During developmental processes such as embryogenesis, how a group of cells fold into specific structures, is a central question in biology that defines how living organisms form. Establishing tissue-level morphology critically relies on how every single cell decides to position itself relative to its neighboring cells. Despite its importance, it remains a major challenge to understand and predict the behavior of every cell within the living tissue over time during such intricate processes. To tackle this question, we propose a geometric deep learning model that can predict multicellular folding and embryogenesis, accurately capturing the highly convoluted spatial interactions among cells. We demonstrate that multicellular data can be represented with both granular and foam-like physical pictures through a unified graph data structure, considering both cellular interactions and cell junction networks. We successfully use our model to achieve two important tasks, interpretable 4-D morphological sequence alignment, and predicting local cell rearrangements before they occur at single-cell resolution. Furthermore, using an activation map and ablation studies, we demonstrate that cell geometries and cell junction networks together regulate local cell rearrangement which is critical for embryo morphogenesis. This approach provides a novel paradigm to study morphogenesis, highlighting a unified data structure and harnessing the power of geometric deep learning to accurately model the mechanisms and behaviors of cells during development. It offers a pathway toward creating a unified dynamic morphological atlas for a variety of developmental processes such as embryogenesis.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
143+阅读 · 2020年7月6日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
11+阅读 · 2020年7月21日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
37+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
10+阅读 · 2020年11月26日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
104+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
相关资讯
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
11+阅读 · 2020年7月21日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
37+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员