Теория контравариантности: сильное выравнивание для минимальных решений сложных задач

Гибкое поведение требует использования прошлых опытов для настройки корковых вычислений в соответствии с текущими требованиями задачи. Центральный вопрос в нейронауках заключается в том, как представления памяти управляют такими перенастройками. Хотя гиппокампальные (ГП) энграмы могут определять усвоенное поведение, ранние исследования, в значительной степени, были ограничены фиксированным вычислением стимул-реакция. Таким образом, до сих пор неясно, могут ли энграмы приводить к извлечению набора соответствий стимул-реакция, а не только конкретной реакции. Более того, как энграмы влияют на корковые представления задач и динамику, чтобы производить поведение, согласующееся с энграмами, остается не исследованным. Здесь мы решаем оба вопроса, сочетая маркировку и реактивацию ГП энграм с одновременной записью с большого числа центров в медиальной префронтальной коре (МПК) во время зависимого от контекста смены задач на мышах. Мы сообщаем, что реактивация ГП энграмы заставляла мышей применять правила принятия решений, согласующиеся с энграмой, а не конкретный моторный выход. Одновременные записи из МПК показали, что реактивация ГП энграмы для данного контекста восстанавливала представление этого контекста в МПК в течение сотен миллисекунд, что указывает на то, что это было обусловлено быстрыми сетевыми эффектами, приводящими к выбору поведения, согласующегося с реактивированной ГП энграмой. Другие аспекты эндогенной динамики в МПК остались замечательно нетронутыми. В совокупности, наши результаты предоставляют прямые причинные доказательства того, что ГП энграмы могут настраивать связанные с задачей популяционные состояния нижележащих корковых цепей в реальном времени, устанавливая нейронный механизм, с помощью которого следы памяти контролируют гибкое поведение.

Мы разрабатываем теорию \emph{вероятностных псевдозавязей}, предоставляя основу для моделирования диаграмм узлов с неопределенной информацией о пересечениях. Диаграммы псевдозавязей обобщают классические диаграммы, позволяя определенным пересечениям оставаться неуточненными; в вероятностной интерпретации каждое такое \emph{предпересечение}, а именно пересечение с неопределенной информацией о положении, получает вероятность, описывающую вероятность разрешения как положительное пересечение, в то время как комплементарная вероятность отводится негативному разрешению. Это порождает распределение вероятностей для полных классических разрешений и, путем агрегирования, распределение по классическим типам узлов, захватывая неопределенность, возникающую в физических, биологических и вычислительных контекстах. Мы вводим \emph{вероятностное равенство}, определенное через расстояние полной вариации между распределениями разрешений, и расширяем классические численные величины, такие как завиток и число связывания, на эту область. Мы также разрабатываем новые вероятностные конструкции, включая вероятностный индекс хиральности, минимальный род разрешения, распределения вероятностных поверхностей Сейферт и полиномиальные инварианты, расширяющие скобочную запись Кауффмана. Мы далее обсуждаем конструкции, основанные на матрицах, включая вероятностные матрицы Сейферт и Гёртица, а также вероятностную хирургию, производящую распределения по 3-многообразиям. Наконец, мы обсуждаем потенциальные приложения в молекулярной биологии, материаловедении и вычислительной топологии.

Развитие групповой теории в математике, а также ее влияние на физику были впечатляющими на протяжении двадцатого века, и особенно за последние пятьдесят лет. Если ее вклад в физику частиц требует особого внимания, ее полезность не следует недооценивать и в других областях, таких как статистическая физика, и она также может быть интересна в теоретической биологии. Некоторые из этих аспектов будут рассмотрены.

