Can neurogenesis act as a neural regularizer?
Notice bibliographique
Résumé
Abstract New neurons are continuously generated in the subgranular zone of the dentate gyrus throughout adulthood. These new neurons gradually integrate into hippocampal circuits, forming new naïve synapses. Viewed from this perspective, these new neurons may represent a significant source of ‘wiring’ noise in hippocampal networks. In machine learning, such noise injection is commonly used as a regularization technique. Regularization techniques help prevent overfitting training data, and allow models to generalize learning to new, unseen data. Using a computational modeling approach, here we ask whether a neurogenesis-like process similarly acts as a regularizer, facilitating generalization in a category learning task. In a convolutional neural network (CNN) trained on the CIFAR-10 object recognition dataset, we modeled neurogenesis as a replacement/turnover mechanism, where weights for a randomly chosen small subset of neurons in a chosen hidden layer were re-initialized to new values as the model learned to categorize 10 different classes of objects. We found that neurogenesis enhanced generalization on unseen test data compared to networks with no neurogenesis. Moreover, neurogenic networks either outperformed or performed similarly to networks with conventional noise injection (i.e., dropout, weight decay, and neural noise). These results suggest that neurogenesis can enhance generalization in hippocampal learning through noise-injection, expanding on the roles that neurogenesis may have in cognition. Author Summary In deep neural networks, various forms of noise injection are used as regularization techniques to prevent overfitting and promote generalization on unseen test data. Here, we were interested in whether adult neurogenesis– the lifelong production of new neurons in the hippocampus– might similarly function as a regularizer in the brain. We explored this question computationally, assessing whether implementing a neurogenesis-like process in a hidden layer within a convolutional neural network trained in a category learning task would prevent overfitting and promote generalization. We found that neurogenesis regularization was as least as effective as, or more effective than, conventional regularizers (i.e., dropout, weight decay and neural noise) in improving model performance. These results suggest that optimal levels of hippocampal neurogenesis may improve memory-guided decision making by preventing overfitting, thereby promoting the formation of more generalized memories that can be applied in a broader range of circumstances. We outline how these predictions may be evaluated behaviorally in rodents with altered hippocampal neurogenesis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».