Publikation

A New Approach to a Fast Simulation of Spiking Neural Networks

Outline:

R. Mayrhofer - A New Approach to a Fast Simulation of Spiking Neural Networks - Master/Diploma Thesis, JKU Linz, Institue für Pervasive Computing, Österreich, 2002

Abstract:

Spikende Neuronale Netzwerke werden aufgrund ihrer verbesserten Flexibilität und erhöhten Anzahl von Freiheitsgraden gerne als ein neues Berechnungs-Paradigma angesehen. Sie stellen den direkten Nachfolger der Künstlichen Neuronalen Netzwerke dar. Obwohl die Eigenschaften dieses neuen Typs Neuronaler Netzwerke derzeit nur in begrenztem Masse bekannt sind, ist er dennoch eindeutig leistungsfähiger als sein Vorgänger; ausser der möglichen Simulation Künstlicher Neuronaler Netzwerke in Echtzeit können neue, zuvor unbekannte Berechnungselemente in der Modellierung verwendet werden. Allerdings erfordern aktuelle Implementierung zur Simulation Spikender Neuronaler Netzwerke bisher den Einsatz kontinuierlicher Simulationstechniken, durch die Skalierbarkeit auf grosse Netzwerke mit vielen Neuronen erschweren. Diese Diplomarbeit führt ein neues Modell für Spikende Neuronale Netzwerke ein, welches die Anwendung von schneller, diskreter ereignisbasierter Simulation erlaubt; dadurch entstehen moglicherweise enorme Vorteile in Flexibilität und Skalierbarkeit, ohne die qualitative Berechnungsleistung zu mindern. Das neue Modell wurde ausserdem in einem Plattform-unabhängigen, in Java geschriebenen Prototyp-Simulationsframework implementiert. Durch die ausschliessliche Verwendung diskreter ereignisbasierter Simulation beweist das Framework die Funktionsfähigkeit des neuen Konzepts. Es wurde bereits erfolgreich zur Emulation von Standardtypen Künstlicher Neuronaler Netzwerke sowie zur Simulation eines biologisch inspirierten Filter-Modells eingesetzt. Die Resultate dieser Simulationen werden in folgenden Kapiteln präsentiert und mögliche Richtungen für zukünftige Weiterentwicklungen angegeben. Zusätzlich werden einige erweiterte Techniken bezülich des Einsatzes diskreter ereignisbasierter Simulation angegeben, um die durch das neue Konzept entstandenen Mögichkeiten nutzen zu können.