Extreme learning machines for reverse engineering of gene regulatory networks from expression time series

The reconstruction of gene regulatory networks (GRNs) from genes profiles has a growing interest in bioinformatics for understanding the complex regulatory mechanisms in cellular systems. GRNs explicitly represent the cause-effect of regulation among a group of genes and its reconstruction is today a challenging computational problem. Several methods were proposed, but most of them require different input sources to provide an acceptable prediction. Thus, it is a great challenge to reconstruct a GRN only from temporal gene-expression data. Results: Extreme Learning Machine (ELM) is a new supervised neural model that has gained interest in the last years because of its higher learning rate and better performance than existing supervised models in terms of predictive power. This work proposes a novel approach for GRNs reconstruction in which ELMs are used for modeling the relationships between gene expression time series. Artificial datasets generated with the well-known benchmark tool used in DREAM competitions were used. Real datasets were used for validation of this novel proposal with well-known GRNs underlying the time series. The impact of increasing the size of GRNs was analyzed in detail for the compared methods. The results obtained confirm the superiority of the ELM approach against very recent state-of-the-art methods in the same experimental conditions.Fil: Rubiolo, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

A Method to Improve the Analysis of Cluster Ensembles

Clustering is fundamental to understand the structure of data. In the past decade the cluster ensembleproblem has been introduced, which combines a set of partitions (an ensemble) of the data to obtain a singleconsensus solution that outperforms all the ensemble members. However, there is disagreement about which arethe best ensemble characteristics to obtain a good performance: some authors have suggested that highly differentpartitions within the ensemble are beneï¬ cial for the ï¬ nal performance, whereas others have stated that mediumdiversity among them is better. While there are several measures to quantify the diversity, a better method toanalyze the best ensemble characteristics is necessary. This paper introduces a new ensemble generation strategyand a method to make slight changes in its structure. Experimental results on six datasets suggest that this isan important step towards a more systematic approach to analyze the impact of the ensemble characteristics onthe overall consensus performance.Fil: Pividori, Milton Damián. Universidad Tecnologica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Centro de Investigacion y Desarrollo de Ingenieria en Sistemas de Informacion; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Tecnologica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Centro de Investigacion y Desarrollo de Ingenieria en Sistemas de Informacion; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

A very simple and fast way to access and validate algorithms in reproducible research

The reproducibility of research in bioinformatics refers to the notion that new methodologies/ algorithms and scientific claims have to be published together with their data and source code, in a way that other researchers may verify the findings to further build more knowledge upon them. The replication and corroboration of research results are key to the scientific process and many journals are discussing the matter nowadays, taking concrete steps in this direction. In this journal itself, a very recent opinion note has appeared highlighting the increasing importance of this topic in bioinformatics and computational biology, inviting the community to further discuss the matter. In agreement with that article, we would like to propose here another step into that direction with a tool that allows the automatic generation of a web interface, named web-demo, directly from source code in a very simple and straightforward way. We believe this contribution can help make research not only reproducible but also more easily accessible. A web-demo associated to a published paper can accelerate an algorithm validation with real data, wide-spreading its use with just a few clicks.Fil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Pividori, Milton Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Using multiple frequency bins for stabilization of FD-ICA algorithms

In the frequency domain independent component analysis approaches for audiosources separation, the convolutive mixing problem is replaced by thesolution of several instantaneous mixing problems, one for each frequencybin of the short time Fourier transform. This methodology yields good resultsbut requires the solution of the permutation ambiguity. Moreover, theperformance of the separation algorithms for each bin is not guaranteed tobe equivalent, thus some bins can have worse results than others. In thispaper a technique based on data from multiple bins is proposed to addressthese issues. The use of multiple bin information produces a coupling of theseparation, resulting in more stable separation matrices and reducing the occurrence of permutations, but increasing in computational cost. This can bemitigated by a sub sampling of the multiple bins information. The resultsshow that both approaches are beneficial for the frequency domain ICA approach,producing better separation in terms of objective quality measures.Fil: Di Persia, Leandro Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Diversity control for improving the analysis of consensus clustering

Consensus clustering has emerged as a powerful technique for obtaining better clustering results, where a set of data partitions (ensemble) are generated, which are then combined to obtain a consolidated solution (consensus partition) that outperforms all of the members of the input set. The diversity of ensemble partitions has been found to be a key aspect for obtaining good results, but the conclusions of previous studies are contradictory. Therefore, ensemble diversity analysis is currently an important issue because there are no methods for smoothly changing the diversity of an ensemble, which makes it very difficult to study the impact of ensemble diversity on consensus results. Indeed, ensembles with similar diversity can have very different properties, thereby producing a consensus function with unpredictable behavior. In this study, we propose a novel method for increasing and decreasing the diversity of data partitions in a smooth manner by adjusting a single parameter, thereby achieving fine-grained control of ensemble diversity. The results obtained using well-known data sets indicate that the proposed method is effective for controlling the dissimilarity among ensemble members to obtain a consensus function with smooth behavior. This method is important for facilitating the analysis of the impact of ensemble diversity in consensus clustering.Fil: Pividori, Milton Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería en Sistemas de Información; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Improving clustering with metabolic pathway data

