人脑中的神经网络如何代表常识性知识，而完整的相关推理任务是神经科学，认知科学，心理学和人工智能的重要研究主题。尽管使用固定长度向量代表符号的传统人工神经网络在某些特定任务中取得了良好的表现，但它仍然是一个黑匣子，缺乏可解释性，远非人类对世界的看法。受神经科学中的祖母细胞假设的启发，这项工作调查了可以将编码和峰值定时依赖性可塑性（STDP）机制的人群整合到峰值神经网络的学习中，以及神经元的人群如何通过指导符号来指导符号在不同的神经元种群之间完成顺序触发。不同社区的神经元种群共同构成了整个常识知识图，形成了巨大的图形尖峰神经网络。此外，我们引入了奖励调节的峰值时间依赖性可塑性（R-STDP）机制，以模拟生物增强学习过程并相应地完成相关推理任务，比图形卷积人工神经网络实现了可比的准确性和更快的收敛速度。对于神经科学和认知科学领域，本文的工作为进一步探索人脑代表常识知识的方式提供了计算建模的基础。对于人工智能领域，本文通过构建常识性知识表示并推理具有固体生物学合理性的尖峰神经网络，指出了实现更健壮和可解释的神经网络的探索方向。

尖峰神经网络（SNN）引起了脑启发的人工智能和计算神经科学的广泛关注。它们可用于在多个尺度上模拟大脑中的生物信息处理。更重要的是，SNN是适当的抽象水平，可以将大脑和认知的灵感带入人工智能。在本文中，我们介绍了脑启发的认知智力引擎（Braincog），用于创建脑启发的AI和脑模拟模型。 Braincog将不同类型的尖峰神经元模型，学习规则，大脑区域等作为平台提供的重要模块。基于这些易于使用的模块，BrainCog支持各种受脑启发的认知功能，包括感知和学习，决策，知识表示和推理，运动控制和社会认知。这些受脑启发的AI模型已在各种受监督，无监督和强化学习任务上有效验证，并且可以用来使AI模型具有多种受脑启发的认知功能。为了进行大脑模拟，Braincog实现了决策，工作记忆，神经回路的结构模拟以及小鼠大脑，猕猴大脑和人脑的整个大脑结构模拟的功能模拟。一个名为BORN的AI引擎是基于Braincog开发的，它演示了如何将Braincog的组件集成并用于构建AI模型和应用。为了使科学追求解码生物智能的性质并创建AI，Braincog旨在提供必要且易于使用的构件，并提供基础设施支持，以开发基于脑部的尖峰神经网络AI，并模拟认知大脑在多个尺度上。可以在https://github.com/braincog-x上找到Braincog的在线存储库。

神经形态计算是一个新兴的研究领域，旨在通过整合来自神经科学和深度学习等多学科的理论和技术来开发新的智能系统。当前，已经为相关字段开发了各种软件框架，但是缺乏专门用于基于Spike的计算模型和算法的有效框架。在这项工作中，我们提出了一个基于Python的尖峰神经网络（SNN）模拟和培训框架，又名Spaic，旨在支持脑启发的模型和算法研究，并与深度学习和神经科学的特征集成在一起。为了整合两个压倒性学科的不同方法，以及灵活性和效率之间的平衡，SpaiC设计采用神经科学风格的前端和深度学习后端结构设计。我们提供了广泛的示例，包括神经回路模拟，深入的SNN学习和神经形态应用，展示了简洁的编码样式和框架的广泛可用性。 Spaic是一个专用的基于SPIKE的人工智能计算平台，它将显着促进新模型，理论和应用的设计，原型和验证。具有用户友好，灵活和高性能，它将有助于加快神经形态计算研究的快速增长和广泛的适用性。

