Spiking Neural Networks (SNNs) are more biologically plausible and computationally efficient. Therefore, SNNs have the natural advantage of drawing the sparse structural plasticity of brain development to alleviate the energy problems of deep neural networks caused by their complex and fixed structures. However, previous SNNs compression works are lack of in-depth inspiration from the brain development plasticity mechanism. This paper proposed a novel method for the adaptive structural development of SNN (SD-SNN), introducing dendritic spine plasticity-based synaptic constraint, neuronal pruning and synaptic regeneration. We found that synaptic constraint and neuronal pruning can detect and remove a large amount of redundancy in SNNs, coupled with synaptic regeneration can effectively prevent and repair over-pruning. Moreover, inspired by the neurotrophic hypothesis, neuronal pruning rate and synaptic regeneration rate were adaptively adjusted during the learning-while-pruning process, which eventually led to the structural stability of SNNs. Experimental results on spatial (MNIST, CIFAR-10) and temporal neuromorphic (N-MNIST, DVS-Gesture) datasets demonstrate that our method can flexibly learn appropriate compression rate for various tasks and effectively achieve superior performance while massively reducing the network energy consumption. Specifically, for the spatial MNIST dataset, our SD-SNN achieves 99.51\% accuracy at the pruning rate 49.83\%, which has a 0.05\% accuracy improvement compared to the baseline without compression. For the neuromorphic DVS-Gesture dataset, 98.20\% accuracy with 1.09\% improvement is achieved by our method when the compression rate reaches 55.50\%.


翻译:螺旋神经网络(SNN)在生物学上更可信,在计算上效率更高。因此,SNN具有自然优势,即脑发育结构的结构性可塑性稀疏,以缓解其复杂和固定结构造成的深神经网络的能量问题。然而,以前的SNNS压缩工作缺乏从大脑发育可塑性机制(SD-SNN)中得到的深刻灵感。本文提出了一个新的方法,用于SNN(SD-SNN)的适应性结构发展(SD-SNN),引入了基于肾上腺脊椎的外脊柱性塑料质质约束、神经线性肾上腺线性肾上腺上腺上的神经循环和合成再生。我们发现,精准的精度限制和神经性肾上腺上的精度可以检测并消除SNNNNNNNS的大量冗余值,同时通过不断变压的SDMIS(NRAS)数据可以实现。

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