Ontology mapping evolution

Introdução Hoje em dia, o conceito de ontologia (Especificação explícita de uma conceptualização [Gruber, 1993]) é um conceito chave em sistemas baseados em conhecimento em geral e na Web Semântica em particular. Entretanto, os agentes de software nem sempre concordam com a mesma conceptualização, justificando assim a existência de diversas ontologias, mesmo que tratando o mesmo domínio de discurso. Para resolver/minimizar o problema de interoperabilidade entre estes agentes, o mapeamento de ontologias provou ser uma boa solução. O mapeamento de ontologias é o processo onde são especificadas relações semânticas entre entidades da ontologia origem e destino ao nível conceptual, e que por sua vez podem ser utilizados para transformar instâncias baseadas na ontologia origem em instâncias baseadas na ontologia destino. Motivação Num ambiente dinâmico como a Web Semântica, os agentes alteram não só os seus dados mas também a sua estrutura e semântica (ontologias). Este processo, denominado evolução de ontologias, pode ser definido como uma adaptação temporal da ontologia através de alterações que surgem no domínio ou nos objectivos da própria ontologia, e da gestão consistente dessas alterações [Stojanovic, 2004], podendo por vezes deixar o documento de mapeamento inconsistente. Em ambientes heterogéneos onde a interoperabilidade entre sistemas depende do documento de mapeamento, este deve reflectir as alterações efectuadas nas ontologias, existindo neste caso duas soluções: (i) gerar um novo documento de mapeamento (processo exigente em termos de tempo e recursos computacionais) ou (ii) adaptar o documento de mapeamento, corrigindo relações semânticas inválidas e criar novas relações se forem necessárias (processo menos existente em termos de tempo e recursos computacionais, mas muito dependente da informação sobre as alterações efectuadas). O principal objectivo deste trabalho é a análise, especificação e desenvolvimento do processo de evolução do documento de mapeamento de forma a reflectir as alterações efectuadas durante o processo de evolução de ontologias. Contexto Este trabalho foi desenvolvido no contexto do MAFRA Toolkit1. O MAFRA (MApping FRAmework) Toolkit é uma aplicação desenvolvida no GECAD2 que permite a especificação declarativa de relações semânticas entre entidades de uma ontologia origem e outra de destino, utilizando os seguintes componentes principais: Concept Bridge – Representa uma relação semântica entre um conceito de origem e um de destino; Property Bridge – Representa uma relação semântica entre uma ou mais propriedades de origem e uma ou mais propriedades de destino; Service – São aplicados às Semantic Bridges (Property e Concept Bridges) definindo como as instâncias origem devem ser transformadas em instâncias de destino. Estes conceitos estão especificados na ontologia SBO (Semantic Bridge Ontology) [Silva, 2004]. No contexto deste trabalho, um documento de mapeamento é uma instanciação do SBO, contendo relações semânticas entre entidades da ontologia de origem e da ontologia de destino. Processo de evolução do mapeamento O processo de evolução de mapeamento é o processo onde as entidades do documento de mapeamento são adaptadas, reflectindo eventuais alterações nas ontologias mapeadas, tentando o quanto possível preservar a semântica das relações semântica especificadas. Se as ontologias origem e/ou destino sofrerem alterações, algumas relações semânticas podem tornar-se inválidas, ou novas relações serão necessárias, sendo por isso este processo composto por dois sub-processos: (i) correcção de relações semânticas e (ii) processamento de novas entidades das ontologias. O processamento de novas entidades das ontologias requer a descoberta e cálculo de semelhanças entre entidades e a especificação de relações de acordo com a ontologia/linguagem SBO. Estas fases (“similarity measure” e “semantic bridging”) são implementadas no MAFRA Toolkit, sendo o processo (semi-) automático de mapeamento de ontologias descrito em [Silva, 2004].O processo de correcção de entidades SBO inválidas requer um bom conhecimento da ontologia/linguagem SBO, das suas entidades e relações, e de todas as suas restrições, i.e. da sua estrutura e semântica. Este procedimento consiste em (i) identificar as entidades SBO inválidas, (ii) a causa da sua invalidez e (iii) corrigi-las da melhor forma possível. Nesta fase foi utilizada informação vinda do processo de evolução das ontologias com o objectivo de melhorar a qualidade de todo o processo. Conclusões Para além do processo de evolução do mapeamento desenvolvido, um dos pontos mais importantes deste trabalho foi a aquisição de um conhecimento mais profundo sobre ontologias, processo de evolução de ontologias, mapeamento etc., expansão dos horizontes de conhecimento, adquirindo ainda mais a consciência da complexidade do problema em questão, o que permite antever e perspectivar novos desafios para o futuro.

