The adaptive changes in synaptic efficacy that occur between spiking neurons have been demonstrated to play a critical role in learning for biological neural networks. Despite this source of inspiration, many learning focused applications using Spiking Neural Networks (SNNs) retain static synaptic connections, preventing additional learning after the initial training period. Here, we introduce a framework for simultaneously learning the underlying fixed-weights and the rules governing the dynamics of synaptic plasticity and neuromodulated synaptic plasticity in SNNs through gradient descent. We further demonstrate the capabilities of this framework on a series of challenging benchmarks, learning the parameters of several plasticity rules including BCM, Oja's, and their respective set of neuromodulatory variants. The experimental results display that SNNs augmented with differentiable plasticity are sufficient for solving a set of challenging temporal learning tasks that a traditional SNN fails to solve, even in the presence of significant noise. These networks are also shown to be capable of producing locomotion on a high-dimensional robotic learning task, where near-minimal degradation in performance is observed in the presence of novel conditions not seen during the initial training period.


翻译:突袭神经元之间的适应性效果变化已证明在生物神经网络的学习中发挥着关键作用。尽管有这一灵感来源,但许多利用Spiking神经网络(SNN)学习的重点应用中保留了静态合成连接,防止在初始培训期后进行更多的学习。在这里,我们引入了一个框架,用于同时学习SNNS中基本的固定重量和通过梯度下降调节其合成可塑性和神经调节性可塑性动态的规则。我们进一步展示了这一框架在一系列具有挑战性的基准方面的能力,学习了包括BCM、Oja's等多个可塑性规则及其各自的神经调节变异体在内的多个可塑性规则的参数。实验结果显示,SNNMs以不同可塑性增强,足以解决传统的SNN无法解决的一系列具有挑战性的时间学习任务,即使存在重大噪音。这些网络还证明能够在高度机器人学习任务上产生传感,在初始培训期间没有看到的新条件下观察到的近小的性退化。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
专知会员服务
31+阅读 · 2021年7月19日
专知会员服务
23+阅读 · 2021年4月10日
【ICML2020】持续图神经网络,Continuous Graph Neural Networks
专知会员服务
151+阅读 · 2020年6月28日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
33+阅读 · 2020年4月15日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5日
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月29日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
6+阅读 · 2018年10月3日
VIP会员
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员