Nov, 2023

基于电生理数据的神经元相互作用映射和预测的储备计算模型

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TL;DR用电生理测量数据构建了计算模型，基于储水池计算网络（Reservoir Computing Network，RCN）架构，通过预测网络连接性地图和局部刺激的网络响应来重构神经元网络结构。
electrophysiologicalneuronal networksreservoir computing networkspatio-temporal datanetwork structure
发现论文，激发创造
  • 关于蓄水池计算及其超越传统机器学习的跨学科应用的调查

    储备计算（RC）是一种递归神经网络，通过随机连接神经元实现对时间信号处理的应用。该模型具有丰富的动力学、线性可分性和记忆能力，可在各种应用中生成适当的响应。RC 的研究领域涉及机器学习、物理学、生物学和神经科学，可应用于物理硬件和生物设备的复杂动力学实现及对大脑机制的理解。本文对 RC 的发展进行了综合回顾，包括模型、应用和脑机制的建模，并提供了储备设计、编码框架统一、物理实现以及与认知神经科学和进化之间的相互作用等新视角。

    Jul, 2023

  • 一种周期时间序列预测的新型储备架构

    本文介绍了一种基于储层计算的新方法，用于预测周期性时间序列，特别适用于生成音乐节奏等需要精确预测节奏的任务。我们的方法利用储层计算，并以预测人类节奏感知为最终目标。我们的网络准确地预测人类频率感知范围内的节奏信号。模型结构包含主要和中间神经元，用于捕捉和传递节奏信息。两个参数矩阵 c 和 k 调节储层的动态特性。我们提出了一个损失函数来调整训练后的 c，并引入了一种动态选择机制来调整 k，以便关注具有杰出贡献的区域。在多样化的测试集上的实验结果展示了准确的预测，并通过实时调整储层的 c 和 k 进一步提高了预测性能。比较评估结果显示其相对于传统模型具有更出色的性能。

    May, 2024

  • 欧拉状态网络：非耗散性储备计算

    以数值解求解普通微分方程为灵感，本文提出了一种新颖的储层计算模型，名为欧拉状态网络（EuSN）。该方法使用向前欧拉离散化和反对称循环矩阵来设计储层动力学，这些动力学是通过构造稳定且无耗散的方式实现的。我们的数学分析表明，所得模型偏向于具有单位的有效谱半径和零的局部李雅普诺夫指数，本质上在稳定边缘附近运行。长期记忆任务的实验结果表明，所提出的方法在需要有效传播多个时间步骤的输入信息的问题上优于标准的 RC 模型。此外，时间序列分类基准测试结果表明，EuSN 能够达到（甚至超过）可训练循环神经网络的准确率，同时保留 RC 家族的训练效率，导致计算时间约为 490 倍的节省和能源消耗约为 1750 倍的节省。

    Mar, 2022

  • 基于分析和全基于电阻忆阻器的蓄能池计算用于时间数据分类

    我们的研究引入了一种新型的双存储器 RC 系统，通过基于 WOx 的忆阻器实现 16 个不同状态的编码和基于 TiOx 的忆阻器实现长期记忆单元，实现了处理时间数据集的能力。通过对孤立语音数字识别和 Mackey-Glass 时间序列预测的基准任务的验证，该系统在数字识别中达到了 98.84% 的准确率，在时间序列预测任务中保持了较低的规范化均方根误差（NRMSE）0.036，突出了其能力。本研究揭示了基于忆阻器的 RC 系统在处理复杂时间挑战方面的能力，为神经形态计算的进一步创新奠定了基础。

    Mar, 2024

  • 秩序中的秩序：结构化神经元的循环网络中发育和学习的相互作用

    通过应用局部、始终开启的可塑性规则，我们能够在由两个群体组成的递归网络中学习复杂序列，我们的模型具有资源高效性，仅需少量神经元即可学习复杂序列，我们通过鸟鸣学习的模拟中展示了这些特点，在该模拟中，我们的网络首先学习了一个长的非马尔可夫序列，尽管存在外部干扰，它们能够稳健地复现此序列。

    Feb, 2024

  • 物理库容计算的最新进展：综述

    该综述通过将物理沉积池按类型分类，概述了近期物理沉积池计算的进展，并讨论了与物理沉积池计算相关的当前问题和前景，以进一步扩展其实际应用和开发下一代机器学习系统。

    Aug, 2018

  • 走向可解释机器学习：储层计算在无线接收处理中的有效性

    深度学习在无线通信等领域得到了迅速的应用，本文通过应用一种称为储备计算的学习技术对信道均衡进行研究，并提供了其操作的信号处理理论基础，通过模拟展示了通过优化初始化可以改善接收处理和符号检测性能，这是实现可解释机器学习和提高检测可靠性的首要步骤。

    Oct, 2023

  • 自回归型时间序列数据的完全预测水库计算的数学结构

    强调了递归神经网络中的输入和循环权重矩阵的隐藏结构，并证明这些结构在 AR 类型的时间序列数据中实现了完美预测。

    Sep, 2023

  • 基于孤立波和生物灵感非线性变换的物理储层计算

    利用表面流动液膜上激发的孤立波，实验证明一种物理上的储备计算系统，该系统通过对输入数据进行非线性转换来替代随机性的影响，从而作为传统储备计算算法的技术简单的硬件改进。

    Jan, 2024

  • 使用储层计算器预测具有频繁相位转移的强制 Van der Pol 方程

    预测具有外部驱动相位快速变化的非自治动力系统的可行性进行了研究，结果表明，尽管存在隐藏变量，但非自治动力系统仍然是可预测的，并且储层计算机可以为个体轮班工人提供更好的计划安排。

    Apr, 2024