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.New machine learning method to analyze complex scientific data of proteins
단백질의 복잡한 과학적 데이터를 분석하는 새로운 기계 학습 방법
작성자: Laura Arenschield, 오하이오 주립대학교 크레딧: CC0 공개 도메인 SEPTEMBER 21, 2021
-과학자들은 강력한 과학 도구인 핵 자기 공명(NMR)의 데이터를 더 잘 분석하기 위해 기계 학습을 사용하는 방법을 개발했습니다. NMR 데이터를 사용할 수 있는 한 가지 방법은 인체의 단백질과 화학 반응을 이해하는 것입니다. NMR은 의료 진단을 위한 자기공명영상(MRI)과 밀접한 관련이 있습니다. NMR 분광기 는 과학자들이 단백질과 같은 분자의 구조를 특성화할 수 있도록 하지만 고도로 숙련된 인간 전문가가 해당 데이터를 분석하는 데 상당한 시간이 걸릴 수 있습니다.
이 새로운 기계 학습 방법은 데이터를 훨씬 빠르고 정확하게 분석할 수 있습니다. 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 최근 발표된 연구 에서 과학자들은 기본적으로 컴퓨터가 단백질의 원자 규모 특성에 대한 복잡한 데이터를 풀고 개별적이고 읽을 수 있는 이미지로 구문 분석하도록 가르치는 프로세스를 설명했습니다.
"이러한 데이터를 사용할 수 있으려면 분자의 다른 부분에서 특징으로 데이터를 분리하고 특정 특성을 정량화해야 합니다."라고 오하이오 리서치 학자이자 이 연구의 수석 저자인 라파엘 브뤼슈바일러(Rafael Brüschweiler)는 말했습니다. 오하이오 주립대학교. "그리고 그 전에는 컴퓨터를 사용하여 이러한 개별 기능이 겹칠 때 식별하기가 매우 어려웠습니다." 이 연구의 주저자이자 오하이오 주립 캠퍼스 화학 기기 센터의 연구 과학자인 Dawei Li가 개발한 이 프로세스는 컴퓨터가 NMR 분광기의 이미지를 스캔하도록 가르칩니다. 스펙트럼으로 알려진 이러한 이미지는 수백 수천 개의 봉우리와 계곡으로 나타나며, 예를 들어 혈액이나 소변과 같은 생물학적 시료의 단백질이나 복잡한 대사 산물 혼합물의 변화를 원자 수준에서 보여줄 수 있습니다.
-NMR 데이터는 단백질의 기능에 대한 중요한 정보와 사람의 신체에서 일어나는 일에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 그러나 스펙트럼을 읽을 수 있는 피크로 분해하는 것은 종종 피크가 겹치기 때문에 어려울 수 있습니다. 그 효과는 거의 산맥과 같으며, 더 가깝고 더 큰 봉우리는 중요한 정보를 전달할 수도 있는 작은 봉우리를 가립니다.
-Brüschweiler는 "휴대전화의 QR 코드 판독기를 생각해 보세요. NMR 스펙트럼은 분자의 QR 코드와 같습니다. 모든 단백질에는 고유한 'QR 코드'가 있습니다. 그러나 이러한 'QR 코드'의 개별 픽셀은 겹칠 수 있습니다. 상당한 정도로 서로. 당신의 전화는 그것들을 해독할 수 없을 것입니다. 그리고 그것이 우리가 NMR 분광법에서 가지고 있던 문제이며 컴퓨터가 이 스펙트럼을 정확하게 읽도록 가르쳐서 해결할 수 있었습니다."
이 프로세스에는 컴퓨터가 데이터를 분리하고 분석하는 데 사용하는 다층 노드 네트워크인 인공 심층 신경망을 만드는 작업이 포함됩니다. 연구원들은 그 네트워크를 만든 다음 사람이 이미 분석한 스펙트럼을 컴퓨터에 입력하고 이전에 알려진 정확한 결과를 컴퓨터에 알려 NMR 스펙트럼을 분석하도록 가르쳤습니다. 컴퓨터에 스펙트럼 분석을 가르치는 과정은 어린이에게 읽는 법을 가르치는 것과 거의 같습니다.
