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可逆广义同步:神经系统内隐学习的假定机制。 (英语) Zbl 1440.92006年

摘要:尽管生物和人工神经系统之间存在显著差异,但一个基本的相似之处是,它们本质上是动力系统,可以学习模仿控制方程未知的其他动力系统。大脑能够通过经验学习物理世界的动态本质;类似地,水库计算网络(RCN)等人工神经系统可以从数据中学习复杂动力系统的长期行为。最近的研究表明,RCN中这种学习的机制是可逆广义同步(IGS)。然而,IGS是否也是生物系统中的学习机制尚不清楚。为了阐明这个问题,我们从人脑的特点中得到启发,提出了一个利用IGS的通用的、生物学上可行的学习框架。为了评估该框架的相关性,我们构建了几个不同的神经网络模型作为该框架的实例化。无论这些神经网络模型有何特殊性,它们都可以通过调节突触强度的生物学上可行的适应规则,始终如一地学习模拟其他动力学过程。此外,我们观察并从理论上解释了四种让人联想到认知功能的不同现象的自发出现:(i)学习多重动力学;(ii)在多个动力系统的模拟之间进行切换,无论是自发的还是由外部线索驱动的;(iii)从不完整的观察结果中填写缺失的变量;以及(iv)破译来自不同动力系统的叠加输入。总的来说,我们的发现支持这样的观点,即生物神经网络可以通过IGS机制学习其环境的动态性质。
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