuracy of systems in extracting mechanistic findings in the absence of a gold standard, and a method to evaluate model-based explanations of experimental data. Results of the evaluation and supporting materials are included in the appendices.

在2019年的大流行病（Covid-19）感染SARS-COV-2的小型冠状病病（Covid-19）中，很快就迅速进行了大量的预防和治疗药物研究，但迄今为止，这些努力取得了不成功。我们的目标是利用药物重新淘点的管道优先考虑可重复的药物，系统地整合多个SARS-COV-2和药物相互作用，深图神经网络和基于体外/人口的验证。我们首先通过CTDBase收集涉及Covid-19患者治疗的所有可用药物（n = 3,635）。我们基于病毒诱饵，宿主基因，途径，药物和表型之间的相互作用构建了SARS-COV-2知识图。基于生物相互作用，使用深图神经网络方法来得出候选表示。我们利用临床试验验证药物优先考虑候选药物，然后用它们的遗传谱，体外实验疗效和电子健康记录验证。我们突出了前22名药物，包括阿奇霉素，阿托伐他汀，阿司匹林，对乙酰氨基酚和阿巴替代醇。我们进一步确定了可能协同靶向Covid-19的药物组合。总之，我们证明了广泛的相互作用，深度神经网络和严格验证的整合可以促进Covid-19治疗的候选药物的快速鉴定。这是一个post-poser-review，在科学报告中发布的文章的Pre-Copyedit版本最终经过身份验证版本可在线获取：https://www.researchsquare.com/article/rs-114758/v1

To date, there are no effective treatments for most neurodegenerative diseases. Knowledge graphs can provide comprehensive and semantic representation for heterogeneous data, and have been successfully leveraged in many biomedical applications including drug repurposing. Our objective is to construct a knowledge graph from literature to study relations between Alzheimer's disease (AD) and chemicals, drugs and dietary supplements in order to identify opportunities to prevent or delay neurodegenerative progression. We collected biomedical annotations and extracted their relations using SemRep via SemMedDB. We used both a BERT-based classifier and rule-based methods during data preprocessing to exclude noise while preserving most AD-related semantic triples. The 1,672,110 filtered triples were used to train with knowledge graph completion algorithms (i.e., TransE, DistMult, and ComplEx) to predict candidates that might be helpful for AD treatment or prevention. Among three knowledge graph completion models, TransE outperformed the other two (MR = 13.45, Hits@1 = 0.306). We leveraged the time-slicing technique to further evaluate the prediction results. We found supporting evidence for most highly ranked candidates predicted by our model which indicates that our approach can inform reliable new knowledge. This paper shows that our graph mining model can predict reliable new relationships between AD and other entities (i.e., dietary supplements, chemicals, and drugs). The knowledge graph constructed can facilitate data-driven knowledge discoveries and the generation of novel hypotheses.

对于人工智能在生物学和药物中产生更大的影响，这是一个至关重要的是，建议都是准确和透明的。在其他域中，已经显示了关于知识图表的多跳推理的神经统计学方法，以产生透明的解释。然而，缺乏研究将其应用于复杂的生物医学数据集和问题。在本文中，探讨了药物发现的方法，以利用其适用性的稳定结论。我们首次系统地将其应用于多种生物医学数据集和具有公平基准比较的推荐任务。发现该方法以平均水平的21.7％优于21.7％，同时产生新颖，生物学相关的解释。

生物医学网络是与疾病网络的蛋白质相互作用的普遍描述符，从蛋白质相互作用，一直到医疗保健系统和科学知识。随着代表学习提供强大的预测和洞察的显着成功，我们目睹了表现形式学习技术的快速扩展，进入了这些网络的建模，分析和学习。在这篇综述中，我们提出了一个观察到生物学和医学中的网络长期原则 - 而在机器学习研究中经常出口 - 可以为代表学习提供概念基础，解释其当前的成功和限制，并告知未来进步。我们综合了一系列算法方法，即在其核心利用图形拓扑到将网络嵌入到紧凑的向量空间中，并捕获表示陈述学习证明有用的方式的广度。深远的影响包括鉴定复杂性状的变异性，单细胞的异心行为及其对健康的影响，协助患者的诊断和治疗以及制定安全有效的药物。

