Discovering the neural mechanisms underpinning cognition is one of the grand challenges of neuroscience. However, previous approaches for building models of RNN dynamics that explain behaviour required iterative refinement of architectures and/or optimisation objectives, resulting in a piecemeal, and mostly heuristic, human-in-the-loop process. Here, we offer an alternative approach that automates the discovery of viable RNN mechanisms by explicitly training RNNs to reproduce behaviour, including the same characteristic errors and suboptimalities, that humans and animals produce in a cognitive task. Achieving this required two main innovations. First, as the amount of behavioural data that can be collected in experiments is often too limited to train RNNs, we use a non-parametric generative model of behavioural responses to produce surrogate data for training RNNs. Second, to capture all relevant statistical aspects of the data, we developed a novel diffusion model-based approach for training RNNs. To showcase the potential of our approach, we chose a visual working memory task as our test-bed, as behaviour in this task is well known to produce response distributions that are patently multimodal (due to swap errors). The resulting network dynamics correctly qualitative features of macaque neural data. Importantly, these results were not possible to obtain with more traditional approaches, i.e., when only a limited set of behavioural signatures (rather than the full richness of behavioural response distributions) were fitted, or when RNNs were trained for task optimality (instead of reproducing behaviour). Our approach also yields novel predictions about the mechanism of swap errors, which can be readily tested in experiments. These results suggest that fitting RNNs to rich patterns of behaviour provides a powerful way to automatically discover mechanisms of important cognitive functions.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Cognition:Cognition:International Journal of Cognitive Science Explanation:认知:国际认知科学杂志。 Publisher:Elsevier。 SIT: http://www.journals.elsevier.com/cognition/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员