Recurrent Relational Networks

This paper is concerned with learning to solve tasks that require a chain of interdependent steps of relational inference, like answering complex questions about the relationships between objects, or solving puzzles where the smaller elements of a solution mutually constrain each other. We introduce the recurrent relational network, a general purpose module that operates on a graph representation of objects. As a generalization of Santoro et al. [2017]'s relational network, it can augment any neural network model with the capacity to do many-step relational reasoning. We achieve state of the art results on the bAbI textual question-answering dataset with the recurrent relational network, consistently solving 20/20 tasks. As bAbI is not particularly challenging from a relational reasoning point of view, we introduce Pretty-CLEVR, a new diagnostic dataset for relational reasoning. In the Pretty-CLEVR set-up, we can vary the question to control for the number of relational reasoning steps that are required to obtain the answer. Using Pretty-CLEVR, we probe the limitations of multi-layer perceptrons, relational and recurrent relational networks. Finally, we show how recurrent relational networks can learn to solve Sudoku puzzles from supervised training data, a challenging task requiring upwards of 64 steps of relational reasoning. We achieve state-of-the-art results amongst comparable methods by solving 96.6% of the hardest Sudoku puzzles.Comment: Accepted at NIPS 201

Auseinandersetzung mit Kraepelins Werk in den Jahren 1900 bis 1960

Kraepelins Nosologie hat nach ihrer erstmaligen, teilweisen Präsentation in der 5. Auflage des Lehrbuches 1896 und der vollständigen Vorstellung in der 6. Auflage des Lehrbuches 1899 zu vielen verschiedenen Reaktionen von Kraepelins Zeitgenossen, Schüler und Nachfolger geführt. Kraepelin hatte ein System aus zwei grossen Gruppen erstellt, das die bisherigen – auch bewährten – Einteilungen radikal zerstörte. Die Kritik an dieser Dichotomie aus Dementia praecox und manisch-depressivem Irresein ist für viele Autoren der Hauptgesichtspunkt. Daneben findet sich Kritik am generellen, vom Weltbild des 19. Jahrhunderts geprägten Wissenschaftsverständnis Kraepelins, an seiner klinischen Methodik und der Vernachlässigung der psychologischen Komponente, der andere Schulen (BLEULER, FREUD, KRETSCHMER) wesentlich mehr Bedeutung zumessen. Aufgabe der vorliegenden Arbeit war es, die Beurteilung und Akzeptanz von Kraepelins Konzept der Geisteskrankheiten über den Zeitraum von 1900 bis 1960, also von der Vorstellung der vollständigen psychiatrischen Lehre Kraepelins 1897 bis über seinen 100. Geburtstag hinaus darzustellen. Daneben sollte die Besprechung von Kraepelins wissenschaftlicher Grundeinstellung über diesen Zeitraum analysiert werden. Die verschiedenen Ansichten zu Kraepelins Nosologie und seinem Wissenschaftsverständnis lassen sich anhand von Kraepelins Lebensdaten, historischen Ereignissen und der Weiterentwicklung der psychiatrischen Forschung in drei Phasen einteilen. In der ersten Phase nach Erscheinen der 6. Auflage des Lehrbuches 1899 bis etwa 1920 wurde Kraepelins Werk erbittert (THALBITZER) und polemisch (HOCHE) bekämpft und von vielen weiteren Autoren bewertet. Während jedoch die meisten anderen Autoren mit Einzelgesichtspunkten, die die Einteilung in Subgruppen in Kraepelins Lehre betreffen, nicht einverstanden sind, sind Kraepelins Hauptkritiker HOCHE und THALBITZER mit dem Gesamtaufbau von Kraepelins System, der wissenschaftlichen Grundlage und Logik nicht zufrieden Der Angriff THALBITZERS erfolgte gegen Kraepelins Sonderstellung der Involutionsmelancholie gegenüber den manisch-depressiven Erkrankungen. Auch die Unterdrückung der Zustände von einfacher Manie und einfacher Depression ohne Rezidiv und ihre ausschließliche Auflösung in der rezidivierenden manisch-depressiven Psychose ist ein wichtiger