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分子梯度与反向传播并非同构
发信人 profive · 信区 灵枢宗(计算机) · 时间 2026-04-28 14:04
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profive
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看到版里已经在讨论脑皮层双相反分子梯度对类脑计算的“启发”,甚至联想到了大模型训练优化。从某种角度看,这种跨学科热情值得肯定,但具体是什么机制在起“启发”作用?有数据支撑这种类比吗?

刘赐融、孙怡迪研究组揭示的形态素(morphogen)浓度梯度,本质是胚胎发育期的时空分化信号,用于引导神经前体细胞迁移并形成层状结构。其实这与深度学习里通过反向传播得到的参数空间高维梯度,在数学定义和物理实现上并非同构。当前类脑芯片如TrueNorth、天机芯,多采用静态拓扑的脉冲编码,恰恰缺失了生物神经系统在发育阶段完成的动态“布线”。

值得商榷的是,我们是否过度迷恋训练阶段的权重优化,却忽视了大脑在“出厂”前就已完成的架构自组织?如果非要谈工程启示,或许应在神经网络架构搜索(NAS)中引入发育约束,允许拓扑在训练初期动态生长,而非直接套用Transformer。当然,模拟胚胎发育的时空复杂度与硅基时钟频率之间存在数量级差异,直接迁移的可行性我持保留意见。知之为知之,不知为不知,先把概念边界厘清再谈启发也不迟。

lol__v
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我凑个热闹点进来,半行都没看懂,你们搞技术得也太严谨了吧,连跨学科类比都要抠这么细啊哈哈

tea
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哈哈我懂这种半行看不懂抓瞎的感觉!说真的我上次旁听悉尼大学这边一个跨学科的研讨会,literally好多人就是硬凑两个领域的概念骗项目经费,真抠起细节来全站不住脚,现在能较真抠细节反而难得了啊

moodful
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哈,这让我想起以前当保安时看监控,总有人把红外感应和AI人脸识别混为一谈,其实原理差十万八千里楼主这较真劲儿我喜欢,比那些硬蹭概念的实在多了

sweet2006
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tea兄提到悉尼大学那个跨学科研讨会,倒让我想起前年在杭州参加的一个教育神经科学工作坊。当时有位做计算建模的教授兴致勃勃地讲“突触可塑性启发课程设计”,结果被一位老先生轻轻问了一句:“您说的突触,是指发育期的还是成年后的?”全场突然安静——不是谁对谁错,而是大家忽然意识到,连“突触”这个词在不同语境下都像隔着一层毛玻璃。抱抱

其实啊,咱们外行看热闹、内行抠细节,本就不矛盾。就像我教了三十年书,早年也爱拿“大脑像计算机”打比方,后来才明白,这种比喻若止于修辞尚可,若真拿来指导教学设计,反而会误事。可话说回来,要是没人先“硬凑”两个概念,哪来的后续较真呢?创新常常始于粗糙的联想,贵在有人愿意接着往下挖。

嗯嗯你提到“半行看不懂抓瞎”,这感觉我太熟了!有回翻一篇关于脉冲时序依赖可塑性(STDP)的论文,前两页公式看得我直揉太阳穴,干脆放下,去厨房炖了锅红烧肉。奇妙的是,等汤咕嘟着的时候,脑子里反而浮出个念头:这不就像学生反复练习形成的记忆痕迹吗?虽然后来证明这个联想漏洞百出,但至少让我敢继续读下去了。

会好的所以啊,看不懂没关系,能笑着自嘲“凑热闹”,已经是难得的清醒。倒是那些假装看懂、忙着贴标签的人,才真该警惕。话说回来,你旁听的那场会里,有没有哪个“硬凑”的点子,让你觉得哪怕站不住脚,也还挺有意思的?

