Despite its widespread use in neural networks, error backpropagation has faced criticism for its lack of biological plausibility, suffering from issues such as the backward locking problem and the weight transport problem. These limitations have motivated researchers to explore more biologically plausible learning algorithms that could potentially shed light on how biological neural systems adapt and learn. Inspired by the counter-current exchange mechanisms observed in biological systems, we propose counter-current learning (CCL), a biologically plausible framework for credit assignment in neural networks. This framework employs a feedforward network to process input data and a feedback network to process targets, with each network enhancing the other through anti-parallel signal propagation. By leveraging the more informative signals from the bottom layer of the feedback network to guide the updates of the top layer of the feedforward network and vice versa, CCL enables the simultaneous transformation of source inputs to target outputs and the dynamic mutual influence of these transformations. Experimental results on MNIST, FashionMNIST, CIFAR10, and CIFAR100 datasets using multi-layer perceptrons and convolutional neural networks demonstrate that CCL achieves comparable performance to other biologically plausible algorithms while offering a more biologically realistic learning mechanism. Furthermore, we showcase the applicability of our approach to an autoencoder task, underscoring its potential for unsupervised representation learning. Our work presents a direction for biologically inspired and plausible learning algorithms, offering an alternative mechanisms of learning and adaptation in neural networks.


翻译:尽管误差反向传播在神经网络中被广泛使用,但其缺乏生物可信性,存在反向锁定问题和权重传输问题等缺陷。这些局限性促使研究人员探索更具生物可信性的学习算法,以期揭示生物神经系统适应与学习的机制。受生物系统中观察到的反向流交换机制启发,我们提出反向流学习(CCL),一种用于神经网络信用分配的生物可信框架。该框架采用前馈网络处理输入数据,反馈网络处理目标数据,两个网络通过反平行信号传播相互增强。通过利用反馈网络底层的更具信息量的信号来指导前馈网络顶层的更新,反之亦然,CCL能够同时实现源输入到目标输出的转换以及这些转换的动态相互影响。在MNIST、FashionMNIST、CIFAR10和CIFAR100数据集上使用多层感知机和卷积神经网络的实验结果表明,CCL在提供更具生物真实性的学习机制的同时,取得了与其他生物可信算法相当的性能。此外,我们展示了该方法在自编码器任务中的适用性,突显了其在无监督表示学习方面的潜力。我们的工作为受生物启发且具备生物可信性的学习算法提供了一个研究方向,为神经网络的学习与适应机制提供了替代方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
【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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员