Diskussionspunkt (RÉGIS 1907). HOCHEs Polemik richtete sich gegen Kraepelins Krankheitsformen im allgemeinen, die er für nicht zielführend in der Diagnostik hält. Lediglich SOUTZO (1906) sah Kraepelins Werk als „Quintessenz“ der modernen Psychiatrie an. Unterstützung für Kraepelins Werk kam von DENY (1907) und DREYFUS (1909) in der Frage der manisch-depressiven Psychosen und von WALKER (1907) in der Frage der Dementia praecox. JASPERS (1913) sieht in der Erstellung von Krankheitsformen eine nicht erreichbare Aufgabe. Die Auseinandersetzung mit dem der Nosologie zugrunde liegenden Wissenschaftsverständnis Kraepelins ist vor 1920 spärlich (HOCHE 1906 und JASPERS 1913). Während HOCHE den gesamten wissenschaftlichen Ansatz Kraepelins mit Polemik überzieht, ohne Verbesserungsvorschläge machen zu können, geht JASPERS von einem vielschichtigeren psychopathologischen Modell aus, als das strenge morphologisch und klassifikatorisch geprägte Verständnis Kraepelins. Nach 1920 scheint Kraepelins Werk anerkannt. Nur noch ein Artikel mit harscher Verurteilung der fehlenden Dynamik der Kraepelinschen Dichotomie erscheint (MEYER 1922), es überwiegen leichte Meinungsverschiedenheiten (KRETSCHMER 1919, GAUPP 1926) über methodische Fragen. Schon 1926 stellt GAUPP Kraepelins Werk – trotz der bemerkten Mängel – als historische Leistung dar und beschreibt die alle anderen Lehren verdrängende Wirkung von Kraepelins Nosologie auf die Diagnostik der modernen Psychiatrie. Die zweite Phase beginnt mit Kraepelins Tod im Jahre 1926 und endet 1928. Werk und Persönlichkeit des Forschers Kraepelin werden in den Nachrufen mit Ruhm und Lob überhäuft, die Leistungen Kraepelins werden bereits als epochal eingeschätzt (BIRNBAUM 1928). Deutliche Ablehnung zeigen nur wenige Autoren (HENNEBERG 1926, CLAUDE 1927, HALBERSTADT 1927) Die schärfste Kritik kommt ein weiteres Mal von MEYER (1927), der eine Reihe sachlicher Differenzen beleuchtet und an Kraepelins Forschungsmethode die Vernachlässigung des konstitutionellen Hintergrundes bedauert. Zu Beginn der dritten Phase, 1929, erscheinen zwei Artikel von GRUHLE und MAYER-GROSS mit Meinungsverschiedenheiten in einzelnen Punkten. Beide bedauern die fehlende Einbeziehung der Psychologie in Kraepelins Werk. Die mit MEYER (1922) begonnene Diskussion über das statisch-anatomische Wissenschaftsverständnis Kraepelins ist hier auf dem Höhepunkt. Dieser systematische Fehler in Kraepelins Nosologie wird jedoch mit dem wissenschaftlichen Verständnis des 19. Jahrhunderts und den damaligen Ansichten über den psychisch kranken Menschen entschuldigt, denen sich Kraepelin nicht entziehen konnte. Das Festjahr 1956 findet Kraepelins Werk in eine historische Perspektive gestellt, die Kritik – sofern überhaupt vorhanden – fällt milde aus. Kraepelins Werk gilt für die Autoren GRUHLE, SCHNEIDER, WYRSCH (alle 1956), BRACELAND (1957) und KAHN (1959) als Grundlage moderner Psychiatrie, Kraepelins Werk gilt als unentbehrlich für die moderne Diagnostik. Ein – im Hinblick auf die in den 60er Jahren beginnende Debatte der „Neo-Kraepelinianer“ – früher Denkanstoß zur Überarbeitung des Systems wegen der zu scharfen und klinisch nicht haltbaren Trennung zwischen manisch-depressiv und schizophren kommt von CONRAD (1959). Kraepelins Nosologie hat sich innerhalb von zwei Dekaden gegen die vorhandenen Lehrmeinungen durchgesetzt und gilt ubiquitär seit etwa 1920, wurde zwar abgewandelt durch den „Neo-Kraepelinianismus“ und moderne Forschungsergebnisse, ist aber als konkurrenzloses Fundament der Psychiatrie für die Diagnostik in ICD-10 und DSM-IV unverzichtbar. Die Anreicherung von Kraepelins System durch die moderne Forschung zeigte zwar den Mangel des Systems an Variabilität, aber erst durch diese Anreicherung wurde erkannt, daß Kraepelins Nosologie kein abgeschlossenes Kapitel einer wissenschaftlichen Meinung ist, sondern die wandlungsfähige, weiterhin gültige Grundlage einer klinischen Einteilung

