[发明专利]模拟生物神经元信息处理机制的信息处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟生物神经元信息处理机制的信息处理方法及装 置，具体地，本发明涉及一种执行模数编码与解码的人工神经元(以下简 称人工神经元或模数人工神经元)或信号处理装置，特别是以时间或者时 间的倒数即频率为模拟量，以相当于动作电位的(单相或双相)脉冲为数字 量(无为0或有为1)的模数编码和解码方法的人工神经元或信号处理装置。

背景技术

神经元，也称神经细胞，是构成神经系统的基本功能单位。生物神经 元一般主要由三个部分组成：树突、轴突和胞体。树突是胞体上短而多分 支的突起，相当于神经元的信号输入端，用于接收传入的神经冲动；而轴 突为胞体上最长的突起，也称神经纤维，端部一般有一个或多个分支，可 允许其对多个神经元传出神经冲动；胞体则在神经信号的整合加工和动作 电位形成和传递过程中起重要作用(图1)。两个神经元的相互连接主要是 通过突触来实现的，一般来说，神经元的树突或/和胞体或/和轴突通过突 触接收上级神经元的各种输入信息，这些信息通过神经元在时间和空间上 的整合成具有新含义的信息，最终通过轴突输出神经冲动到突触末梢转化 为递质释放。对于特定的输入信息，神经元是否产生神经冲动，产生多少 神经冲动，什么时候产生神经冲动，取决于该神经元的电化学特性。所谓 神经元的电特性，主要指神经元的膜电容、膜电阻，膜通道电导(通道的 离子特性，动力学特性和其电化学势能决定出入细胞的电流)和阈电位的 动态变化特性；所谓化学特性，包括两部分，作为突触前膜和后膜的化学 特性。突触后膜化学特性主要指作为突触后神经元膜上通道特异性受体及 其与相关化学成分的相互关系(主要是化学门控性通道)；神经元作为突触 前膜的化学特性包括：支持动作电位在神经纤维上传递的神经纤维化学特 性(主要是快钠通道)，动作电位传递到突触末梢作为解码动作电位编码的 突触末梢化学构成、相关关系和功能特性(主要是钙通道)，而后是突触后 化学递质释放相关的化学成分、相关关系和功能特性。神经元的化学特性 非常复杂，但最终表现为电变化和释放递质浓度改变。因而神经元的功能 表现为：信息接受的化学-局部电转换，信息整合与传递的动作电位生成 与传递，信息输出的动作电位-局部电转换以及局部电-化学转化。由于神 经元具有信息接受整合、信息编码、信息解码和信息输出等基本过程，因 此神经元是一个最为基本的信息处理单元。因神经元的工作过程主要是电 变化运算、传递与转化，所以这些过程可以全部由电路、软件或其它方法 来模拟。

模拟生物神经元的信息处理机制，人们提出了各种各样的人工神经元 模型。而这些人工神经元模型又以1943年心理学家McCulloch和数学家 Pitts共同建立的MP神经元模型为基础。图2所示为MP神经元模型的拓 扑结构图，它是一个多输入/多输出的非线性信息处理单元，神经元i的输 出y_i可用公式(1)描述：

yi=f(Σj=1nwijuj-θi)---(1)]]>

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