It is well known that artificial neural networks are vulnerable to adversarial examples, in which great efforts have been made to improve the robustness. However, such examples are usually imperceptible to humans, thus their effect on biological neural circuits is largely unknown. This paper will investigate the adversarial robustness in a simulated cerebellum, a well-studied supervised learning system in computational neuroscience. Specifically, we propose to study three unique characteristics revealed in the cerebellum: (i) network width; (ii) long-term depression on the parallel fiber-Purkinje cell synapses; (iii) sparse connectivity in the granule layer, and hypothesize that they will be beneficial for improving robustness. To the best of our knowledge, this is the first attempt to examine the adversarial robustness in simulated cerebellum models. We wish to remark that both of the positive and negative results are indeed meaningful -- if the answer is in the affirmative, engineering insights are gained from the biological model into designing more robust learning systems; otherwise, neuroscientists are encouraged to fool the biological system in experiments with adversarial attacks -- which makes the project especially suitable for a pre-registration study.


翻译:众所周知,人工神经网络容易受到对抗性的例子的影响,在这种例子中,已经作出了巨大的努力来改善强健性。然而,这些例子通常不为人类所觉察,因此对生物神经电路的影响基本上不为人所知。本文将调查模拟小脑神经科学中一种经过仔细研究的、有监督的计算性神经科学学习系统中的对抗性强健性。具体地说,我们提议研究小脑中揭示的三种独特的特征:(一) 网络宽度;(二) 平行的Purkinje细胞突触器的长期压抑;(三) 颗粒层的互连互通性稀少,以及它们有利于增强强健性的虚度。据我们所知,这是第一次尝试在模拟小脑神经科学模型中审查对抗性强健性。我们要指出,积极和消极的结果确实有意义 -- -- 如果答案是肯定的,则从生物模型中获取工程洞察到设计更强健的学习系统;否则,神经科学家会鼓励在试验中欺骗生物系统进行特别适合的对抗性攻击的实验。

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