Publication: Enhancing the astrocyte spiking deep neural networks and calcium based neural network model for classification
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Abed, Bassam Abdul-Rahman | en_US |
dc.contributor.supervisor | Amelia Ritahani Ismail, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Normaziah Abdul Aziz, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-08T07:37:36Z | |
dc.date.available | 2024-10-08T07:37:36Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.description.abstract | The ongoing challenge in machine learning is to advance general and biological inspired artificial models of neural networks which are compatible with the spatial and temporal constraints of the brain. For instance, a new term has recently been emerged to describe the communication between two neurons and a single astrocyte, the other type of cells in the brain, called tripartite synapse. The communication between astrocytes and astrocytes in a network called astrocytic syncytium is explored. The calcium dynamics in the brain is also considered as a significant player in brain information processing. Therefore, the study proposes to generalize mathematical models for tripartite synapse and astrocytic syncytium to advance new Tripartite Synapse Model (TSM), Artificial Astrocytic Syncytium (AAS) model and Calcium Based Artificial Neural Network (caANN) to mimic the calcium dynamics in the brain. Moreover, the study utilizes the proposed models of TSM and AAS within the architecture of the deep neural networks such as convolutional neural networks and deep belief neural networks. The simulation results of incorporating the real astrocyte in spiking response model (RSM) and Recurrent-Simple Neural Network (RSNN) has shown that astrocyte increases the postsynaptic potential and in turn, improves the RSM. Besides, the simulations of TSM in two neuron models, leaky integrate and fire (LIF) and Izhikevich model, has shown that using TSM has changed the spiking behavior (rate and firing pattern) of these models. The simulation related to the AAS by probability distribution and K-L divergence comparison has shown that the gap junction channels can be opened by the higher probability astrocytes. Finally, the result of the simulations of TSM in CNN and DBN showed that incorporating astrocytes’ dynamics, properties and roles in deep learning networks compete and sometimes outperform the standard architectures of deep neural networks in terms of training and validation accuracy. | en_US |
dc.description.abstractarabic | يتمثل التحدي المستمر في التعلم الآلي في تطوير النماذج الاصطناعية العامة والمستوحاة من الشبكات العصبية المتوافقة مع القيود المكانية والزمنية للدماغ. على سبيل المثال ، ظهر مؤخراً مصطلح جديد لوصف الاتصال بين اثنين من الخلايا العصبية وخلايا نجمية واحدة ، وهو النوع الآخر من الخلايا في الدماغ ، يسمى المشبك الثلاثي. بالإضافة إلى ذلك ، الاتصال بين الخلايا النجمية والخلايا النجمية في شبكة تسمى الخلايا النجمية. وأخيرًا ، تم اعتبار ديناميكيات الكالسيوم في الدماغ لاعبًا مهمًا في معالجة معلومات الدماغ. لذلك ، نقترح تعميم النماذج الرياضية للمشابك الثلاثي والمزامنة النجمية لتطوير نموذج المشبك الثلاثي الجديد (TSM) ، ونموذج Synocytic Astrocytic الاصطناعي (AAS) والشبكة العصبية الاصطناعية القائمة على الكالسيوم (CaANN) لمحاكاة ديناميكيات الكالسيوم في الدماغ. علاوة على ذلك ، استخدمنا النماذج المقترحة من TSM و AAS داخل بنية الشبكات العصبية العميقة مثل الشبكات العصبية التلافيفية والشبكات العصبية العميقة. أظهرت نتائج المحاكاة لدمج الخلايا النجمية الحقيقية في نموذج استجابة الطفرة (RSM) والشبكة العصبية المتكررة البسيطة (RSNN) أن الخلايا النجمية تزيد من إمكانات ما بعد المشبكية وبالتالي تحسن RSM. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت محاكاة TSM في نموذجين من الخلايا العصبية ، الاندماج المتسرب والنار (LIF) ونموذج Izhikevich ، أن استخدام TSM قد غيّر سلوك السنبلة (معدل ونمط الإطلاق) لهذه النماذج. أظهرت المحاكاة المتعلقة بـ AAS من خلال التوزيع الاحتمالي ومقارنة الاختلاف بين K-L أنه يمكن فتح قنوات تقاطع الفجوة بواسطة الخلايا النجمية ذات الاحتمالية الأعلى. وأخيرًا ، أظهرت نتائج المحاكاة لـ TSM في CNN و DBN أن دمج ديناميكيات الخلايا النجمية وخصائصها وأدوارها في شبكات التعلم العميق تتنافس وتتفوق أحيانًا على البنى القياسية للشبكات العصبية العميقة من حيث التدريب ودقة التحقق | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Enhancing the astrocyte spiking deep neural networks and calcium based neural network model for classification /by Bassam Abdul-Rahman Abed | en_US |
dc.description.identity | t11100427909BassamAbdulRahmanAbed | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Information and Communication Technology | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2020. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xviii, 225 leaves : colour illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Computer Science | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/9336 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Information and Communication Technology, International Islamic University Malaysia, 2020 | en_US |
dc.title | Enhancing the astrocyte spiking deep neural networks and calcium based neural network model for classification | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1