В данной статье представлен подход и применение оптимизации пространственной упаковки взаимосвязанных систем с физическими взаимодействиями (SPI2) в задачах размещения компонентов в трехмерном пространстве. Для обеспечения возможности применения в автомобильных условиях, SPI2 должен поддерживать как начальную генерацию проектирования, включая выравнивание компонентов, так и надежную координацию на уровне системы, требующую повышенной надежности решений и управляемых вычислительных затрат. Для решения этих задач предлагаемый метод улучшает скорость сходимости и качество решений путем повышения численной надежности в градиентной оптимизации при снижении вычислительной нагрузки. Существующие подходы SPI2 расширены за счет добавления возможностей выравнивания, что позволяет представлять выравнивания «порт-к-порту» между компонентами. Кроме того, применимость SPI2 расширяется за счет трактовки мест размещения компонентов как переменных проектирования, что позволяет применять координацию с использованием штрафов для обеспечения осуществимости проектирования и интеграции в оптимизацию на уровне системы. Подход валидируется с использованием многоцелевой оптимизационной структуры на основе алгоритма генетической сортировки без доминирования II (NSGA-II), применяемого к задаче оптимизации трансмиссии и интеграции шасси батареи. Это демонстрирует эффективность SPI2 в контексте проектирования на уровне системы. Результаты показывают двойное применение SPI2 в автомобильном случае: во-первых, как инструмент для начальной генерации проектирования, и во-вторых, как часть координатора проектирования на уровне системы, который превосходит дискритизированный исчерпывающий поиск при меньших вычислительных затратах.

Взаимосвязь между структурой мозга и генетическими влияниями играет ключевую роль в понимании нейропсихиатрических расстройств. Однако большинство крупных наборов данных являются унимодальными, предоставляя либо данные нейровизуализации, либо генетические данные. Мы предлагаем CALM, структуру, которая изучает интерпретируемые ассоциации между регионами интереса мозга и генетическими путями из совершенно разнородных популяций. CALM выравнивает две модальности в общем латентном пространстве через линейные проекции, которые одновременно сопоставляют классовые условные латентные распределения и обеспечивают отделимость групп. Эти проекции предоставляют интерпретируемые ассоциации путь-ROI. Когда модель обучается на унимодальных наборах данных из области изображения и генетики, CALM обобщается на невидимом парном наборе данных, превосходя несколько современных методов и базовые модели с абляцией. Мы также демонстрируем устойчивость изученных ассоциаций по сравнению с парной базовой моделью. Наши эксперименты по изучению расстройства аутистического спектра выявляют иммунные и метаболические пути, связанные с конкретными корковыми регионами, что соответствует установленной литературе. Таким образом, CALM открывает возможности для использования крупных унимодальных репозиториев для изучения кросс-модальных взаимодействий в расстройствах мозга среди разнородных наборов данных.

Режимы нарушений и поступление питательных веществ меняются по всему миру, что сказывается на структуре и функционировании растительных сообществ. Классическая теория жизненного цикла предполагает, что нарушения должны смещать сообщества от многолетних растений к однолетним, а обогащение питательными веществами может усилить этот сдвиг. Однако эти предсказания не были экспериментально протестированы в широких экологических градиентах. Здесь, используя глобальный согласованный эксперимент по травяным покрытиям, охватывающий 37 мест, мы проверили, как физические нарушения, удаление растительности и мелкая обработка почвы, а также удобрение изменяют баланс между однолетними и многолетними растениями, и ослабляет ли нарушение климатические пределы доминирования однолетников. Нарушение практически удвоило долю однолетних видов и более чем удвоило относительное покрытие однолетниками, в то время как удобрение оказало малое влияние и не взаимодействовало с нарушением. Сдвиг, вызванный нарушением, возник через контрастные пути: у злаков и бобовых он отразил утрату многолетнего покрова, тогда как у трав -- расширение покрова однолетников. В отсутствие нарушений доминирование однолетников ограничивалось системами с чрезвычайно жарким и сухим летом, но нарушение практически утроило масштаб климатического пространства, в котором однолетники доминировали. Быстро восстанавливаясь после нарушения, однолетники могут помочь поддерживать покров растений, но их расширение также свидетельствует о потере многолетнего покрова и долгосрочных экосистемных функциях, связанных с ним.