Background: It is a common practice in bioinformatics to validate each group returned by a clustering algorithm through manual analysis, according to a-priori biological knowledge. This procedure helps finding functionally related patterns to propose hypotheses for their behavior and the biological processes involved. Therefore, this knowledge is used only as a second step, after data are just clustered according to their expression patterns. Thus, it could be very useful to be able to improve the clustering of biological data by incorporating prior knowledge into the cluster formation itself, in order to enhance the biological value of the clusters. Results: A novel training algorithm for clustering is presented, which evaluates the biological internal connections of the data points while the clusters are being formed. Within this training algorithm, the calculation of distances among data points and neurons centroids includes a new term based on information from well-known metabolic pathways. The standard self-organizing map (SOM) training versus the biologically-inspired SOM (bSOM) training were tested with two real data sets of transcripts and metabolites from Solanum lycopersicum and Arabidopsis thaliana species. Classical data mining validation measures were used to evaluate the clustering solutions obtained by both algorithms. Moreover, a new measure that takes into account the biological connectivity of the clusters was applied. The results of bSOM show important improvements in the convergence and performance for the proposed clustering method in comparison to standard SOM training, in particular, from the application point of view. Conclusions: Analyses of the clusters obtained with bSOM indicate that including biological information during training can certainly increase the biological value of the clusters found with the proposed method. It is worth to highlight that this fact has effectively improved the results, which can simplify their further analysis.Fil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Lopez, Mariana Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kamenetzky, Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: Carrari, Fernando Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentin

Array of Multilayer Perceptrons with No-class Resampling Training for Face Recognition

A face recognition (FR) problem involves the face detection, representation and classification steps. Once a face is located in an image, it has to be represented through a feature extraction process, for later performing a proper face classication task. The most widely used approach for feature extraction is the eigenfaces method, where an eigenspace is established from the image training samples using principal components analysis.In the classification phase, an input face is projected to the obtained eigenspace and classified by an appropriate classifier. Neural network classifiers based on multilayer perceptron models have proven to be well suited to this task. This paper presents an array of multilayer perceptron neural networks trained with a novel no-class resampling strategy which takes into account the balance problem between class and no-class examples andincreases the generalization capabilities. The proposed model is compared against a classical multilayer perceptron classifier for face recognition over the AT&T database of faces, obtaining results that show an improvement over the classification rates of a classical classifier.Fil: Capello, D.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe; ArgentinaFil: Martínez, César Ernesto. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentin

MiRNAfe: A comprehensive tool for feature extraction in microRNA prediction

miRNAfe is a comprehensive tool to extract features from RNA sequences. It is freely available as a web service, allowing a single access point to almost all state-of-the-art feature extraction methods used today in a variety of works from different authors. It has a very simple user interface, where the user only needs to load a file containing the input sequences and select the features to extract. As a result, the user obtains a text file with the features extracted, which can be used to analyze the sequences or as input to a miRNA prediction software.The tool can calculate up to 80 features where many of them are multidimensional arrays. In order to simplify the web interface, the features have been divided into six pre-defined groups, each one providing information about: primary sequence, secondary structure, thermodynamic stability, statistical stability, conservation between genomes of different species and substrings analysis of the sequences. Additionally, pre-trained classifiers are provided for prediction in different species. All algorithms to extract the features have been validated, comparing the results with the ones obtained from software of the original authors.The source code is freely available for academic use under GPL license at http://sourceforge.net/projects/sourcesinc/files/mirnafe/0.90/. A user-friendly access is provided as web interface at http://fich.unl.edu.ar/sinc/web-demo/mirnafe/. A more configurable web interface can be accessed at http://fich.unl.edu.ar/sinc/web-demo/mirnafe-full/.Fil: Yones, Cristian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Stegmayer, Georgina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Kamenetzky, Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Estimación del consumo en rumiantes en pastoreo utilizando redes neuronales artificiales

edir con precisión y rapidez el consumo de forrajeenrumiantes es importante para la gestión eficiente del rodeo y los recursos alimenticios, así como para la salud y bienestar animal en los sistemas de producción. Eluso de algoritmos de procesamiento inteligente de señales que extraiganinformación relevante de los sonidos que emiten losrumiantes es una opción prometedorapara predecir el consumo de rumiantes en condicionesde pastoreo. En este trabajo se aplican perceptrones multicapa y máquinas de aprendizaje extremo como modelos de regresión no lineales multivariadapara la estimación del consumo. Los resultados muestran que éstastécnicasde regresión no lineal para pueden reducir significativamente el error de estimación delacantidad demateria seca consumida porrumiantes.Accurate and rapid measurement of forage intake in ruminants is important for efficient management livestock and forage resources, as well as for animal health and welfare in production systems. The use of intelligent signal processing algorithms to extract relevant information from the sound emitted by ruminants is a promising method to predict the intake of ruminants in grazing conditions. In this work, multilayer perceptrons and extreme learning machines, are used as non-linear multivariate regression models to predict intake. The results show that these non-linear regression techniques can significantly reduce the error in the estimation of forage intake in ruminants.Fil: Uhrig, Mariela Noelia. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Galli, Julio Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; Argentin

Classification of ASR Word Hypotheses using prosodic information and resampling of training data

In this work, we propose a novel re-sampling method based on word lattice information and we use prosodic cues with support vector machines for classification. The idea is to consider word recognition as a two-class classification problem, which considers the word hypotheses in the lattice of a standard recognizer either as True or False employing prosodic information. The technique developed in this paper was applied to set of words extracted from a continuous speech database. Our experimental results show that the method allows obtaining average word hypotheses recognition rate of 82%.Fil: Albornoz, Enrique Marcelo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Milone, Diego Humberto. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: Rufiner, Hugo Leonardo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Departamento de Informática. Laboratorio de Investigaciones en Señales e Inteligencia Computacional; ArgentinaFil: López-Cózar, R.. Escuela Técnica Superior en Ingeniería Informática y de Telecomunicación. Universidad de Granada; España