Ontology Mapping Evolution

Introdução Hoje em dia, o conceito de ontologia (Especificação explícita de uma conceptualização [Gruber, 1993]) é um conceito chave em sistemas baseados em conhecimento em geral e na Web Semântica em particular. Entretanto, os agentes de software nem sempre concordam com a mesma conceptualização, justificando assim a existência de diversas ontologias, mesmo que tratando o mesmo domínio de discurso. Para resolver/minimizar o problema de interoperabilidade entre estes agentes, o mapeamento de ontologias provou ser uma boa solução. O mapeamento de ontologias é o processo onde são especificadas relações semânticas entre entidades da ontologia origem e destino ao nível conceptual, e que por sua vez podem ser utilizados para transformar instâncias baseadas na ontologia origem em instâncias baseadas na ontologia destino. Motivação Num ambiente dinâmico como a Web Semântica, os agentes alteram não só os seus dados mas também a sua estrutura e semântica (ontologias). Este processo, denominado evolução de ontologias, pode ser definido como uma adaptação temporal da ontologia através de alterações que surgem no domínio ou nos objectivos da própria ontologia, e da gestão consistente dessas alterações [Stojanovic, 2004], podendo por vezes deixar o documento de mapeamento inconsistente. Em ambientes heterogéneos onde a interoperabilidade entre sistemas depende do documento de mapeamento, este deve reflectir as alterações efectuadas nas ontologias, existindo neste caso duas soluções: (i) gerar um novo documento de mapeamento (processo exigente em termos de tempo e recursos computacionais) ou (ii) adaptar o documento de mapeamento, corrigindo relações semânticas inválidas e criar novas relações se forem necessárias (processo menos existente em termos de tempo e recursos computacionais, mas muito dependente da informação sobre as alterações efectuadas). O principal objectivo deste trabalho é a análise, especificação e desenvolvimento do processo de evolução do documento de mapeamento de forma a reflectir as alterações efectuadas durante o processo de evolução de ontologias. Contexto Este trabalho foi desenvolvido no contexto do MAFRA Toolkit1. O MAFRA (MApping FRAmework) Toolkit é uma aplicação desenvolvida no GECAD2 que permite a especificação declarativa de relações semânticas entre entidades de uma ontologia origem e outra de destino, utilizando os seguintes componentes principais: Concept Bridge – Representa uma relação semântica entre um conceito de origem e um de destino; Property Bridge – Representa uma relação semântica entre uma ou mais propriedades de origem e uma ou mais propriedades de destino; Service – São aplicados às Semantic Bridges (Property e Concept Bridges) definindo como as instâncias origem devem ser transformadas em instâncias de destino. Estes conceitos estão especificados na ontologia SBO (Semantic Bridge Ontology) [Silva, 2004]. No contexto deste trabalho, um documento de mapeamento é uma instanciação do SBO, contendo relações semânticas entre entidades da ontologia de origem e da ontologia de destino. Processo de evolução do mapeamento O processo de evolução de mapeamento é o processo onde as entidades do documento de mapeamento são adaptadas, reflectindo eventuais alterações nas ontologias mapeadas, tentando o quanto possível preservar a semântica das relações semântica especificadas. Se as ontologias origem e/ou destino sofrerem alterações, algumas relações semânticas podem tornar-se inválidas, ou novas relações serão necessárias, sendo por isso este processo composto por dois sub-processos: (i) correcção de relações semânticas e (ii) processamento de novas entidades das ontologias. O processamento de novas entidades das ontologias requer a descoberta e cálculo de semelhanças entre entidades e a especificação de relações de acordo com a ontologia/linguagem SBO. Estas fases (“similarity measure” e “semantic bridging”) são implementadas no MAFRA Toolkit, sendo o processo (semi-) automático de mapeamento de ontologias descrito em [Silva, 2004]. O processo de correcção de entidades SBO inválidas requer um bom conhecimento da ontologia/linguagem SBO, das suas entidades e relações, e de todas as suas restrições, i.e. da sua estrutura e semântica. Este procedimento consiste em (i) identificar as entidades SBO inválidas, (ii) a causa da sua invalidez e (iii) corrigi-las da melhor forma possível. Nesta fase foi utilizada informação vinda do processo de evolução das ontologias com o objectivo de melhorar a qualidade de todo o processo. Conclusões Para além do processo de evolução do mapeamento desenvolvido, um dos pontos mais importantes deste trabalho foi a aquisição de um conhecimento mais profundo sobre ontologias, processo de evolução de ontologias, mapeamento etc., expansão dos horizontes de conhecimento, adquirindo ainda mais a consciência da complexidade do problema em questão, o que permite antever e perspectivar novos desafios para o futuro.

