The ability to train spiking neural networks is essential for modeling biological neural networks as well as for neuromorphic computing. However, for the extensively used leaky integrate-and-fire (LIF) neurons, arbitrarily small parameter changes can induce spike (dis)appearances that disrupt subsequent activity, leading to unstable neural representations and permanently silent neurons during exact spike-based gradient descent. Recent work shows that a class of neuron models, which includes the quadratic integrate-and-fire (QIF) neuron, avoids these discontinuities and enables continuous and even smooth spike-based gradient descent. However, it remains unclear whether these advantages translate into practice. Here, we demonstrate that they do so via a controlled comparison between networks of LIF and QIF neurons on the popular Spiking Heidelberg Digits dataset. Specifically, in a first step, we perform a thorough hyperparameter search to optimize both models, revealing a clear performance advantage of QIF neurons. In a second step, we visualize the loss and gradient landscapes. Consistent with their inferior performance, we find that the loss landscapes of LIF neurons, which are discontinuous, appear more fragmented and the related gradients more erratic. An analysis of the landscapes of single samples indicates that these features arise from changes in the temporal order of spikes, which often cause disruptive spike (dis)appearances. Overall, our results advocate replacing LIF neurons with neuron models exhibiting continuous spiking dynamics, such as QIF neurons, for gradient descent training.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS22系列】几何视角下 GNN 的拓扑知识表示与迁移
专知会员服务
20+阅读 · 2022年12月7日
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
Neural Architecture Search without Training
Arxiv
10+阅读 · 2021年6月11日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
49+阅读 · 2020年12月16日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
1+阅读 · 今天11:43
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
5+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
相关VIP内容
【NeurIPS22系列】几何视角下 GNN 的拓扑知识表示与迁移
专知会员服务
20+阅读 · 2022年12月7日
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员