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Enregistrement W2143597877 · doi:10.1186/1471-2202-15-s1-p21

A digital hardware design for real-time simulation of large neural-system models in physical settings

2014· article· en· W2143597877 sur OpenAlexafffund
Murphy Berzish, Bryan Tripp

Notice bibliographique

RevueBMC Neuroscience · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésComputer scienceArtificial neural networkArtificial intelligenceComputer architecture

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The organization of neural systems reflects the specific complexities of the physical environments in which they operate. In order to address this relationship more directly, there is increasing interest in testing real-time neural simulations that interface with the physical world. We describe a new simulation approach that allows us to run large, sophisticated neural models on low-power embedded commodity hardware such as field-programmable gate arrays (FPGAs). A custom digital circuit was designed to approximate the collective outputs of populations of neurons that have correlated activity. These populations are taken to represent physical quantities in their spike rates. Information processing (e.g. function approximation) is taken to be determined by synaptic weights. This design is based on the Neural Engineering Framework (NEF), which bridges the gap between neural activity and higher-level behaviour [1,2]. Populations are grouped together on hardware execution components, which we call “population units”, that perform time-multiplexing in order to simulate 1024 populations per timestep. The population unit represents each population as a weighted sum of principal components of the neural tuning curves summed with a model of the associated high-frequency spike-related fluctuations. These principal components span the functions that weighted sums of spikes can approximate without being dominated by spike-related noise. Populations running on the same population unit use the same principal components, which saves memory and improves the speed of the simulation. Clustering is performed prior to simulation, which groups together populations which can be accurately represented by shared principal components. The hardware does not need to be customized or regenerated in order to simulate different networks. It can be programmed with a network description generated by a compiler that operates as a backend to the Nengo simulator. (Nengo was used to run the Spaun model [2].) The design was implemented on an FPGA and was able to run simulations of up to 45 thousand populations of neurons (a realistic surrogate model of about 1-5 million point neurons) in real-time at 12-bit accuracy on a 1 millisecond timestep. Input and output to the hardware is over Gigabit Ethernet and can be collected from a PC running Nengo for simulation control and visualization. This implementation allows real-time approximate simulation of about the same scale as the largest real-time GPU simulations in Nengo, but using much less power. Furthermore, the FPGA chip is suitable for embedded applications such as mobile robots, cameras, etc. This work greatly facilitates simulation of an essential feature of neural systems, their embodiment and interaction with the physical world.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,041

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0120,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,035
Tête enseignante GPT0,270
Écart entre enseignants0,235 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2014
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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