The BrainScaleS-2 (BSS-2) system implements physical models of neurons as well as synapses and aims for an energy-efficient and fast emulation of biological neurons. When replicating neuroscientific experiment results, a major challenge is finding suitable model parameters. This study investigates the suitability of the sequential neural posterior estimation (SNPE) algorithm for parameterizing a multi-compartmental neuron model emulated on the BSS-2 analog neuromorphic hardware system. In contrast to other optimization methods such as genetic algorithms or stochastic searches, the SNPE algorithms belongs to the class of approximate Bayesian computing (ABC) methods and estimates the posterior distribution of the model parameters; access to the posterior allows classifying the confidence in parameter estimations and unveiling correlation between model parameters. In previous applications, the SNPE algorithm showed a higher computational efficiency than traditional ABC methods. For our multi-compartmental model, we show that the approximated posterior is in agreement with experimental observations and that the identified correlation between parameters is in agreement with theoretical expectations. Furthermore, we show that the algorithm can deal with high-dimensional observations and parameter spaces. These results suggest that the SNPE algorithm is a promising approach for automating the parameterization of complex models, especially when dealing with characteristic properties of analog neuromorphic substrates, such as trial-to-trial variations or limited parameter ranges.


翻译:BrainScaleS-2(BSS-2)系统实现了神经元和突触的物理模型,并旨在实现生物神经元的低能耗高速仿真。在复制神经科学实验结果时,一个重要挑战是找到合适的模型参数。本研究调查了顺序神经后验估计(SNPE)算法在BSS-2模拟神经形态硬件系统上参数化多室神经元模型方面的适用性。与遗传算法或随机搜索等其他优化方法不同,SNPE算法属于近似贝叶斯计算(ABC)方法类别,估计模型参数的后验分布;访问后验允许分类参数估计的信心并揭示参数间的相关性。在先前的应用中,SNPE算法显示出比传统的ABC方法更高的计算效率。对于我们的多室模型,我们展示了近似的后验与实验观察相一致,并且识别的参数相关性符合理论预期。此外,我们还显示该算法可以处理高维观测和参数空间。这些结果表明,SNPE算法是自动化复杂模型参数化的一种有前途的方法,特别是在处理类似于试验间变化或有限参数范围等类似神经形态子阵列的特性时。

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