人工智能领域一直以来都存在着一个”弱监督学习”的问题,即在训练数据中,只有部分标记是可观测的,而其余的标记则是未知的。多实例学习(Multiple Instance Learning,简称MIL)就是解决这一问题的一种范式。在MIL中,训练数据被分组为若干”袋”(bag),每个袋包含多个实例(instance)。我们只能观测到每个袋的标记,而无法获知每个实例的具体标记。MIL的目标是基于袋的标记,预测新袋及其包含实例的标记。 MIL范式在诸多科学领域得到了广泛应用,尤其在医学影像领域表现卓著。此文关注的是一个实际的医学问题——颅内出血(ICH)检测。在这一问题中,一个CT扫描被视为一个袋,而扫描的每个切片则是一个实例。如果至少有一个切片显示出血证据,那么整个扫描就被标记为阳性(患病);否则为...
传统的表征学习方法通常是设计固定的基函数架构,以达到正交性、稀疏性等期望的性质。而深度强化学习的理念则是,设计者不应编码表征的性质,而是让数据流决定表征的性质,使良好的表征在适当的训练方案下自发涌现。 这项研究探讨了通过深度强化学习系统学习的表征(representation)的性质。此研究将这两种观点结合,通过实证分析,探讨了在强化学习中能够促进迁移的表征所具有的性质。作者提出并测量了六种表征性质,在25000多个代理任务设置中进行了研究。他们使用了带有不同辅助损失的深度Q学习代理,在基于像素的导航环境中进行实验,其中源任务和迁移任务对应于不同的目标位置。 研究人员开发了一种方法,通过系统地变化任务相似性并测量与迁移性能相关的表征性质,从而更好地理解为什么某些表征更适合迁移。他们还证明了该...
在模型驱动的故障诊断中,能够识别出导致系统异常的关键观测数据是十分有价值的。本文介绍了一种识别关键观测数据的框架和算法。该框架通过将原始观测数据抽象为”子观测”,来确定哪些观测对诊断结果至关重要。一个”关键子观测”被定义为在最大程度上抽象化后,仍能导出与原始观测相同的最小诊断集。 该研究由澳大利亚的Cody James Christopher和法国的Alban Grastien两位作者合作完成,分别来自澳大利亚科学与工业研究组织数据61中心和法国原子能与替代能源委员会。他们的工作发表于2024年的人工智能期刊上。 研究人员首先阐述了模型驱动诊断的基本框架和概念。该框架包括系统模型、观测数据和诊断假设空间三个主要部分。系统模型描述了系统的所有可能行为;观测是对实际系统行为的感知,可能来源于传感...
随着图结构数据在诸多领域的广泛应用,图神经网络(GNN)作为分析图数据的有力工具备受关注。然而,现有GNN在学习节点表示时,主要依赖于邻居节点的相似性信息,忽视了节点间差异性的潜力。近期,一项新颖的”极化消息传递”(Polarized message-passing, PMP)范式应运而生,为GNN设计注入了全新理念。 研究背景:传统GNN通过聚合邻居节点的特征来学习目标节点的表示,但仅考虑了节点间的相似性,未能充分利用节点差异性所蕴含的丰富信息。实际上,现实世界的图数据中普遍存在”友谊悖论”、”影响不平衡”等现象,反映出图中节点的独特性质。有鉴于此,本研究提出PMP范式,旨在同时捕获节点间相似性和差异性的双重信息,借此提升GNN的表示学习能力。 研究机构:本项研究由来自新加坡科技研究局、香...
果蝇视觉系统中色相选择性的电路机制 色彩感知是视觉体验中的一个关键方面,对于生物个体与外界环境的互动起着重要作用。对于人类等三种感光细胞型的灵长类动物,已发现视皮层存在对特定色相(如青色、蓝绿色和橙色)以及非光谱色(如紫色和洋红色)有选择性响应的神经元。然而,这种色相选择性响应的神经环路基础一直未被阐明。 在最新发表于《自然神经科学》的研究中,哥伦比亚大学的Rudy Behnia课题组利用果蝇这一遗传操作便利的模式生物,发现其视觉系统中存在色相选择性神经元,并揭示了产生这种色相选择性响应的神经环路机制。该研究结果为深入理解色彩感知的神经基础提供了新的见解。 研究人员首先利用两光子钙成像技术,测量了果蝇视觉系统中几种关键神经元对各种光谱和非光谱色光刺激的响应。他们发现,传递色彩信息的突触中继投...