在本文中，我们提供了针对深度学习（DL）模型的结构化文献分析，该模型用于支持癌症生物学的推论，并特别强调了多词分析。这项工作着重于现有模型如何通过先验知识，生物学合理性和解释性，生物医学领域的基本特性来解决更好的对话。我们讨论了DL模型的最新进化拱门沿整合先前的生物关系和网络知识的方向，以支持更好的概括（例如途径或蛋白质 - 蛋白质相互作用网络）和解释性。这代表了向模型的基本功能转变，该模型可以整合机械和统计推断方面。我们讨论了在此类模型中整合域先验知识的代表性方法。该论文还为解释性和解释性的当代方法提供了关键的看法。该分析指向编码先验知识和改善解释性之间的融合方向。

生物医学研究正在以这种指数速度增长，科学家，研究人员和从业者不再能够应对该领域发表的文献的数量。文献中提出的知识需要以这种方式系统化，可以轻松找到声明和假设，访问和验证。知识图可以为文献提供这样的语义知识表示框架。然而，为了构建知识图形，有必要以生物医学实体之间的关系形式提取知识并使两个实体和关系类型进行正常化。在本文中，我们展示并比较了少数基于规则和基于机器学习的（天真的贝叶斯，随机森林作为传统机器学习方法和T5基础的示例，作为现代深层学习的示例）可扩展关系从生物医学中提取的方法集成到知识图中的文献。我们研究了如何为不平衡和相当小的数据集进行弹性，显示T5模型，由于其在大型C4数据集以及不平衡数据上进行预培训，因此T5模型处理得好的小型数据集。最佳执行模型是T5模型在平衡数据上进行微调，报告F1分数为0.88。

自动问题应答（QA）系统的目的是以时间有效的方式向用户查询提供答案。通常在数据库（或知识库）或通常被称为语料库的文件集合中找到答案。在过去的几十年里，收购知识的扩散，因此生物医学领域的新科学文章一直是指数增长。因此，即使对于领域专家，也难以跟踪域中的所有信息。随着商业搜索引擎的改进，用户可以在某些情况下键入其查询并获得最相关的一小组文档，以及在某些情况下从文档中的相关片段。但是，手动查找所需信息或答案可能仍然令人疑惑和耗时。这需要开发高效的QA系统，该系统旨在为用户提供精确和精确的答案提供了生物医学领域的自然语言问题。在本文中，我们介绍了用于开发普通域QA系统的基本方法，然后彻底调查生物医学QA系统的不同方面，包括使用结构化数据库和文本集合的基准数据集和几种提出的方​​法。我们还探讨了当前系统的局限性，并探索潜在的途径以获得进一步的进步。

专门的基于变形金刚的模型（例如生物Biobert和Biomegatron）适用于基于公共可用的生物医学语料库的生物医学领域。因此，它们有可能编码大规模的生物学知识。我们研究了这些模型中生物学知识的编码和表示，及其支持癌症精度医学推断的潜在实用性 - 即，对基因组改变的临床意义的解释。我们比较不同变压器基线的性能；我们使用探测来确定针对不同实体的编码的一致性；我们使用聚类方法来比较和对比基因，变异，药物和疾病的嵌入的内部特性。我们表明，这些模型确实确实编码了生物学知识，尽管其中一些模型在针对特定任务的微调中丢失了。最后，我们分析了模型在数据集中的偏见和失衡方面的行为。

庞大的科学出版物呈现出越来越大的挑战，找到与给定的研究问题相关的那些，并在其基础上做出明智的决定。如果不使用自动化工具，这变得非常困难。在这里，一个可能的改进区域是根据其主题自动分类出版物摘要。这项工作介绍了一种新颖的知识基础的出色出版物分类器。该方法侧重于实现可扩展性和对其他域的容易适应性。在非常苛刻的食品安全领域，分类速度和准确度被证明是令人满意的。需要进一步发展和评估该方法，因为所提出的方法显示出很大的潜力。