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卷积神经网络的可解释性研究综述

软件学报 2024年第1期35卷 159-184页

作者：窦慧张凌茗韩峰申富饶赵健计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学) 江苏南京210023 南京大学计算机科学与技术系江苏南京210023 南京大学人工智能学院江苏南京210023 南京大学电子科学与工程学院江苏南京210023

神经网络模型性能日益强大,被广泛应用于解决各类计算机相关任务,并表现出非常优秀的能力,但人类对神经网络模型的运行机制却并不完全理解.针对神经网络可解释性的研究进行了梳理和汇总,就模型可解释性研究的定义、必要性、分类、评估... 详细信息

神经网络模型性能日益强大,被广泛应用于解决各类计算机相关任务,并表现出非常优秀的能力,但人类对神经网络模型的运行机制却并不完全理解.针对神经网络可解释性的研究进行了梳理和汇总,就模型可解释性研究的定义、必要性、分类、评估等方面进行了详细的讨论.从解释算法的关注点出发,提出一种神经网络可解释算法的新型分类方法,为理解神经网络提供一个全新的视角.根据提出的新型分类方法对当前卷积神经网络的可解释方法进行梳理,并对不同类别解释算法的特点进行分析和比较.同时,介绍了常见可解释算法的评估原则和评估方法.对可解释神经网络的研究方向与应用进行概述.就可解释神经网络面临的挑战进行阐述,并针对这些挑战给出可能的解决方向.

关键词：神经网络可解释性分类深度学习

基于婴儿运动表现测试的脑瘫患儿早期运动表现特点分析

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陆军军医大学学报 2024年第6期46卷 515-521页

作者：申亚丽屈福祥王成举吴至凤程旺杨秋霞胡楠张雨平陆军军医大学(第三军医大学)第二附属医院儿科重庆400037 盘州市第二人民医院儿科贵州六盘水553537

目的通过分析脑瘫患儿在2~4月龄时的婴儿运动表现测试(test of infant motor performance, TIMP)结果,探讨脑瘫患儿的早期运动表现特点。方法采用横断面研究设计方案,纳入2018年12月至2022年12月期间在陆军军医大学第二附属医院早产... 详细信息

目的通过分析脑瘫患儿在2~4月龄时的婴儿运动表现测试(test of infant motor performance, TIMP)结果,探讨脑瘫患儿的早期运动表现特点。方法采用横断面研究设计方案,纳入2018年12月至2022年12月期间在陆军军医大学第二附属医院早产高危儿随访门诊就诊、1岁后确诊为脑瘫的患儿17例,收集其2~4月龄的TIMP评估结果;以相同月龄的TIMP中国常模样本作为对照,计算Z值;比较两组之间TIMP总分、7个体位分组得分以及42个项目得分的差异。结果脑瘫患儿2~4月龄的TIMP总分Z值为(-0.95±1.11),显著低于常模对照组得分(P项目得分Z值分别为(-0.89±0.88)、(-1.17±0.66)、(-0.43±0.79)及(-0.63±0.77),均显著低于常模对照组得分(P项目、仰卧位、俯卧位与正常同龄婴儿无显著差异。42个项目得分中,脑瘫患儿有17项评分显著低于中国常模,以第15项(坐位头控)、第16项(颈后肌群活动)、第26项(上肢防御)、第32项(拉坐)、第33项(侧卧位牵拉上肢转为侧坐)、第34项(侧卧位髋关节外展)、第40项(站立)的得分差异最为显著。结论脑瘫高危儿随访中尤其需要关注坐位、侧方位以及立位项的运动表现,这可能对脑瘫的早期识别具有提示意义。

关键词：婴儿运动表现测试脑瘫运动评估

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现当代的“意识”研究及其问题之扩展

南京大学学报（哲学．人文科学．社会科学） 2024年第3期61卷 83-97,158页

作者：倪梁康浙江大学哲学学院浙江省杭州市310058

现当代的“意识”研究需要关注人工智能、意识模型、自身意识与自我意识、“意识”的人为制作、超级智能等重大问题。在当代意识研究中,有两类与此密切相关且一脉相承的问题:一是脑机结合可能引发的问题有哪些,二是精神科学如何定义“... 详细信息