Aquaponics nomenclature matters: it is about principles and technologies and not as much about coupling

The food production system ‘aquaponics’ has moved a long way from its inceptions in the 1970s and 1980s. This paper suggests that it is the principle of aquaponics that should define what aquaponics is and then the rest follows according to systems and technologies. This paper supports the Palm et al. (Aquac Int. 2018;26(3):813–42) position of having a nutrient supply threshold (>50%) from the feed via the aquatic organisms to the plants. We test the most recent alternative definitions (e.g. Baganz et al. Rev Aquac. 2021;14:252–64) that overcomplicate existing definitions and nomenclature. Any new definition needs to be referential to existing terms and prop- erly tested. This paper does exactly that, concluding that several recent changes by Baganz et al. (Rev Aquac. 2021;14:252–64) are not needed. We also debate that the key principle behind aquaponics is ‘all about coupling’. Whilst coupling is an important aspect, existing technologies and those that will emerge are far more complex. Finally, this paper highlights the idiosyncrasies in the term aquaponics and we sug- gest an alternative term ‘aquaorganoponics’, which in essence better describes the principles of aquaponics (s.s.) which transfers natural organic compounds combined with microbes in water from the aquaculture unit to the plants

Growing Extended Laughlin States in a Quantum Gas Microscope: A Patchwork Construction

The study of fractional Chern insulators and their exotic anyonic excitations poses a major challenge in current experimental and theoretical research. Quantum simulators, in particular ultracold atoms in optical lattices, provide a promising platform to realize, manipulate, and understand such systems with a high degree of controllability. Recently, an atomic $\nu=1/2$ Laughlin state has been realized experimentally for a small system of two particles on 4 by 4 sites. The next challenge concerns the preparation of Laughlin states in extended systems, ultimately giving access to anyonic braiding statistics or gapless chiral edge-states in systems with open boundaries. Here, we propose and analyze an experimentally feasible scheme to grow larger Laughlin states by connecting multiple copies of the already existing 4-by-4-system. First, we present a minimal setting obtained by coupling two of such patches, producing an extended 8-by-4-system with four particles. Then, we analyze different preparation schemes, setting the focus on two shapes for the extended system, and discuss their respective advantages: While growing strip-like lattices could give experimental access to the central charge, square-like geometries are advantageous for creating quasi-hole excitations in view of braiding protocols. We highlight the robust quantization of the fractional quasi-hole charge upon using our preparation protocol. We benchmark the performance of our patchwork preparation scheme by comparing it to a protocol based on coupling one-dimensional chains. We find that the patchwork approach consistently gives higher target-state fidelities, especially for elongated systems. The results presented here pave the way towards near-term implementations of extended Laughlin states in quantum gas microscopes and the subsequent exploration of exotic properties of topologically ordered systems in experiments.Comment: 18 pages, 21 figure

Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Information Processing Speed, Working Memory, Attention, and Social Cognition in Multiple Sclerosis

