Semantische Suche und Visualisierung von biomedizinischen Relationsdaten
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- Bärbel Becker
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1 Semantische Suche und Visualisierung von biomedizinischen Relationsdaten Johannes Hellrich Jena University Language & Information Engineering Lab Friedrich-Schiller-Universität Jena Tagung der Computerlinguistik-Studierenden, 2012 Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 1 / 42
2 Über das JULIE Lab 2004 an der Friedrich-Schiller-Universität Jena neu gegründet Leiter: Prof. Dr. Udo Hahn Forschungsschwerpunkte: Informationsextraktion / Text Mining Information Retrieval: Suchmaschinen Wissensmodellierung und Ontologien (Ontology Engineering) Domänenkontext: Lebenswissenschaften Forschungsorientiert und drittmittelstark: JenAge (BMBF: nationaler Forschungskern zur Altersforschung) Mantra (EU: crosslinguales biomedizinisches Lexikonlernen) Ab 2013: AquaDiva (DFG-SFB: Textwissensmanagement zu Biogeosphären) Kontinuierliche Präsenz auf: ACL, EMNLP, COLING, LREC,... Exzellenten Mastern & Doktoranden stehen bei uns alle Türen offen! Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 2 / 42
3 Inhalt Biomedizin und Computerlinguistik Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Semantische Suche Relationen Suche RDF Einbindung in Semedico Visualisierung Visualisierung in der Biomedizin PPI Anzeige in Semedico Zusammenfassung Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 3 / 42
4 Publikationsflut Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Artikel in MEDLINE Jahr Jährlich ca. 5% mehr Artikel in MEDLINE (biomedizinische Literaturdatenbank) Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 4 / 42
5 Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut PubMed Schlagwortsuche (vgl. Google) Basiert auf MEDLINE Suche über MeSH (Medical Subject Headings) Terminologie Artikel werden von Hand indexiert (nach MeSH) Freitextsuche + Suche nach MeSH Termen (Eingabe teilweise auf MeSH abgebildet, z.b. black death auf plague) Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 5 / 42
6 Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Probleme bei der Suche Ambiguität Synonymie Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 6 / 42
7 Ambiguität Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Eigennamen: Suche nach Leber Frau Leber (Autorin) Leber (Organ) Organismen: Suche nach IL-6 IL6_MOUSE IL6_PIG IL6_HUMAN Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 7 / 42
8 Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Synonymie brain-factor-1 FOXG1 hbf-2 bf1 FKHL Möglichkeiten auf das Gen FOXG1 zu verweisen. Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 8 / 42
9 Biomedizin und Computerlinguistik Semantische Suche Semedico Semantische Suchmaschine des JULIE Labs Basiert auf MEDLINE Artikel werden automatisch indexiert Facettierung zur Unterstützung der Frageformulierung und Orientierung im Termraum (25k Facetten) Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 9 / 42
10 Biomedizin und Computerlinguistik Semedico Screenshot Semantische Suche Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 10 / 42
11 Biomedizin und Computerlinguistik Relationen in Zeitungstexten Relationen Microsoft mehr_wert_als verklagt Google kauft Motorola Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 11 / 42
12 Biomedizin und Computerlinguistik Relationen in Fachtexten Relationen Mensch infiziert_mit erkrankt_an HIV verursacht AIDS Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 12 / 42
13 Biomedizin und Computerlinguistik Relationen Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) Ein aktueller Schwerpunkt der biomedizinischen Forschung Biologische Datenbanken: Lassen menschliche Experten ausgewählte Zeitschriften nach Neuentdeckungen durchsuchen... Aus CL-Sicht: Relationen zwischen Named Entities Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 13 / 42
14 Biomedizin und Computerlinguistik PPIs als Relationen Relationen TLR9 upregulates associated_with IL6 NCK1 Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 14 / 42
15 Biomedizin und Computerlinguistik Relationenerkennung Relationen Entnommen aus Ananiadou et al.: Trends in Biotechnology, 2006;24(12). Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 15 / 42
16 Biomedizin und Computerlinguistik Relationen Jena Relation Extractor (JREX) Nutzt Dependenzparsebäume State of the Art System: Platz 2 von 24 bei der BioNLP 09 Challenge Automatische Informationsextraktion statt Experten! Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 16 / 42
17 Inhalt Suche Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Semantische Suche Relationen Suche RDF Einbindung in Semedico Visualisierung Visualisierung in der Biomedizin PPI Anzeige in Semedico Zusammenfassung Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 17 / 42
18 Suche RDF Anforderungen an die Relationsrepräsentation Suche nach nur teilweise spezifizierten Zusammenhängen, z.b.: Welches Virus steht in der Relation verursacht zu AIDS? Verknüpfung mit biomedizinischen Datenbanken Integration mit Terminologien/Ontologien wäre wünschenswert Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 18 / 42
19 Suche RDF RDF als Lösung W3C Standard für Speicherung/Austausch semantischer Informationen Besteht aus Tripeln (Subjekt - Prädikat - Objekt) Die Elemente der Tripel sind URIs Kann mit Ontologien interagieren Ermöglicht Suche nach Zusammenhängen zwischen Proteinen Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 19 / 42
