論文の概要: Learning efficient backprojections across cortical hierarchies in real time

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.10249v2
• Date: Fri, 2 Feb 2024 12:29:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-05 20:53:35.334044
• Title: Learning efficient backprojections across cortical hierarchies in real time
• Title（参考訳）: 皮質階層間の効率的なバックプロジェクションをリアルタイムに学習する
• Authors: Kevin Max, Laura Kriener, Garibaldi Pineda Garc\'ia, Thomas Nowotny, Ismael Jaras, Walter Senn, Mihai A. Petrovici
• Abstract要約: 階層型大脳皮質階層における効率的なフィードバック重み付けを学習するための生物工学的手法を提案する。 すべての重みは、常にオンの可塑性と同時に学習され、シナプスにローカルに利用可能な情報のみを使用する。 提案手法は幅広いモデルに適用可能であり, 既知の生物学的に妥当な信用代入方法を改善する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6474865533365743
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Models of sensory processing and learning in the cortex need to efficiently assign credit to synapses in all areas. In deep learning, a known solution is error backpropagation, which however requires biologically implausible weight transport from feed-forward to feedback paths. We introduce Phaseless Alignment Learning (PAL), a bio-plausible method to learn efficient feedback weights in layered cortical hierarchies. This is achieved by exploiting the noise naturally found in biophysical systems as an additional carrier of information. In our dynamical system, all weights are learned simultaneously with always-on plasticity and using only information locally available to the synapses. Our method is completely phase-free (no forward and backward passes or phased learning) and allows for efficient error propagation across multi-layer cortical hierarchies, while maintaining biologically plausible signal transport and learning. Our method is applicable to a wide class of models and improves on previously known biologically plausible ways of credit assignment: compared to random synaptic feedback, it can solve complex tasks with less neurons and learn more useful latent representations. We demonstrate this on various classification tasks using a cortical microcircuit model with prospective coding.
• Abstract（参考訳）: 大脳皮質における知覚処理と学習のモデルは、あらゆる領域のシナプスに対するクレジットを効率的に割り当てる必要がある。 ディープラーニングでは、既知の解決策はエラーバックプロパゲーションであるが、フィードフォワードからフィードバックパスへの生物学的に意味のない重量輸送が必要である。 階層型大脳皮質階層における効率的なフィードバック重み付けを学習するための生物工学的手法であるPALを導入する。 これは、生体物理学システムで自然に見られるノイズを付加的な情報キャリアとして利用することで達成される。 私たちの力学系では、全ての重みは常時オン可塑性と同時に学習され、シナプスで利用可能な情報のみを使用する。 本手法は完全に位相フリー(前・後・後進学習なし)であり,生物学的に妥当な信号伝達と学習を維持しつつ,多層皮質階層間の効率的な誤り伝播を可能にする。 提案手法は幅広いモデルに適用可能であり,既知の生物学的に妥当な信用代入方法を改善する。ランダムなシナプスフィードバックと比較して,ニューロンが少ない複雑なタスクを解くことができ,より有用な潜在表現を学習することができる。 予測符号化を用いた皮質マイクロサーキットモデルを用いて,様々な分類タスクでこれを示す。

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