Many real-world systems undergo abrupt changes in dynamics as they move across critical points, often with dramatic consequences. Much existing theory on identifying the time-series signatures of nearby critical points -- such as increased variance and slower timescales -- is derived for the case of fixed, low-amplitude noise. However, real-world systems are often corrupted by unknown levels of noise that can distort these temporal signatures. Here we aimed to develop noise-robust indicators of the distance to criticality (DTC) for systems affected by dynamical noise in two cases: when the noise amplitude is fixed, or is unknown and variable across recordings. To approach this problem, we compare the ability of over 7000 candidate time-series features to track the DTC in the vicinity of a supercritical Hopf bifurcation. We recover existing theory in the fixed-noise case, highlighting conventional time-series features that accurately track the DTC. But in the variable-noise setting, where these conventional indicators perform poorly, we highlight new types of high-performing time-series features and show that their success is accomplished by capturing the shape of the invariant density (which depends on both the DTC and the noise amplitude) relative to the spread of fast fluctuations (which depends on the noise amplitude). We introduce a new high-performing time-series statistic, the Rescaled Auto-Density (RAD), that combines these two algorithmic components. We then use RAD to provide new evidence that brain regions higher in the visual hierarchy are positioned closer to criticality, supporting existing hypotheses about patterns of brain organization that are not detected using conventional metrics of the DTC. Our results demonstrate how large-scale algorithmic comparison can yield theoretical insights that can motivate new theory and interpretable algorithms for real-world problems.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月17日
Arxiv
29+阅读 · 2021年11月2日
VIP会员
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员