In real life, success is often contingent upon multiple critical steps that are distant in time from each other and from the final reward. These critical steps are challenging to identify with traditional reinforcement learning (RL) methods that rely on the Bellman equation for credit assignment. Here, we present a new RL algorithm that uses offline contrastive learning to hone in on critical steps. This algorithm, which we call contrastive introspection (ConSpec), can be added to any existing RL algorithm. ConSpec learns a set of prototypes for the critical steps in a task by a novel contrastive loss and delivers an intrinsic reward when the current state matches one of these prototypes. The prototypes in ConSpec provide two key benefits for credit assignment: (1) They enable rapid identification of all the critical steps. (2) They do so in a readily interpretable manner, enabling out-of-distribution generalization when sensory features are altered. Distinct from other contemporary RL approaches to credit assignment, ConSpec takes advantage of the fact that it is easier to retrospectively identify the small set of steps that success is contingent upon than it is to prospectively predict reward at every step taken in the environment. Altogether, ConSpec improves learning in a diverse set of RL tasks, including both those with explicit, discrete critical steps and those with complex, continuous critical steps.


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