Импульсный бинарный нейрон - детектор причинно-следственных связей

Цель. Распознавание причинно-следственных связей является фундаментальной функцией нейронных сетей, обучающихся целенаправленному поведению, осуществляющих планирование действий и формирующих модели динамики внешнего мира. Эта функциональность особенно важна для реализации обучения с подкреплением. В контексте импульсных нейронных сетей события представлены в виде импульсов (спайков), испускаемых нейронами сети или входными узлами. Обнаружение причинно-следственных связей между этими событиями является необходимым для эффективной реализации обучения с подкреплением. Методы. В данной работе представлен новый подход к распознаванию причинно-следственных связей с использованием импульсного бинарного нейрона. Этот подход основан на специально разработанных простых и эффективных правилах синаптической пластичности. При этом учитываются временные аспекты обнаруженных причинно-следственных связей, а также то, что спайковые сигналы могут иметь вид как одиночных импульсов, так и плотных последовательностей импульсов (всплесков), как это наблюдается в биологическом мозге. Кроме того, в данном исследовании уделяется большое внимание вопросу эффективной реализации предложенных моделей на современных и перспективных нейропроцессорах. Результаты. В сравнении с точными методами машинного обучения, такими как алгоритмы деревьев решений и сверточные нейронные сети, наш нейрон демонстрирует удовлетворительную точность, несмотря на свою простоту. Заключение. В данной работе представлена архитектура импульсной нейронной сети, включающая нейроны описываемого типа, которая может эффективно применяться в более сложных информационных окружениях, что делает ее перспективным кандидатом для реализации обучения с подкреплением в импульсных нейронных сетях.