利用信息处理的观点探究视网膜层次化结构的组织原理

基本信息
批准号:61403375
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:孔庆群
学科分类:
依托单位:中国科学院自动化研究所
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:余淼,王伟,张铁林,崔海楠,傅康平,张婷
关键词:
视锥系统深度神经网络视网膜组织结构早期视觉视杆系统
结项摘要

The information processing in retina is a typically feed-forward and hierarchical procedure. Visual stimuli pass from the photoreceptor to bipolar cell, and then go to ganglion cell. Along this way, the number of relevant neurons reduces to 1.2 million from 150 million. Why does such a hierarchical structure exist in the retina? Does this hierarchical structure meet with "efficient coding" under the principle of energy minimization? In addition to the serially hierarchical structure, there also exist two parallel photo-sensory systems in the retina: rod system and cone system, which have different but complementary structures and functions. What is the principle of this kind of organizational structure? This proposal aims to study these questions from an information-processing viewpoint. The main research topics contain: 1) research on the principle of the retina’s hierarchical organization; 2) research on the theoretical models of the parallel organization consisting of rod system and cone system which are existed in the retina. The research results would not only be valuable in explaining the principles of the retina’s inherent hierarchical structure, but also provide a solid reference for explaining why the deep neural network can exhibit excellent performance in many traditional computer vision tasks, such as object classification and recognition. Finally,as an application of the theoretical studies of the principle of retina’s hierarchical structure, this proposal would use the research results of the first two topics to build and learn adaptive deep neural networks for a better performance.

视网膜的信息处理过程是一种典型的前馈层次化方式,视觉信号逐次经过感光细胞、双极细胞、神经节细胞进行处理,神经元的数量也从1.5亿多个压缩到120多万个,视网膜中为什么会存在这种层次化结构?这种层次化结构是否满足能量最小化准测下的“有效编码”原理?此外,在视网膜的这种层次化结构中,还存在两类并行的感光系统:视杆系统和视锥系统,这两类系统的结构和功能迥异而又互补,这其中的组织原理又是什么?本项目将从信息处理的观点对这些问题进行探究,主要内容包括:1)研究视网膜层次化结构的组织原理;2)研究视网膜中存在视杆和视锥两个子系统的组织原理。这些研究内容不仅能够解释视网膜层次化结构的内在机理,而且能够为解释深度神经网络在物体分类和识别等方面呈现出的优良性质提供有力参考和借鉴。作为理论成果的应用,本项目还将把前两项研究内容的成果应用在自适应深度神经网络的构建与学习中,以提高深度神经网络的性能。

项目摘要

包含视网膜在内的早期视觉系统的信息处理过程是一种典型的前馈层次化方式,为什么会存在这种层次化结构?这种层次化结构是否满足能量最小化准测下的“有效编码”原理?此外,除了这种层次化结构中,单个区域内神经元群的组织结构的存在内在机理是什么?本项目将从信息处理的观点对这些问题进行探究,主要内容包括:1)研究早期视觉系统的层次化结构的组织原理;2)研究单个区域内神经元群的组织结构。这些研究内容不仅能够解释了早期视觉系统层次化结构的内在机理,而且能够为解释深度神经网络在物体分类等方面呈现出的优良性质提供有力参考和借鉴。作为理论成果的应用,本项目还将把前两项研究内容的成果应用在深度神经网络的构建与学习中,提高了深度神经网络在物体分类、语义分割等领域的性能。本项目在执行期内,共计发表国际期刊论文5篇,国际会议论文4篇,申请发明专利4项;项目负责人由助理研究员升聘为副研究员,培养博士研究生4名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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