人工智能的象征主义，联系主义和行为主义方法在各种任务中取得了很多成功，而我们仍然没有对社区中达成足够共识的“智能”的明确定义（尽管有70多个不同的“版本”的“版本”定义）。智力的本质仍然处于黑暗状态。在这项工作中，我们不采用这三种传统方法中的任何一种，而是试图确定智力本质的某些基本方面，并构建一种数学模型来代表和潜在地重现这些基本方面。我们首先强调定义讨论范围和调查粒度的重要性。我们仔细比较了人工智能，并定性地展示了信息抽象过程，我们建议这是联系感知和认知的关键。然后，我们提出了“概念”的更广泛的概念，将自我模型的概念从世界模型中分离出来，并构建了一种称为世界自我模型（WSM）的新模型。我们展示了创建和连接概念的机制，以及WSM如何接收，处理和输出有关解决的问题的信息的流程。我们还考虑并讨论了所提出的理论框架的潜在计算机实施问题，最后我们提出了一个基于WSM的统一智能一般框架。

知识图是一种表达性且广泛使用的数据结构，因为它们能够以明智和机器可读的方式整合来自不同域的数据。因此，它们可用于建模各种系统，例如分子和社交网络。但是，仍然是一个悬而未决的问题，如何在尖峰系统中实现符号推理，因此，如何将尖峰神经网络应用于此类图数据。在这里，我们通过证明如何使用尖峰神经元可以编码符号和多关系信息，从而扩展了基于SPIKE的图形算法的先前工作，从而允许对具有尖峰神经网络的知识图等符号结构进行推理。引入的框架是通过将嵌入范式组合到使用错误反向传播的训练尖峰神经网络的最新进展来启用的。提出的方法适用于各种尖峰神经元模型，可以与其他可区分的网络架构结合端对端训练，我们通过实现尖峰的关系图神经网络来证明这一点。

Neural-symbolic computing (NeSy), which pursues the integration of the symbolic and statistical paradigms of cognition, has been an active research area of Artificial Intelligence (AI) for many years. As NeSy shows promise of reconciling the advantages of reasoning and interpretability of symbolic representation and robust learning in neural networks, it may serve as a catalyst for the next generation of AI. In the present paper, we provide a systematic overview of the important and recent developments of research on NeSy AI. Firstly, we introduce study history of this area, covering early work and foundations. We further discuss background concepts and identify key driving factors behind the development of NeSy. Afterward, we categorize recent landmark approaches along several main characteristics that underline this research paradigm, including neural-symbolic integration, knowledge representation, knowledge embedding, and functionality. Then, we briefly discuss the successful application of modern NeSy approaches in several domains. Finally, we identify the open problems together with potential future research directions. This survey is expected to help new researchers enter this rapidly-developing field and accelerate progress towards data-and knowledge-driven AI.

Emergence of deep neural networks (DNNs) has raised enormous attention towards artificial neural networks (ANNs) once again. They have become the state-of-the-art models and have won different machine learning challenges. Although these networks are inspired by the brain, they lack biological plausibility, and they have structural differences compared to the brain. Spiking neural networks (SNNs) have been around for a long time, and they have been investigated to understand the dynamics of the brain. However, their application in real-world and complicated machine learning tasks were limited. Recently, they have shown great potential in solving such tasks. Due to their energy efficiency and temporal dynamics there are many promises in their future development. In this work, we reviewed the structures and performances of SNNs on image classification tasks. The comparisons illustrate that these networks show great capabilities for more complicated problems. Furthermore, the simple learning rules developed for SNNs, such as STDP and R-STDP, can be a potential alternative to replace the backpropagation algorithm used in DNNs.

