Attack and defence in cellular decision-making: lessons from machine learning
Notice bibliographique
Résumé
Machine learning algorithms can be fooled by small well-designed adversarial perturbations. This is reminiscent of cellular decision-making where ligands (called antagonists) prevent correct signalling, like in early immune recognition. We draw a formal analogy between neural networks used in machine learning and models of cellular decision-making (adaptive proofreading). We apply attacks from machine learning to simple decision-making models, and show explicitly the correspondence to antagonism by weakly bound ligands. Such antagonism is absent in more nonlinear models, which inspired us to implement a biomimetic defence in neural networks filtering out adversarial perturbations. We then apply a gradient-descent approach from machine learning to different cellular decision-making models, and we reveal the existence of two regimes characterized by the presence or absence of a critical point for the gradient. This critical point causes the strongest antagonists to lie close to the decision boundary. This is validated in the loss landscapes of robust neural networks and cellular decision-making models, and observed experimentally for immune cells. For both regimes, we explain how associated defence mechanisms shape the geometry of the loss landscape, and why different adversarial attacks are effective in different regimes. Our work connects evolved cellular decision-making to machine learning, and motivates the design of a general theory of adversarial perturbations, both for in vivo and in silico systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,005 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».