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Trends in Cognitive Sciences综述:学习和记忆中的背景推理

背景被广泛认为是学习和记忆的主要决定因素,包括经典和工具条件反射、情景记忆、经济决策和运动学习。然而,由于缺乏一个统一的框架来形式化背景的概念及其在学习中的作用,这些跨领域的研究仍然是不相连的。在这里,我们开发了一个统一的术语允许直接比较不同领域的背景学习。这产生了一个贝叶斯模型假设上下文是未观察到的,需要推断。情境推理然后控制着记忆的创造、表达和更新。这一理论方法揭示了适应背后的两个不同组成部分,适当的学习和外显的学习,分别指的是记忆的创造和更新与记忆表达的时变调整。我们回顾了基础贝叶斯模型的一些扩展,使它能够解释日益复杂的背景学习形式。

02

fNIRS在发育科学中的应用

功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)可以研究清醒状态下的婴儿大脑功能激活。fNIRS的优势明显大于局限,领域内也已将fNIRS应用于婴儿群体。大多fNIRS研究集中于:目标处理、生物和社会信息处理、语言发展。有关人类知识起源和发展的争论不断,因此早期神经影像学研究作用很大。fNIRS的应用使我们能够确定未成熟大脑中处理早期目标、社会、语言知识的区域,及其随时间、经验发生的变化。小部分研究深入探索:支持、促进出生后第一年的学习的神经机制。与其他新兴领域一样,当前研究得出的结论也存在局限。我们探讨了应该如何改进这项技术的应用,这有利于探究具有理论、实践重要意义的发育科学问题。本文发表在WIREs Cognitive Science杂志。

02

机器学习(15)——贝叶斯网络贝叶斯小结

前言: 当多个特征属性之间存在着某种相关关系的时候,使用朴素贝叶斯算法就没法解 决这类问题,那么贝叶斯网络就是解决这类应用场景的一个非常好的算法。在贝叶斯网络的应用中,隐马可夫模型最常用。 一般而言,贝叶斯网络的有向无环图中的节点表示随机变量,可以是可观察到的 变量,或隐变量,未知参数等等。连接两个节点之间的箭头代表两个随机变量之 间的因果关系(也就是这两个随机变量之间非条件独立),如果两个节点间以一个 单箭头连接在一起,表示其中一个节点是“因”,另外一个是“果”,从而两节 点之间就会产生一个条件概率值。

06

马尔可夫毯、信息几何和随机热力学

本文考虑了热力学、信息和推理之间的关系。特别是,它在自组织的变分(自由能)原理下探索了信念更新的热力学伴随物。简而言之,任何拥有马尔可夫毯的(弱混合)随机动力系统,即 内部和外部状态的分离——配备有信息几何。这意味着内部状态参数化外部状态的概率密度。此外,在非平衡稳态下,内部状态流可以解释为统计学中称为贝叶斯模型证据的量的梯度流。简而言之,任何拥有马尔可夫毯子的系统都存在自然的贝叶斯力学。至关重要的是,这意味着内部状态执行的推论与其能量学(以随机热力学为特征)之间存在明确的联系。本文是 主题为“协调能源-自主计算与智能”。

01

复杂推理模型,信念的信念

主动推理提供了感知行为的第一原理描述,从中可以导出特殊和重要的案例,例如强化学习、主动学习、贝叶斯最优推理、贝叶斯最优设计等。主动推理通过将信息获得置于与奖励或价值相同的基础上,解决了与先前偏好相关的开发-探索困境。简而言之,主动推理以预期(变分)自由能的形式,用(贝叶斯)信念的泛函代替了价值函数。在本文中,我们考虑一种复杂的主动推理,使用预期自由能的递归形式。复杂性描述了一个代理对信念的信任程度。我们考虑对事态的行动的反事实后果有信念的代理人和对那些潜在状态有信念的代理人。换句话说,我们从简单地考虑“如果我做了那件事会发生什么”转变为“如果我做了那件事,我会相信发生什么”。自由能泛函的递归形式有效地实现了对未来行动和结果的深树搜索。至关重要的是,这种搜索是基于信念状态的序列,而不是状态本身。我们用深层决策问题的数值模拟来说明这种方案的能力。

02

Nature Neuroscience:大脑的内感受性节律

感知身体内部的信号,或内感受,是维持生命的基础。然而,内感受不应被视为一个孤立的领域,因为它与外感受、认知和行动相互作用,以确保有机体的完整性。我们重点关注心脏、呼吸和胃节律,回顾了内感受在解剖学和功能上与来自外部环境的信号的处理交织在一起的证据。从内感受信号的外周转导到感觉处理和皮层整合,在一个超出核心内感受区域的网络中,相互作用出现在所有阶段。内感受性节奏有助于从知觉检测到自我意识的功能,或者相反地与外部输入竞争。对内感受的兴趣重新引发了长期存在的问题,即大脑如何通过振荡同步、预测编码或多感觉整合来整合和协调分布式区域的信息。在同一框架下考虑内感受和外感受,为生物体特有的信息处理的生物模式铺平了道路。

01

健康老年人静息态EEG的功率和功能连接变化

健康人的大脑神经活动在衰老过程中会发生变化。神经活动模式最常见的变化是从后脑区到前脑区的转移,以及脑半球之间不对称性的降低。这些模式通常在任务执行期间和使用功能磁共振成像数据时观察到。在此研究中,作者通过EEG记录重建的源-空间时间序列来研究在休息时是否也能检测到类似的影响。通过分析整个大脑的振荡功率分布,作者确实发现了老年人从后脑区到前脑区的转变。此外,作者还通过评估连接性及其随年龄的变化来研究这种转变。研究结果表明,额叶、顶叶和颞叶区域之间的连接在老年人中得到了加强。区域内连接显示出更复杂的模式,与年龄有关的活动在顶叶和颞叶区域增强,而在额叶区域减少。最后,所形成的网络随着年龄的增长表现出了模块化的损失。总的来说,这些结果将与年龄有关的大脑活动从后区向前区转移的证据扩展到了静息态,从而表明这种转移是大脑老化的一个普遍特征,而不是特定任务。此外,连接性结果提供了关于老化过程中静息态大脑活动重组的新信息。

04

对反事实后果有信念的理论AI模型

主动推理提供了感知行为的第一原理描述,从中可以导出特殊和重要的案例,例如强化学习、主动学习、贝叶斯最优推理、贝叶斯最优设计等。主动推理通过将信息获得置于与奖励或价值相同的基础上,解决了与先前偏好相关的开发-探索困境。简而言之,主动推理以预期(变分)自由能的形式,用(贝叶斯)信念的泛函代替了价值函数。在本文中,我们考虑一种复杂的主动推理,使用预期自由能的递归形式。复杂性描述了一个代理对信念的信任程度。我们考虑对事态的行动的反事实后果有信念的代理人和对那些潜在状态有信念的代理人。换句话说,我们从简单地考虑“如果我做了那件事会发生什么”转变为“如果我做了那件事,我会相信发生什么”。自由能泛函的递归形式有效地实现了对未来行动和结果的深树搜索。至关重要的是,这种搜索是基于信念状态的序列,而不是状态本身。我们用深层决策问题的数值模拟来说明这种方案的能力。

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