近年来，尖峰神经网络（SNN）由于其丰富的时空动力学，各种编码方法和事件驱动的特征而自然拟合神经形态硬件，因此在脑启发的智能上受到了广泛的关注。随着SNN的发展，受到脑科学成就启发和针对人工通用智能的新兴研究领域的脑力智能变得越来越热。本文回顾了最新进展，并讨论了来自五个主要研究主题的SNN的新领域，包括基本要素（即尖峰神经元模型，编码方法和拓扑结构），神经形态数据集，优化算法，软件，软件和硬件框架。我们希望我们的调查能够帮助研究人员更好地了解SNN，并激发新作品以推进这一领域。

Cognitive Computing (COC) aims to build highly cognitive machines with low computational resources that respond in real-time. However, scholarly literature shows varying research areas and various interpretations of COC. This calls for a cohesive architecture that delineates the nature of COC. We argue that if Herbert Simon considered the design science is the science of artificial, cognitive systems are the products of cognitive science or 'the newest science of the artificial'. Therefore, building a conceptual basis for COC is an essential step into prospective cognitive computing-based systems. This paper proposes an architecture of COC through analyzing the literature on COC using a myriad of statistical analysis methods. Then, we compare the statistical analysis results with previous qualitative analysis results to confirm our findings. The study also comprehensively surveys the recent research on COC to identify the state of the art and connect the advances in varied research disciplines in COC. The study found that there are three underlaying computing paradigms, Von-Neuman, Neuromorphic Engineering and Quantum Computing, that comprehensively complement the structure of cognitive computation. The research discuss possible applications and open research directions under the COC umbrella.

Understanding how biological neural networks carry out learning using spike-based local plasticity mechanisms can lead to the development of powerful, energy-efficient, and adaptive neuromorphic processing systems. A large number of spike-based learning models have recently been proposed following different approaches. However, it is difficult to assess if and how they could be mapped onto neuromorphic hardware, and to compare their features and ease of implementation. To this end, in this survey, we provide a comprehensive overview of representative brain-inspired synaptic plasticity models and mixed-signal CMOS neuromorphic circuits within a unified framework. We review historical, bottom-up, and top-down approaches to modeling synaptic plasticity, and we identify computational primitives that can support low-latency and low-power hardware implementations of spike-based learning rules. We provide a common definition of a locality principle based on pre- and post-synaptic neuron information, which we propose as a fundamental requirement for physical implementations of synaptic plasticity. Based on this principle, we compare the properties of these models within the same framework, and describe the mixed-signal electronic circuits that implement their computing primitives, pointing out how these building blocks enable efficient on-chip and online learning in neuromorphic processing systems.

视觉奇数任务被认为是对人类的普遍独立的分析智能测试。人工智能的进步导致了重要的突破，但是与人类在此类分析智能任务上竞争仍然具有挑战性，并且通常诉诸于非生物学上的架构。我们提出了一个具有生物学现实的系统，该系统从合成眼动运动中接收输入 - 扫视，并与结合新皮质神经元动力学的神经元一起处理它们。我们介绍了一个程序生成的视觉奇数数据集，以训练扩展常规关系网络和我们建议的系统的体系结构。两种方法都超过了人类的准确性，我们发现两者都具有相同的基本推理基本机制。最后，我们表明，具有生物学启发的网络可实现卓越的准确性，学习速度更快，所需的参数比常规网络更少。

为了保持信息迹象并长大，婴儿大脑必须解决旧信息所在的问题以及如何索引新的问题。我们提出未成熟的前额定皮层（PFC）使用其在时间信号中检测分层模式的主要功能作为第二目的，以组织发展大脑本身中的皮质网络的空间排序。我们的假设是PFC以序数图案的形式检测时间序列中的分层结构，并在大脑的不同部分中使用它们来索引信息。从此，我们建议检测模式的这种机制参与大脑本身的序数组织发展;即，The Connectome的启动。通过这样做，它为语言准备好的大脑提供了用于操纵抽象知识和规划时间有序信息的工具;即，象征性思维和语言的出现。我们将审查可以支持此类机制并提出新的神经模型。我们将面对我们的思想，从发育，行为和大脑结果中的证据，例如，在镜子神经元系统的建造上进行一些假设，体现了认知，以及学习的能力。