20 RDF Beispiel Suche RDF Wikipedia was created by Jimmy Wales < < < Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 20 / 42
21 Suche Einbindung in Semedico Indexbasierte Suche Bisher wurde Solr (Suchserver) zur Indexierung genutzt Solr speichert nun auch die Relationen in jedem Dokument Termbasiert ungeeignet zur Suche nach nur teilweise spezifizierten Zusammenhängen Ermöglicht Suche nach Publikationen zu einer Relation Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 21 / 42
22 Suche Einbindung in Semedico Architektur des Prototypen Index Artikel Text Analyse RDF Anfrage Anfrage Webseite & Visualisierung Antwort Anfrage Benutzer Speicherung Relationen Semedico Analyse: UIMA Speicherung: Solr & Virtuoso Webseite: Tapestry Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 22 / 42
23 Suche Einbindung in Semedico Verbindung mit dem bisherigen Semedico Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 23 / 42
24 Inhalt Visualisierung Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Semantische Suche Relationen Suche RDF Einbindung in Semedico Visualisierung Visualisierung in der Biomedizin PPI Anzeige in Semedico Zusammenfassung Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 24 / 42
25 Visualisierung Visualisierung in Lehrbüchern Visualisierung in der Biomedizin Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 25 / 42
26 Visualisierung Visualisierung mit Cytoscape Visualisierung in der Biomedizin Cytoscape das Standardprogramm für biomedizinische Visualisierung Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 26 / 42
27 Visualisierung Visualisierung mit Cytoscape Web Visualisierung in der Biomedizin Online Version: Cytoscape Web Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 27 / 42
28 Visualisierung Vergleich der Cytoscapeversionen Visualisierung in der Biomedizin Cytoscape Cytoscape Web max. Knoten: 10k+ ca. 200 Sprache: Java Flash & JS Formate: überlappend, u.a. XGMML Ausgeführt: Rechner des Benutzers Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 28 / 42
29 Visualisierung PPI Anzeige in Semedico Visualisierung in Semedico: Übersicht Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 29 / 42
30 Visualisierung PPI Anzeige in Semedico Visualisierung in Semedico: Detailansicht Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 30 / 42
31 Visualisierung PPI Anzeige in Semedico Interaktivität Netzwerke um einzelne Knoten können neu geladen werden Alle Proteinnamen verweisen auf eine biomedizinische Datenbank (UniProt) Die als Beleg angegebenen Sätze verweisen auf den relevanten Artikel Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 31 / 42
32 Inhalt Zusammenfassung Biomedizin und Computerlinguistik Informationsflut Semantische Suche Relationen Suche RDF Einbindung in Semedico Visualisierung Visualisierung in der Biomedizin PPI Anzeige in Semedico Zusammenfassung Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 32 / 42
33 Zusammenfassung Zusammenfassung Semantische Suche und Visualisierung helfen bei der Informationssuche RDF eignet sich zur Speicherung von (biomedizinischen) Relationen Mein Prototyp erweitert die Semantische Suchmaschine Semedico um die Suche und Visualisierung von Relationen Ausblick: Usability Studie Stresstest Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 33 / 42
34 Literatur I Anhang Quellen Lewandowski, D. Handbuch Internet-Suchmachinen Heidelberg, 2. Auflage 2011 Buyko, E. et al. Syntactic Simplification and Semantic Enrichment Trimming Dependency Graphs for Event Extraction Computational Intelligence, 27(4): , 2011 Lu, Z. PubMed and beyond: a survey of web tools for searching biomedical literature Database, 2011: article ID baq036, 2011 Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 34 / 42
35 Links I Anhang Quellen JULIE Lab Medline Statistik PubMed Semedico BioNLP 09 index.shtml RDF Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 35 / 42
36 Links II Anhang Quellen Cytoscape Web Cytoscape UIMA Lucene Virtuoso Tapestry Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 36 / 42
37 Noch Fragen? Danke für eure Aufmerksamkeit! Danke für eure Aufmerksamkeit! Fragen? Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 37 / 42
38 CL-Pipeline Auf Nachfrage Text Sentence Splitter Tokenizer POS-Tagger Output Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 38 / 42
39 Auf Nachfrage UIMA Ursprünglich IBM, jetzt Apache Projekt Java (und C++) Zentraler Speicher für alle Annotationen (CAS) Typensystem für Annotationen Hohe Kombinierbarkeit von Pipelinekomponenten Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 39 / 42
40 Auf Nachfrage Solr Apache Projekt Java Basiert auf Lucene (Inverser Index: Speichert die für ein Schlagwort relevanten Dokumente) DIY Suchmaschine Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 40 / 42
41 Auf Nachfrage Virtuoso Kommerzielle Software, eingeschränkte Open Source Version Triplestore auf Basis einer Relationalen Datenbank Aus Java über JDBC per SPARQL abfragbar Gute Benchmarkergebnisse (Berlin SPARQL Benchmark) Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 41 / 42
42 Auf Nachfrage Tapestry Apache Projekt Java Webseiten bestehen aus TML und Java Klasse TML: XHTML mit Skripten zum Einfügen von Werten Java Klasse: Stellt Werte zur Verfügung (Datenbankanbindung) Johannes Hellrich Semantische Suche und Visualisierung 42 / 42
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