{"id":13205,"date":"2024-07-31T08:08:20","date_gmt":"2024-07-31T08:08:20","guid":{"rendered":"https:\/\/lamarr-institute.org\/?p=13205"},"modified":"2025-04-03T14:52:04","modified_gmt":"2025-04-03T14:52:04","slug":"vorhersage-arzneiwirkung-durch-ml","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lamarr-institute.org\/de\/news\/vorhersage-arzneiwirkung-durch-ml\/","title":{"rendered":"Neue Erkenntnisse zur Vorhersage der Arzneiwirkung durch Maschinelles Lernen"},"content":{"rendered":"\n<p><strong>Prof. Dr. J\u00fcrgen Bajorath und sein Team zeigen im Journal &#8222;Cell Reports Physical Science&#8220; die Funktionsweise von Machine Learning-Modellen in der Arzneimittelforschung auf.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Welche chemischen Verbindungen haben das Potenzial, wirksame Medikamente zu werden? Diese Frage wird zunehmend durch den Einsatz von Maschinellem Lernen und K\u00fcnstlicher Intelligenz beantwortet. Eine aktuelle Studie von Jannik P. Roth und Prof. Dr. J\u00fcrgen Bajorath, Professor an der Universit\u00e4t Bonn und am <a href=\"https:\/\/www.b-it-center.de\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Bonn-Aachen-International Center for Information Technology (b-it)<\/a> sowie Lamarr Area Chair f\u00fcr <a href=\"https:\/\/lamarr-institute.org\/de\/forschung\/life-sciences\/\">Life Sciences<\/a>, bietet tiefere Einblicke in die Funktionsweise dieser technologischen Ans\u00e4tze.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Wie treffen Machine Learning-Modelle ihre Vorhersagen?<\/h3>\n\n\n\n<p>In der Entwicklung neuer Medikamente sind Machine Learning-Modelle von zentraler Bedeutung. Sie prognostizieren, ob bestimmte chemische Verbindungen an pharmazeutische Zielproteine binden und dadurch eine gew\u00fcnschte Wirkung entfalten. Diese Modelle sind jedoch oft schwer zu durchschauen, da ihre Entscheidungen nicht direkt nachvollziehbar sind. In ihrer Studie entwickelten die Forscher ein Machine Learning-Modellsystem, das die Vorhersagen eines Algorithmus formal erkl\u00e4ren und vergleichen kann. Dies hilft, die Merkmale eines Wirkstoffmolek\u00fcls zu identifizieren, die ma\u00dfgeblich f\u00fcr die Vorhersage verantwortlich sind.<\/p>\n\n\n<style>.kb-image13205_34c621-23 .kb-image-has-overlay:after{opacity:0.3;}<\/style>\n<figure class=\"wp-block-kadence-image kb-image13205_34c621-23 size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"1024\" src=\"https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild-1024x1024.jpg\" alt=\"- Lamarr Institute for Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI)\" class=\"kb-img wp-image-13200\" title=\"\" srcset=\"https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild-1024x1024.jpg 1024w, https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild-300x300.jpg 300w, https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild-150x150.jpg 150w, https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild-768x768.jpg 768w, https:\/\/lamarr-institute.org\/wp-content\/uploads\/Bajorath-Forschungs-Ticker_Bild.jpg 1200w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Wie kommen Modelle des Maschinellen Lernens in der Arzneimittelforschung zu ihren Vorhersagen? &#8211; Die Abbildung zeigt die Schritte dieses Prozesses. \u00a9 Jannik P. Roth und J\u00fcrgen Bajorath<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Wichtigste Ergebnisse und Herausforderungen<\/h3>\n\n\n\n<p>Die Studie zeigte, dass \u00e4hnliche algorithmische Modelle fast identische Vorhersagen treffen k\u00f6nnen, diese jedoch auf unterschiedlichen Annahmen basieren. Dies erschwert die Interpretation der Ergebnisse und mindert ihren praktischen Nutzen. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelte das Team eine neue Methode zur Berechnung von Shapley-Werten, ein Konzept aus der Spieltheorie. Diese Werte quantifizieren den Beitrag einzelner Molek\u00fclmerkmale zur finalen Vorhersage, was eine genaue Analyse und Vergleichbarkeit erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Praktische Anwendungen und Zukunftsperspektiven<\/h3>\n\n\n\n<p>Die neue Methode zur Berechnung der Shapley-Werte ist nicht nur f\u00fcr die pharmazeutische Forschung relevant, sondern auch in anderen Bereichen anwendbar. Das zentrale Ergebnis der Studie unterstreicht, dass gleiche Vorhersagen durch unterschiedliche Modellwege erzielt werden k\u00f6nnen, was die Interpretation der Ergebnisse erschwert. Zuk\u00fcnftige Arbeiten werden sich daher auf die Verbesserung der Vergleichbarkeit und Interpretierbarkeit von Machine Learning-Modellen konzentrieren, um deren Einsatz in der Medikamentenentwicklung weiter zu optimieren.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Publikation<\/h3>\n\n\n\n<p>Jannik P. Roth, J\u00fcrgen Bajorath. &#8222;Machine Learning Models with Distinct Shapley Value Explanations for Chemical Compound Predictions Decouple Feature Attribution and Interpretation&#8220;, <em>Cell Reports Physical Science<\/em>. DOI: <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.xcrp.2024.102110\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">10.1016\/j.xcrp.2024.102110<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>I<\/strong>nterdisziplin\u00e4rer Forschungsbereich Life Sciences<\/h3>\n\n\n\n<p>Der interdisziplin\u00e4re Forschungsbereich Life Sciences des Lamarr-Instituts zielt darauf ab, Maschinelles Lernen (ML), erkl\u00e4rbare K\u00fcnstliche Intelligenz (KI) und Datenwissenschaft mit lebenswissenschaftlichen Disziplinen wie der Arzneimittelforschung und der medizinischen Forschung zu verbinden. Das Konzept Triangul\u00e4ren KI bildet die Grundlage des Life Sciences Bereichs. ML und andere KI-Methoden werden auf heterogene biowissenschaftliche Daten angewandt, die unterschiedliche wissenschaftliche Kontexte liefern, und nutzen Wissen aus verschiedenen Bereichen, um die Vorhersagemodelle auf die Versuchsplanung abzustimmen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Prof. Dr. J\u00fcrgen Bajorath und sein Team zeigen im Journal &#8222;Cell Reports Physical Science&#8220; die Funktionsweise von Machine Learning-Modellen in der Arzneimittelforschung auf. Welche chemischen Verbindungen haben das Potenzial, wirksame Medikamente zu werden? Diese Frage wird zunehmend durch den Einsatz von Maschinellem Lernen und K\u00fcnstlicher Intelligenz beantwortet. Eine aktuelle Studie von Jannik P. 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