主张神经符号人工智能（NESY）断言，将深度学习与象征性推理相结合将导致AI更强大，而不是本身。像深度学习一样成功，人们普遍认为，即使我们最好的深度学习系统也不是很擅长抽象推理。而且，由于推理与语言密不可分，因此具有直觉的意义，即自然语言处理（NLP）将成为NESY特别适合的候选人。我们对实施NLP实施NESY的研究进行了结构化审查，目的是回答Nesy是否确实符合其承诺的问题：推理，分布概括，解释性，学习和从小数据的可转让性以及新的推理到新的域。我们研究了知识表示的影响，例如规则和语义网络，语言结构和关系结构，以及隐式或明确的推理是否有助于更高的承诺分数。我们发现，将逻辑编译到神经网络中的系统会导致满足最NESY的目标，而其他因素（例如知识表示或神经体系结构的类型）与实现目标没有明显的相关性。我们发现在推理的定义方式上，特别是与人类级别的推理有关的许多差异，这会影响有关模型架构的决策并推动结论，这些结论在整个研究中并不总是一致的。因此，我们倡导采取更加有条不紊的方法来应用人类推理的理论以及适当的基准的发展，我们希望这可以更好地理解该领域的进步。我们在GitHub上提供数据和代码以进行进一步分析。

The term ``neuromorphic'' refers to systems that are closely resembling the architecture and/or the dynamics of biological neural networks. Typical examples are novel computer chips designed to mimic the architecture of a biological brain, or sensors that get inspiration from, e.g., the visual or olfactory systems in insects and mammals to acquire information about the environment. This approach is not without ambition as it promises to enable engineered devices able to reproduce the level of performance observed in biological organisms -- the main immediate advantage being the efficient use of scarce resources, which translates into low power requirements. The emphasis on low power and energy efficiency of neuromorphic devices is a perfect match for space applications. Spacecraft -- especially miniaturized ones -- have strict energy constraints as they need to operate in an environment which is scarce with resources and extremely hostile. In this work we present an overview of early attempts made to study a neuromorphic approach in a space context at the European Space Agency's (ESA) Advanced Concepts Team (ACT).

更具体地说，神经系统能够简单有效地解决复杂的问题，超过现代计算机。在这方面，神经形态工程是一个研究领域，重点是模仿控制大脑的基本原理，以开发实现此类计算能力的系统。在该领域中，生物启发的学习和记忆系统仍然是要解决的挑战，这就是海马涉及的地方。正是大脑的区域充当短期记忆，从而从大脑皮层的所有感觉核中学习，非结构化和快速存储信息及其随后的回忆。在这项工作中，我们提出了一个基于海马的新型生物启发的记忆模型，具有学习记忆的能力，从提示中回顾它们（与其他内容相关的记忆的一部分），甚至在尝试时忘记记忆通过相同的提示学习其他人。该模型已在使用尖峰神经网络上在大型摩托车硬件平台上实现，并进行了一组实验和测试以证明其正确且预期的操作。所提出的基于SPIKE的内存模型仅在接收输入，能提供节能的情况下才能生成SPIKES，并且需要7个时间步，用于学习步骤和6个时间段来召回以前存储的存储器。这项工作介绍了基于生物启发的峰值海马记忆模型的第一个硬件实现，为开发未来更复杂的神经形态系统的发展铺平了道路。

We propose a novel backpropagation algorithm for training spiking neural networks (SNNs) that encodes information in the relative multiple spike timing of individual neurons without single-spike restrictions. The proposed algorithm inherits the advantages of conventional timing-based methods in that it computes accurate gradients with respect to spike timing, which promotes ideal temporal coding. Unlike conventional methods where each neuron fires at most once, the proposed algorithm allows each neuron to fire multiple times. This extension naturally improves the computational capacity of SNNs. Our SNN model outperformed comparable SNN models and achieved as high accuracy as non-convolutional artificial neural networks. The spike count property of our networks was altered depending on the time constant of the postsynaptic current and the membrane potential. Moreover, we found that there existed the optimal time constant with the maximum test accuracy. That was not seen in conventional SNNs with single-spike restrictions on time-to-fast-spike (TTFS) coding. This result demonstrates the computational properties of SNNs that biologically encode information into the multi-spike timing of individual neurons. Our code would be publicly available.

