Neural networks with optimized single-neuron adaptation uncover biologically plausible regularization
Notice bibliographique
Résumé
Neurons in the brain have rich and adaptive input-output properties. Features such as heterogeneous f-I curves and spike frequency adaptation are known to place single neurons in optimal coding regimes when facing changing stimuli. Yet, it is still unclear how brain circuits exploit single-neuron flexibility, and how network-level requirements may have shaped such cellular function. To answer this question, a multi-scaled approach is needed where the computations of single neurons and neural circuits must be considered as a complete system. In this work, we use artificial neural networks to systematically investigate single-neuron input-output adaptive mechanisms, optimized in an end-to-end fashion. Throughout the optimization process, each neuron has the liberty to modify its nonlinear activation function parametrized to mimic f-I curves of biological neurons, either by learning an individual static function or via a learned and shared adaptation mechanism to modify activation functions in real-time during a task. We find that such adaptive networks show much-improved robustness to noise and changes in input statistics. Using tools from dynamical systems theory, we analyze the role of these emergent single-neuron properties and argue that neural diversity and adaptation play an active regularization role, enabling neural circuits to optimally propagate information across time. Finally, we outline similarities between these optimized solutions and known coding strategies found in biological neurons, such as gain scaling and fractional order differentiation/integration.
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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 | 0,002 |
| 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 ».