An Algorithmic Approach to Inferring Cross-Ontology Links while Mapping Anatomical Ontologies

ACM Computing Classification System (1998): J.3.

Mapping and Merging of Anatomical Ontologies

This article presents the principal results of the Ph.D. thesis Intelligent systems in bioinformatics: mapping and merging anatomical ontologies by Peter Petrov, successfully defended at the St. Kliment Ohridski University of Sofia, Faculty of Mathematics and Informatics, Department of Information Technologies, on 26 April 2013.

Identification of a new murine tumor necrosis factor receptor locus that contains two novel murine receptors for tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL).

Tumor necrosis factor (TNF) ligand and receptor superfamily members play critical roles in diverse developmental and pathological settings. In search for novel TNF superfamily members, we identified a murine chromosomal locus that contains three new TNF receptor-related genes. Sequence alignments suggest that the ligand binding regions of these murine TNF receptor homologues, mTNFRH1, -2 and -3, are most homologous to those of the tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptors. By using a number of in vitro ligand-receptor binding assays, we demonstrate that mTNFRH1 and -2, but not mTNFRH3, bind murine TRAIL, suggesting that they are indeed TRAIL receptors. This notion is further supported by our demonstration that both mTNFRH1:Fc and mTNFRH2:Fc fusion proteins inhibited mTRAIL-induced apoptosis of Jurkat cells. Unlike the only other known murine TRAIL receptor mTRAILR2, however, neither mTNFRH2 nor mTNFRH3 has a cytoplasmic region containing the well characterized death domain motif. Coupled with our observation that overexpression of mTNFRH1 and -2 in 293T cells neither induces apoptosis nor triggers NFkappaB activation, we propose that the mTnfrh1 and mTnfrh2 genes encode the first described murine decoy receptors for TRAIL, and we renamed them mDcTrailr1 and -r2, respectively. Interestingly, the overall sequence structures of mDcTRAILR1 and -R2 are quite distinct from those of the known human decoy TRAIL receptors, suggesting that the presence of TRAIL decoy receptors represents a more recent evolutionary event.

Design and evaluation of web interface signs to improve web usability : a semiotic framework

Technological innovations, the development of the internet, and globalization have increased the number and complexity of web applications. As a result, keeping web user interfaces understandable and usable (in terms of ease-of-use, effectiveness, and satisfaction) is a challenge. As part of this, designing userintuitive interface signs (i.e., the small elements of web user interface, e.g., navigational link, command buttons, icons, small images, thumbnails, etc.) is an issue for designers. Interface signs are key elements of web user interfaces because ‘interface signs’ act as a communication artefact to convey web content and system functionality, and because users interact with systems by means of interface signs. In the light of the above, applying semiotic (i.e., the study of signs) concepts on web interface signs will contribute to discover new and important perspectives on web user interface design and evaluation. The thesis mainly focuses on web interface signs and uses the theory of semiotic as a background theory. The underlying aim of this thesis is to provide valuable insights to design and evaluate web user interfaces from a semiotic perspective in order to improve overall web usability. The fundamental research question is formulated as What do practitioners and researchers need to be aware of from a semiotic perspective when designing or evaluating web user interfaces to improve web usability? From a methodological perspective, the thesis follows a design science research (DSR) approach. A systematic literature review and six empirical studies are carried out in this thesis. The empirical studies are carried out with a total of 74 participants in Finland. The steps of a design science research process are followed while the studies were designed and conducted; that includes (a) problem identification and motivation, (b) definition of objectives of a solution, (c) design and development, (d) demonstration, (e) evaluation, and (f) communication. The data is collected using observations in a usability testing lab, by analytical (expert) inspection, with questionnaires, and in structured and semi-structured interviews. User behaviour analysis, qualitative analysis and statistics are used to analyze the study data. The results are summarized as follows and have lead to the following contributions. Firstly, the results present the current status of semiotic research in UI design and evaluation and highlight the importance of considering semiotic concepts in UI design and evaluation. Secondly, the thesis explores interface sign ontologies (i.e., sets of concepts and skills that a user should know to interpret the meaning of interface signs) by providing a set of ontologies used to interpret the meaning of interface signs, and by providing a set of features related to ontology mapping in interpreting the meaning of interface signs. Thirdly, the thesis explores the value of integrating semiotic concepts in usability testing. Fourthly, the thesis proposes a semiotic framework (Semiotic Interface sign Design and Evaluation – SIDE) for interface sign design and evaluation in order to make them intuitive for end users and to improve web usability. The SIDE framework includes a set of determinants and attributes of user-intuitive interface signs, and a set of semiotic heuristics to design and evaluate interface signs. Finally, the thesis assesses (a) the quality of the SIDE framework in terms of performance metrics (e.g., thoroughness, validity, effectiveness, reliability, etc.) and (b) the contributions of the SIDE framework from the evaluators’ perspective.

