Suppr超能文献

用竞争神经网络缩小 DNA 电路。

Scaling down DNA circuits with competitive neural networks.

机构信息

LIMMS/CNRS-IIS, University of Tokyo, Tokyo, Japan.

出版信息

J R Soc Interface. 2013 Jun 12;10(85):20130212. doi: 10.1098/rsif.2013.0212. Print 2013 Aug 6.

Abstract

DNA has proved to be an exquisite substrate to compute at the molecular scale. However, nonlinear computations (such as amplification, comparison or restoration of signals) remain costly in term of strands and are prone to leak. Kim et al. showed how competition for an enzymatic resource could be exploited in hybrid DNA/enzyme circuits to compute a powerful nonlinear primitive: the winner-take-all (WTA) effect. Here, we first show theoretically how the nonlinearity of the WTA effect allows the robust and compact classification of four patterns with only 16 strands and three enzymes. We then generalize this WTA effect to DNA-only circuits and demonstrate similar classification capabilities with only 23 strands.

摘要

DNA 已被证明是在分子尺度上进行计算的绝佳基质。然而,非线性计算(如信号的放大、比较或恢复)在链的数量方面仍然很昂贵,并且容易出现泄漏。Kim 等人表明,在混合 DNA/酶电路中,如何利用竞争酶资源来计算强大的非线性原语:胜者全拿(WTA)效应。在这里,我们首先从理论上展示 WTA 效应的非线性如何仅用 16 个链和 3 种酶来实现对四种模式的稳健且紧凑的分类。然后,我们将此 WTA 效应推广到仅使用 DNA 的电路,并仅使用 23 个链展示了类似的分类能力。

相似文献

1
Scaling down DNA circuits with competitive neural networks.用竞争神经网络缩小 DNA 电路。
J R Soc Interface. 2013 Jun 12;10(85):20130212. doi: 10.1098/rsif.2013.0212. Print 2013 Aug 6.
4
A Loser-Take-All DNA Circuit.一个赢家通吃的 DNA 电路。
ACS Synth Biol. 2021 Nov 19;10(11):2878-2885. doi: 10.1021/acssynbio.1c00318. Epub 2021 Oct 8.
5
Collective stability of networks of winner-take-all circuits.胜者全得电路网络的集体稳定性。
Neural Comput. 2011 Mar;23(3):735-73. doi: 10.1162/NECO_a_00091. Epub 2010 Dec 16.
7
Exponential Function Computation Based on DNA Strand Displacement Circuits.基于DNA链置换电路的指数函数计算
IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2022 Jun;16(3):479-488. doi: 10.1109/TBCAS.2022.3184760. Epub 2022 Jul 12.
8
Molecular Computation for Molecular Classification.用于分子分类的分子计算
Adv Biol (Weinh). 2023 Mar;7(3):e2200203. doi: 10.1002/adbi.202200203. Epub 2023 Jan 29.

引用本文的文献

1
2
A synthetic protein-level neural network in mammalian cells.哺乳动物细胞中的一种合成蛋白质水平神经网络。
Science. 2024 Dec 13;386(6727):1243-1250. doi: 10.1126/science.add8468. Epub 2024 Dec 12.
4
A molecular assessment of the practical potential of DNA-based computation.基于 DNA 的计算的实际潜力的分子评估。
Curr Opin Biotechnol. 2023 Jun;81:102940. doi: 10.1016/j.copbio.2023.102940. Epub 2023 Apr 13.
8
Programming Molecular Systems To Emulate a Learning Spiking Neuron.编程分子系统以模拟学习型尖峰神经元。
ACS Synth Biol. 2022 Jun 17;11(6):2055-2069. doi: 10.1021/acssynbio.1c00625. Epub 2022 May 27.
9
DNA Input Classification by a Riboregulator-Based Cell-Free Perceptron.基于核糖调控器的无细胞感知器进行 DNA 输入分类。
ACS Synth Biol. 2022 Apr 15;11(4):1510-1520. doi: 10.1021/acssynbio.1c00596. Epub 2022 Apr 5.
10
A Loser-Take-All DNA Circuit.一个赢家通吃的 DNA 电路。
ACS Synth Biol. 2021 Nov 19;10(11):2878-2885. doi: 10.1021/acssynbio.1c00318. Epub 2021 Oct 8.

本文引用的文献

1
Cooperativity in the annealing of DNA origamis.DNA 折纸的退火协同性。
J Chem Phys. 2013 Jan 7;138(1):015105. doi: 10.1063/1.4773405.
3
Computing with competition in biochemical networks.生化网络中的竞争计算。
Phys Rev Lett. 2012 Nov 16;109(20):208102. doi: 10.1103/PhysRevLett.109.208102. Epub 2012 Nov 13.
6
Predator-prey molecular ecosystems.捕食者-猎物分子生态系统。
ACS Nano. 2013 Jan 22;7(1):27-34. doi: 10.1021/nn3043572. Epub 2012 Dec 17.
7
Bottom-up construction of in vitro switchable memories.基于底向上方法构建体外切换式记忆体。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Nov 20;109(47):E3212-20. doi: 10.1073/pnas.1212069109. Epub 2012 Oct 29.
8
Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators.合作型 RNA 复制子之间的自发网络形成。
Nature. 2012 Nov 1;491(7422):72-7. doi: 10.1038/nature11549. Epub 2012 Oct 17.
9
Multiplexed in situ immunofluorescence using dynamic DNA complexes.使用动态DNA复合物的多重原位免疫荧光法。
Angew Chem Int Ed Engl. 2012 Sep 10;51(37):9292-6. doi: 10.1002/anie.201204304. Epub 2012 Aug 15.
10
Synthetic in vitro circuits.人工合成体外回路。
Curr Opin Chem Biol. 2012 Aug;16(3-4):253-9. doi: 10.1016/j.cbpa.2012.05.179. Epub 2012 Jun 5.

文献AI研究员

20分钟写一篇综述,助力文献阅读效率提升50倍。

立即体验

用中文搜PubMed

大模型驱动的PubMed中文搜索引擎

马上搜索

文档翻译

学术文献翻译模型,支持多种主流文档格式。

立即体验