研究进展:脉冲神经网络优化-算法 | Nature Computational Science

文摘   2024-09-18 00:02   北京  

通过构建精确再现大脑活动各方面的计算模型,有助于理解大脑功能。脉冲神经元网络捕获了神经元回路的基本生物物理学,然而这些活动取决于模型参数,这是众所周知的复杂。因此,启发式方法已用于配置脉冲网络模型,这导致无法发现复杂到足以匹配大规模神经元记录的活动机制。

近日,美国 卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)Shenghao Wu,Matthew A. Smith, Brent Doiron, Byron M. Yu等,在Nature Computational Science上发文,提出了一种自动程序,即基于种群统计的脉冲神经网络优化Spiking Network Optimization using Population Statistics (SNOPS),用以定制脉冲网络模型,并再现了大规模神经元记录的种群范围协变性。
首先证实了基于种群统计的脉冲神经网络优化SNOPS,可准确地恢复模拟的神经活动统计数据。然后,将基于种群统计的脉冲神经网络优化SNOPs应用于猕猴视觉和前额叶皮层的记录,并发现了以前未知的脉冲网络模型的局限性。
基于种群统计的脉冲神经网络优化SNOPs,可指导网络模型的发展,从而更深入地了解神经元网络如何产生大脑功能。

Automated customization of large-scale spiking network models to neuronal population activity.

神经元群活动的大规模脉冲网络模型自动定制。


图1: 脉冲网络模型的自动定制框架,以用于神经元记录。


图2: 脉冲网络模型的活动与神经元记录的活动统计。


图3: 具有高斯过程Gaussian process,GPs的贝叶斯优化Bayesian optimization,BO定制脉冲网络模型。


图4: 基于种群统计的脉冲神经网络优化Spiking Network Optimization using Population Statistics,SNOP,将经典平衡网络classical balanced network,CBN模型精确定制为模拟脉冲序列。


图5:用经典平衡网络CBN和空间平衡网络spatial balanced network,SBN复制猕猴V4和PFC记录的活动统计。


图6: 揭示了经典平衡网络CBN相对于具有折衷成本的空间平衡网络SBN的不灵活性。

文献链接

Wu, S., Huang, C., Snyder, A.C. et al. Automated customization of large-scale spiking network models to neuronal population activity. Nat Comput Sci (2024).

https://doi.org/10.1038/s43588-024-00688-3

https://www.nature.com/articles/s43588-024-00688-3

本文译自Nature。

来源:今日新材料

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