Adaptive Sparse Structural Evolution for Continual Learning in Spiking Neural Networks

计算机科学 人工智能 尖峰神经网络 人工神经网络 机器学习 模式识别(心理学) 特征(语言学) 深度学习 钥匙(锁) Spike(软件开发) 适应性学习 理论(学习稳定性)
作者
Jiangrong Shen,Liming Ye,Yuqi Yang,Qi Xu,Badong Chen
出处
期刊: 卷期号:: 8665-8674
标识
DOI:10.1145/3767308.3835996
摘要

Lifelong learning enables intelligent systems to acquire knowledge incrementally while preserving previously learned information—a hallmark of human cognition. However, most Spiking Neural Network (SNN) models lack the critical biological mechanisms that support this capacity, particularly sparse circuit reconfiguration and context-aware gating observed in the brain. Inspired by neuroscientific insights into synaptic rewiring and task-differentiated cortical modulation, we propose a novel framework for sparse structural continual learning in SNNs. Our approach integrates two core innovations: (1) a context-aware gating mechanism based on logistic regression that detects task-specific representations from spatio-temporal spike activity, and (2) an iterative sparse structure learning module that dynamically prunes and regrows task-specific connections in a biologically plausible manner. Together, these components facilitate efficient representation segregation, reduce catastrophic forgetting, and improve parameter efficiency. Experimental results on class-incremental CIFAR-100 benchmarks show significant gains in both continual learning performance and computational efficiency over state-of-the-art SNN baselines, which use only half the number of parameters, with up to 1.11% improvement in average accuracy and up to 2.67% increase in last accuracy. This work offers a biologically grounded pathway to scalable and adaptive lifelong learning in neuromorphic AI systems.

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