論文の概要: Efficient Online Learning for Networks of Two-Compartment Spiking Neurons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.15969v1
• Date: Sun, 25 Feb 2024 03:15:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-27 16:00:35.344153
• Title: Efficient Online Learning for Networks of Two-Compartment Spiking Neurons
• Title（参考訳）: 2成分スパイクニューロンのネットワークに対する効率的なオンライン学習
• Authors: Yujia Yin, Xinyi Chen, Chenxiang Ma, Jibin Wu, Kay Chen Tan
• Abstract要約: 本稿では,TC-LIFニューロンのネットワークに適した新しいオンライン学習手法を提案する。 我々はまた、時間情報統合を強化するために慎重に設計された適応型TC-LIFニューロンモデル(Adaptive TC-LIF)を提案する。 本手法は, オンライン学習のトレーニング効率とハードウェアフレンドリさを両立させながら, TC-LIFニューロンの優れた逐次モデリング能力の維持に成功している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.720523101102593
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The brain-inspired Spiking Neural Networks (SNNs) have garnered considerable research interest due to their superior performance and energy efficiency in processing temporal signals. Recently, a novel multi-compartment spiking neuron model, namely the Two-Compartment LIF (TC-LIF) model, has been proposed and exhibited a remarkable capacity for sequential modelling. However, training the TC-LIF model presents challenges stemming from the large memory consumption and the issue of gradient vanishing associated with the Backpropagation Through Time (BPTT) algorithm. To address these challenges, online learning methodologies emerge as a promising solution. Yet, to date, the application of online learning methods in SNNs has been predominantly confined to simplified Leaky Integrate-and-Fire (LIF) neuron models. In this paper, we present a novel online learning method specifically tailored for networks of TC-LIF neurons. Additionally, we propose a refined TC-LIF neuron model called Adaptive TC-LIF, which is carefully designed to enhance temporal information integration in online learning scenarios. Extensive experiments, conducted on various sequential benchmarks, demonstrate that our approach successfully preserves the superior sequential modeling capabilities of the TC-LIF neuron while incorporating the training efficiency and hardware friendliness of online learning. As a result, it offers a multitude of opportunities to leverage neuromorphic solutions for processing temporal signals.
• Abstract（参考訳）: 脳にインスパイアされたスパイキングニューラルネットワーク(SNN)は、時間信号処理における優れた性能とエネルギー効率のため、かなりの研究関心を集めている。 近年,Two-compartment LIF(TC-LIF)モデルと呼ばれる新しいマルチコンパートメントスパイクニューロンモデルが提案され,シーケンシャルなモデリングに顕著な能力を示した。 しかし、TC-LIFモデルのトレーニングでは、大きなメモリ消費と、BPTT(Backproagation Through Time)アルゴリズムに関連する勾配の解消の問題から生じる課題が提示される。 これらの課題に対処するために、オンライン学習方法論が有望な解決策として現れます。 しかし、これまでSNNにおけるオンライン学習手法の適用は主に、簡易化したLeaky Integrate-and-Fire(LIF)ニューロンモデルに限られてきた。 本稿では,tc-lifニューロンのネットワークに特化したオンライン学習手法を提案する。 さらに,オンライン学習シナリオにおける時間情報統合の強化を念頭に設計したAdaptive TC-LIFと呼ばれる改良されたTC-LIFニューロンモデルを提案する。 様々な逐次ベンチマークで実施した広範囲な実験により,本手法は,オンライン学習の学習効率とハードウェアフレンドリーさを取り入れつつ,tc-lifニューロンの優れた逐次モデリング能力を良好に維持できることが証明された。 結果として、時間信号の処理にニューロモルフィックなソリューションを利用する多くの機会を提供する。

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