Spiking Neural Networks (SNNs) have gained significant traction in both computational neuroscience and artificial intelligence for their potential in energy-efficient computing. In contrast, artificial neural networks (ANNs) excel at gradient-based optimization and high accuracy. This contrast has consequently led to a growing subfield of hybrid ANN-SNN research. However, existing hybrid approaches often rely on either a strict separation between ANN and SNN components or employ SNN-only encoders followed by ANN classifiers due to the constraints of non-differentiability of spike encoding functions, causing prior hybrid architectures to lack deep layer-wise cooperation during backpropagation. To address this gap, we propose a novel hybrid ANN-SNN framework that integrates layer-wise encode-decode SNN blocks within conventional ANN pipelines. Central to our method is the use of surrogate gradients for a bit-plane-based spike encoding function, enabling end-to-end differentiable training across ANN and SNN layers. This design achieves competitive accuracy with state-of-the-art pure ANN and SNN models while retaining the potential efficiency and temporal representation benefits of spiking computation. To the best of our knowledge, this is the first implementation of a surrogate gradient for bit plane coding specifically and spike encoder interface in general to be utilized in the context of hybrid ANN-SNN, successfully leading to a new class of hybrid models that pave new directions for future research.


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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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