Hierarchical Bayesian Inference and Learning in Spiking Neural Networks

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作者
Shangqi Guo,Zhaofei Yu,Fei Deng,Xiaolin Hu,Feng Chen
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:49 (1): 133-145 被引量:32
标识
DOI:10.1109/tcyb.2017.2768554
摘要

Numerous experimental data from neuroscience and psychological science suggest that human brain utilizes Bayesian principles to deal the complex environment. Furthermore, hierarchical Bayesian inference has been proposed as an appropriate theoretical framework for modeling cortical processing. However, it remains unknown how such a computation is organized in the network of biologically plausible spiking neurons. In this paper, we propose a hierarchical network of winner-take-all circuits which can carry out hierarchical Bayesian inference and learning through a spike-based variational expectation maximization (EM) algorithm. Particularly, we show how the firing activities of spiking neurons in response to the input stimuli and the spike-timing-dependent plasticity rule can be understood, respectively, as variational E-step and M-step of variational EM. Finally, we demonstrate the utility of this spiking neural network on the MNIST benchmark for unsupervised classification of handwritten digits.
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