The dynamic membrane potential threshold, as one of the essential properties of a biological neuron, is a spontaneous regulation mechanism that maintains neuronal homeostasis, i.e., the constant overall spiking firing rate of a neuron. As such, the neuron firing rate is regulated by a dynamic spiking threshold, which has been extensively studied in biology. Existing work in the machine learning community does not employ bioplausible spiking threshold schemes. This work aims at bridging this gap by introducing a novel bioinspired dynamic energy-temporal threshold (BDETT) scheme for spiking neural networks (SNNs). The proposed BDETT scheme mirrors two bioplausible observations: a dynamic threshold has 1) a positive correlation with the average membrane potential and 2) a negative correlation with the preceding rate of depolarization. We validate the effectiveness of the proposed BDETT on robot obstacle avoidance and continuous control tasks under both normal conditions and various degraded conditions, including noisy observations, weights, and dynamic environments. We find that the BDETT outperforms existing static and heuristic threshold approaches by significant margins in all tested conditions, and we confirm that the proposed bioinspired dynamic threshold scheme offers bioplausible homeostasis to SNNs in complex real-world tasks.


翻译:作为生物神经元体的基本特性之一,动态膜潜在临界值是一种自发调节机制,它保持神经神经元的软性状态,即神经神经神经元的不断全面发热率。因此,神经发热率由生物领域已经广泛研究的动态喷发阈值调节,机器学习界的现有工作并不采用生物可塑性悬浮阈值计划。这项工作的目的是通过引入一种新的生物激发的动态能量-时空阈值(BDETT)机制来弥补这一差距,以刺激神经网络。拟议的BDETT方案反映了两种生物可复制的观测:动态阈值1)与平均膜潜在值呈正相关关系,2)与先前的脱光化率呈负相关关系。我们验证了拟议的BDETT在正常条件下和各种退化条件下,包括噪音观测、重量和动态环境,我们发现BDETT方案超越了现有的静态和超常阈值阈值,所有动态阈值都以真实的基值空间空间模型显示,我们确认拟议的BDETTTTT对机械障碍的避免和连续控制任务的有效性。

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