Spiking neural network models characterize the emergent collective dynamics of circuits of biological neurons and help engineer neuro-inspired solutions across fields. Most dynamical systems' models of spiking neural networks typically exhibit one of two major types of interactions: First, the response of a neuron's state variable to incoming pulse signals (spikes) may be additive and independent of its current state. Second, the response may depend on the current neuron's state and multiply a function of the state variable. Here we reveal that spiking neural network models with additive coupling are equivalent to models with multiplicative coupling for simultaneously modified intrinsic neuron time evolution. As a consequence, the same collective dynamics can be attained by state-dependent multiplicative and constant (state-independent) additive coupling. Such a mapping enables the transfer of theoretical insights between spiking neural network models with different types of interaction mechanisms as well as simpler and more effective engineering applications.


翻译:脉冲神经网络模型是用来描述生物神经元电路的紧密互动、帮助不同领域创造神经元启发式的解决方案的。 大多数脉冲神经网络的动力学系统模型通常具有两种主要类型的相互作用:第一种是神经元状态变量对输入的脉冲信号 (spike) 的响应是加性的,且独立于其当前状态。第二种是响应可能取决于当前神经元的状态,并乘以一个状态变量的函数。我们揭示了通过同时修改固有神经元时间演化的方式,具有加性耦合的脉冲神经网络模型与具有乘性耦合的模型是等价的。因此,可以通过状态依赖的乘性和常数 (状态无关的) 加性耦合达到相同的集体动力学。这种映射能够在具有不同类型交互机制的脉冲神经网络模型之间传递理论见解,以及简化更加有效的工程应用。

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