연구자들은 매우 간단한 스펙트럼으로 시작했습니다. 컴퓨터가 그것을 이해하면 연구원들은 더 복잡한 세트로 이동했습니다. 결국 그들은 서로 다른 단백질의 매우 복잡한 스펙트럼과 쥐의 소변 샘플을 컴퓨터에 공급했습니다. 스펙트럼 분석을 위해 학습된 심층 신경망을 사용하는 컴퓨터 는 인간 전문가와 동일한 정확도로 매우 복잡한 샘플 의 피크 를 분석할 수 있다는 것을 연구원들은 발견했습니다.
게다가 컴퓨터는 더 빠르고 재현성 있게 작업을 수행했습니다. Brüschweiler는 기계 학습을 NMR 스펙트럼 을 분석하기 위한 도구로 사용 하는 것은 NMR 데이터 해석의 긴 과학적 과정에서 중요한 단계 중 하나일 뿐이라고 말했습니다. 그러나 이 연구는 미국 과학 재단이 자금을 지원하는 1,750만 달러 센터인 오하이오 주의 새로운 National Gateway Ultrahigh Field NMR 센터의 사용자를 포함하여 NMR 분광기의 능력을 향상시킵니다. 이 센터는 2022년에 시운전될 것으로 예상되며 북미에서 최초의 1.2GHz NMR 분광기를 갖게 될 것입니다. 이 연구에 참여한 다른 연구 과학자로는 오하이오 주립 캠퍼스 화학 기기 센터의 Alexandar Hansen, Chunhua Yuan 및 Lei Bruschweiler-Li가 있습니다.
추가 탐색 데이터 독립 획득 단백질체학 개선 추가 정보: Da-Wei Li et al, DEEP 선택기는 복잡한 2차원 NMR 스펙트럼의 정확한 디콘볼루션을 위한 심층 신경망, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25496-5 저널 정보: 네이처 커뮤니케이션즈 에 의해 제공 오하이오 주립 대학
https://phys.org/news/2021-09-machine-method-complex-scientific-proteins.html
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메모 2109220914 나의 사고실험 oms 스토리텔링
과학자들은 강력한 과학 도구인 핵 자기 공명(NMR)의 데이터를 더 잘 분석하기 위해 기계 학습을 사용하는 방법을 개발했다.
전자가 스핀을 가지고 있는 것과 마찬가지로 어떤 핵들도 스핀을 가지고 있다. 외부의 자기장이 존재하지 않는 경우 핵 스핀은 무작위로 정렬된 상태이다. 외부에서 자기장을 걸어주면 유도자기장이 생기는데, 이때 핵 스핀은 외부 자기장과 같거나 반대의 방향으로 정렬된다. 외부 자기장과 같은 방향으로 정렬될 경우 에너지 준위가 낮아지며, 반대 방향으로 정렬될 경우 에너지 준위가 높아진다. 기존 에너지 준위에서 높아지거나 낮아지는 에너지의 정도는 이 경우 서로 같다.
.To the very beginning: going back in time with Steven Weinberg (Part 2)
맨 처음으로: Steven Weinberg와 함께 시간을 거슬러 올라가기(2부)
빅뱅 이후 1조분의 1초와 같은 우주는 어땠을까? 과학에 답이 있습니다. 크레딧: Adobe Stock을 통해 이동 AUGUST 4, 2021
주요 내용 스티븐 와인버그(Steven Weinberg)의 지도에 따라 우리는 원자핵의 형성을 넘어 우주 역사 속으로 더 깊이 빠져듭니다. 오늘 우리는 쿼크-글루온 플라즈마의 기원과 유명한 힉스 입자인 "신 입자"의 특성에 대해 논의합니다. 제한이 있습니까? 우리는 시간을 얼마나 되돌릴 수 있습니까?
마르셀로 글라이저 제목의 기사에 대한 링크 복사 처음으로 공유: Facebook에서 Steven Weinberg(2부)와 함께 시간을 거슬러 올라가기
지난주 파트 1 에서 우리는 위대한 물리학자인 Steven Weinberg를 기념하여 그의 걸작인 The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe 에서 빅뱅 이후의 첫 순간에 대한 이야기를 들려줍니다.
1.
물질은 첫 번째 원자핵과 원자로 조직화되기 시작했습니다. 이번 주에 우리는 Weinberg의 리드를 계속 따라가서 가능한 한 시작에 가깝게 시간을 거슬러 올라갑니다. 하지만 먼저, 빠른 리프레시입니다. 양성자와 중성자의 집합체인 최초의 가벼운 원자핵은 충돌 후 100분의 1초에서 3분 사이의 매우 짧은 시간 동안 나타났습니다. 이것은 Weinberg의 책 제목을 설명합니다.