现当代的“意识”研究需要关注人工智能、意识模型、自身意识与自我意识、“意识”的人为制作、超级智能等重大问题。在当代意识研究中,有两类与此密切相关且一脉相承的问题:一是脑机结合可能引发的问题有哪些,二是精神科学如何定义“意识”。关于第一个问题,从哲学上看,脑—机结合的过程实际上是将意识活动、神经系统与机器连接,以此方式将心理的东西与生理的东西以及物理的东西连接起来,即心—身—机的连接。由于整个脑机结合的工程主要是通过脑神经科学和人工智能来实施的,因而其遵循的主要规律还是因果律,而对相关的心理部分的研究,即与受试者的“意念”相关的心理部分的研究,至今为止还是缺失的,这个过程中的精神科学基本规律即动机律至此还没有受到关注和讨论。如果脑机结合的实验研究不打算永远局限于对生理—物理结合的研究与运用上,而是准备进一步扩展到与意识心理结合的阶段,那么至少对以下三个问题域的关注是十分必要的,即如何在脑机结合方面展开对纯意识及其动机律的合作研究,如何完成精确的自然科学与严格而不精确的精神科学的对接,意识与信息以及物质与信息最终处在何种关系中。关于第二个问题,意识现象学的“意识”概念,可以视作对自然科学的心理学和科学的心灵哲学的“意识”概念的一个回应。我们的意识是一个涌现的、流动的过程,一直流入清醒的、伴随内觉知的心理体验活动逐渐消失的朦胧区内,带给我们渐次的、强烈程度不同的、感知的或想象的体验活动。人类意识与其他非人类意识的一个重要差异就在于,前者是伴随内觉知或自身意识的意识,而后者则不是。目前在人工智能和神经科学领域关于“意识”的思考与讨论都立足于且满足于自然科学的研究方式,即将意识当作客体来进行各种观察、实验和论证,作出各种假设、验证和证明,如此等等,由此获得的意识观念并不是第一性的、奠基性的。无论是从目前“类意识”和“准意识”的研究角度来看,还是从“纯意识”研究的角度来看,依据现有的计算理论形态,意识的自行生成和人工制作都是不可能的。如果我们将意识概念的外延扩大到非人类意识的领域,那么“有意识的”人工智能是随时可能出现的,甚至有可能已经出现了,这与现在的人工智能的状况一致。我们不必担心带有“人是目的”之担当的“智人”会被作为更高目的的“意人”所更替或更新;需要担心的是,人工智能或人工意识的机器或模型或架构作为手段被用于人类内部的相互伤害与相互毁灭。我们将这两种担心分别称作对人工智能发展的“目的担心”和“手段担心”,与前者相比,我们真正要担心的是后者。

关键词：脑机结合心理物理对接意识人工智能

基于状态划分和集成学习的剩余使用寿命预测模型

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机电工程 2024年

作者：胡志辉王绪光王贡献张腾李帅琦武汉理工大学交通与物流工程学院

针对滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测退化起始时间(DST)难以确定，以及单一寿命预测模型精度比较低的问题，提出了一种基于状态划分和集成学习模型的RUL预测方法。首先，提取了轴承振动信号的特征，利用滑动窗口不断更新3σ准则预警范围... 详细信息

针对滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测退化起始时间(DST)难以确定，以及单一寿命预测模型精度比较低的问题，提出了一种基于状态划分和集成学习模型的RUL预测方法。首先，提取了轴承振动信号的特征，利用滑动窗口不断更新3σ准则预警范围，结合连续触发机制自适应确定DST；然后，采用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解(CEEMDAN)对退化阶段信号序列进行了自适应分解；最后，构建了集成学习模型，考虑分量的不同特性进行了多步滚动预测，融合预测结果得到了轴承RUL，采用滚动轴承XJTU-SY公开数据集进行了试验验证。研究结果表明：与基于长短时记忆神经网络(LSTM)、反向传播神经网络(BPNN)的预测方法相比，该方法预测结果的平均绝对误差分别降低了11.7%以及5.6%，相对均方根误差分别降低了12.2%以及10.7%，验证了该方法在轴承RUL预测中的有效性和优越性。

