論文の概要: Extending machine learning model for implicit solvation to free energy calculations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20103v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 01:05:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:17.037317
• Title: Extending machine learning model for implicit solvation to free energy calculations
• Title（参考訳）: 暗黙解法のための機械学習モデルの拡張と自由エネルギー計算
• Authors: Rishabh Dey, Michael Brocidiacono, Kushal Koirala, Alexander Tropsha, Konstantin I. Popov,
• Abstract要約: 我々は、Lambda Solvation Neural Network(LSNN)と呼ばれるグラフニューラルネットワーク(GNN)に基づく暗黙の溶媒モデルを導入する。 LSNNは、明解アルケミカルシミュレーションに匹敵する精度で自由エネルギー予測を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.65679407817425
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The implicit solvent approach offers a computationally efficient framework to model solvation effects in molecular simulations. However, its accuracy often falls short compared to explicit solvent models, limiting its use in precise thermodynamic calculations. Recent advancements in machine learning (ML) present an opportunity to overcome these limitations by leveraging neural networks to develop more precise implicit solvent potentials for diverse applications. A major drawback of current ML-based methods is their reliance on force-matching alone, which can lead to energy predictions that differ by an arbitrary constant and are therefore unsuitable for absolute free energy comparisons. Here, we introduce a novel methodology with a graph neural network (GNN)-based implicit solvent model, dubbed Lambda Solvation Neural Network (LSNN). In addition to force-matching, this network was trained to match the derivatives of alchemical variables, ensuring that solvation free energies can be meaningfully compared across chemical species.. Trained on a dataset of approximately 300,000 small molecules, LSNN achieves free energy predictions with accuracy comparable to explicit-solvent alchemical simulations, while offering a computational speedup and establishing a foundational framework for future applications in drug discovery.
• Abstract（参考訳）: 暗黙の溶媒アプローチは、分子シミュレーションにおける溶媒効果をモデル化するための計算効率の良いフレームワークを提供する。 しかし、その精度は露骨な溶媒モデルに比べて低いことが多く、正確な熱力学計算での使用を制限する。 機械学習(ML)の最近の進歩は、ニューラルネットワークを活用して、多様なアプリケーションに対してより正確な暗黙の溶媒ポテンシャルを開発することによって、これらの制限を克服する機会を提供する。 現在のMLベースの手法の大きな欠点は、力マッチングのみに依存することであり、これは任意の定数によって異なるエネルギー予測をもたらし、従って絶対的な自由エネルギー比較には適さない。 本稿では,グラフニューラルネットワーク(GNN)に基づく暗黙解法モデル(Lambda Solvation Neural Network,LSNN)を提案する。 このネットワークは、力のマッチングに加えて、アルケミカル変数の誘導体と一致するように訓練され、溶媒化自由エネルギーを化学種間で有意に比較できることが保証された。 と。 LSNNは、約30万個の小さな分子のデータセットに基づいて、明示的な溶媒アルケミカルシミュレーションに匹敵する精度で自由エネルギー予測を達成し、計算スピードアップを提供し、薬物発見における将来の応用のための基礎的な枠組みを確立する。

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