Learning better with Dale’s Law: A Spectral Perspective
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Most recurrent neural networks (RNNs) do not include a fundamental constraint of real neural circuits: Dale’s Law, which implies that neurons must be excitatory (E) or inhibitory (I). Dale’s Law is generally absent from RNNs because simply partitioning a standard network’s units into E and I populations impairs learning. However, here we extend a recent feedforward bio-inspired EI network architecture, named Dale’s ANNs, to recurrent networks, and demonstrate that good performance is possible while respecting Dale’s Law. This begs the question: What makes some forms of EI network learn poorly and others learn well? And, why does the simple approach of incorporating Dale’s Law impair learning? Historically the answer was thought to be the sign constraints on EI network parameters, and this was a motivation behind Dale’s ANNs. However, here we show the spectral properties of the recurrent weight matrix at initialisation are more impactful on network performance than sign constraints. We find that simple EI partitioning results in a singular value distribution that is multimodal and dispersed, whereas standard RNNs have an unimodal, more clustered singular value distribution, as do recurrent Dale’s ANNs. We also show that the spectral properties and performance of partitioned EI networks are worse for small networks with fewer I units, and we present normalised SVD entropy as a measure of spectrum pathology that correlates with performance. Overall, this work sheds light on a long-standing mystery in neuroscience-inspired AI and computational neuroscience, paving the way for greater alignment between neural networks and biology.
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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 | 0,002 | 0,014 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,003 |
| Communication savante | 0,002 | 0,006 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».