Análisis de componentes principales (ACP)

Visión general de la PCA

El Análisis de Componentes Principales (ACP) es una herramienta valiosa para explorar e interpretar conjuntos de datos metabolómicos complejos, ayudando a la identificación de marcadores biológicamente relevantes y a la comprensión de los mecanismos metabólicos. Esta herramienta intuitiva permite investigar y visualizar fácilmente los datos para responder a preguntas básicas de investigación y puede servir como punto de partida para los investigadores. La herramienta PCA ofrece características personalizables para satisfacer sus necesidades y le permite ser autónomo en la investigación de datos en línea con sus objetivos de investigación.

El análisis de componentes principales es una técnica de transformación lineal popular y útil que se utiliza en numerosas aplicaciones, como el análisis de la expresión génica y los estudios metabolómicos. En metabolómica, donde los conjuntos de datos son a menudo de alta dimensión y complejos, PCA sirve como una valiosa herramienta para la reducción de la dimensionalidad y la visualización de datos. Al reducir los datos a sus componentes principales, el PCA ayuda a simplificar el conjunto de datos conservando al mismo tiempo la información importante, lo que facilita a los algoritmos de aprendizaje automático el procesamiento y análisis eficaz de los datos.

Una de las principales ventajas del análisis PCA es su naturaleza no supervisada, que lo hace más sencillo en términos de parametrización. No supervisado significa que el PCA no requiere datos etiquetados. Esto significa que hay una relativa simplicidad del algoritmo para que pueda ser computado en la plataforma inicialmente y su parámetro clave es el número de componentes directamente relacionados con la cantidad de varianza que desea mantener en los datos reducidos.

El PCA se utiliza a menudo como paso preliminar en el análisis y preprocesamiento de datos para otras tareas de aprendizaje automático y permite visualizar datos de alta dimensión. Aunque el PCA en sí puede tener pocos parámetros, los pasos de preprocesamiento de los datos como la normalización y el escalado pueden afectar significativamente a su rendimiento y a la interpretación de los resultados. Aquí es donde la plataforma de Metabolontiene un gran valor, ya que contamos con expertos que tienen numerosos años de experiencia aplicando métodos estadísticos para asegurar que los datos de entrada a un algoritmo como PCA son consistentes.

PCA en la plataforma bioinformática integrada de Metabolon

La utilidad del análisis PCA se ha incorporado a la Plataforma Bioinformática de Metabolon. Con esta herramienta, se tiene el control para interpretar mejor y formar hipótesis del perfil metabolómico a partir de los grupos de estudio e identificar patrones o metabolitos de interés a partir de la visualización y exportación de datos.

Análisis Exploratorio de Datos
PCA proporciona un primer vistazo a las principales relaciones en los datos y observa perfiles metabolómicos altamente correlacionados que pueden ayudar a la generación de hipótesis y a la planificación de análisis más detallados.

Visualización y reconocimiento de patrones
Las dimensiones reducidas facilitan la visualización de datos de alta dimensión en dos o tres dimensiones. El uso de PCA permite distinguir visualmente entre estados sanos y estados de enfermedad basándose en los perfiles metabolómicos. Al visualizar las muestras según estos componentes principales, se pueden discernir más fácilmente los patrones subyacentes, las relaciones y los conglomerados dentro de las diferentes muestras. Esta representación visual ayuda a comprender la estructura intrínseca de los datos, destacando cómo las muestras están relacionadas entre sí en el espacio de dimensiones reducidas creado por PCA.

Reducción del ruido
La reducción del ruido filtra los metabolitos menos informativos centrándose en los componentes principales con mayor varianza y permite a los investigadores concentrarse en las características más significativas de los datos.

Interpretar y visualizar los componentes principales calculados para la generación de hipótesis

Características del análisis de componentes principales (ACP)

Visión general

La función "Visión general" muestra gráficos de dispersión 2D de muestras proyectadas en pares de componentes principales (CP). Estos gráficos le ayudan a visualizar la distribución y agrupación de las muestras en diferentes combinaciones de componentes principales. Aplique lentes de biomarcadores para filtrar su conjunto de datos y centrarse en vías específicas, enfermedades o listas personalizadas de metabolitos significativos para activar el recálculo en tiempo real de PCA.

Gráfico PCA

La función "PCA Plot" muestra la proyección de las muestras sobre los primeros componentes principales, en forma de gráficos 2D o 3D. Las puntuaciones se derivan de la proyección de los datos originales sobre los componentes principales y permiten una visión reducida del conjunto de datos. Afine aún más su análisis eliminando las muestras atípicas para recalcular y trazar dinámicamente los componentes principales.

Pedregal

La función "Scree" proporciona un gráfico de barras que indica la proporción de varianza explicada por cada componente principal. Esta visualización ayuda a determinar la importancia de cada PC, mostrando la cantidad acumulativa de varianza capturada a medida que se consideran más componentes.

Cargas

En la función "Cargas", puede ver cómo contribuye cada metabolito a componentes principales específicos. Los gráficos de barras muestran las cargas, que son los pesos de cada variable original en las PC. Esta visualización ayuda a identificar metabolitos con una fuerte influencia en las PC seleccionadas.

Biplot

La función "Biplot" combina las puntuaciones y las cargas en un único gráfico. Representa la relación entre las muestras y cómo los metabolitos influyen en estas relaciones en los componentes principales seleccionados. Este gráfico ayuda a correlacionar los metabolitos originales con la distribución de las muestras en el espacio PCA.