Understanding how neural systems efficiently process information through distributed representations is a fundamental challenge at the interface of neuroscience and machine learning. Recent approaches analyze the statistical and geometrical attributes of neural representations as population-level mechanistic descriptors of task implementation. In particular, manifold capacity has emerged as a promising framework linking population geometry to the separability of neural manifolds. However, this metric has been limited to linear readouts. To address this limitation, we introduce a theoretical framework that leverages latent directions in input space, which can be related to contextual information. We derive an exact formula for the context-dependent manifold capacity that depends on manifold geometry and context correlations, and validate it on synthetic and real data. Our framework's increased expressivity captures representation reformatting in deep networks at early stages of the layer hierarchy, previously inaccessible to analysis. As context-dependent nonlinearity is ubiquitous in neural systems, our data-driven and theoretically grounded approach promises to elucidate context-dependent computation across scales, datasets, and models.


翻译:理解神经系统如何通过分布式表示高效处理信息,是神经科学与机器学习交叉领域的一个基本挑战。近期研究通过分析神经表征的统计与几何属性,将其作为任务实现的群体水平机制描述符。特别是流形容量的提出,为连接群体几何与神经流形的可分性提供了一个有前景的框架。然而,该指标此前仅限于线性读出。为突破这一限制,我们引入了一个理论框架,该框架利用输入空间中的潜在方向,这些方向可与上下文信息相关联。我们推导了上下文依赖流形容量的精确公式,该公式取决于流形几何与上下文相关性,并在合成数据与真实数据上进行了验证。我们框架更强的表达能力捕捉到了深度网络在层级早期阶段表征重组的过程,这是以往分析方法无法触及的。鉴于上下文依赖的非线性在神经系统中普遍存在,我们这种数据驱动且理论扎实的方法,有望阐明跨尺度、数据集和模型的上下文依赖计算。

0
下载
关闭预览

相关内容

【机器学习术语宝典】机器学习中英文术语表
专知会员服务
61+阅读 · 2020年7月12日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
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
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
6+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
5+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
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
相关资讯
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
相关基金
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
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
6+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
5+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