模型透明度是许多领域的先决条件和机器学习研究中越来越受欢迎的地区。例如，在医学领域中，揭示疾病背后的机制通常具有比诊断本身更高的优先级，因为它可能决定或引导潜在的治疗和研究方向。解释模型全球预测的最受欢迎方法之一是允许置换数据的性能的置换重要性与基线为基准。然而，这种方法和其他相关方法将低估在协调因子存在中的重要性，因为这些涵盖其提供的信息的一部分。为了解决这个问题，我们提出了涵盖了信息解剖学（CID），一种考虑所有功能信息的方法重叠，以纠正释放重要性提供的值。我们进一步展示了如何在耦合Markov随机字段时有效地计算CID。在受控玩具数据集上首先展示其在调整权释放重要性中的效力，并讨论其对现实世界医疗数据的影响。
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在不失去先前学习的情况下学习新任务和技能（即灾难性遗忘）是人为和生物神经网络的计算挑战，但是人工系统努力与其生物学类似物达成平等。哺乳动物的大脑采用众多神经手术来支持睡眠期间的持续学习。这些是人工适应的成熟。在这里，我们研究了建模哺乳动物睡眠的三个不同组成部分如何影响人工神经网络中的持续学习：（1）在非比型眼运动（NREM）睡眠期间观察到的垂直记忆重播过程； （2）链接到REM睡眠的生成记忆重播过程； （3）已提出的突触降压过程，以调整信噪比和支持神经保养。在评估持续学习CIFAR-100图像分类基准上的性能时，我们发现将所有三个睡眠组件的包含在内。在以后的任务期间，训练和灾难性遗忘在训练过程中提高了最高准确性。尽管某些灾难性遗忘在网络培训过程中持续存在，但更高水平的突触缩减水平会导致更好地保留早期任务，并进一步促进随后培训期间早期任务准确性的恢复。一个关键的要点是，在考虑使用突触缩小范围的水平时，手头有一个权衡 - 更具侵略性的缩减更好地保护早期任务，但较少的缩减可以增强学习新任务的能力。中级水平可以在训练过程中与最高的总体精度达到平衡。总体而言，我们的结果都提供了有关如何适应睡眠组件以增强人工连续学习系统的洞察力，并突出了未来神经科学睡眠研究的领域，以进一步进一步进行此类系统。
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自动生物医学图像分析的领域至关重要地取决于算法验证的可靠和有意义的性能指标。但是，当前的度量使用通常是不明智的，并且不能反映基本的域名。在这里，我们提出了一个全面的框架，该框架指导研究人员以问题意识的方式选择绩效指标。具体而言，我们专注于生物医学图像分析问题，这些问题可以解释为图像，对象或像素级别的分类任务。该框架首先编译域兴趣 - 目标结构 - ，数据集和算法与输出问题相关的属性的属性与问题指纹相关，同时还将其映射到适当的问题类别，即图像级分类，语义分段，实例，实例细分或对象检测。然后，它指导用户选择和应用一组适当的验证指标的过程，同时使他们意识到与个人选择相关的潜在陷阱。在本文中，我们描述了指标重新加载推荐框架的当前状态，目的是从图像分析社区获得建设性的反馈。当前版本是在由60多个图像分析专家的国际联盟中开发的，将在社区驱动的优化之后公开作为用户友好的工具包提供。
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超越地球轨道的人类空间勘探将涉及大量距离和持续时间的任务。为了有效减轻无数空间健康危害，数据和空间健康系统的范式转移是实现地球独立性的，而不是Earth-Reliance所必需的。有希望在生物学和健康的人工智能和机器学习领域的发展可以解决这些需求。我们提出了一个适当的自主和智能精密空间健康系统，可以监控，汇总和评估生物医学状态;分析和预测个性化不良健康结果;适应并响应新累积的数据;并提供对其船员医务人员的个人深度空间机组人员和迭代决策支持的预防性，可操作和及时的见解。在这里，我们介绍了美国国家航空航天局组织的研讨会的建议摘要，以便在太空生物学和健康中未来的人工智能应用。在未来十年，生物监测技术，生物标志科学，航天器硬件，智能软件和简化的数据管理必须成熟，并编织成精确的空间健康系统，以使人类在深空中茁壮成长。
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空间生物学研究旨在了解太空飞行对生物的根本影响，制定支持深度空间探索的基础知识，最终生物工程航天器和栖息地稳定植物，农作物，微生物，动物和人类的生态系统，为持续的多行星寿命稳定。要提高这些目标，该领域利用了来自星空和地下模拟研究的实验，平台，数据和模型生物。由于研究扩展到低地球轨道之外，实验和平台必须是最大自主，光，敏捷和智能化，以加快知识发现。在这里，我们介绍了由美国国家航空航天局的人工智能，机器学习和建模应用程序组织的研讨会的建议摘要，这些应用程序为这些空间生物学挑战提供了关键解决方案。在未来十年中，将人工智能融入太空生物学领域将深化天空效应的生物学理解，促进预测性建模和分析，支持最大自主和可重复的实验，并有效地管理星载数据和元数据，所有目标使生活能够在深空中茁壮成长。
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组织病理学癌症诊断已经变得更加复杂，并且越来越多的活组织检查是大多数病理实验室的挑战。因此，用于评估组织病理学癌细胞的自动化方法的发展是值。在这项研究中，我们使用了来自挪威队的624个整个乳腺癌（WSIS）乳腺癌。我们提出了一种级联卷积神经网络设计，称为H2G-NET，用于千兆子宫内病理学图像的语义分割。该设计涉及使用PATCH-WISE方法的检测阶段，以及使用卷积AutoEncoder的细化阶段。为了验证设计，我们进行了一个消融研究，以评估所选组分在管道上对肿瘤分割的影响。指导分割，使用等级取样和深热敷细化，在分割组织病理学图像时被证明是有益的。当使用细化网络后，我们发现了一种显着的改进，以便后处理产生的肿瘤分割热量。整体最佳设计在90个WSIS的独立测试集中实现了0.933的骰子得分。该设计表现优于单分辨率方法，例如使用MobileNetv2（0.872）和低分辨率U-Net（0.874）的聚类引导，Patch-Wise高分辨率分类。此外，代表性X400 WSI的分割〜58秒，仅使用CPU。调查结果展示了利用细化网络来改善修补程序预测的潜力。解决方案是有效的，不需要重叠的补丁推断或合并。此外，我们表明，可以使用随机采样方案训练深度神经网络，该方案同时在多个不同的标签上余下，而无需在磁盘上存储斑块。未来的工作应涉及更有效的补丁生成和采样，以及改进的聚类。
