Behavior can be described as a temporal sequence of actions driven by neural activity. To learn complex sequential patterns in neural networks, memories of past activities need to persist on significantly longer timescales than relaxation times of single-neuron activity. While recurrent networks can produce such long transients, training these networks in a biologically plausible way is challenging. One approach has been reservoir computing, where only weights from a recurrent network to a readout are learned. Other models achieve learning of recurrent synaptic weights using propagated errors. However, their biological plausibility typically suffers from issues with locality, resource allocation or parameter scales and tuning. We suggest that many of these issues can be alleviated by considering dendritic information storage and computation. By applying a fully local, always-on plasticity rule we are able to learn complex sequences in a recurrent network comprised of two populations. Importantly, our model is resource-efficient, enabling the learning of complex sequences using only a small number of neurons. We demonstrate these features in a mock-up of birdsong learning, in which our networks first learn a long, non-Markovian sequence that they can then reproduce robustly despite external disturbances.


翻译:行为可被描述为由神经活动驱动的时间序列动作。要学习神经网络中的复杂序列模式,过去活动的记忆需在比单神经元活动弛豫时间显著更长的时间尺度上持续存在。尽管递归网络能产生此类长瞬态过程,但以生物学合理方式训练这些网络颇具挑战。一种方法是储层计算,仅学习从递归网络到读出层的权重;其他模型则通过传播误差信号实现递归突触权重的学习。然而,这些模型的生物合理性常受限于局部性、资源分配、参数规模或调谐等问题。我们提出,通过考虑树突的信息存储与计算可缓解诸多此类问题。应用完全局部且持续激活的可塑性规则,我们能在由两个神经元群体构成的递归网络中学习复杂序列。重要的是,本模型具有资源高效性,仅需少量神经元即可完成复杂序列学习。我们以鸣禽鸣曲学习的模拟系统验证了这些特性——网络首先习得一段长程非马尔可夫序列,随后即使在外部干扰下仍能稳健复现该序列。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
10+阅读 · 2020年11月26日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
Augmentation for small object detection
Arxiv
13+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
1+阅读 · 48分钟前
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:26
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:12
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员