-원자는 수소(하나의 양성자 포함)에서 탄소(6개 포함) 및 우라늄(92개 포함)에 이르기까지 핵에 있는 양성자의 수(원자 번호)로 식별된다는 점을 상기하십시오. 초기 우주 용광로는 화학 원소 1, 2, 3, 즉 수소, 헬륨, 리튬(또한 동일한 수의 양성자를 포함하지만 다른 수의 중성자를 포함하는 동위원소)만을 단조했습니다. 모든 무거운 원소는 죽어가는 별에서 만들어집니다.
우주가 가장 가벼운 원소를 담당하는 연금술사라는 가설은 리튬-7과의 느린 불일치 개선을 포함하여 지난 수십 년 동안 수많은 관찰을 통해 아름답게 확인 되었습니다. (“7”은 자연계에서 가장 풍부한 이 리튬 동위원소에 대한 3개의 양성자와 4개의 중성자를 나타냅니다.) 이 원시 핵합성은 우주론의 빅뱅 모델의 세 가지 주요 관측 기둥 중 하나입니다. 다른 두 가지는 은하가 서로 멀어지면서 측정되는 우주의 팽창과, 폭발 후 약 400,000년 후에 수소 원자가 탄생한 후 남은 복사인 마이크로파 배경 복사입니다.
입자 물리학의 원시 수프 쾅 하고 약 1분 후에 우주의 물질에는 가벼운 원자핵, 전자, 양성자, 중성자, 광자, 중성미자, 즉 원시 수프가 포함되었습니다. 이전은 어떻습니까?
-우주 시간으로 돌아간다는 것은 더 작은 우주, 즉 더 작은 부피로 압축된 물질을 의미합니다. 부피가 작을수록 압력과 온도가 높아집니다. 수프 레시피가 변경됩니다. 물리학에서 온도는 운동 및 동요와 유사합니다.
뜨거운 것은 빠르게 움직이고 서로 붙어 있어서 움직일 수 없을 때 더 많이 진동합니다. 결국, 온도가 상승함에 따라 사물을 함께 유지하는 결합이 끊어집니다.
시간을 거슬러 올라가면 물질은 가장 단순한 구성 요소로 분해됩니다. 첫째, 분자는 원자가 됩니다. 그러면 원자는 핵과 자유 전자가 됩니다. 그러면 핵은 자유 양성자와 중성자가 됩니다. 그리고 뭐? 1960년대부터 우리는 양성자와 중성자가 소립자가 아니라는 것을 알고 있었습니다. 그것들은 전기 인력(즉, 전자기력)보다 약 100배 더 강한 강한 핵력에 의해 결합된 쿼크라고 하는 다른 입자로 구성됩니다. 그러나 충분히 높은 온도에서는 강한 힘으로도 양성자와 중성자를 결합할 수 없습니다.
우주가 10만분의 1초에 불과할 때 ( 10-5두 번째) 오래된, 그것은 양성자와 중성자를 쿼크와 글루온의 뜨거운 플라즈마로 분리할 만큼 충분히 뜨거웠습니다. 이름에서 알 수 있듯이 글루온은 쿼크를 양성자와 중성자로 연결하는 입자입니다(또한 입자 가속기에서 흔히 볼 수 있는 강한 힘에 의해 결합된 수백 개의 다른 입자). 놀랍게도, 그러한 이상한 쿼크-글루온 플라즈마는 태양의 심장보다 백만도 더 뜨거운 에너지를 생성하는 고에너지 입자 충돌에서 생성되었습니다. ( 여기에 그것에 대한 비디오가 있습니다 .)
2.
찰나의 순간 동안 초기 우주는 놀라운 과학 기술 위업인 인간이 만든 기계로 다시 나타납니다.
힉스 입자를 기억하시나요? 크레딧: NASA
그게 다야? 아니면 더 뒤로 돌아갈 수 있습니까? 이제 우리는 100만분의 1초 미만인 우주를 생각하고 있습니다. 우리에게 그것은 터무니없이 짧은 시간입니다. 그러나 빛의 속도에 가깝게 확대되는 소립자의 경우에는 그렇지 않습니다. 계속해서 t = 0으로 돌아가면서 놀라운 일이 발생합니다.