Multiple Sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease of the central nervous system. Cognitive impairment occurs in 40–65% of patients and could drastically affect their quality of life. Deficits could involve general cognition (e.g., attention and working memory) as well as social cognition. Transcranial direct current stimulation (tDCS), is a novel brain stimulation technique that has been assessed in the context of several neuropsychiatric symptoms, including those described in the context of MS. However, very rare trials have assessed tDCS effects on general cognition in MS, and none has tackled social cognition. The aim of this work was to assess tDCS effects on general and social cognition in MS. Eleven right-handed patients with MS received two blocks (bifrontal tDCS and sham, 2 mA, 20 min, anode/cathode over left/right prefrontal cortex) of 5 daily stimulations separated by a 3-week washout interval. Working memory and attention were, respectively, measured using N-Back Test (0-Back, 1-Back, and 2-Back) and Symbol Digit Modalities Test (SDMT) at the first and fifth day of each block and 1 week later. Social cognition was evaluated using Faux Pas Test and Eyes Test at baseline and 1 week after each block. Interestingly, accuracy of 1-Back test improved following sham but not active bifrontal tDCS. Therefore, active bifrontal tDCS could have impaired working memory via cathodal stimulation of the right prefrontal cortex. No significant tDCS effects were observed on social cognitive measures and SDMT. Admitting the small sample size and the learning (practice) effect that might arise from the repetitive administration of each task, the current results should be considered as preliminary and further investigations in larger patient samples are needed to gain a closer understanding of tDCS effects on cognition in MS

Editorial: Advances in brain imaging and stimulation methods for cognitive function investigation

The Research Topic “Advances in brain imaging and stimulation methods for cognitive function investigation” gathers basic research and clinical results of experimental brain imaging and stimulation techniques which are used to investigate mechanisms of cognitive function and dysfunction

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Depression during Pregnancy: Scientific Evidence and What Is Being Said in the Media - A Systematic Review

Major depression is the most frequent morbidity in pregnancy. The first-line therapies, psychopharmacologic treatment and psychotherapy, are either insufficient or may cause severe or teratogenic adverse events. As a result of its local limitation to the patient's brain, transcranial direct current stimulation (tDCS) could potentially be an ideal treatment for pregnant women with depression. A literature search was conducted in medical databases, globally published newspapers, search engines, and clinical trial registers to collect all articles on tDCS for the treatment of depression during pregnancy. The aim of this review was to investigate the scientific evidence of tDCS use for depression during pregnancy and to compare these results with the textual and emotional perception in the media as interventions during pregnancy are under particular surveillance. We detected 13 medical articles dealing with tDCS for depression in pregnancy. Overall, the scientific evidence as well as articles in the media for tDCS in pregnancy are sparse, but promising. Further studies are required in this specifically vulnerable population of pregnant women to generate evidence. It is likely that public interest will increase when the results of a pilot study in Canada are published

Transcranial Direct Current Stimulation for Obsessive-Compulsive Disorder: A Systematic Review

Despite the advances in psychopharmacology and established psychotherapeutic interventions, more than 40% of patients with obsessive-compulsive disorder (OCD) do not respond to conventional treatment approaches. Transcranial direct current stimulation (tDCS) has been recently proposed as a therapeutic tool to alleviate treatment-resistant symptoms in patients with OCD. The aim of this review was to provide a comprehensive overview of the current state of the art and future clinical applications of tDCS in patients with OCD. A literature search conducted on the PubMed database following PRISMA guidelines and completed by a manual search yielded 12 results: eight case reports, three open-label studies (with 5, 8, and 42 participants), and one randomized trial with two active conditions (12 patients). There was no sham-controlled study. A total of 77 patients received active tDCS with a large diversity of electrode montages mainly targeting the dorsolateral prefrontal cortex, the orbitofrontal cortex or the (pre-) supplementary motor area. Despite methodological limitations and the heterogeneity of stimulation parameters, tDCS appears to be a promising tool to decrease obsessive-compulsive symptoms as well as comorbid depression and anxiety in patients with treatment-resistant OCD. Further sham-controlled studies are needed to confirm these preliminary results