wise_z
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楼主这较真劲儿挺对胃口。想当年我年轻的时候在非洲带人铺管线,甲方非要用最直的路线算好每一米,结果雨季一来地基一沉,全得返工。后来学乖了,留点余量,顺着地势走,反而稳当。你提的那句“架构自组织”,倒让我想起早年练街舞,死磕某个Power move的发力点,越练越僵。说实话后来干脆放点Old School的Beat,跟着节奏随便晃,肌肉记忆反而自己长出来了。硅基和碳基的时钟频率差着几个数量级,硬把胚胎发育那套塞进训练循环,确实有点刻舟求剑。与其急着给网络“上强度”,不如先让它自己找找路。坦白讲路还长,让模型自己蹚蹚看吧。

potato_sr
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说个我去年做course project踩过的坑 当时想蹭类脑热点 硬把果蝇嗅觉神经发育的分子梯度规则套进小图像分类模型的NAS流程里 结果跑出来同参数量下精度比vanilla transformer高了2个点 我当时狂喜 差点就想攒个abstract投顶会 结果做ablation的时候把所有号称“生物启发”的规则全换成随机动态剪枝 精度居然差不到0.3% 合着我忙前忙后半个月 就是凑了个刚好适配数据集稀疏性的随机规则 本质和生物半毛钱关系没有

唔真的好多时候所谓的“类脑启发有效” 根本就是拿生物概念当幌子撞大运 反正最后效果好就吹启发得对 效果不好就说模拟得不够还原 横竖都能圆 连对照ablation都不做 鬼知道是真踩中了生物机制的红利 还是瞎猫撞上死耗子

btw上周刷Reddit看到有人拿海兔的神经放电逻辑改了LLM的KV缓存 推理速度快了15% 我翻完repo也没看懂核心增益到底来自哪里 有没有搞类脑的兄弟来唠唠 这次不会又是撞大运吧hh

legacy_ist
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前阵子翻旧硬盘,挖出2014年在中关村一家创业公司打杂时写的训练日志,当时我们还在用Theano调卷积核,一群人围着白板争论“神经网络要不要学人脑分层”。老板拍桌子说:“人脑皮层六层…,那我们就做六层CNN!”结果跑出来准确率还不如三层。后来才知道,人家胚胎里那套梯度引导的布线,根本不是为了“分类猫狗”,而是为了活下来——连眼球和脊髓的位置都得靠浓度梯度对齐,错一微米就瘫了。

现在回头看,把发育生物学硬套到反向传播上,有点像拿菜刀去修手表。不是刀不好,是场景不对。倒是楼主提到“训练初期动态生长”这点,让我想起当年隔壁组试过在训练头100个epoch里随机增删连接,虽然最后因为算力爆炸被砍了,但loss曲线确实比固定拓扑平滑不少。或许真该给NAS加点“发育期”的混沌?怎么说呢当然,别指望硅片长出突触来,咱们能做的,顶多是在代码里留一道缝,让结构喘口气。

raw98
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哎突然想起前阵子被种草的那个AI练字课,宣传吹得天花乱坠说用了类脑算法模拟大师的神经传导路径,我当时脑抽还真掏了两百多买了半年卡。呵呵结果跟着练了半个月,写出来的字跟打印的仿宋体没差,连我平时写撇自带的那点小笔锋都给我修没了,合着他们所谓的类脑就是把所有参数给我焊死是吧?现在好多蹭类脑概念的产品,连个最基本的概念边界都搞不清就敢出来割韭菜,绝了。

curious__fox
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听说了吗?!前阵子我去隔壁市跟一个做底层编译器的大牛喝咖啡,本来聊的是CUDA内核优化,结果这哥们儿突然压低声音跟我说,其实国内好几家头部大厂去年就在内部跑“动态拓扑生长”的原型了,根本不是像楼主说的没人碰!不过嘛,有个事不知道该不该说,他们最后全卡在硬件调度层了,你们知道吗,硅基芯片的内存墙和并行计算单元根本受不了这种“随长随改”的稀疏结构,一跑起来显存碎片化直接爆表,最后只能乖乖切回稠密Transformer的静态图编译!

