Visualization for biomedical ontologies alignment

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional (Bioinformática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016Desde o início do século, a investigação biomédica e a prática clínica levaram a uma acumulação de grandes quantidades de informação, por exemplo, os dados resultantes da sequenciação genómica ou os registos médicos. As ontologias fornecem um modelo estruturado com o intuito de representar o conhecimento e têm sido bem sucedidas no domínio biomédico na melhoria da interoperabilidade e partilha. O desenvolvimento desconectado das ontologias biomédicas levou à criação de modelos que apresentam domínios idênticos ou sobrepostos. As técnicas de emparelhamento de ontologias foram desenvolvidas afim de estabelecer ligações significativas entre as classes das ontologias, por outras palavras, para criar alinhamentos. Para alcançar um alinhamento ótimo é, não só importante melhorar as técnicas de emparelhamentos mas também criar as ferramentas necessárias para que possa existir intervenção humana, particularmente na visualização. Apesar da importância da intervenção de utilizadores e da visualização no emparelhamento de ontologias, poucos sistemas o suportam, sobretudo para grandes e complexas ontologias como as do domínio biomédico, concretamente no contexto da revisão de alinhamentos e interpretação de incoerências lógicas. O objetivo central desta tese consistiu na investigação dos principais paradigmas de visualização de ontologias, no contexto do alinhamento de ontologias biomédicas, e desenvolver abordagens de visualização e interação que vão de encontro a estes desafios. O trabalho desenvolvido levou, então, à criação de um novo módulo de visualização para um sistema de emparelhamento do state of the art que suporta a revisão de alinhamentos, e à construção de uma ferramenta online que visa ajudar o utilizador a compreender os conflitos encontrados nos alinhamentos, ambos baseados numa abordagem de visualização de subgrafos. Ambas as contribuições foram avaliadas em pequena escala, por testes a utilizadores que revelaram a relevância da visualização de subgrafos contra a visualização em árvore, mais comum no domínio biomédico.Since the begin of the century, biomedical research and clinical practice have resulted in the accumulation of very large amounts of information, e.g. data from genomic sequencing or medical records. Ontologies provide a structured model to represent knowledge and have been quite successful in the biomedical domain at improving interoperability and sharing. The disconnected development of biomedical ontologies has led to the creation of models that have overlapping or even equal domains. Ontology matching techniques were developed to establish meaningful connections between classes of the ontologies, in other words to create alignments. In order to achieve an optimal alignment, it is not only important to improve the matching techniques but also to create the necessary tools for human intervention, namely in visualization. Despite the importance of user intervention and visualization in ontology matching, few systems support these, especially for large and complex ontologies such as those in the biomedical domain, specifically in the context of the alignment revision and logical incoherence explanation. The central objective of this thesis was to investigate the main ontology visualization paradigms, in the context of biomedical ontology matching, and to develop visualization and interaction approaches addressing those challenges. The work developed lead to the creation of a new visualization module for a state of the art ontology matching system, that supports the alignment review, and to the construction of an online tool that aims to help the user understand the conflicts found in the alignments both based on a subgraph visualization approach. Both contributions were evaluated, in a small-scale, by user tests that revealed the relevance of subgraph visualization versus the more common tree visualization for the biomedical domain