An exact mathematical description of computation with transient spatiotemporal dynamics in a complex-valued neural network
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Notice bibliographique
Résumé
Abstract Networks throughout physics and biology leverage spatiotemporal dynamics for computation. However, the connection between structure and computation remains unclear. Here, we study a complex-valued neural network (cv-NN) with linear interactions and phase-delays. We report the cv-NN displays sophisticated spatiotemporal dynamics, which we then use, in combination with a nonlinear readout, for computation. The cv-NN can instantiate dynamics-based logic gates, encode short-term memories, and mediate secure message passing through a combination of interactions and phase-delays. The computations in this system can be fully described in an exact, closed-form mathematical expression. Finally, using direct intracellular recordings of neurons in slices from neocortex, we demonstrate that computations in the cv-NN are decodable by living biological neurons as the nonlinear readout. These results demonstrate that complex-valued linear systems can perform sophisticated computations, while also being exactly solvable. Taken together, these results open future avenues for design of highly adaptable, bio-hybrid computing systems that can interface seamlessly with other neural networks.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 découle