Cortical neurons are complex, multi-timescale processors wired into recurrent circuits, shaped by long evolutionary pressure under stringent biological constraints. Mainstream machine learning, by contrast, predominantly builds models from extremely simple units, a default inherited from early neural-network theory. We treat this as a normative architectural question. How should one split a fixed parameter budget $P$ between the number of units $N$, per-unit effective complexity $k_e$, and per-unit connectivity $k_c$? What controls the optimal allocation? This calls for a model in which per-unit complexity can be tuned independently of width and connectivity. Accordingly, we introduce the ELM Network, whose recurrent layer is built from Expressive Leaky Memory (ELM) neurons, chosen to mirror functional components of cortical neurons. The architecture allows for individually adjusting $N$, $k_e$, and $k_c$ and trains stably across orders of magnitude in scale. We evaluate the model on two qualitatively different sequence benchmarks: the neuromorphic SHD-Adding task and Enwik8 character-level language modeling. Performance improves monotonically along each of the three axes individually. Under a fixed budget, a clear non-trivial optimum emerges in their tradeoff, and larger budgets favor both more and more complex neurons. A closed-form information-theoretic model captures these tradeoffs and attributes the diminishing returns at two ends to: per-neuron signal-to-noise saturation and across-neuron redundancy. A hyperparameter sweep spanning three orders of magnitude in trainable parameters traces a near-Pareto-frontier scaling law consistent with the framework. This suggests that the simple-unit default in ML is not obviously optimal once this tradeoff surface is probed, and offers a normative lens on cortex's reliance on complex spatio-temporal integrators.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS2022】序列(推荐)模型分布外泛化:因果视角与求解
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Network Embedding 指南
专知
22+阅读 · 2018年8月13日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
0+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
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
Arxiv
0+阅读 · 5月26日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:07
何为协作武器?
专知会员服务
9+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
13+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
《美陆军野战手册(2026年):特种部队》
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
相关资讯
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Network Embedding 指南
专知
22+阅读 · 2018年8月13日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
Top
微信扫码咨询专知VIP会员