The CATH Hierarchy Revisited-Structural Divergence in Domain Superfamilies and the Continuity of Fold Space

This paper explores the structural continuum in CATH and the extent to which superfamilies adopt distinct folds. Although most superfamilies are structurally conserved, in some of the most highly populated superfamilies (4% of all superfamilies) there is considerable structural divergence. While relatives share a similar fold in the evolutionary conserved core, diverse elaborations to this core can result in significant differences in the global structures. Applying similar protocols to examine the extent to which structural overlaps occur between different fold groups, it appears this effect is confined to just a few architectures and is largely due to small, recurring super-secondary motifs (e.g., alpha beta-motifs, alpha-hairpins). Although 24% of superfamilies overlap with superfamilies having different folds, only 14% of nonredundant structures in CATH are involved in overlaps. Nevertheless, the existence of these overlaps suggests that, in some regions of structure space, the fold universe should be seen as more continuous.

Style Guidelines for Naming and Labeling Ontologies in the Multilingual Web

In the context of the Semantic Web, natural language descriptions associated with ontologies have proven to be of major importance not only to support ontology developers and adopters, but also to assist in tasks such as ontology mapping, information extraction, or natural language generation. In the state-of-the-art we find some attempts to provide guidelines for URI local names in English, and also some disagreement on the use of URIs for describing ontology elements. When trying to extrapolate these ideas to a multilingual scenario, some of these approaches fail to provide a valid solution. On the basis of some real experiences in the translation of ontologies from English into Spanish, we provide a preliminary set of guidelines for naming and labeling ontologies in a multilingual scenario.

Challenges for the Multilingual Web of Data

The Web has witnessed an enormous growth in the amount of semantic information published in recent years. This growth has been stimulated to a large extent by the emergence of Linked Data. Although this brings us a big step closer to the vision of a Semantic Web, it also raises new issues such as the need for dealing with information expressed in different natural languages. Indeed, although the Web of Data can contain any kind of information in any language, it still lacks explicit mechanisms to automatically reconcile such information when it is expressed in different languages. This leads to situations in which data expressed in a certain language is not easily accessible to speakers of other languages. The Web of Data shows the potential for being extended to a truly multilingual web as vocabularies and data can be published in a language-independent fashion, while associated language-dependent (linguistic) information supporting the access across languages can be stored separately. In this sense, the multilingual Web of Data can be realized in our view as a layer of services and resources on top of the existing Linked Data infrastructure adding i) linguistic information for data and vocabularies in different languages, ii) mappings between data with labels in different languages, and iii) services to dynamically access and traverse Linked Data across different languages. In this article we present this vision of a multilingual Web of Data. We discuss challenges that need to be addressed to make this vision come true and discuss the role that techniques such as ontology localization, ontology mapping, and cross-lingual ontology-based information access and presentation will play in achieving this. Further, we propose an initial architecture and describe a roadmap that can provide a basis for the implementation of this vision.

vHOG, a multispecies vertebrate ontology of homologous organs groups.

MOTIVATION: Most anatomical ontologies are species-specific, whereas a framework for comparative studies is needed. We describe the vertebrate Homologous Organs Groups ontology, vHOG, used to compare expression patterns between species.¦RESULTS: vHOG is a multispecies anatomical ontology for the vertebrate lineage. It is based on the HOGs used in the Bgee database of gene expression evolution. vHOG version 1.4 includes 1184 terms, follows OBO principles and is based on the Common Anatomy Reference Ontology (CARO). vHOG only describes structures with historical homology relations between model vertebrate species. The mapping to species-specific anatomical ontologies is provided as a separate file, so that no homology hypothesis is stated within the ontology itself. Each mapping has been manually reviewed, and we provide support codes and references when available. Availability and implementation: vHOG is available from the Bgee download site (http://bgee.unil.ch/), as well as from the OBO Foundry and the NCBO Bioportal websites.¦CONTACT: bgee@isb-sib.ch; frederic.bastian@unil.ch.