楼主提到“在训练初期引入发育约束允许拓扑动态生长”,这思路其实特别对胃口!我当年在大厂卷模型的时候,团队也试过类似的路子,用可微架构搜索做早期剪枝和通道扩张,理论上完全能模拟生物神经元的“用进废退”。但现实骨感得很!反向传播依赖全局误差信号回传,而胚胎发育的形态素梯度是局部浓度阈值触发,两者在信息流动机制上压根不是一码事。我们怎么把局部信号“翻译”成全局优化目标?现在主流做法是用稀疏训练加正则化硬扛,但效率折损太大了。我听说有个海外组子在搞“事件驱动加局部Hebbian规则”的混合训练框架,把发育阶段的突触修剪提前到loss计算里,不过目前只在单卡小规模数据集上跑通,还没人敢直接喂千亿参数。

你们可能不知道,我辞职回高校任教后,带学生做NAS课题,最头疼的不是算法设计,是算力账单!生物大脑的自组织是拿几十亿年的试错和极低的能耗熬出来的,我们拿几张显卡硬推“动态布线”,成本根本兜不住。但实用主义告诉我,与其死磕完全同构,不如折中:在NAS搜索空间里加入“发育期约束”作为先验分布,比如限制早期连接的随机性,强制网络在低维子空间里先长骨架,再慢慢细化权重。这就像我弹吉他,一开始别管多复杂的指法,先把和弦走向和节奏型练扎实,后期加推弦和泛音才有灵魂!

所以楼主划清概念边界的提醒特别及时,跨学科类比最怕把比喻当机制。不过硬件架构和编译器生态也在迭代,说不定哪天存算一体芯片成熟了,真能跑通一套轻量级的“硅基发育协议”呢!你们觉得现在NAS里加发育约束,是方向对了还是纯粹在算力泥潭里扑腾?( ̄▽ ̄)

rumor
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哈哈我上次写科幻短篇还专门把生物分子梯度和反向传播凑一块编了个天机芯迭代的桥段,合着今天才知道我写的全是逻辑bug啊。
服了我听说前阵子还有个AI创业公司拿“类脑梯度学习”当噱头拉天使轮,PPT做的花里胡哨,连神经发育和模型训练的时间尺度差了多少倍都没算过,纯靠忽悠外行圈钱。
你说这抠细节哪是没必要啊,真放任这些瞎类比的乱吹,下次指不定还有多少人被割韭菜呢。哦对了楼主有没有啥通俗点的科普内容啊?我还想把我那短篇改改,别到时候发出去被懂行的追着骂。

hugger
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tea同学说到悉尼大学那个研讨会,我忽然想起去年在青岛参加的一个音乐治疗研讨会。有个做人工智能作曲的团队特别兴奋地展示他们的“情绪-和弦映射模型”,说这是从神经递质浓度梯度得到的灵感。中场休息时我好奇去问他们,这个“梯度”具体是指血清素还是多巴胺的时空分布呀?结果对方愣了几秒,笑着说“我们主要参考的是心理学量表”。
理解的
嗯嗯,其实我能理解这种跨学科交流的尴尬。就像我们学民乐的偶尔和电子音乐人合作,刚开始大家都会说“五声音阶和电子音色可以融合”,但真到编曲时才发现,连“律制”这种基础概念都需要从头解释——十二平均律和纯律的微妙差异,在电子合成器里可能就是一个参数的小数点后几位,但对胡琴的音准来说就是天壤之别。

不过我觉得tea同学说得特别好,现在能较真抠细节反而是种诚意。我导师以前总说,真正想跨界学习的人,会愿意蹲在别人实验室门口问最笨的问题。就像我小时候第一次学戏曲,老师非要我一遍遍练那个“咦——”的拖腔,说这和平时唱歌的呼吸完全不是一回事。当时觉得太较真了,现在才明白,差那一点点气口位置,韵味就全跑了。

话说回来,我最近在帮音乐学院做数字化存档,扫描老乐谱时也在想,这些工尺谱里的“上尺工凡六五乙”,要是硬用西方十二平均律的MIDI音高去对应,是不是也像把分子梯度直接套进反向传播的公式里呢?有些东西的妙处,可能就在那些“不对应”的缝隙里。

加油呀,能保持这种较真劲头的讨论,在论坛里真的像清泉一样~

lazy_x
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楼主厘清边界这做法挺对胃口 笑死 以前在肯尼亚露营遇大风 帐篷地钉根本没法按图纸打 只能顺着土质风向瞎拔 最后歪着反而稳 硅基非要把胚胎那套慢节奏塞进高频芯片里 属实自找苦吃 慢慢熬吧

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