Темпотрон

Темпотрон — это контролируемый алгоритм синаптического обучения, который применяется, когда информация кодируется в виде пространственно-временных импульсов . Это усовершенствованная версия перцептрона , которая не включает систему синхронизации пиков.

Общепринято считать, что время спайков (STDP) играет решающую роль в развитии синаптической эффективности для многих различных типов нейронов. Поэтому было разработано большое разнообразие STDP-правил, одним из которых является темпотрон.

Алгоритм

Если предположить, что существует дырявая модель «интеграция и запуск», потенциал $V(t)$ синапса можно описать формулой

$V(t)=\sum _{i}\omega _{i}\sum _{t_{i}}K(t-t_{i})+V_{rest},$

где $t_{i}$ обозначает время спайка i-го афферентного синапса с синаптической эффективностью. $\omega _{i}$ и $V_{rest}$ потенциал покоя. $K(t-t_{i})$ описывает постсинаптический потенциал (PSP), вызываемый каждым входящим спайком:

$K(t-t_{i})={\begin{cases}V_{0}[\exp(-(t-t_{i})/\tau )-\exp(-(t-t_{i})/\tau _{s})]&t\geq t_{i}\\0&t<t_{i}\end{cases}}$

с параметрами $\tau$ и $\tau _{s}$ обозначающие постоянные времени затухания мембранной интеграции и синаптических токов. Фактор $V_{0}$ используется для нормализации ядер PSP. Когда потенциал пересекает порог срабатывания $V_{th}$ потенциал сбрасывается до значения покоя путем шунтирования всех входящих импульсов.

Далее необходима бинарная классификация входных шаблонов( $\circ$ относится к паттерну, который должен вызвать по крайней мере один постсинаптический потенциал действия и $\bullet$ относится к шаблону, который не должен иметь соответственного ответа). Вначале нейрон не знает, какой шаблон к какой классификации принадлежит, и должен изучать его итеративно, подобно перцептрону . Темпотрон изучает свои задачи, адаптируя синаптическую эффективность. $\omega _{i}$. Если $\circ$ представлена ​​картина, и постсинаптический нейрон не активировался, все синаптические эффективности увеличиваются на $\Delta \omega _{i}$ тогда как $\bullet$ Паттерн, за которым следует постсинаптическая реакция, приводит к снижению синаптической эффективности за счет $\Delta \omega _{i}$ с

$\Delta \omega _{i}=\lambda \sum _{t_{i}<t_{max}}K(t_{max}-t_{i}).$

Здесь $t_{max}$ обозначает время, в которое постсинаптический потенциал $V(t)$ достигает своего максимального значения.

Следует отметить, что Tempotron — это частный случай более старой работы, посвященной непрерывным вводам.