강타 후 약 1조분의 1초(10 -12 초 또는 0.000000000001초)에 새로운 입자가 유명한 힉스 입자 쇼를 지휘합니다. 기억하신다면, 이 입자는 2012년 유럽 입자 물리학 센터 에서 발견되었을 때 유명하고 악명 높았습니다 . 언론은 이를 "신 입자"라고 부르기로 결정했습니다. 이것에 대해 우리는 노벨상 수상자 Leon Lederman을 비난할 수 있습니다. 제가 미국 최대 입자 가속기인 Fermilab 에서 박사후 연구원으로 있을 때 저의 상사였습니다. Leon이 저에게 그가 알기 어려운 힉스에 관한 책을 쓰고 있다고 말했습니다. Fermilab에서 찾을 수 없습니다. 그는 그 책을 The God-Damn Particle 이라고 부르고 싶었지만 그의 편집자는 판매를 늘리기 위해 제목에서 "젠장"을 제거할 것을 제안했습니다. 그것은 효과가 있었다.
-힉스는 우주가 뜨거워짐에 따라 이상한 변화를 겪는다. 그것은 질량을 잃고 우리가 광자처럼 질량이 없는 입자라고 부르는 것이 됩니다. 이것이 왜 중요한가? 힉스가 입자 물리학의 드라마에서 핵심적인 역할을 하기 때문입니다. 그것은 모든 입자에 질량을 부여합니다. 힉스를 포옹하거나 (좀 더 과학적으로) 입자가 힉스 입자와 상호 작용하면 질량을 얻습니다. 상호 작용이 강할수록 질량이 커집니다.
-따라서 빛인 전자는 타우 렙톤이나 참 쿼크보다 힉스와 덜 강하게 상호 작용합니다. 그러나 힉스가 더 뜨거워지면서 질량을 잃는다면 힉스가 상호작용하는 모든 입자는 어떻게 될까요? 그들은 또한 그들의 질량을 잃습니다! t = 0에 접근 의미에 대해 생각해 보십시오. 강타 후 1조분의 1초 전에는 알려진 모든 입자는 질량이 없었습니다.
우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 힉스는 질량을 얻고 상호 작용하는 다른 모든 입자에 질량을 부여합니다. 이것은 "신의 입자"라는 별명이 붙은 이유를 설명합니다. 힉스는 질량의 기원을 설명합니다. 거의. 예를 들어 전자 질량이 쿼크의 질량과 다른 이유와 같이 이 모든 서로 다른 포옹(상호작용)의 강도를 결정하는 것이 무엇인지 우리는 모릅니다. 이것들은 아주 작은 세계에 대해 우리가 알고 있는 모든 것을 편집한 표준 모델로 알려진 모델의 매개변수입니다. 이 가장 중요한 매개변수는 우리가 알고 있는 세상을 결정합니다. 그러나 우리는 무엇이 그들을 결정하는지 알지 못합니다. 좋아, 그래서 우리는 강타 후 1조분의 1초에 있다. 계속 돌아갈 수 있습니까? 우리는 할 수 있지만 추측의 영역으로 뛰어들어야 합니다. 우리는 다른 입자, 다른 차원의 공간과 초끈, 자연의 모든 힘의 통합, 다중우주에 대해 이야기할 수 있습니다. 아니면 위대한 물리학자인 프리먼 다이슨이 나에게 한 말을 인용할 수 있습니다. 대부분의 추측은 틀렸습니다. 우리가 먼저 아는 것을 고수한다면 독자들에게 최고의 서비스를 제공합니다. 그런 다음 조심스럽게 미지의 세계로 뛰어듭니다. 그래서, 우리는 이 덧없는 1조분의 1초 안에 커버할 "Here Be Dragons" 유형의 새로운 영역이 많다는 것을 알고 여기서 잠시 멈춥니다. 우리는 곧 거기에 갈 것입니다.
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메모 2109230346b 나의 사고실험 oms 스토리텔링
오늘 (2021년 9월23일)은 매우 중요한 우주의 내용을 특별 정리한다. 우주의 힉스입자가 다중우주의 세계를 초대하고 있다. 빅뱅이전과 이후의 상황들을 oms이론으로 예측이 가능하다. 최초의 범우주는 최초 higgs 안정화 vix_a(최고온 a)의 샘플1. 4차 oms이다.
1.
힉스가 최고온 상태에서 질량을 부여한다. 최고온이 넘어서면 질량을 잃어버린다. 이는 새로운 샘플1.oms를 요구하는 것으로 새로히 최고온으로 올라가는 물질의 새로운 상태 다중우주로 가는 단계적 진행이다. 충분히 커진 다중우주에서는 역주행도 허용될듯 싶다. 허허.
