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Enregistrement W4307825689 · doi:10.1101/2022.10.28.514169

Modelling the role of contour integration in visual inference

2022· preprint· en· W4307825689 sur OpenAlexaff
Salman Khan, Alexander Wong, Bryan Tripp

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2022
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueVisual perception and processing mechanisms
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésArtificial intelligenceComputer scienceTask (project management)Visual cortexArtificial neural networkPattern recognition (psychology)Visual perceptionPerceptionInferenceVisual processingComputer visionPsychologyNeuroscience

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Under difficult viewing conditions, the brain’s visual system uses a variety of recurrent modulatory mechanisms to augment feed-forward processing. One resulting phenomenon is contour integration, which occurs in the primary visual (V1) cortex and strengthens neural responses to edges if they belong to a larger smooth contour. Computational models have contributed to an understanding of the circuit mechanisms of contour integration, but less is known about its role in visual perception. To address this gap, we embedded a biologically grounded model of contour integration in a task-driven artificial neural network, and trained it using a gradient-descent variant. We used this model to explore how brain-like contour integration may be optimized for high-level visual objectives as well as its potential roles in perception. When the model was trained to detect contours in a background of random edges, a task commonly used to examine contour integration in the brain, it closely mirrored the brain in terms of behavior, neural responses, and lateral connection patterns. When trained on natural images, the model enhanced weaker contours and distinguished whether two points lay on the same vs. different contours. The model learnt robust features that generalized well to out-of-training-distribution stimuli. Surprisingly, and in contrast with the synthetic task, a parameter-matched control network without recurrence performed the same or better than the model on the natural-image tasks. Thus a contour integration mechanism is not essential to perform these more naturalistic contour-related tasks. Finally, the best performance in all tasks was achieved by a modified contour integration model that did not distinguish between excitatory and inhibitory neurons. Author summary Deep networks are machine-learning systems that consist of interconnected neuron-like elements. More than other kinds of artificial system, they rival human information processing in a variety of tasks. These structural and functional parallels have raised interest in using deep networks as simplified models of the brain, to better understand of brain function. For example, incorporating additional biological phenomena into deep networks may help to clarify how they affect brain function. In this direction, we adapted a deep network to incorporate a model of visual contour integration, a process in the brain that makes contours appear more visually prominent. We found that suitable training led this model to behave much like the corresponding brain circuits. We then investigated potential roles of the contour integration mechanism in processing of natural images, an important question that has been difficult to answer. The results were not straightforward. For example, the contour integration mechanism actually impaired the network’s ability to tell whether two points lay on the same contour or not, but improved the network’s ability to generalize this skill to a different group of images. Overall, this approach has raised more sophisticated questions about the role of contour integration in natural vision.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,009

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,044
Tête enseignante GPT0,290
Écart entre enseignants0,246 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
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