关键词：轴承剩余使用寿命退化起始时间自适应DST状态划分集成学习模型退化特征提取完全集成经验模态分解长短时记忆神经网络

脑深部电刺激治疗卒中后运动功能障碍的研究进展

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同方期刊数据库

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中华神经外科杂志 2024年第2期40卷 199-202页

作者：许军鹏余新光毛之奇解放军总医院研究生院北京100853 解放军总医院第一医学中心神经外科医学部北京100853

卒中遗留的运动功能障碍尚无有效治疗方法.基础实验研究表明,脑深部电刺激(DBS)是一种有潜力的理想治疗手段;多项临床研究也发现,患者接受DBS治疗后症状改善.本文针对DBS治疗卒中后运动功能障碍的相关研究进展进行综述.

关键词：运动功能障碍基础实验研究卒中后理想治疗症状改善有效治疗方法 DBS 脑深部电刺激治疗

作为人工智能下一个关口的意识研究——从加扎尼加的意识学说切入

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社会科学战线 2024年第3期345卷 16-25,281页

作者：李恒威阮泽楠浙江大学哲学学院浙江杭州310058

随着近年来人工智能(AI)的惊人进步,AI是否具有意识以及如何构建有意识的AI系统越来越受到学界和公众的关注。要回答这类问题,我们仍然需要或者必须从意识理论中去寻找灵感和答案。立足AI意识问题的当前背景,我们考察了加扎尼加在《意... 详细信息

随着近年来人工智能(AI)的惊人进步,AI是否具有意识以及如何构建有意识的AI系统越来越受到学界和公众的关注。要回答这类问题,我们仍然需要或者必须从意识理论中去寻找灵感和答案。立足AI意识问题的当前背景,我们考察了加扎尼加在《意识本能:揭秘脑是如何形成心智的》中提出的意识学说。透过脑异常这个窗口,加扎尼加得到了意识现象学的两个重要论断:意识与体验内容不同并且是可以分开的;意识首先是一种感受。为此,他提出了一个关于意识神经机制的模块—层级架构的主张,并用“开水冒泡”隐喻来形象地说明他的意识观。根据这一思路,构建有意识的AI系统需要我们在底层逻辑上辨明“意识”与“智能”的差异和关系,否则,我们就会在AI系统是否有意识以及AI是否会造成对人类的生存性威胁等一系列理论问题上产生困扰。

关键词：人工智能加扎尼加脑异常模块—层级架构 “开水冒泡”隐喻意识

低频Meynert基底核脑深部电刺激对早发型重度阿尔茨海默病患者的长期改善作用研究

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中华神经医学杂志 2024年第2期23卷 152-158页

作者：许军鹏余新光张艳阳刘斌陈芋含毛之奇解放军总医院研究生院北京100853 解放军总医院第一医学中心神经外科医学部北京100853 河北北方学院第一临床医学院张家口050051

目的初步探讨低频Meynert基底核脑深部电刺激(DBS)对早发型重度阿尔茨海默病(AD)患者认知障碍、神经精神症状及睡眠障碍的长期改善作用。方法回顾性收集解放军总医院第一医学中心神经外科自2016年1月至2022年12月收治的18例早发型重度A... 详细信息

目的初步探讨低频Meynert基底核脑深部电刺激(DBS)对早发型重度阿尔茨海默病(AD)患者认知障碍、神经精神症状及睡眠障碍的长期改善作用。方法回顾性收集解放军总医院第一医学中心神经外科自2016年1月至2022年12月收治的18例早发型重度AD患者,依据治疗方式的不同分为NBM-DBS组与对照组,其中6例NBM-DBS组患者在常规药物保守治疗基础上接受低频NBM-DBS,12例对照组患者接受常规药物保守治疗。分析2组患者治疗前及随访1年后简易精神状态检查量表(MMSE)、蒙特利尔认知评估量表(MoCA)、神经精神问卷(NPI)、汉密尔顿抑郁量表(HAMD)、倍克-拉范森躁狂量表(BRMS)、匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)、Zarit照顾者负担量表(ZBI)评分的变化情况。结果随访1年后,NBM-DBS及对照组患者的MMSE、MoCA量表评分较治疗前均有所降低,但NBM-DBS组患者治疗前后的差异均无统计学意义(P>0.05),而对照组患者治疗前后的差异有统计学意义(P0.05)。NBM-DBS组患者的NPI、HAMD、BRMS、ZBI量表评分较治疗前差异均有统计学意义(P0.05),BRMS量表评分较治疗前明显升高,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者间随访1年时的NPI、HAMD、BRMS、ZBI量表评分差异均有统计学意义(P<0.05)。结论相较于单纯药物治疗,联合低频NBM-DBS能在控制早发型重度AD患者认知障碍进展同时,也可有效改善其神经精神症状及睡眠障碍,以及降低照顾者的负担。

