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Enregistrement W4412530417 · doi:10.1371/journal.pcbi.1013224

Comparison of FORCE trained spiking and rate neural networks shows spiking networks learn slowly with noisy, cross-trial firing rates

2025· article· en· W4412530417 sur OpenAlexafffund
Thomas Robert Newton, Wilten Nicola

Notice bibliographique

RevuePLoS Computational Biology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensHotchkiss Brain InstituteUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanada Research Chairs
Mots-clésSpiking neural networkArtificial intelligenceArtificial neural networkComputer science

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Training spiking recurrent neural networks (SRNNs) presents significant challenges compared to standard recurrent neural networks (RNNs) that model neural firing rates more directly. Here, we investigate the origins of these difficulties by training networks of spiking neurons and their parameter-matched instantaneous rate-based RNNs on supervised learning tasks. We applied FORCE training to leaky integrate-and-fire spiking networks and their matched rate-based counterparts across various dynamical tasks, keeping the FORCE hyperparameters identical. We found that at slow learning rates, spiking and rate networks behaved similarly: FORCE training identified highly correlated weight matrix solutions, and both network types exhibited overlapping hyperparameter regions for successful convergence. Remarkably, these weight solutions were largely interchangeable-weights trained in the spiking network could be transferred to the rate network and vice versa while preserving correct dynamical decoding. However, at fast learning rates, the correlation between learned solutions dropped sharply, and the solutions were no longer fully interchangeable. Despite this, rate networks still functioned well when their weight matrices were replaced with those learned from spiking networks. Additionally, the two network types exhibited distinct behaviours across different sizes: faster learning improved performance in rate networks but had little effect in spiking networks, aside from increasing instability. Through analytic derivation, we further show that slower learning rates in FORCE effectively act as a low-pass filter on the principal components of the neural bases, selectively stabilizing the dominant correlated components across spiking and rate networks. Our results indicate that some of the difficulties in training spiking networks stem from the inherent spike-time variability in spiking systems-variability that is not present in rate networks. These challenges can be mitigated in FORCE training by selecting appropriately slow learning rates. Moreover, our findings suggest that the decoding solutions learned by FORCE for spiking networks approximate a cross-trial firing rate-based decoding.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,015
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,015
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,315
Écart entre enseignants0,289 · 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

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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