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【深度学习进化论】谷歌大脑神经演化新算法 PK OpenAI 集群智能

【新智元导读】神经演化方法在上世纪80年代被提出,由于神经网络的兴起而一度遭受冷遇。不过现在,谷歌大脑和 OpenAI 都在重新审视这种方法。通过在深度学习中引入大自然的智慧——演化/适者生存,我们能够得到更聪明、更有效的算法吗? 现代人工智能被开发来模仿自然——人工智能领域的主要追求是在计算机里复制人类生理决策的过程。 30 多年来,大多数 AI 在类脑方面的发展都围绕着“神经网络”,这个词借用了神经生物学的术语,将机器思维描述为数据在神经元——彼此相连的数学函数——之间的运动。但自然还有其他的妙法:计

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根据达尔文进化论,只有最强人工智能算法才能生存

国际财经媒体Quartz报道,据谷歌和美国“开放人工智能实验室”(OpenAI)的一项研究,类达尔文进化论的神经进化理论可以帮助人工智能算法进化优化。 现代人工智能是为了模仿自然而生,其最主要的目标就是将人类天生的决策能力复制到计算机中。 受人脑工作方式的启发,近三十年来人工智能的发展都围绕着“神经网络”。神经网络的概念借用自神经生物学,将机器的思考描述为在神经元这种相互连接的数学功能单元之间的数据传递。但是,自然界还有其它一些好概念。计算机科学家目前正在重新审视一门古老的学科,并建议将进化过程引入到人工智

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Nature Neuroscience重磅综述:网络神经系统中的动态表征

一组神经元可以产生代表刺激信息的活动模式;随后,该小组可以通过突触将活动模式转换和传递到空间分布区域。神经科学的最新研究已经开始独立处理信息处理的两个组成部分:刺激在神经活动中的表示和模拟神经相互作用的网络中的信息传输。然而,直到最近,研究才试图将这两种方法联系起来。在这里,我们简要回顾一下这两种不同的文献;然后,我们回顾了最近在解决这一差距方面取得的进展。我们继续讨论活动模式如何从一种表示演变到另一种表示,形成在底层网络上展开的动态表示。我们的目标是提供一个整体框架来理解和描述神经信息的表达和传递,同时揭示令人兴奋的前沿领域未来的研究。

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【白硕专栏】也谈类脑计算

随着人工智能的全面回潮,类脑计算火起来了。和上一次日本人忽悠五代机时的毫无准备相比,咱中国这次说起来也争气,科学家、企业和政府都早早做好了准备,信心满满整装待发。拿神经器件的大规模互联来高保真地模仿人脑的构造和运作,涉及多学科交叉集成。它既是神经科学发展到现阶段在研究手段上的必然延展,也是人工智能为突破下一个重大瓶颈的大胆尝试,其学术意义怎么估计都不会过高。但几次会听下来,感觉即使是准备做这件事的人,对“类脑计算”的理解也不尽一致。如果说对“类脑计算”的理解停留在像有些学者主张的那样,仅模拟静态拓扑不模拟动

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认知中的默认网络:拓扑学视角

摘要:默认网络(DMN)是一组广泛分布于顶叶、颞叶和额叶皮层的大脑区域。这些区域通常在需要集中注意力的任务中表现出活动减少,但在多种形式的复杂认知中活动增加,其中许多与记忆或抽象思维有关。在大脑皮层内,DMN位于距离感觉和运动系统最远的区域。在这里,我们考虑如何利用我们对DMN的拓扑特征的知识,更好地理解该网络如何有助于认知和行为。 1 . 映射默认网络 虽然DMN最初是通过测量其在任务中的活性来识别的(图1b),但通过研究其静止时的内在活性来绘制其结构已经取得了重要进展(图1a)。例如,研究评估了大脑区域的功能连通性(一种基于大脑不同区域的神经活动之间的时间相关性计算的度量),表明DMN区域在休息时显示协调的时间活动,这是现在已知的大规模网络的定义特征。 研究人员还能够利用静息活动的测量来进一步分解DMN(图1c,d)。通过对不同个体进行平均的分析,即群体水平分析,表明DMN被分为三个子系统:一个固定在外侧颞区、背侧前额叶区和顶叶区(称为背侧内侧子系统),第二组集中于内侧颞叶和外侧顶叶皮层(称为内侧颞叶子系统),第三组被描述为参与中线顶叶和额叶区域(称为核心子系统)(图1c)。这些不同的子系统和不同类型的功能之间的映射已经在文献中提出(见下文关于DMN在高阶思想中的作用的讨论)。最近,对个体在休息和任务期间的深入分析提供了一个不同的视角。这些对单个个体的高分辨率研究表明DMN由两个独立并置的子网组成(图1d)。与上面描述的空间上不同的子系统不同,这两个子网络广泛分布,每个子网络包含大致相同的区域集,但组织成复杂的交错排列。 有人认为,这种在皮层区域的交错允许时间和空间信息的整合,这表明这种细粒度结构的发现可能为DMN有助于认知的机制提供线索。这些不同的DMN映射方式如何相互关联目前是一个悬而未决的问题。 还研究了DMN和其他神经系统之间的关系。研究表明,在任务期间与DMN相反的显示出大脑活动模式的区域(例如,随着任务的需要而增加活动)也显示出与休息时DMN区域的相关性相对降低的模式。 然而,最近采用多变量方法绘制神经功能的研究证实,DMN区域内的神经活动(如PMC)包含与不同系统(包括DMN以外的系统)的神经功能相关的信号。这些观察结果表明,DMN不仅形成了一个有凝聚力的网络,还可以代表在其他皮层系统中发生的大脑活动,这些活动代表了来自其他神经网络内的活动,通常被称为回声。因此,这些研究确定了DMN的活动也可以提供关于任务积极系统活动的信息,这一模式与经典观点不一致,即DMN本质上与涉及外部目标导向思维的区域隔离。 这一关于大脑功能的更复杂的观点已经通过应用一类与主成分分析相关联的皮层分解技术,以测量大脑活动和连通性而得以正式化。 这些方法生成了一系列大脑活动在大脑皮层分布的低维表示,每一种都描述了观察到的静止时大脑活动变化的独特模式。这些通常称为连通性梯度,并基于数据矩阵中的协方差模式。这些梯度根据初始数据中每个主成分所解释的方差的百分比(称为已解释方差)进行排序。 在每个梯度内,大脑区域的组织是基于他们观察到的活动模式彼此之间的相似性。在这些梯度中,聚集在一端的大脑区域随着时间的推移具有相似的活动波动,并且总体上与维度另一端的区域组表现出较少的相似性(它们在时间进程上也相似)。在一项将该技术应用于静息大脑活动的研究中,发现三个连接梯度中有两个涉及DMN(图1e,f),这三个连接梯度解释了活动的最大差异,因此是关于皮层神经功能组织的最丰富信息。第一个梯度(解释了最大的差异)表明DMN与单峰皮层区域的差异最大,即视觉、听觉、躯体感觉和运动皮层占据这一维度的一端,而DMN占据另一端。相比之下,在第三个梯度中(根据解释的差异),DMN的区域占据维度的一端,额顶叶网络占据另一端,该网络被认为是协调外部任务状态的。因此,对连接性梯度的分析表明,将DMN的内在活动定性为主要与任务正性系统的活动隔离或对抗,并不能提供其行为的完整表征。相反,正如我们下面将要讨论的,DMN的内在行为包含多种操作模式,其中一些与外部任务相关,而另一些则不相关。

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