本篇论文报道了关于斑鸭在大规模神经元扰动后如何恢复其复杂学习行为的研究。研究人员利用基因手段选择性地扰动斑鸭中产生鸣唱序列的关键脑区HVC(hyperpallium ventralis)中投射神经元的活动,导致鸣唱严重降解。令人惊讶的是,即使在被阻止鸣唱一段时间后,斑鸭也能在2周内完全恢复其原有鸣唱。 作者及论文来源:本研究由来自加州理工学院的Bo Wang、Zsofia Torok、Alison Duffy、David G. Bell、Shelyn Wongso、Tarciso A. F. Velho、Adrienne L. Fairhall和Carlos Lois共同完成。该论文于2024年发表在Nature Neuroscience杂志上。 研究工作流程: a)首先,作者利用慢病毒载体...
大脑清除机制在睡眠和麻醉状态下受到抑制 背景介绍 清除大脑中的代谢废物和有毒物质是维持神经系统健康的关键过程。然而,这一过程的具体机制一直存在争议。一种被广泛讨论的观点认为,睡眠状态能促进所谓”淋巴液系统”(glymphatic system)的工作,从而加强大脑中的清除过程。一些研究者甚至提出,长期睡眠不足可能会导致淋巴液系统功能受损,加重如阿尔茨海默病等神经退行性疾病。麻醉药物在一定剂量下也被认为能够增强大脑的清除功能。但这一理论仍然存在一些质疑。 论文来源 本研究由英国帝国理工学院的尼古拉斯·弗兰克斯(Nicholas P. Franks)教授和威廉·威斯登(William Wisden)教授领导,于2024年发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上。 研...
强迫症行为一直与纹状体的过度活跃有关。纹状体中的钙结合蛋白阳性(即帕尔卡萨利)的GABA能神经元(PVIs)在调节纹状体活性和抑制不适当的主动行为中发挥着关键作作用。为了探究纹状体PVIs在调控强迫症行为中的潜在作用,研究人员评估了Sapap3基因缺陷小鼠(Sapap3-KO)的过度自嗜行为(作为评价类强迫行为的行为学指标)。 研究背景: 强迫行为是各种神经精神疾病(如强迫症)的核心症状,越来越多的证据表明,它与皮质纹状体环路功能异常有关。既往研究发现,强迫症患者和表现出病理性重复行为的动物模型中,纹状体区域的PVIs密度降低。PVIs能够通过强大的反向抑制作用调节纹状体中的投射神经元活性,因此被认为在调控行为输出中发挥着重要作用。然而,PVIs与强迫症行为之间的因果关系尚未阐明。 论文来源...
这篇论文报告了一项关于中脑多巴胺神经元自身刺激(intracranial self-stimulation, ICSS)的认知表征的研究。作者试图解答为什么大鼠会努力工作去获得ICSS,即多巴胺神经元的脉冲激活是如何在大脑中表征的。 研究背景: 多巴胺神经元的脉冲激活信号通常被认为是奖赏预测误差,在学习过程中起教师信号作用。但如果这个信号本身并不带有价值表征,为什么大鼠会为获得这种信号而努力工作呢?之前的研究并未深入探讨ICSS的认知表征基础。 作者来源: 本研究由加州大学洛杉矶分校(UCLA)和新泽西州立大学合作完成,第一作者来自UCLA心理系,合作者来自新泽西州立大学。该研究发表在自然神经科学(Nature Neuroscience)杂志上。 研究流程: 1) 将啰草酰胺可控光操纵离子通...
一、研究背景及目的 下联合器(subcommissural organ, SCO)是位于脑室系统入口处的一种腺体结构,在人类和其他脊椎动物中均有分布,但其功能一直未被完全阐明。之前的研究提示SCO可能参与神经发育调控、脑脊液内环境维持等过程,但大多依赖体外细胞培养或器官移植等模型,而在活体动物水平对其功能研究较少。该研究旨在通过基因操作特异性消除小鼠SCO细胞,探索SCO在脑发育中的关键作用。 二、研究对象及方法 1. 通过转录组分析,篮选出在SCO中高度特异性表达的三个基因sspo、car3和spdef。 2. 利用这三个基因的启动子驱动Cre重组酶的表达,构建了spdef-cre、car3-cre、sspo-cre和sspo-creer四个小鼠修饰株系,能够特异性标记或消除SCO细胞。 ...