最近的研究表明，卷积神经网络（CNNS）不是图像分类的唯一可行的解决方案。此外，CNN中使用的重量共享和反向验证不对应于预测灵长类动物视觉系统中存在的机制。为了提出更加生物合理的解决方案，我们设计了使用峰值定时依赖性塑性（STDP）和其奖励调制变体（R-STDP）学习规则训练的本地连接的尖峰神经网络（SNN）。使用尖刺神经元和局部连接以及强化学习（RL）将我们带到了所提出的架构中的命名法生物网络。我们的网络由速率编码的输入层组成，后跟局部连接的隐藏层和解码输出层。采用尖峰群体的投票方案进行解码。我们使用Mnist DataSet获取图像分类准确性，并评估我们有益于于不同目标响应的奖励系统的稳健性。

近年来，随着新颖的策略和应用，神经网络一直在迅速扩展。然而，尽管不可避免地会针对关键应用程序来解决这些挑战，例如神经网络技术诸如神经网络技术中仍未解决诸如神经网络技术的挑战。已经尝试通过用符号表示来表示和嵌入域知识来克服神经网络计算中的挑战。因此，出现了神经符号学习（Nesyl）概念，其中结合了符号表示的各个方面，并将常识带入神经网络（Nesyl）。在可解释性，推理和解释性至关重要的领域中，例如视频和图像字幕，提问和推理，健康信息学和基因组学，Nesyl表现出了有希望的结果。这篇综述介绍了一项有关最先进的Nesyl方法的全面调查，其原理，机器和深度学习算法的进步，诸如Opthalmology之类的应用以及最重要的是该新兴领域的未来观点。

这篇理论文章研究了如何在计算机中构建类似人类的工作记忆和思维过程。应该有两个工作记忆存储，一个类似于关联皮层中的持续点火，另一个类似于大脑皮层中的突触增强。这些商店必须通过环境刺激或内部处理产生的新表示不断更新。它们应该连续更新，并以一种迭代的方式进行更新，这意味着在下一个状态下，应始终保留一组共同工作中的某些项目。因此，工作记忆中的一组概念将随着时间的推移逐渐发展。这使每个状态都是对先前状态的修订版，并导致连续的状态与它们所包含的一系列表示形式重叠和融合。随着添加新表示形式并减去旧表示形式，在这些更改过程中，有些保持活跃几秒钟。这种持续活动，类似于人工复发性神经网络中使用的活动，用于在整个全球工作区中传播激活能量，以搜索下一个关联更新。结果是能够朝着解决方案或目标前进的联想连接的中间状态链。迭代更新在这里概念化为信息处理策略，一种思想流的计算和神经生理决定因素以及用于设计和编程人工智能的算法。

神经形态工程由于其作为研究领域的巨大潜力而​​集中了大量研究人员的努力，以寻找对生物神经系统的优势的利用，而整个大脑的优势是设计更有效，更真实的 - 有能力的应用程序。为了开发尽可能接近生物学的应用，使用了尖峰神经网络（SNN），被认为是生物学上的，并构成了第三代人工神经网络（ANN）。由于某些基于SNN的应用程序可能需要存储数据才能以后使用，因此在数字电路中既存在，又以某种形式，在生物学中，需要尖峰内存。这项工作介绍了内存的尖峰实现，这是计算机架构中最重要的组件之一，在设计完全尖峰计算机时可能至关重要。在设计这种尖峰内存的过程中，还实施了不同的中间组件和测试。测试是在大三角帆神经形态平台上进行的，并允许验证用于构建所构图的方法。此外，这项工作深入研究了如何使用这种方法构建尖峰块，并包括IT和其他类似作品中使用的方法的比较，该作品着重于尖峰组件的设计，其中包括尖峰逻辑门和尖峰记忆。所有实施的块和开发的测试均可在公共存储库中提供。