This paper shows that the heterogeneity in neuronal and synaptic dynamics reduces the spiking activity of a Recurrent Spiking Neural Network (RSNN) while improving prediction performance, enabling spike-efficient (unsupervised) learning. We analytically show that the diversity in neurons' integration/relaxation dynamics improves an RSNN's ability to learn more distinct input patterns (higher memory capacity), leading to improved classification and prediction performance. We further prove that heterogeneous Spike-Timing-Dependent-Plasticity (STDP) dynamics of synapses reduce spiking activity but preserve memory capacity. The analytical results motivate Heterogeneous RSNN design using Bayesian optimization to determine heterogeneity in neurons and synapses to improve $\mathcal{E}$, defined as the ratio of spiking activity and memory capacity. The empirical results on time series classification and prediction tasks show that optimized HRSNN increases performance and reduces spiking activity compared to a homogeneous RSNN.


翻译:本文揭示,神经元与突触动力学的异质性能够降低递归脉冲神经网络(RSNN)的脉冲活动,同时提升预测性能,从而实现脉冲高效(无监督)学习。我们通过理论分析表明,神经元整合/松弛动力学的多样性可增强RSNN学习更多独特输入模式的能力(即更高的记忆容量),从而改善分类与预测性能。进一步证明,突触的异质性脉冲时序依赖可塑性(STDP)动力学可降低脉冲活动,同时保持记忆容量。基于这些理论结果,我们提出采用贝叶斯优化方法设计异质性RSNN,通过确定神经元与突触的最优异质性参数来优化指标$\mathcal{E}$(定义为脉冲活动与记忆容量的比值)。时间序列分类与预测任务的实验结果表明,与同质性RSNN相比,优化的异质性RSNN在提升性能的同时显著降低了脉冲活动。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Adaptive Synthetic Characters for Military Training
Arxiv
50+阅读 · 2021年1月6日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 自回归Boltzmann生成器重塑分子采样
专知会员服务
0+阅读 · 6月26日
GNN跨域综述:从消息传递到图基础模型
专知会员服务
0+阅读 · 6月26日
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
11+阅读 · 6月26日
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 6月26日
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 6月26日
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员