[發明專利]一種模擬人工神經網絡的基因電路及其構建方法

在審

• 申請號: 201910541858.1
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110363276A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 石致宇;羅樂賢;郭瑋強
• 申請（專利權）人: 石致宇
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06N3/06;G06N3/12
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 鄒秋菊

一種模擬人工神經網絡的基因電路，包括至少一個輸入層、至少兩個隱層和至少一個輸出層，所述輸入層包括若干輸入層節點，每個所述隱層包括若干隱層節點，所述輸出層包括若干輸出層節點，每個輸入層節點的輸入向量為一個啟動子及一個輸入基因，每個隱層節點中包括一個隱層基因，每個隱層基因該層基因的啟動子或上一層基因的基因產物的調控；所述輸出節點輸出基因電路結果；所述隱層基因及輸出層節點受到上一層基因的產物的調控符合激勵函數；輸入層節點受到輸入啟動子的調控符合激勵函數。實施本發明，可以采用基因電路結構模擬人工神經網絡，從而在分子層面模擬復雜運算，進而實現生物、醫藥、化學、電子等領域的復雜應用。

技術領域

本發明涉及生物學領域，更具體地說，涉及一種模擬人工神經網絡的基因電路及其構建方法。

背景技術

人工神經網絡(Artificial Neural Network，即ANN)，是20世紀80年代以來人工智能領域興起的研究熱點。它從信息處理角度對人腦神經元網絡進行抽象，建立某種簡單模型，按不同的連接方式組成不同的網絡。在工程與學術界也常直接簡稱為神經網絡或類神經網絡。神經網絡是一種運算模型，由大量的節點(或稱神經元)之間相互聯接構成。每個節點代表一種特定的輸出函數，稱為激勵函數(activation function)。每兩個節點間的連接都代表一個對于通過該連接信號的加權值，稱之為權重，這相當于人工神經網絡的記憶。網絡的輸出則依網絡的連接方式，權重值和激勵函數的不同而不同。而網絡自身通常都是對自然界某種算法或者函數的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達。

而基因電路通常由調節組件和被調節基因組成，調節組件包括啟動子等；被調節基因多為編碼蛋白質的基因。目前的基因電路設計主要包括基本邏輯回路設計及檢測回路等。但這些基因電路設計并不具有一般電腦的運算速度，也不能做到復雜演算，因此實際應用較少。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種模擬人工神經網絡的基因電路及其構建方法，其可以采用基因電路結構模擬人工神經網絡，從而在分子層面模擬復雜運算，進而實現各個生物領域的復雜應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種模擬人工神經網絡的基因電路，包括至少一個輸入層、至少兩個隱層和至少一個輸出層，所述輸入層包括若干輸入層節點，每個所述隱層包括若干隱層節點，所述輸出層包括若干輸出層節點，每個輸入層節點的輸入向量為一個輸入基因，每個隱層節點中包括一個隱層基因，每個隱層基因受該層基因的啟動子或上一層基因的基因產物的調控；所述輸出節點輸出基因電路結果；所述隱層基因及輸出層節點受到的上一層基因的基因產物的調控符合激勵函數。

在本發明所述的模擬人工神經網絡的基因電路中，所述基因產物為蛋白質或RNA。

在本發明所述的模擬人工神經網絡的基因電路中，所述輸出層用于分類分析或回歸分析。

在本發明所述的模擬人工神經網絡的基因電路中，所述輸入層包括三個輸入層節點，包括由ESR1、PGR、ERBB2所調控的啟動子及由該啟動子所調控的三個輸入基因(Shox2,Rhox11,lrx3)；所述隱層包括第一隱層和第二隱層，所述第一隱層包括六個隱層基因，所述第二隱層包括三個隱層基因，所述隱層基因包括Alx4,Otx1,Hoxc10,Pknox2,Hoxd13,Dlx1,En2,Prrx2,Lhx8；所述激勵函數為“sigmoid”函數。

在本發明所述的模擬人工神經網絡的基因電路中，所述基因電路結果為Basal、HER2及Luminal(ER+)亞型乳癌的判斷結果。

在本發明所述的模擬人工神經網絡的基因電路中，所述基因電路結果為針對Basal亞型乳癌的基因合成藥物PD-L1、針對HER2亞型乳癌的基因合成藥物nelipepimut-S，針對Luminal(ER+)亞型乳癌的基因合成藥物goserelin。