This paper deals with differentiable dynamical models congruent with neural process theories in neuroscience that cast brain function as hierarchical filtering aiming at the refinement of an internal generative model explaining observations. Our work extends existing implementations of predictive coding with exact gradients and allows integration with deep neural networks for non-linear latent state parameterization. In contrast to Gradient Descent in combination with error backpropagation, such gradient based predictive coding optimises neural networks locally in each layer by optimising precision-weighted prediction errors that propagate from data towards latent states. Predictions flow backwards, from latent states towards lower layers. The model suggested here, GPC, uses exact gradients to learn hierarchical and dynamical predictions of lower latent states. Hierarchical predictions encode the perceived content and its structure. Dynamical predictions address changes in the encoded content. As a result, hierarchical and dynamical predictions address different aspects of the same latent states. Since changes in latent states are influenced by the content they represent and vice versa, both pathways interact and allow to encode representations of content-dynamics dependencies across spatio-temporal scales and even backwards in time. We apply GPC to various perception tasks on sequential data with adaptive sampling rates. We discuss possibilities to relax the assumption of linearly hierarchical model layout in favour of arbitrary graph structure. Finally, we sketch out ideas for efficient perception and planning in nested spatio-temporal hierarchies and discuss the connection to Markov Blankets in the brain.
翻译:本文涉及与神经科学神经学神经过程理论相匹配的不同动态模型,这些模型使大脑功能成为等级过滤器,旨在完善内部基因化模型解释观察。我们的工作扩展了以精确梯度计算的预测编码的现有实施范围,并允许与深神经网络结合,用于非线性潜伏状态参数化。与梯度源结合,与错误反射,不同之处是,这种基于梯度的预测cotical cotics 神经网络,优化从数据传播到潜伏状态的精确加权预测错误;预测向后流动,从潜伏状态向下层流动;预测向后流动,从潜伏状态向下层流动。本模型建议采用精确梯度,以学习低潜伏状态的等级和动态预测,并允许与深层神经系统化的预测进行整合;动态预测涉及编码内容的变化。结果是,基于等级和动态预测的预测,针对同一潜伏状态的不同方面。因为潜伏状态的变化受到它们所代表的内容和反向方向的精确度预测的影响,途径相互作用,并允许将内容-动态结构结构-结构结构结构结构结构结构的对比,我们依次、顺序、顺序、顺序分析、顺序分析、顺序分析、方向、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、选择、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、选择、方向分析、方向分析、方向、方向、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、选择、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、方向分析、