scRNA-seq數(shù)據(jù)分析想必大家都比較熟悉了，自2014年nature biotechnology提出單細(xì)胞擬時分析或稱為軌跡分析（Trajectory）已經(jīng)有五個年頭了谈截。除了經(jīng)典的Monocle（只不過是一個R包）之外出現(xiàn)了許多應(yīng)用方便的分析工具與算法筷屡，由我?guī)Т蠹艺J(rèn)識一款在Linux（命令行版）和Windows（界面版）都可以使用的分析工具——STREAM。
因為最近開始關(guān)注scRNA-seq的數(shù)據(jù)分析簸喂，就選擇了這個領(lǐng)域毙死，目前主要看的文章其實是關(guān)于Monocle的。一個偶然的機(jī)會在YouTube看到一個視頻介紹STREAM喻鳄，用示例數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁版試了一下還挺好用的扼倘。這個視頻首先整體介紹了一下擬時分析的基本思想：降維排序。然后主要介紹了他們采用的基于圖結(jié)構(gòu)的算法實現(xiàn)诽表。
我的主要工作就是把演講的PPT一頁一頁地通過截屏的方式保存下來唉锌，以便回顧學(xué)習(xí)隅肥。截屏已經(jīng)成為我實現(xiàn)學(xué)習(xí)的基本方法竿奏。
軌跡分析通識
我們知道細(xì)胞的分化發(fā)育是一個有方向的不可逆的過程，這個過程經(jīng)常被比喻為昆侖山上的一湖水從山頂上奔涌下來腥放，通過不同的支流流到太平洋中去泛啸。你可以想象嗎？
時間已經(jīng)來到這個時代秃症，即人類已經(jīng)可以把生命過程的研究推進(jìn)到單細(xì)胞水平了候址。那么我們當(dāng)然想知道一個細(xì)胞（或者一個組織的不同細(xì)胞）是怎樣分化與發(fā)育的了。
軌跡分析本質(zhì)上是一種排序分析种柑。盡管軌跡（ trajectories ）分析也會被稱為擬時（ pseudotime ）分析岗仑，但是二者是有側(cè)重的【矍耄可以說擬時軌跡分析的一部分荠雕，也可以說軌跡是在擬時序空間中的排布稳其。
我們拿到的基因表達(dá)矩陣并沒有關(guān)于每個細(xì)胞在什么狀態(tài)的標(biāo)簽，只有表達(dá)量的不同炸卑。要構(gòu)建這種排序就要借助具體的算法來實現(xiàn)軌跡的推斷既鞠。
用到的技術(shù)路線圖：
關(guān)于本場講座有很多PPT會被放出來，但是值得記住的就那么幾張盖文，這就是其中一張嘱蛋。因為它講述了擬時分析的基本要素：
- 一個基因表達(dá)矩陣
- 特征選擇（關(guān)鍵基因：用來確定擬時序和軌跡分支）
- 降維（所謂的排序就是在低維空間排布高維數(shù)據(jù)）
- 聚類（哪些細(xì)胞可以排布到同一個分支中呢？）
- 結(jié)構(gòu)擬合（軌跡基本形狀）
- 路徑確定以及細(xì)胞排序
- 可視化
如何確定一個模型的好壞五续？
在紅色字體的網(wǎng)址中我得到了如下建議（當(dāng)然是借助Google翻譯了）：
- 用于此任務(wù)的數(shù)據(jù)集
- 評估方法的度量標(biāo)準(zhǔn)
- 最先進(jìn)的方法包括作為基線
-
用于存儲和比較不同方法的軌跡和偽時間的最小信息
STREAM
于是作者開始介紹他們開發(fā)的工具STREAM (Single-cell Trajectories Reconstruction, Exploration And Mapping) 了洒敏，單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析的一大有點就是：圖很好看。
基本和Monocle的流程一樣疙驾。最關(guān)鍵的 是最后兩步：確定軌跡的形狀和在軌跡中對細(xì)胞排序桐玻。
下面作者逐步介紹了這些算法的細(xì)節(jié)。牽扯到流行學(xué)習(xí)的非線性降維荆萤，非監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)的聚類分析以及關(guān)于圖的模型镊靴。
降維
大家看到左下角那半個單詞了嗎？YouTube居然提供實時字幕（當(dāng)然還有對實時字幕的翻譯链韭，雖然翻譯還不如你猜的準(zhǔn)確）偏竟。
軌跡推斷
大家還記得 Monocle 的算法--Reversed graph embedding（RGE）嗎？而這款軟件用的是Elastic Principal Graph EPG敞峭∮荒保可見圖結(jié)構(gòu)在單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析中的地位是十分的重啊。
關(guān)于這個算法旋讹，我只能把磚搬在這了殖蚕。關(guān)于圖大家要明白的就是它是由邊和節(jié)點組成的，而如何定義節(jié)點和邊沉迹，就是區(qū)分不同算法的基本要素睦疫。
初始結(jié)構(gòu)
因為Monocle 其實也是基于圖的，所以他們都用最小生成樹（Minimum spanning tree）來獲得初始軌跡結(jié)構(gòu)鞭呕。
可視化
界面分析工具
網(wǎng)址 ： http://stream.pinellolab.org/ 打開之后蛤育，界面張這樣：
里面有一些應(yīng)用的示例數(shù)據(jù)，你可以嘗試著點一點Run一下看看這些花里胡哨的結(jié)果葫松，然后再換成你自己的數(shù)據(jù)瓦糕。
當(dāng)然，他們也提供的命令行版的可供在linux上運行腋么，GitHub在這STREAM咕娄。
參考
Single-cell methods comparison platform
The dynamics and regulators of cell fate decisions are revealed by pseudotemporal ordering of single cells
STREAM
[MIA: Luca Pinello, Huidong Chen, Single-cell trajectories from omics; Jonathan Hsu, CRISPR tiling]
