In the brain, information is encoded, transmitted and used to inform behaviour at the level of timing of action potentials distributed over population of neurons. To implement neural-like systems in silico, to emulate neural function, and to interface successfully with the brain, neuromorphic circuits need to encode information in a way compatible to that used by populations of neuron in the brain. To facilitate the cross-talk between neuromorphic engineering and neuroscience, in this Review we first critically examine and summarize emerging recent findings about how population of neurons encode and transmit information. We examine the effects on encoding and readout of information for different features of neural population activity, namely the sparseness of neural representations, the heterogeneity of neural properties, the correlations among neurons, and the time scales (from short to long) at which neurons encode information and maintain it consistently over time. Finally, we critically elaborate on how these facts constrain the design of information coding in neuromorphic circuits. We focus primarily on the implications for designing neuromorphic circuits that communicate with the brain, as in this case it is essential that artificial and biological neurons use compatible neural codes. However, we also discuss implications for the design of neuromorphic systems for implementation or emulation of neural computation.


翻译:在大脑中,对信息进行编码、传输和用于告知在神经神经群中分布的行动潜力时间层次上的行为。为了在硅质中实施神经类系统,模仿神经功能,并成功地与大脑进行互动,神经形态电路需要以与大脑神经群中神经群所使用的信息兼容的方式对信息进行编码;为了便利神经形态工程与神经科学之间的交叉对话,在本评论中,我们首先严格地审查和总结最近关于神经群中如何编码和传递信息的新发现。我们主要研究神经群活动不同特征的信息编码和读取的影响,这些特征包括神经群中神经群中表现的稀少性、神经特征的异质性、神经体的关联性以及神经组(短期到长期)用来编码信息并保持信息持续的时间尺度。最后,我们严格地阐述这些事实如何制约了神经形态电路中信息编码的设计。我们主要侧重于设计与大脑通信的神经形态电路的影响,因为在这种情况下,神经元的神经元特征的显示、神经神经元系统的兼容性设计影响也是人造和神经神经系统的应用。

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