Models of sensory processing and learning in the cortex need to efficiently assign credit to synapses in all areas. In deep learning, a known solution is error backpropagation, which however requires biologically implausible weight transport from feed-forward to feedback paths. We introduce Phaseless Alignment Learning (PAL), a bio-plausible method to learn efficient feedback weights in layered cortical hierarchies. This is achieved by exploiting the noise naturally found in biophysical systems as an additional carrier of information. In our dynamical system, all weights are learned simultaneously with always-on plasticity and using only information locally available to the synapses. Our method is completely phase-free (no forward and backward passes or phased learning) and allows for efficient error propagation across multi-layer cortical hierarchies, while maintaining biologically plausible signal transport and learning. Our method is applicable to a wide class of models and improves on previously known biologically plausible ways of credit assignment: compared to random synaptic feedback, it can solve complex tasks with less neurons and learn more useful latent representations. We demonstrate this on various classification tasks using a cortical microcircuit model with prospective coding.


翻译:皮层的感官处理和学习模型需要高效率地为所有领域的突触分配信用。 在深层学习中,已知的解决方案是错误反向调整,但需要从进料前向到反馈路径的生物不易想象重量迁移。我们引入了无分层协调学习(PAL),这是一种生物可复制的方法,用于学习分层皮层层层结构中有效的反馈权重。这是通过利用生物物理系统中自然发现的噪音作为额外的信息载体来实现的。在我们动态系统中,所有重量都是与恒定的可塑性同时学习的,并且只使用本地的突触器所能获得的信息。我们的方法是完全无阶段性的(没有前向和后向过往或分阶段学习),并允许跨多层皮层分层结构有效传播错误,同时保持生物上可信的信号传输和学习。我们的方法适用于一系列广泛的模型,并改进先前已知的生物上可信的信用分配方式:与随机合成反馈相比,它可以解决复杂的任务,并且只使用不那么神经性的微模型,并且学习更有用的潜在图象。我们在各种分类任务上展示了一种未来的视觉。

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