Explainable link prediction (drug – disease interaction) on Biomedical Knowledge Graphs with the use of Graph Neural Networks

dc.contributor.advisorΚριθαρά, Αναστασία
dc.contributor.advisorΑίσωπος, Φώτης
dc.contributor.authorΣυκάλλου, Σοφία
dc.contributor.committeeΜοσχολιός, Ιωάννης
dc.contributor.committeeΖαβιτσάνος, Ηλίας
dc.contributor.departmentΤμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιώνel
dc.contributor.facultyΣχολή Οικονομίας και Τεχνολογίαςel
dc.contributor.masterΕπιστήμη Δεδομένωνel
dc.date.accessioned2025-07-29T07:51:09Z
dc.date.available2025-07-29T07:51:09Z
dc.date.issued2025-07-04
dc.description.abstractThis thesis addresses the challenge of drug repurposing by developing a pipeline for explainable link prediction on biomedical knowledge graphs. The study utilizes Graph Neural Networks to tackle the issue of graph incompleteness and predict novel drug-disease interactions from the iASiS Open Data Graph. A Graph Convolutional Network is trained to identify potential therapeutic links. Then, the GNNExplainer method is employed to provide interpretable explanations for each prediction by highlighting the most influential subgraph structures and node features. The model achieved strong predictive performance, identifying 44 potential novel drug-disease interactions, with the generated explanations allowing for qualitative assessment and enhancing confidence in the results.el
dc.description.abstracttranslatedΣκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η χρήση Graph Neural Networks (GNN) σε βιοϊατρικούς γράφους γνώσης (knowledge graphs), για τον σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός μοντέλου για ερμηνεύσιμη πρόβλεψη αλληλεπιδράσεων μεταξύ φαρμάκων και ασθενειών (link prediction). Μέσω μιας τέτοιας διαδικασίας, επιτυγχάνεται η επαναχρησιμοποίηση των φαρμάκων (drug repurposing), η οποία ωστόσο παραμένει ένα ιδιαίτερα απαιτητικό και δύσκολο task, καθώς ο όγκος των βιοϊατρικών δεδομένων αυξάνεται συνεχώς. Για την υλοποίηση αυτής της εργασίας, χρησιμοποιήθηκε ένας γράφος γνώσης βασισμένος στην βιβλιογραφία, για την εκπαίδευση ενός Graph Convolutional Network (GCN) που εντοπίζει πιθανές αλληλεπιδράσεις φαρμάκου‑νόσου. Τα GNNs συνδυάζουν πληροφορίες με έναν πολύπλοκο και μη διαφανή τρόπο, με αποτέλεσμα οι αλληλεπιδράσεις που προβλέπονται να μην μπορούν να ερμηνευτούν. Για αυτόν τον λόγο, εφαρμόζεται η μέθοδος GNNExplainer, η οποία παρέχει ερμηνείες αναδεικνύοντας τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά και υπο-γράφους (subgraphs) που επηρεάζουν περισσότερο κάθε πρόβλεψη. Τα πειράματα έδειξαν ότι το μοντέλο επιτυγχάνει υψηλή απόδοση και εντοπίζει 44 νέες, πιθανές αλληλεπιδράσεις φαρμάκου‑νόσου. Η μέθοδος GNNExplainer χρησιμοποιήθηκε για να βοηθήσει στην ερμηνεία των προβλέψεων, επιτρέποντας την ποιοτική αξιολόγηση και εμπιστοσύνη σε αυτές. Με αυτόν τον τρόπο, το μοντέλο είναι αρκετά ισχυρό και παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το drug repurposing, ενώ παράλληλα αναγνωρίζονται και οι περιορισμοί της παρούσας μελέτης.el
dc.format.extent98el
dc.identifier.urihttps://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/9113
dc.language.isoenel
dc.publisherΠανεπιστήμιο Πελοποννήσουel
dc.rightsΑναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/*
dc.subjectΝευρωνικά δίκτυα (Επιστήμη των υπολογιστών)el
dc.subjectΘεωρία γράφων (Επεξεργασία δεδομένων)el
dc.subjectΦαρμακολογίαel
dc.subjectΦάρμακα, Αλληλεπίδραση τωνel
dc.subjectΑσθένειεςel
dc.subjectNeural networks (Computer science)el
dc.subjectGraph theory - Data processingel
dc.subjectKnowledge graphsel
dc.subjectPharmacologyel
dc.subjectDrug Interactionsel
dc.subjectDiseasesel
dc.titleExplainable link prediction (drug – disease interaction) on Biomedical Knowledge Graphs with the use of Graph Neural Networksel
dc.typeΜεταπτυχιακή διπλωματική εργασίαel

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
SykallouSofia_Thesis.pdf
Size:
3.6 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
933 B
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: