Dynamical latent variable modeling has been significantly invested over the last couple of decades with established solutions encompassing generative processes like the state-space model (SSM) and discriminative processes like a recurrent or a deep neural network (DNN). These solutions are powerful tools with promising results; however, surprisingly they were never put together in a unified model to analyze complex multivariate time-series data. A very recent modeling approach, called the direct discriminative decoder (DDD) model, proposes a principal solution to combine SMM and DNN models, with promising results in decoding underlying latent processes, e.g. rat movement trajectory, through high-dimensional neural recordings. The DDD consists of a) a state transition process, as per the classical dynamical models, and b) a discriminative process, like DNN, in which the conditional distribution of states is defined as a function of the current observations and their recent history. Despite promising results of the DDD model, no training solutions, in the context of DNN, have been utilized for this model. Here, we propose how DNN parameters along with an optimal history term can be simultaneously estimated as a part of the DDD model. We use the D4 abbreviation for a DDD with a DNN as its discriminative process. We showed the D4 decoding performance in both simulation and (relatively) high-dimensional neural data. In both datasets, D4 performance surpasses the state-of-art decoding solutions, including those of SSM and DNNs. The key success of DDD and potentially D4 is efficient utilization of the recent history of observation along with the state-process that carries long-term information, which is not addressed in either SSM or DNN solutions. We argue that D4 can be a powerful tool for the analysis of high-dimensional time-series data.


翻译:在过去几十年中,对动态潜伏变量模型进行了大量投资,在过去几十年中,对动态动态模型(SSSM)和DNN模型(DD)等已有的解决方案进行了大量投资,这些解决方案包括州空间模型(SSSM)等基因化进程以及反复或深层神经网络(DNN)等歧视进程。这些解决方案是强有力的工具,有希望的结果;然而,令人惊讶的是,它们从来没有被放在一个统一的模型中,用于分析复杂的多变时间序列数据。最近的一种叫DDDD模型(DDDD)模型(DDDD)模型(DDDD)模型,DNN模型(DD)模型(DD)模型(DDD)模型(DDD)模型(DDD模型)中,DN4模型(DDD模型(D)数据(DDD)数据(DDD)数据(DDD)数据(DD(DDD)数据(DDD)数据(DDDD数据(DDD)的运行过程,我们提议DDDD(DDDDD)数据(DDDD)数据(D(D)的运行数据,数据(DDDDDDD)的运行数据,数据(DDDDDDDDM)的运行数据,数据(DDDDDDDDDD)的运行数据,数据)的运行数据(DDDDD)的运行数据,数据,数据,数据)的运行数据(DDDDDDDDD(DDDDD(DD(D),数据,数据,数据,数据)的运行数据,数据,数据)的运行数据)的运行数据(D(D(D(D(D)的运行)的运行)的运行数据,数据,数据)的运行)的运行)的运行)的运行)的运行)的运行数据(DDDDDDDDDDDDDDD(DDDDDDD(D(D(D(D(D(DDD)))的运行)))))的运行)的运行)的运行)和D(D(D(D(D(D(DD(D(DDD))的运行)

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