Lifelong learning and adaptability are two defining aspects of biological agents. Modern reinforcement learning (RL) approaches have shown significant progress in solving complex tasks, however once training is concluded, the found solutions are typically static and incapable of adapting to new information or perturbations. While it is still not completely understood how biological brains learn and adapt so efficiently from experience, it is believed that synaptic plasticity plays a prominent role in this process. Inspired by this biological mechanism, we propose a search method that, instead of optimizing the weight parameters of neural networks directly, only searches for synapse-specific Hebbian learning rules that allow the network to continuously self-organize its weights during the lifetime of the agent. We demonstrate our approach on several reinforcement learning tasks with different sensory modalities and more than 450K trainable plasticity parameters. We find that starting from completely random weights, the discovered Hebbian rules enable an agent to navigate a dynamical 2D-pixel environment; likewise they allow a simulated 3D quadrupedal robot to learn how to walk while adapting to morphological damage not seen during training and in the absence of any explicit reward or error signal in less than 100 timesteps. Code is available at https://github.com/enajx/HebbianMetaLearning.


翻译:终身学习和适应能力是生物剂的两个决定性方面。现代强化学习(RL)方法在解决复杂任务方面显示出了显著的进展,然而,一旦培训结束,发现的解决办法通常是静态的,无法适应新的信息或扰动。虽然生物大脑如何从经验中如此有效地学习和适应,人们仍然不完全了解生物大脑是如何从经验中学习和适应的,但相信合成塑料在这一过程中起着突出的作用。我们建议一种搜索方法,这种方法不是直接优化神经网络的重量参数,而只是寻找突触特定的赫比亚学习规则,使网络能够在代理人的一生中不断将重量自我组织起来。我们展示了我们在若干强化学习任务上采用的方法,其感官方式不同,而且超过450K可训练的可塑性参数。我们发现,从完全随机的重量开始,所发现的赫比亚规则使得一个代理人能够驾载动态的 2D-像素环境;同样,它们允许模拟的3D四重机器人在适应变形损害的同时学会如何走路,而不会在训练期间看到,并且没有在100年的ASEM/M的明显标记错误。

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