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尽管自动图像分析的重要性不断增加，但最近的元研究揭示了有关算法验证的主要缺陷。性能指标对于使用的自动算法的有意义，客观和透明的性能评估和验证尤其是关键，但是在使用特定的指标进行给定的图像分析任务时，对实际陷阱的关注相对较少。这些通常与（1）无视固有的度量属性，例如在存在类不平衡或小目标结构的情况下的行为，（2）无视固有的数据集属性，例如测试的非独立性案例和（3）无视指标应反映的实际生物医学领域的兴趣。该动态文档的目的是说明图像分析领域通常应用的性能指标的重要局限性。在这种情况下，它重点介绍了可以用作图像级分类，语义分割，实例分割或对象检测任务的生物医学图像分析问题。当前版本是基于由全球60多家机构的国际图像分析专家进行的关于指标的Delphi流程。
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Recent advances in deep learning have enabled us to address the curse of dimensionality (COD) by solving problems in higher dimensions. A subset of such approaches of addressing the COD has led us to solving high-dimensional PDEs. This has resulted in opening doors to solving a variety of real-world problems ranging from mathematical finance to stochastic control for industrial applications. Although feasible, these deep learning methods are still constrained by training time and memory. Tackling these shortcomings, Tensor Neural Networks (TNN) demonstrate that they can provide significant parameter savings while attaining the same accuracy as compared to the classical Dense Neural Network (DNN). In addition, we also show how TNN can be trained faster than DNN for the same accuracy. Besides TNN, we also introduce Tensor Network Initializer (TNN Init), a weight initialization scheme that leads to faster convergence with smaller variance for an equivalent parameter count as compared to a DNN. We benchmark TNN and TNN Init by applying them to solve the parabolic PDE associated with the Heston model, which is widely used in financial pricing theory.
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Three main points: 1. Data Science (DS) will be increasingly important to heliophysics; 2. Methods of heliophysics science discovery will continually evolve, requiring the use of learning technologies [e.g., machine learning (ML)] that are applied rigorously and that are capable of supporting discovery; and 3. To grow with the pace of data, technology, and workforce changes, heliophysics requires a new approach to the representation of knowledge.
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In the Earth's magnetosphere, there are fewer than a dozen dedicated probes beyond low-Earth orbit making in-situ observations at any given time. As a result, we poorly understand its global structure and evolution, the mechanisms of its main activity processes, magnetic storms, and substorms. New Artificial Intelligence (AI) methods, including machine learning, data mining, and data assimilation, as well as new AI-enabled missions will need to be developed to meet this Sparse Data challenge.
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