연속성을 넘어: 단일 세포 스냅샷으로부터 불연속 분기 역학의 시뮬레이션 없이 재구성

파괴적 스냅샷에서 세포 궤적을 추론하는 것은 세포 증식과 세포사멸과 같은 확률성과 보존되지 않은 질량 역학이라는 도전 과제를 겪습니다. 기존의 불균형 최적 전송 (OT) 방법은 질량을 연속적인 유체로 취급하여 개체군 수준에서 추론을 수행합니다. 그러나 이러한 거시적 관점은 단일 세포 해상도에서의 출생-사멸 사건이 갖는 불연속적이고 점프와 같은 본질을 포착하지 못하며, 이는 계통 분기와 운명 결정 이해에 필수적입니다. 우리는 Unbalanced Schrödinger Bridge (USB) 를 제시합니다. 이는 확률성과 불균형 효과를 효과적으로 통합하고 동시에 단일 세포 해상도에서의 불연속적이고 점프와 같은 출생-사멸 역학을 모델링하는 시뮬레이션 없이 역학 학습을 위한 프레임워크입니다. 이론적으로, USB 는 Branching Schrödinger Bridge (BSB) 문제를 해결할 수 있는 실현 가능한 해를 제공하며, 개별 세포가 브라운 운동과 불연속적인 출생-사멸 점프를 모두 겪는 엄밀한 미시적 해석을 제공합니다. 기술적으로, 방법은 고차원 오믹스 데이터에 효과적으로 확장하는 시뮬레이션 없이 훈련되는 목적 함수를 도입하여 효율적인 솔버를 구현합니다. 경험적으로, 우리는 USB 가 결정론적 베이스라인보다 우수하거나 동등한 궤적 재구성 성능을 달성하고 단일 세포 해상도에서의 출생-사멸 역학에 대한 현실적인 불연속 시뮬레이션을 가능하게 한다는 것을 시뮬레이션 및 실제 데이터셋에서 증명했습니다.