The tempotron: a neuron that learns spike timing–based decisions

Spike(软件开发) 神经科学 计算机科学 感觉系统 神经元 动作(物理) 提炼听神经的脉冲 人工智能 机器学习 心理学 软件工程 物理 量子力学
作者
Robert Gütig,Haim Sompolinsky
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
卷期号:9 (3): 420-428 被引量:791
标识
DOI:10.1038/nn1643
摘要

The timing of action potentials in sensory neurons contains substantial information about the eliciting stimuli. Although the computational advantages of spike timing-based neuronal codes have long been recognized, it is unclear whether, and if so how, neurons can learn to read out such representations. We propose a new, biologically plausible supervised synaptic learning rule that enables neurons to efficiently learn a broad range of decision rules, even when information is embedded in the spatiotemporal structure of spike patterns rather than in mean firing rates. The number of categorizations of random spatiotemporal patterns that a neuron can implement is several times larger than the number of its synapses. The underlying nonlinear temporal computation allows neurons to access information beyond single-neuron statistics and to discriminate between inputs on the basis of multineuronal spike statistics. Our work demonstrates the high capacity of neural systems to learn to decode information embedded in distributed patterns of spike synchrony.
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