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CYTOSCAPE

複雑ネットワーク解析と可視化のためのオープンソースプラットフォーム

大野圭一朗　(UCSD School of Medicine)

2009年8月26日水曜日

自己紹介

大野　圭一朗

UC, San DiegoSchool of MedicineResearch Associate

‣とは言っても、基本的にはソフトウェア開発者です。


概要

•複雑ネットワークとは？

• Cytoscapeとは

• Processingを利用した更なる可視化


複雑ネットワークとは？2009年8月26日水曜日

複雑ネットワーク

•自然界・人間社会などに現れるモノ・人の繋がり

•ただのランダムな繋がりでは起こりえない特徴的な構造を持ったネットワーク


複雑ネットワークの例

• Web

•ソーシャルネットワーク

•論文の引用

•タンパク質間相互作用

•男女関係


学問としての研究

•複雑ネットワークを数理モデル化してその性質を探る

•社会学、生物学、工学などの様々な分野での応用


複雑ネットワークの特徴

•スモールワールド性

•クラスター性

•スケールフリー性


low connected <− node degree −> high connected

num

ber o

f nod

es

8 % 8 %

84 % of all nodesare averagedconnected

random networks

low connected <− node degree −> high connected

num

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70 % ofall nodes

2 %

real networks (scale−free)

M

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スケールフリー性2009年8月26日水曜日

ランダムネットワーク2009年8月26日水曜日

スケールフリーネットワーク2009年8月26日水曜日

スケールフリーネットワークの性質

•多くの場合、ネットワークの局所構造が壊れても全体的な機能は維持される

•ハブ・ノードに対する攻撃には脆弱


生物学では•生体の機能は、一つの遺伝子のみに因ることは少なく、複数のタンパク質や化学物質の関わるプロセスとして実現されている

•こういった機能を表現したネットワークをパスウェイと呼ぶ

•パスウェイ／ネットワーク解析は、様々な疾患を理解するのに必要不可欠


CYTOSCAPEとは？2009年8月26日水曜日

ネットワークデータ解析と可視化のためのオープンソースプラットフォーム

•データ統合•可視化•解析


CYTOSCAPE CONSORTIUM


研究開発資金の流れ


データ構造

•ネットワーク（グラフ）

•頂点（ノード）

•辺（エッジ）

•属性値（アトリビュート）


属性値とネットワーク2009年8月26日水曜日

データ統合＝ネットワークと属性値の結合


可視化ネットワークデータを属性値に基づいて可視化各種画像データとしてそ

れを出力PDF/JPG/PNG/PS/SVG


レイアウト

•直感的に理解しやすい形へネットワークのノードを自動配置

•手動による微調整もサポート


VIZMAPPER

•属性値を視覚効果へマッピングする機能

➡ノードの色、形、大きさ等


Visual Style無し2009年8月26日水曜日

Visual Style適用後2009年8月26日水曜日

アレイの発現データをノードの色へ2009年8月26日水曜日

プラグインによる拡張

• Javaのコードを書くことにより、Cytoscapeに新しい機能を付け加えることが可能

• Cytoscapeが成功した一因


デモ：TWITTER +

GOOGLE SOCIAL GRAPH API + RHINO + CYTOSCAPE


TWITTERのおさらい

•マイクロブログサービス

• Followという方式で、他者との繋がりが発生

•複雑ネットワークかも？

•これをCytoscape上で可視化してみる


ここまでのまとめ

•生物学の枠の外にも応用可能なネットワーク可視化と解析ツール

•プラグインやスクリプトで拡張可能


プロジェクトの現状

•最新バージョン：　2.6.3

•メンテナンスリリースのみ

•次期バージョン：　3.0

• OSGiベースで拡張性を高めた再構築版


ユーザーからの要望

•他の解析ツールと連携したい

•もっと複雑な可視化が行いたい

•時系列のダイナミックなデータをアニメーションで表示したい

•大量のアノテーションを三次元空間を使って表現したい


PROCESSINGによる可視化機能の拡張


PROCESSINGとは？

• MITメディアラボの情報可視化の専門家Ben Fry氏らによって開発が始まる

•「アーティストのためのプログラミング環境」

•基本的にJavaの方言


何がメリット？•直接OpenGLやJava2Dでコードを書きまくるのは抵抗がある人にも門戸を開く

•多少プログラムは書けるが、ビジュアライゼーションの専門家ではない、という人が拡張するには適している

•高速なプロトタイピングが可能


PROCESSINGのデモ


統合によって可能になる可視化の一例


PROCESSING RENDERING ENGINE

• Processingのコア部分とOpenGL拡張の部分をCytoscape

に統合

• Google Summer of Codeの一環として開発中

• Cytoscape 3ベース


まとめ

•複雑ネットワークという視点で色々な物事を解析すると新たな発見があるかも

•その解析と可視化のツールとしてCytoscapeは便利

• Processingなども取り込んで更に高機能化します


THANK YOU!http://www.cytoscape.org/


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