The brain effortlessly solves blind source separation (BSS) problems, but the algorithm it uses remains elusive. In signal processing, linear BSS problems are often solved by Independent Component Analysis (ICA). To serve as a model of a biological circuit, the ICA neural network (NN) must satisfy at least the following requirements: 1. The algorithm must operate in the online setting where data samples are streamed one at a time, and the NN computes the sources on the fly without storing any significant fraction of the data in memory. 2. The synaptic weight update is local, i.e., it depends only on the biophysical variables present in the vicinity of a synapse. Here, we propose a novel objective function for ICA from which we derive a biologically plausible NN, including both the neural architecture and the synaptic learning rules. Interestingly, our algorithm relies on modulating synaptic plasticity by the total activity of the output neurons. In the brain, this could be accomplished by neuromodulators, extracellular calcium, local field potential, or nitric oxide.


翻译:大脑不费力地解决盲源分离问题,但是它所使用的算法仍然难以找到。在信号处理中,线性BSS问题通常通过独立组件分析(ICA)解决。为了作为生物电路的模型,ICA神经网络(NN)必须至少满足以下要求:1. 算法必须在在线环境中运行,即数据样本一次流,而NN在不存储记忆中任何相当一部分数据的情况下将源数计算在苍蝇上。 2. 合成重量更新是局部性的,也就是说,它只取决于在突触附近存在的生物物理变量。在这里,我们为ICA提出了一个新的目标功能,我们从中得出一个生物上可信的NNP,包括神经结构和合成学习规则。有趣的是,我们的算法依赖于通过输出神经的总活动调节合成合成的合成性塑料性。在大脑中,这可以由神经调制解器、外细胞钙、本地外体潜力或氮氧化物实现。

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