최초의 힉스 입자 vix_a는 샘플1. 4차 oms에서 우리 우주의 탄생시 나타났다. 팽대부에서 극도의 고온으로 질량을 얻은 후, 더 큰 온도로 이동하면서 질량을 잃었는데, 그 더큰 고온은 제2의 샘플1. 6차 oms버전이 나타나 t=0로 되돌아 갔다.
2.
최초 higgs 안정화 vix_a(최고온 a)의 샘플1. 4차 oms는 최초의 우주의 출현을 나타낸다.
12/3
00a0
a000
0a00
000a
제2의 higgs 안정화 vix_c(최고온 f), 샘플1. 6차 oms
123/45/6
acb000
b0c0a0
0a0c0b
000bca
cba000
000abc
제3의 higgs 안정화 vix_4(최고온 10), 샘플1. 8차 oms
1234/567/89/10
제4의 higgs 안정화 vix_5(최고온 15), 샘플1. 10차 oms
12345/6789/101112/1314/15
드디어 우리가 익숙히 본 샘플1. oms가 등장한다.
제5의 higgs 안정화 vix_f(최고온 u), 샘플1. 12차 oms
123456/7891011/12131415/161718/1920/21
abcdef/ghijk/lmno/pqr/st/u
3.
이런 단계별 힉스의 t=0의 회귀 패턴으로 다중우주가 무수히 생겨난다고 보는 것이 나의 우주관이다. 허허.
제5의 higgs 안정화 vix_f(최고온 u), 샘플1. 12차 oms
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
sample 2/oss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
-Recall that an atom is identified by the number of protons (atomic number) in the nucleus, from hydrogen (with one proton) to carbon (with six) and uranium (with 92). Early space furnaces forged only the chemical elements 1, 2, and 3: hydrogen, helium, and lithium (also isotopes containing the same number of protons but a different number of neutrons). All heavy elements are made from dying stars.
-Higgs undergoes strange changes as the universe heats up. It loses mass and becomes what we call massless particles like photons. Why is this important? Because Higgs plays a key role in the drama of particle physics. It gives mass to every particle. When you hug a Higgs or (more scientifically) a particle interacts with a Higgs particle, you gain mass. The stronger the interaction, the greater the mass.
-So electrons, which are light, interact less strongly with Higgs than do tau leptons or true quarks. But if Higgs loses mass as it gets hotter, what happens to all the particles with which Higgs interacts? They also lose their mass! Think about the meaning of approaching t = 0. A trillionth of a second after the impact, all known particles had no mass.
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memo 2109230346b my thought experiment oms storytelling
Today (September 23, 2021) is a special arrangement of the very important contents of the universe. The cosmic Higgs particle is inviting the world of the multiverse. Situations before and after the Big Bang can be predicted with the oms theory. The first pancosmic sample 1 of the first higgs stabilization vix_a (highest temperature a). It is the 4th oms.
One.
Higgs gives mass at the highest temperature. When the maximum temperature is exceeded, it loses mass. This is a step-by-step progression into a new state multiverse of matter, requiring a new sample 1.oms. In a sufficiently large multiverse, it seems that reverse travel is also allowed. haha.
The first Higgs particle vix_a was sample 1. It appeared at the birth of our universe in the 4th oms. After gaining mass at an extremely high temperature in the bulge, it lost mass while moving to a higher temperature, and the higher temperature is the second sample1. The 6th oms version appeared and went back to t=0.
2.
Sample 1 of the first higgs stabilization vix_a (highest temperature a). The fourth oms represents the emergence of the first universe.
12/3
00a0
a000
0a00
000a
Second higgs stabilization vix_c (highest temperature f), sample 1. 6th oms
123/45/6
abc000
b0c0a0
0a0c0b
000bca
cba000
000abc
Third higgs stabilization vix_4 (maximum temperature 10), sample 1. 8th oms
1234/567/89/10
4th higgs stabilization vix_5 (maximum temperature 15), sample 1. 10th oms
12345/6789/101112/1314/15
Finally, the sample we are familiar with 1. oms appears.
Fifth higgs stabilization vix_f (highest temperature u), sample 1. 12th oms
123456/7891011/12131415/161718/1920/21
abcdef/ghijk/lmno/pqr/st/u
3.
My view of the universe is that the multiverse is created innumerable by Higgs' regression pattern of t=0 step by step. haha.
Fifth higgs stabilization vix_f (highest temperature u), sample 1. 12th oms
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
sample 2/oss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
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