This chapter sheds light on the synaptic organization of the brain from the perspective of computational neuroscience. It provides an introductory overview on how to account for empirical data in mathematical models, implement them in software, and perform simulations reflecting experiments. This path is demonstrated with respect to four key aspects of synaptic signaling: the connectivity of brain networks, synaptic transmission, synaptic plasticity, and the heterogeneity across synapses. Each step and aspect of the modeling and simulation workflow comes with its own challenges and pitfalls, which are highlighted and addressed in detail.
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随着自我监督学习的快速发展（例如，对比度学习），在医学图像分析中广泛认识到具有大规模图像（即使没有注释）来训练更具概括的AI模型的重要性。但是，大规模收集大规模任务的未注释数据对于单个实验室来说可能具有挑战性。现有的在线资源（例如数字书籍，出版物和搜索引擎）为获取大型图像提供了新的资源。然而，在医疗保健中发布的图像（例如放射学和病理学）由大量的带有子图的复合图组成。为了提取和分离化合物形象为下游学习的可用单个图像，我们提出了一个简单的复合图分离（SIMCFS）框架，而无需使用传统所需的检测边界框注释，并具有新的损失函数和硬案例模拟。我们的技术贡献是四倍：（1）我们引入了一个基于模拟的培训框架，该框架最小化了对资源广泛的边界框注释的需求； （2）我们提出了一种新的侧损失，可针对复合人物分离进行优化； （3）我们提出了一种阶层内图像增强方法来模拟硬病例； （4）据我们所知，这是第一项评估利用复合图像分离的自我监督学习功效的研究。从结果来看，提出的SIMCF在ImageClef 2016复合人物分离数据库上实现了最先进的性能。使用大规模开采数字的预审预革的学习模型通过对比度学习算法提高了下游图像分类任务的准确性。 SIMCF的源代码可在https://github.com/hrlblab/imageseperation上公开获得。
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系外行星的检测为发现新的可居住世界的发现打开了大门，并帮助我们了解行星的形成方式。 NASA的目的是寻找类似地球的宜居行星，推出了开普勒太空望远镜及其后续任务K2。观察能力的进步增加了可用于研究的新鲜数据的范围，并且手动处理它们既耗时又困难。机器学习和深度学习技术可以极大地帮助降低人类以经济和公正的方式处理这些系外行星计划的现代工具所产生的大量数据的努力。但是，应注意精确地检测所有系外行星，同时最大程度地减少对非外界星星的错误分类。在本文中，我们利用了两种生成对抗网络的变体，即半监督的生成对抗网络和辅助分类器生成对抗网络，在K2数据中检测传播系外行星。我们发现，这些模型的用法可能有助于用系外行星的恒星分类。我们的两种技术都能够在测试数据上以召回和精度为1.00的光曲线分类。我们的半监督技术有益于解决创建标签数据集的繁琐任务。
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由于物体的异质尺度，肾脏病理图像的全面语义分割具有挑战性。例如，在整个幻灯片图像（WSI）上，肾小球的横截面区域的距离可能比周围毛细管的64倍，这使得以相同尺度上的同一贴片对两个对象进行分割是不切实际的。为了解决这个缩放问题，先前的研究通常已经训练了多个分割网络，以匹配异质组织类型的最佳像素分辨率。这种多网络解决方案是资源密集型的，无法对组织类型之间的空间关系进行建模。在本文中，我们提出了Omni-Seg+网络，这是一种通过单个神经网络实现多对象（六种组织类型）和多尺度（5倍至40倍尺度）的多尺度（5倍至40倍尺度）的动态神经网络。本文的贡献是三个方面的：（1）提出了一种新型的量表感知控制器，以将动态神经网络从单尺度到多尺度推广； （2）引入了伪标签的半监督一致性正规化，以建模未经注释的组织类型的尺度相关性成单个端到端的学习范式； （3）直接将在人类肾脏图像训练的模型中直接应用于小鼠肾脏图像，而无需再培训，就可以证明高尺度感知的概括。通过从三种不同分辨率下从六种组织类型中学习的约150,000个人类病理图像斑块，我们的方法根据人类的视觉评估和图像词的评估（即空间转录组学）获得了卓越的分割性能。官方实施可在https://github.com/ddrrnn123/omni-seg上获得。
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