Neural Cellular Automata (NCAs) are a promising new approach to model self-organizing processes, with potential applications in life science. However, their deterministic nature limits their ability to capture the stochasticity of real-world biological and physical systems. We propose the Mixture of Neural Cellular Automata (MNCA), a novel framework incorporating the idea of mixture models into the NCA paradigm. By combining probabilistic rule assignments with intrinsic noise, MNCAs can model diverse local behaviors and reproduce the stochastic dynamics observed in biological processes. We evaluate the effectiveness of MNCAs in three key domains: (1) synthetic simulations of tissue growth and differentiation, (2) image morphogenesis robustness, and (3) microscopy image segmentation. Results show that MNCAs achieve superior robustness to perturbations, better recapitulate real biological growth patterns, and provide interpretable rule segmentation. These findings position MNCAs as a promising tool for modeling stochastic dynamical systems and studying self-growth processes.


翻译:神经细胞自动机(NCAs)是一种模拟自组织过程的新兴方法,在生命科学领域具有潜在应用前景。然而,其确定性本质限制了其捕捉现实世界生物与物理系统随机性的能力。我们提出神经细胞自动机混合模型(MNCA),这是一个将混合模型思想融入NCA范式的新型框架。通过将概率规则分配与内在噪声相结合,MNCAs能够模拟多样化的局部行为,并复现生物过程中观察到的随机动力学特征。我们在三个关键领域评估了MNCAs的有效性:(1)组织生长与分化的合成模拟,(2)图像形态发生的鲁棒性,(3)显微图像分割。结果表明,MNCAs对扰动具有更强的鲁棒性,能更好地再现真实生物生长模式,并提供可解释的规则分割。这些发现确立了MNCAs作为模拟随机动力系统和研究自生长过程的有力工具。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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
163+阅读 · 2019年10月12日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
46+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
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
46+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员