关键词：阿尔茨海默病脑深部电刺激 Meynert基底核认知障碍神经精神症状睡眠障碍照顾者负担

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社会信息加工对瞳孔大小的调节及其机制

生物化学与生物物理进展 2024年第4期51卷 858-872页

作者：葛乙平李硕王莉蒋毅中国科学院心理研究所脑与认知科学国家重点实验室脑科学与智能技术卓越创新中心北京100101 中国科学院大学心理学系北京100049

瞳孔大小作为反映个体心理状态的窗口在社会互动中担任着重要的角色。除了非社会性信息(如刺激物理属性等因素)加工被发现影响瞳孔大小变化之外,越来越多的文献指出,瞳孔大小与个体社会信息加工之间也存在密切关系。基于此,本文系统综... 详细信息

瞳孔大小作为反映个体心理状态的窗口在社会互动中担任着重要的角色。除了非社会性信息(如刺激物理属性等因素)加工被发现影响瞳孔大小变化之外,越来越多的文献指出,瞳孔大小与个体社会信息加工之间也存在密切关系。基于此,本文系统综述了社会性刺激(如面孔和生物运动)本身以及社会性刺激含有的情绪信息对于瞳孔大小的影响,总结出瞳孔大小变化不仅可以反映个体对社会信息的感知,同样可以体现个体对更为复杂的社会互动情境的加工。这种社会性信息加工相关的瞳孔大小变化主要涉及个体的情绪唤醒和社会性注意过程。此外,对于自闭症谱系患者这一在社会互动中存在障碍的特殊群体,有关研究发现其对社会性刺激存在异常的瞳孔反应模式。这一特异性为进一步采用瞳孔指标对自闭症进行早期诊断提供了支持,具有重要的理论和实践意义。

关键词：瞳孔大小社会信息加工社会性刺激情绪自闭症

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基于观测重构的多智能体强化学习方法

计算机科学 2024年第4期51卷 280-290页

作者：史殿习胡浩萌宋林娜杨焕焕欧阳倩滢谭杰夫陈莹智能博弈与决策实验室北京100091 国防科技大学计算机学院长沙410073 天津(滨海)人工智能创新中心天津300457 国防科技创新研究院北京100071

共同知识是多智能体系统内众所周知的知识集。如何充分利用共同知识进行策略学习,是多智能体独立学习系统中的一个挑战性问题。针对这一问题,围绕共同知识提取和独立学习网络设计,提出了一种基于观测重构的多智能体强化学习方法IPPO-CKO... 详细信息

共同知识是多智能体系统内众所周知的知识集。如何充分利用共同知识进行策略学习,是多智能体独立学习系统中的一个挑战性问题。针对这一问题,围绕共同知识提取和独立学习网络设计,提出了一种基于观测重构的多智能体强化学习方法IPPO-CKOR。首先,对智能体的观测信息进行共同知识特征的计算与融合,得到融合共同知识特征的观测信息;其次,采用基于共同知识的智能体选择算法,选择关系密切的智能体,并使用重构特征生成机制构建它们的特征信息,其与融合共同知识特征的观测信息组成重构观测信息,用于智能体策略的学习与执行;最后,设计了一个基于观测重构的独立学习网络,使用多头自注意力机制对重构观测信息进行处理,使用一维卷积和GRU层处理观测信息序列,使得智能体能够从观测信息序列中提取出更有效的特征,有效缓解了环境非平稳与部分可观测问题带来的影响。实验结果表明,相较于现有典型的采用独立学习的多智能体强化学习方法,所提方法在性能上有显著提升。

关键词：观测重构多智能体协作策略多智能体强化学习独立学习