RI: Small: Temporal and Spatiotemporal Processing in Recurrent Neural Networks with Unsupervised Learning

RI:小型:无监督学习循环神经网络中的时空处理

基本信息

  • 批准号:
    1114833
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The brain's ability to perform complex forms of pattern recognition, such as speech discrimination, far exceeds that of the best computer programs. One of the strengths of human pattern recognition is its seamless processing of the temporal structure and temporal features of stimuli. For example, the phrase "he gave her cat food" can convey two different meanings depending on whether the speaker emphasizes the pause between "her" and "cat," or "cat" and "food." Attempts to emulate the brain's ability to discriminate such patterns using artificial neural networks have had only limited success. These models, however, have traditionally not captured how the brain processes temporal information. Indeed most of these models have treated time as equivalent to a spatial dimension, in essence assuming that the same input is buffered and played at different delays. Similarly, more traditional approaches to pattern recognition, which generally rely on discrete time bins, also do not capture how the brain processes temporal information. The goal of the current research is to use a framework, referred to as state-dependent networks or reservoir computing, to simulate the brain's ability to process both the spatial and temporal features of stimuli. A critical component of this framework is that temporal information is automatically encoded in the state of the network as a result of the interaction between incoming stimuli and internal states of recurrent networks.This project will develop a general model of spatiotemporal pattern recognition focusing on speech discrimination. The model will incorporate plasticity, a critical characteristic of the brain that has eluded previous state-dependent network models. Plasticity is a cardinal feature of the brain's computational power. For example, in the context of speech recognition, even at the age of 6 months, the brains of babies are tuned to recognize sounds of their native language. This ability is an example of experience-dependent cortical plasticity and it relies in part on synaptic plasticity and cortical reorganization. Incorporating synaptic plasticity into recurrent networks has proven to be a very challenging problem as a result of the inherent nonlinear and feedback dynamics of recurrent networks. The current project will use a novel unsupervised form of synaptic plasticity--based on empirically observed forms of plasticity referred to as homeostatic synaptic plasticity--to endow state-dependent networks with the ability to adapt and self-tune to the stimulus set the network is exposed to. This project interfaces recent advances in theoretical neuroscience and novel approaches in machine learning. The results will help develop artificial neural networks that capture the brain's ability to process temporal information and reorganize in response to experience.
大脑执行复杂形式的模式识别(如语音识别)的能力远远超过最好的计算机程序。人类模式识别的优势之一是它对刺激的时间结构和时间特征的无缝处理。例如,短语“他给了她猫粮”可以传达两种不同的含义,这取决于说话者是强调“她”和“猫”之间的停顿,还是“猫”和“食物”之间的停顿。“试图利用人工神经网络来模仿大脑区分这种模式的能力,只取得了有限的成功。然而,这些模型传统上没有捕捉到大脑如何处理时间信息。事实上,这些模型中的大多数都将时间视为等同于空间维度,本质上假设相同的输入以不同的延迟进行缓冲和播放。类似地,更传统的模式识别方法通常依赖于离散的时间仓,也不能捕捉大脑如何处理时间信息。目前研究的目标是使用一个框架,称为状态依赖网络或水库计算,来模拟大脑处理刺激的空间和时间特征的能力。这个框架的一个关键组成部分是,时间信息自动编码的网络状态之间的相互作用的结果输入的刺激和内部状态的递归网络。本项目将开发一个通用的模型的时空模式识别侧重于语音歧视。该模型将纳入可塑性,这是大脑的一个关键特征,这是以前的状态依赖网络模型所无法实现的。可塑性是大脑计算能力的一个重要特征。例如,在语音识别的背景下,即使在6个月大的时候,婴儿的大脑也会被调整以识别他们母语的声音。这种能力是经验依赖性皮层可塑性的一个例子,它部分依赖于突触可塑性和皮层重组。由于递归网络固有的非线性和反馈动力学,将突触可塑性转化为递归网络已被证明是一个非常具有挑战性的问题。当前项目将使用一种新型的无监督突触可塑性形式--基于经验观察到的可塑性形式,称为稳态突触可塑性--赋予状态依赖网络适应和自调整刺激集的能力网络所暴露的。该项目将理论神经科学的最新进展与机器学习的新方法结合起来。这些结果将有助于开发人工神经网络,以捕捉大脑处理时间信息并根据经验进行重组的能力。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Dean Buonomano其他文献