Thermal evolution of gene expression profiles in Drosophila subobscura

Background: Despite its pervasiveness, the genetic basis of adaptation resulting in variation directly or indirectly related to temperature (climatic) gradients is poorly understood. By using 3-fold replicated laboratory thermal stocks covering much of the physiologically tolerable temperature range for the temperate (i.e., cold tolerant) species Drosophila subobscura we have assessed whole-genome transcriptional responses after three years of thermal adaptation, when the populations had already diverged for inversion frequencies, pre-adult life history components, and morphological traits. Total mRNA from each population was compared to a reference pool mRNA in a standard, highly replicated two-colour competitive hybridization experiment using cDNA microarrays.Results: A total of 306 (6.6%) cDNA clones were identified as 'differentially expressed' (following a false discovery rate correction) after contrasting the two furthest apart thermal selection regimes (i.e., 13°C vs . 22°C), also including four previously reported candidate genes for thermotolerance in Drosophila (Hsp26, Hsp68, Fst, and Treh). On the other hand, correlated patterns of gene expression were similar in cold- and warm-adapted populations. Analysis of functional categories defined by the Gene Ontology project point to an overrepresentation of genes involved in carbohydrate metabolism, nucleic acids metabolism and regulation of transcription among other categories. Although the location of differently expressed genes was approximately at random with respect to chromosomes, a physical mapping of 88 probes to the polytene chromosomes of D. subobscura has shown that a larger than expected number mapped inside inverted chromosomal segments.Conclusion: Our data suggest that a sizeable number of genes appear to be involved in thermal adaptation in Drosophila, with a substantial fraction implicated in metabolism. This apparently illustrates the formidable challenge to understanding the adaptive evolution of complex trait variation. Furthermore, some clustering of genes within inverted chromosomal sections was detected. Disentangling the effects of inversions will be obviously required in any future approach if we want to identify the relevant candidate genes.

Chromosomal evolution and comparative gene mapping in the Drosophila repleta species group

A review of our recent work on the cromosomal evolution of the Drosophila repleta species group is presented. Most studies have focused on the buzzatii species complex, a monophyletic set of 12 species which inhabit the deserts of South America and the West Indies. A statistical analysis of the length and breakpoint distribution of the 86 paracentric inversions observed in this complex has shown that inversion length is a selected trait. Rare inversions are usually small while evolutionary successful inversions, fixed and polymorphic, are predominantly of medium size. There is also a negative correlation between length and number of inversions per species. Finally, the distribution of inversion breakpoints along chromosome 2 is non-random, with chromosomal regions which accumulate up to 8 breakpoints (putative "hot spots"). Comparative gene mapping has also been used to investigate the molecular organization and evolution of chromosomes. Using in situ hybridization, 26 genes have been precisely located on the salivary gland chromosomes of D. repleta and D. buzzatii; another nine have been tentatively identified. The results are fully consistent with the currently accepted chromosomal homologies between D. repleta and D. melanogaster, and no evidence for reciprocal translocations or pericentric inversions has been found. The comparison of the gene map of D. repleta chromosome 2 with that of the homologous chromosome 3R of D. melanogaster shows an extensive reorganization via paracentric inversions and allows to estimate an evolution rate of ~1 inversion fixed per million years for this chromosome

OntoMap: an ontology-based architecture to perform the semantic mapping between an interlingua and software components

This paper is about the use of natural language to communicate with computers. Most researches that have pursued this goal consider only requests expressed in English. A way to facilitate the use of several languages in natural language systems is by using an interlingua. An interlingua is an intermediary representation for natural language information that can be processed by machines. We propose to convert natural language requests into an interlingua [universal networking language (UNL)] and to execute these requests using software components. In order to achieve this goal, we propose OntoMap, an ontology-based architecture to perform the semantic mapping between UNL sentences and software components. OntoMap also performs component search and retrieval based on semantic information formalized in ontologies and rules.

Chromosome Evolution in African Cichlid Fish: Contributions from the Physical Mapping of Repeated DNAs

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)