系统评估单细胞基础模型可解释性揭示注意力捕获共表达而非唯一调控信号
基因组学
2026-02-20 v1 人工智能
摘要
我们提出了一个系统评估框架——37项分析、153项统计检验、4种细胞类型、2种扰动模式——用于评估单细胞基础模型的机制可解释性。将该框架应用于scGPT和Geneformer，我们发现注意力模式编码了具有图层特定组织结构的生物学信息——前期图层中编码蛋白-蛋白相互作用，后期图层中编码转录调控——但这种结构对扰动预测没有增量价值：简单的基因级基线模型在注意力和相关边缘上 outperform both attention and correlation edges（AUROC 0.81-0.88 对比 0.70），成对边缘得分添加零预测贡献，针对调控头部的因果消融未导致性能下降。这些发现从K562推广到RPE1细胞；注意力-相关关系是情境依赖的，但基因级主导是普遍的。Cell-State Stratified Interpretability (CSSI) 解决了注意力特定的比例失效问题，使GRN恢复提高最高可达1.85倍。该框架为该领域建立了可复用的质量控制标准。
引用
@article{arxiv.2602.17532,
title = {Systematic Evaluation of Single-Cell Foundation Model Interpretability Reveals Attention Captures Co-Expression Rather Than Unique Regulatory Signal},
author = {Ihor Kendiukhov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.17532},
year = {2026}
}