Dean Buonomano的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Dean Buonomano', 18)}}的其他基金

RI: Small: Neural Sequences as a Robust Dynamic Regime for Spatiotemporal Time Invariant Computations.
RI:小:神经序列作为时空时不变计算的鲁棒动态机制。
  • 批准号:
    2008741
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RI: Small: Dynamic Attractor Computing: A Novel Computational Approach Applied Towards Temporal Pattern and Speech Recognition
RI:小型:动态吸引子计算:一种应用于时间模式和语音识别的新颖计算方法
  • 批准号:
    1420897
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Temporal Processing And Short- And Long-Term Plasticity
时间处理以及短期和长期可塑性
  • 批准号:
    9983122
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
  • 批准号:
    32000033
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNAs调控解淀粉芽胞杆菌FZB42生防功能的机制研究
  • 批准号:
    31972324
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
变异链球菌small RNAs连接LuxS密度感应与生物膜形成的机制研究
  • 批准号:
    81900988
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肠道细菌关键small RNAs在克罗恩病发生发展中的功能和作用机制
  • 批准号:
    31870821
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制
  • 批准号:
    31802058
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNA介导的DNA甲基化调控的水稻草矮病毒致病机制
  • 批准号:
    31772128
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA-seq的针灸治疗桥本甲状腺炎的免疫调控机制研究
  • 批准号:
    81704176
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水稻OsSGS3与OsHEN1调控small RNAs合成及其对抗病性的调节
  • 批准号:
    91640114
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划

相似海外基金

HCC: Small: Investigating the temporal dynamics of resilience during human-computer interaction: an EEG-fNIRS study
HCC:小:研究人机交互过程中弹性的时间动态:一项 EEG-fNIRS 研究
  • 批准号:
    2232869
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A small molecule approach to spatial and temporal control of covalent protein inhibition in cells
细胞内共价蛋白抑制的空间和时间控制的小分子方法
  • 批准号:
    2883086
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Studentship
Exploring spatio-temporal patterning of food insecurity within the island of Montreal: model-based small area estimation using the Canadian Community Health Surveys, 2011-2020.
探索蒙特利尔岛粮食不安全的时空格局:使用 2011-2020 年加拿大社区健康调查进行基于模型的小区域估计。
  • 批准号:
    462641
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Operating Grants
III: Small: Temporal Relational Triples, or TR2: A Novel Data and Knowledge System for Temporal and Streaming Data
III:小:时态关系三元组,或 TR2:用于时态和流数据的新颖数据和知识系统
  • 批准号:
    2124704
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Spatial-temporal Analysis of small-scale Determinants of the Covid-19 Pandemic
Covid-19 大流行的小规模决定因素的时空分析
  • 批准号:
    492768557
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Research Grants
Ultra-fast, ultra-small and ultra-dilute: an integrated understanding of conjugated polymers in solution across spatial and temporal scales
超快、超小和超稀释:跨空间和时间尺度溶液中共轭聚合物的综合理解
  • 批准号:
    EP/T013729/1
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Research Grant
Ultra-fast, ultra-small and ultra-dilute: an integrated understanding of conjugated polymers in solution across temporal and spatial scales
超快、超小、超稀释:跨时间和空间尺度溶液中共轭聚合物的综合理解
  • 批准号:
    EP/T013710/1
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Research Grant
III: Small: Deep Generative Models for Temporal Graph Generation and Interpretation
III:小:用于时间图生成和解释的深度生成模型
  • 批准号:
    2007716
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CSR: Small: Repurposing Spatial Memory Safety Support in Commodity Processors for Temporal Memory Safety, Other Program Analyses, Hardware-Accelerated Data Structures, and More
CSR:小:重新利用商品处理器中的空间内存安全支持,以实现临时内存安全、其他程序分析、硬件加速数据结构等
  • 批准号:
    2029720
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Standard Grant
III: Small: Prediction and Characterization of Extreme Events in Spatio-Temporal Data.
III:小:时空数据中极端事件的预测和表征。
  • 批准号:
    2006633
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.96万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了