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Enregistrement W6946211894 · doi:10.34734/fzj-2023-02199

Dimensionality reduction with normalizing flows

2022· article· en· W6946211894 sur OpenAlexaff

Notice bibliographique

RevueJuSER Publikationsportal · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDimensionality reductionArtificial neural networkEstimatorCurse of dimensionalityPrincipal component analysisAffine transformationInvertible matrixPattern recognition (psychology)Manifold (fluid mechanics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Despite the large number of active neurons in the cortex, for various brain regions, the activity of neural populations is expected to live on a low-dimensional manifold [1]. Among the most common tools to estimate the mapping to this manifold, along with its dimension, are many variants of principal component analysis [2]. Despite their apparent success, these procedures have the disadvantage that they assume only linear correlations and that their performance, when used as a generative model, is poor.To be able to fully learn the statistics of neural activity and to generate artificial samples, we make use of normalizing flows (NFs) [3, 4, 5]. These neural networks learn a dimension-preserving estimator of the data probability distribution. They are outstanding in comparison to generative adversarial networks (GANs) and variational autoencoders (VAEs) for their simplicity ‒ only one invertible network is learned ‒ and for their exact estimation of the likelihood due to tractable Jacobians at each building block.We aim to modify NFs such that they can discriminate relevant (in manifold) from noise (out of manifold) dimensions. To this end, we penalize the participation of each single latent variable in the reconstruction of the data through the inverse mapping (following a different reasoning than [6]). We can thus not only give an estimate of the dimensionality of the activity sub-space but also describe the underlying manifold without the need to discard any information.We prove the validity of our modification on controlled data sets of different complexity. We emphasize, in particular, differences between affine and additive coupling layers in normalizing flows [7], and show that the former lead to pathologies when the data topology is non-trivial, or when the data set is composed of classes with different volumes. We further illustrate the power of our modified NFs by reconstructing data using only a few dimensions.We finally apply this technique to identify manifolds in EEG recordings from a dataset showing high gamma activity (described in [8]), obtained from 128 electrodes during four different movement tasks.AcknowledgementsThis project is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) - 368482240/GRK2416; and by the German Federal Ministry for Education and Research (BMBF Grant 01IS19077A to Jülich).References [1] Gao, P., Trautmann, E., Yu, B., Santhanam, G., Ryu, S., Shenoy, K., & Ganguli, S. (2017). A theory of multineuronal dimensionality, dynamics and measurement. BioRxiv, 214262., 10.1101/214262 [2] Gallego, J. A., Perich, M. G., Miller, L. E., & Solla, S. A. (2017). Neural manifolds for the control of movement. Neuron, 94(5), 978-984., 10.1016/j.neuron.2017.05.025 [3] Dinh, L., Krueger, D., & Bengio, Y. (2014). Nice: Non-linear independent components estimation. arXiv preprint arXiv:1410.8516., 10.48550/arXiv.1410.8516 [4] Dinh, L., Sohl-Dickstein, J., & Bengio, S. (2016). Density estimation using real nvp. arXiv preprint arXiv:1605.08803., 10.48550/arXiv.1605.08803 [5] Kingma, D. P., & Dhariwal, P. (2018). Glow: Generative flow with invertible 1x1 convolutions. Advances in neural information processing systems, 31. [6] Cunningham, E., Cobb, A., & Jha, S. (2022). Principal manifold flows. arXiv preprint arXiv:2202.07037., 10.48550/arXiv.2202.07037 [7] Behrmann, J., Vicol, P., Wang, K. C., Grosse, R., & Jacobsen, J. H. (2021). Understanding and mitigating exploding inverses in invertible neural networks. In International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (pp. 1792-1800). PMLR. [8] Schirrmeister, R. T., Springenberg, J. T., Fiederer, L. D. J., Glasstetter, M., Eggensperger, K., Tangermann, M., ... & Ball, T. (2017). Deep learning with convolutional neural networks for EEG decoding and visualization. Human brain mapping, 38(11), 5391-5420., 10.1002/hbm.23730

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesÉtudes des sciences et des technologies
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,493
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0020,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
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 Opus0,034
Tête enseignante GPT0,243
Écart entre enseignants0,209 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSans objet
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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