The human brain is the most powerful and efficient machine in existence today, surpassing in many ways the capabilities of modern computers. Currently, lines of research in neuromorphic engineering are trying to develop hardware that mimics the functioning of the brain to acquire these superior capabilities. One of the areas still under development is the design of bio-inspired memories, where the hippocampus plays an important role. This region of the brain acts as a short-term memory with the ability to store associations of information from different sensory streams in the brain and recall them later. This is possible thanks to the recurrent collateral network architecture that constitutes CA3, the main sub-region of the hippocampus. In this work, we developed two spike-based computational models of fully functional hippocampal bio-inspired memories for the storage and recall of complex patterns implemented with spiking neural networks on the SpiNNaker hardware platform. These models present different levels of biological abstraction, with the first model having a constant oscillatory activity closer to the biological model, and the second one having an energy-efficient regulated activity, which, although it is still bio-inspired, opts for a more functional approach. Different experiments were performed for each of the models, in order to test their learning/recalling capabilities. A comprehensive comparison between the functionality and the biological plausibility of the presented models was carried out, showing their strengths and weaknesses. The two models, which are publicly available for researchers, could pave the way for future spike-based implementations and applications.


翻译:人类大脑是当今存在最强大、最高效的机器,在很多方面超过了现代计算机的能力。目前,神经形态工程的研究线正在试图开发硬件,模仿大脑的功能,以获得这些超能力。仍在开发的一个领域是设计生物启发记忆,其中河马坎普斯在其中起着重要作用。大脑的这个区域是一个短期记忆,能够储存不同感官流在大脑中的信息,并在以后再回顾这些信息。这有可能要归功于作为CA3这一主要河马坎普斯次区域的经常性附属网络结构。在这项工作中,我们开发了两种基于快速增长的计算模型,即功能完全正常的河马营生物启发记忆,用于存储和回顾在SpinNonaker硬件平台上闪烁的神经网络所实施的复杂模式。这些模型呈现了不同程度的生物抽象,第一个模型具有与生物模型更接近的骨质活动强度,第二个模型具有节能的调节活动,虽然在生物实验中仍然有两种功能性,但选择了两种功能性的方法。一个是测试性方法,在生物实验中,一个是测试性模型的功能性,一个是更精确的。

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