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基于知识流动的生物医学研究前沿识别:一种自监督图聚类框架

通讯作者: 唐小利, tang.xiaoli@imicams.ac.cn
DOI:10.12201/bmr.202605.00070
声明:预印本系统所发表的论文仅用于最新科研成果的交流与共享,未经同行评议,因此不建议直接应用于指导临床实践。

Identifying Biomedical Research Frontiers via Knowledge Flow: A Self-Supervised Graph Clustering Framework

Corresponding author: TANG Xiaoli, tang.xiaoli@imicams.ac.cn
  • 摘要:目的/意义 生物医学领域知识体量激增与载体异构化的复杂性,对传统前沿识别方法提出了挑战。本文旨在探讨构建一种量化“科学-技术”知识溢出路径的计算框架,以揭示从基础研究发现到技术应用之间的隐性关联与演化规律,从而为科研选题与研发布局提供数据驱动的决策支持。方法/过程 本文提出了一种融合隐性语义与异构拓扑关联的研究前沿识别框架。首先,整合论文与专利数据构建“科学-技术”二部知识流动网络,利用PubMedBERT抽取文本语义并基于K近邻方法构建语义增强边,形成稠密的语义-拓扑耦合结构。其次,设计了三模态门控编码器,以自适应融合节点的内容、时间与结构特征,生成统一的表征。最后,通过自监督联合优化策略协同学习节点表征与社区结构,并基于链路预测概率定义“前沿指数”,实现高转化潜力研究前沿的识别。 结果/结论 在乳腺癌领域的实证研究表明,本框架有效克服了传统二部引用网络的稀疏性问题,能够识别出三类典型的前沿社区:“理论爆发型”、“产业成熟型”与“科学-技术并行突破型”。可视化分析进一步揭示了从基础研究社区(如三阴性乳腺癌分子分型)向应用研究社区(如靶向联合用药、AI影像诊断)的隐性知识流动。研究结果表明,本框架在语义深度和前瞻性预警方面具有优势,可作为生物医学领域科技情报分析的有效手段之一。

    关键词: 前沿识别知识流动图聚类链路预测乳腺癌

     

    Abstract: Purpose/Significance Driven by the exponential growth of biomedical information and the increasing heterogeneity of knowledge sources, conventional frontier identification techniques are struggling to maintain efficacy. This study develops a computational framework designed to quantify knowledge spillover pathways between science and technology, aiming to uncover the latent associations and evolutionary dynamics bridging basic research discoveries and technological applications.This framework offers instrumental decision support for optimizing research topic selection and R&D strategic planning.Method/Process This study develops an identification framework fusing implicit semantics and heterogeneous topological linkages. The process begins with the construction of a bipartite knowledge flow network spanning papers and patents. Leveraging PubMedBERT for semantic encoding and K-nearest neighbor for edge augmentation, we establish a dense semantic-topological structure. Subsequently, a tri-modal gated encoder is introduced to adaptively integrate nodes textual, temporal, and structural attributes into a unified representation. The framework utilizes a self-supervised joint optimization strategy to concurrently optimize node representations and community detection. Ultimately, research frontiers with significant translational potential are identified using a custom ‘Frontier Index derived from link prediction probabilities. Result/Conclusion Empirical results in the field of breast cancer demonstrate that the proposed framework effectively mitigates the sparsity issues inherent in traditional bipartite citation networks. It successfully identifies three archetypal frontier communities: Theoretical Burst, Industrial Maturation, and Sci-Tech Resonance. Visualization analysis further elucidates the latent knowledge flows emanating from basic research clusters (e.g., molecular subtyping of triple-negative breast cancer) toward applied research sectors (e.g., targeted combination therapies and AI-assisted imaging diagnosis). These findings suggest that the framework excels in semantic depth and proactive early-warning capabilities, serving as a robust computational tool for science and technology (S&T) intelligence analysis in the biomedical domain.

    Key words: identifying frontiers; knowledge flow; Graph Clustering; link prediction; breast cancer

    提交时间:2026-05-20

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  • 图表

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  • 序号 提交日期 编号 操作
    1 2026-03-18

    10.12201/bmr.202605.00070V1

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李永洁, 王龙超, 孙轶楠, 唐小利. 基于知识流动的生物医学研究前沿识别:一种自监督图聚类框架. 2026. biomedRxiv.202605.00070

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