电路更新--2024年9月：Anthropic团队探索Transformer模型中的"后继头"机制

Anthropic可解释性团队分享了多项研究进展。研究发现，从Haiku 3.5到Sonnet 4.5等模型中存在跨模态视觉特征，能够识别ASCII艺术和SVG代码中编码的语义概念，如眼睛、嘴巴、狗、猫等。这些特征依赖于视觉描绘的上下文环境，例如，SVG圆形元素只有在位于激活"面部"特征的更大结构中时才会激活"眼睛"特征。在生成过程中对部分特征进行引导，可以对应修改文本艺术的语义，例如将ASCII表情从皱眉转为微笑，或为SVG面部添加皱纹。研究还发现模型存在类似"人脸幻想"…

本文通过"绝对值"玩具模型，揭示了稀疏自动编码器（SAE）和转码器在解释神经网络时可能存在的"机制非忠实性"问题。核心在于，即使转码器能很好地近似模型的输入-输出映射，它也可能采用与原始模型完全不同的内部计算机制。作者特别指出，当训练数据中存在重复数据点时，转码器可能形成专门"记忆"该点的特征电路，而原模型并无此机制。这种机制背离可能导致模型在分布外数据上泛化行为出现差异，从而威胁机械可解释性研究的可信度。文章最后简要讨论了"雅可比匹配"等潜在缓解方法。

稀疏混合线性变换（MOLT）是一种正在开发的新方法，旨在替代Transformer模型中的MLP层，以解决此前"转码器"方法在计算效率和表示忠实性上的局限。与转码器学习稀疏激活的特征向量不同，MOLT学习稀疏激活的线性变换，这些变换直接对残差流进行线性操作以贡献输出，充当纯粹的计算单元。初步实验表明，MOLT比转码器计算效率更高、机制更忠实，其激活条件具有可解释性，有助于理解层间特征的转换过程。该方法与混合解码器架构相关，但采用了低秩矩阵等不同参数化策略。

研究团队提出"QK归因"方法，将Transformer注意力头的关注模式解释为查询侧与键侧特征激活的双线性函数，并将其整合至原有的归因图中，从而弥补了原有方法忽略注意力计算关键信息的缺陷。案例研究验证了此前在归纳提示、反义词任务等场景中假设的特征交互机制，并发现了如"一致性头"用于合理性检查等新计算模式。该方法实现了对模型前向传播过程更完整的可解释性因果图描述。

Anthropic可解释性团队在Crosscoder模型差异分析中发现，模型独占特征往往多义性高、激活密集，难以解释。实验表明，这是由于有限特征容量下的竞争：共享特征能同时解释两个模型的激活模式，而独占特征需编码更多信息以证明其存在。团队提出缓解策略，即引入少量指定共享特征并降低其稀疏性惩罚，使独占特征变得更可解释和单义。该方法应用于真实模型时，成功分离出能捕捉模型间行为差异的可解释特征。此外，观察到独占特征激活频率比共享特征高一个数量级，且两模型独占特征数量相近。

本文探讨神经网络中"干扰权重"与"权重叠加"现象，认为这是从特定示例归因分析转向全局电路分析的核心障碍。研究通过在玩具模型中的初步探索得出三点发现：干扰权重可在修改解释的玩具模型中复现，其表现与真实模型相似，分析时通常需滤除；其定义多样，既有原则性定义也有实用启发式方法，可在玩具模型中比较，并有望将计算成本高的原则性定义应用于真实模型少量权重以校准启发式方法；仍需大量玩具模型研究以深入理解。文章还讨论了其对安全的影响：它们可能被对抗性环境利用从而损害模型鲁棒性，但对于对齐问…

Anthropic可解释性团队分享了稀疏自编码器与交叉编码器训练方法的最新改进。主要更新包括采用JumpReLU激活函数、调整损失函数以增强稀疏性并减少"死特征"，以及详细的参数初始化与优化设置。团队基于Rajamanoharan等人（2024）的技术，但修改了梯度流动方式和稀疏性惩罚项。关键超参数包括λ_S约10、λ_P为3×10−6，并采用线性预热策略。这些改进旨在为外部研究团队提供一个有效的训练起点，相关成果将在未来几个月内进一步发表。

本文介绍了一种新型的稀疏交叉编码器，它能够同时读取和写入神经网络多个层的激活值，从而提取跨层的共享特征。其主要应用包括：解决跨层叠加问题，追踪残差流中的持久特征；通过消除"重复特征"和跨越无意义的连接来简化电路分析；以及为不同训练阶段或不同架构的模型生成共享特征集，以实现模型差异比较。初步实验验证了其在处理跨层叠加和模型比较方面的潜力。

Anthropic可解释性团队分享了2024年7月的多项研究进展与初步想法，并指出了未来面临的五大核心挑战。这些挑战包括：大量未被提取的"缺失特征"可能构成神经网络的"暗物质"；跨层叠加现象使特征难以映射到特定层；注意力叠加可能掩盖了如归纳头等基本单元的真实结构；权重叠加产生的"干扰权重"给电路分析带来混淆；以及如何将微观的电路理解整合为宏观的模型认知。团队认为，尽管在特征叠加等问题上已取得显著进展，但这些新挑战是通往神经网络机制性理解道路上的关键障碍。

本文认为，在可解释性这类尚处前范式阶段的早期科学领域中，定性研究应与定量研究同等重要。成熟学科依赖既定范式和可靠度量，但可解释性研究缺乏这些基础，过度依赖将高维数据简化为单一数字的摘要统计量存在风险，可能沦为"货船崇拜科学"。作者以自身在字典学习中使用tanh正则化的研究为例，说明定性检查如何揭示了摘要统计量的误导性。在假设空间广阔的早期领域，研究目标应是探索值得考虑的假设，这需要更多地依赖定性结果来引导方向，并对定量度量保持审慎。