Existing machines are functionally specific tools that were made for easy prediction and control. Tomorrow's machines may be closer to biological systems in their mutability, resilience, and autonomy. But first they must be capable of sequentially learning, and retaining, new information without being exposed to it arbitrarily often. Past efforts to engineer such systems have sought to build or regulate artificial neural networks using disjoint sets of weights that are uniquely sensitive to specific tasks or inputs. This has not yet enabled continual learning over long sequences of previously unseen data without corrupting existing knowledge: a problem known as catastrophic forgetting. In this paper, we introduce a system that can learn sequentially over previously unseen datasets (ImageNet, CIFAR-100) with little forgetting over time. This is done by controlling the activity of weights in a convolutional neural network on the basis of inputs using top-down regulation generated by a second feed-forward neural network. We find that our method learns continually under domain transfer with sparse bursts of activity in weights that are recycled across tasks, rather than by maintaining task-specific modules. Sparse synaptic bursting is found to balance activity and suppression such that new functions can be learned without corrupting extant knowledge, thus mirroring the balance of order and disorder in systems at the edge of chaos. This behavior emerges during a prior pre-training (or 'meta-learning') phase in which regulated synapses are selectively disinhibited, or grown, from an initial state of uniform suppression through prediction error minimization.


翻译:现有机器是功能上的具体工具, 用于简单的预测和控制。 明天的机器可能更接近生物系统的变异性、 复原力和自主性。 但首先它们必须能够连续学习和保存新信息, 而不会经常被任意暴露于此。 过去设计这些系统的努力试图利用对特定任务或输入具有独特敏感性的自上而下调的权重来建立或规范人工神经网络。 这还无法在不腐蚀现有知识的情况下持续学习以往看不见数据的长期序列: 一个被称为灾难性遗忘的问题 。 在本文中, 我们引入了一个系统, 能够连续地学习先前不为人知的数据集( IMageNet, CIFAR- 100), 并且不会忘记时间上的记忆。 这是通过使用对特定任务或投入独特的权重系统产生的自上而下调调重力来控制进化神经网络中的权重活动。 我们发现, 我们的方法在域内不断学习, 其重重的活动很少连锁循环, 而不是通过维持特定任务模块。 扭曲的初始的崩溃性爆发过程, 也就是在前期逐渐变平的周期中, 。

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