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背景。利用连续空间转录组学（ST）切片进行三维重建需要对相邻切片进行配准，但物理切片过程会引入撕裂——即不连续、非等距变形。现有主流方法依赖于撕裂会破坏的先验：PASTE/PASTE2 使用融合 Gromov-Wasserstein 最优传输（OT），其假设切片内距离近似等距保持；而 STalign 和 CODA 使用微分同胚（LDDMM）映射，其无法改变组织拓扑。基于学习形变的 ST 方法正在兴起（STaCker、INST-Align），但 OT/微分同胚方法在撕裂条件下的行为尚未被系统刻画。 方法。基于 spatialLIBD 人类 DLPFC Visium 数据集（Maynard 等，2021；3 名供体），我们构建了一个受控基准——包含已知平滑形变、单块刚性撕裂（表达保持不变）以及恒等自对照——撕裂强度为 0–8 个 spot 间距，并以近似阵列位置真值（残差约为 8 px）进行评分。我们评估了三种无监督现有方法——PASTE2（OT，在 5 个形变随机种子上评估）、STalign（微分同胚 LDDMM）和 GPSA（高斯过程形变）——加入了一个幅度匹配的平滑对照，并测试了一个最简图模型 Sutura（逐切片图编码器 -> 交叉注意力对应 -> 逐 spot 位移；空间耦合仅通过局部 kNN 消息传递实现，不含显式平滑性惩罚）。Sutura 在每个组织的真值上进行有监督训练；所有基线方法均为无监督。泛化能力通过在全部 3 名供体上的留一供体交叉验证进行评估。 结果。OT 配准对平滑形变具有鲁棒性，但在撕裂条件下性能会稳定下降：最近对应（argmax）误差由 722 +/- 5 增加至 855 +/- 27 px，层准确率由 64.9% 降至 60.5%（均值 +/- 95% 置信区间，5 个种子）。这种效应并非仅由位移幅度导致：在匹配的平均位移（约 2000 px）下，平滑形变对应 769 px / 60.2% 准确率，而撕裂对应 863 px / 57.5%——额外约 100 px 误差和约 3 个百分点的下降可归因于不连续性。STalign（LDDMM）和 GPSA（GP 形变）在严重撕裂下也均发生失效（分别为 866 px 和 931 px），表明撕裂导致的崩溃现象在三类彼此独立的方法家族中普遍存在。在同一供体上训练并评估时，Sutura 可将撕裂组织对应拟合到中位数 99 -> 106 px（5 个种子）；但在留一供体设置下，其误差为 1236 +/- 2 -> 1584 +/- 52 px——在每个未见供体上均约比 PASTE2 差 1.8–3.6 倍。对比式对应损失在 3 名供体中的 2 名上将这一差距减半（降至 816 -> 949 和 749 -> 826 px，在最严重撕裂下约为 PASTE2 的 1.1–1.2 倍），但在第 3 名供体上的改善有限，且从未超过 PASTE2。 结论。撕裂是三类现有主流方法共同存在的一种真实、在位移幅度受控条件下仍然成立的失效模式。学习模型能够在样本内拟合这一现象，但供体不变泛化仍然是一个未解决问题。对比式修正使 3 名供体中的 2 名在留出测试上的差距大致减半，并在最严重撕裂下接近 PASTE2，但并未超越它：供体不变性得到了改善，但尚未被解决。本研究的持久贡献在于该基准、对三类方法家族的系统刻画，以及一个具有明确机制诊断的诚实负结果。
组织撕裂对空间转录组学中最优传输与微分同胚配准的影响并不止于位移幅度：多随机种子形变基准与监督式图交叉注意力概念验证。| bioRxiv
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组织撕裂对空间转录组学中最优传输与微分同胚配准的影响并不止于位移幅度：多随机种子形变基准与监督式图交叉注意力概念验证。
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doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735390
Rushil Kartik Maniar 1 Sutura Genomics, Inc.; 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 其依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 进行提供。
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发布于 2026 年 7 月 05 日。 下载 PDF 数据/代码 电子邮件
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Rushil Kartik Maniar , Sean G Lee , Sunyoung S Lee
bioRxiv 2026.06.30.735390; doi: https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735390
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组织撕裂对空间转录组学的最优传输和微分同胚配准的损害超出了位移幅度：一个多随机种子形变基准与一个有监督图交叉注意力概念验证。
Rushil Kartik Maniar , Sean G Lee , Sunyoung S Lee
bioRxiv 2026.06.30.735390; doi: https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735390
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.30.735390v1?rss=1
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