An important open question in computational neuroscience is how various spatially tuned neurons, such as place cells, are used to support the learning of reward-seeking behavior of an animal. Existing computational models either lack biological plausibility or fall short of behavioral flexibility when environments change. In this paper, we propose a computational theory that achieves behavioral flexibility with better biological plausibility. We first train a mixture of Gaussian distributions to model the ensemble of firing fields of place cells. Then we propose a Hebbian-like rule to learn the synaptic strength matrix among place cells. This matrix is interpreted as the transition rate matrix of a continuous time Markov chain to generate the sequential replay of place cells. During replay, the synaptic strengths from place cells to medium spiny neurons (MSN) are learned by a temporal-difference like rule to store place-reward associations. After replay, the activation of MSN will ramp up when an animal approaches the rewarding place, so the animal can move along the direction where the MSN activation is increasing to find the rewarding place. We implement our theory into a high-fidelity virtual rat in the MuJoCo physics simulator. In a complex maze, the rat shows significantly better learning efficiency and behavioral flexibility than a rat that implements a neuroscience-inspired reinforcement learning algorithm, deep Q-network.


翻译:在计算神经科学中,一个重要的开放问题是,如何使用各种空间调频神经神经,例如位置细胞,支持学习动物追求奖励的行为。现有的计算模型要么缺乏生物常识,要么在环境变化时缺少行为灵活性。在本文中,我们提出了一个计算理论,以更好的生物常识实现行为灵活性。我们首先将高山分布的混合体培养成地方细胞发射场的混合体。然后我们提出一种类似赫比亚的规则,以学习各地点细胞间合成强度矩阵。这个矩阵被解释为连续时间马可夫链的过渡率矩阵,以生成连续播放各个地点细胞的重现。在重播期间,我们从各地点细胞到中等脊椎神经神经(MSN)的合成力量通过时间偏差学来学习更具有生物常识的协会。在重放后,当动物接近奖励地点时,MSNSN就会被激活,因此动物可以沿着MSN激活的方向前进,在这个方向上,即恒定时,Mark链链链链链链链将不断延展,以便产生连续的重现。在重现的时,我们在重塑的体物理学中,我们将一个高科技变的理论的理论中,我们将一个更深的学习了一种高的理论。我们学习了一种高级的原理。

0
下载
关闭预览

相关内容

因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
64+阅读 · 2021年6月18日
VIP会员
相关VIP内容
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员