[发明专利]合成和激发电子神经元有效

专利信息
申请号: 201110305539.4 申请日: 2011-09-30
公开(公告)号: CN102567784A 公开(公告)日: 2012-07-11
发明(设计)人: J·V·亚瑟;G·S·科拉多;S·K·埃瑟;P·A·梅罗拉;D·S·莫德哈 申请(专利权)人: 国际商业机器公司
主分类号: G06N3/06 分类号: G06N3/06
代理公司: 北京市金杜律师事务所 11256 代理人: 酆迅
地址: 美国纽*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 合成 激发 电子 神经元
【说明书】:

技术领域

发明总体上涉及神经运动和突触(synaptronic)系统,并且更具体地,涉及以依赖于尖峰定时的塑性为基础的神经运动和突触系统。

背景技术

生物系统对通过它们的感测输入所提供的信息施加命令。这一信息通常来自以如下时空图案的形式,这些时空图案包括具有相异空间和时间结构的局部化事件。这些事件出现于广泛的多种空间和时间标度,而诸如脑部这样的生物系统仍然能够合成它们并且提取相关的多条信息。这样的生物系统可以从有噪声的时空输入中迅速提取信号。

在生物系统中,在神经元的轴突与另一神经元上的树突之间的接触点称为突触,并且就突触而言,两个神经元分别称为突触前和突触后。神经元在被经由突触接收的充分输入所激活时发射向以神经元为突触前的那些突触递送的“尖峰”。神经元可以是“兴奋的”或者“抑制的”。突触电导是对突触在突触被突触前尖峰激活时将对它的突触后目标具有的影响数量的度量。突触电导可以按照依赖于尖峰定时的塑性(STDP)根据突触前和突出后神经元的相对尖峰时间随时间改变。如果突触的突触后神经元在它的突触前神经元激发之后激发,则STDP规则增加它的电导,而如果两次激发的顺序颠倒,则STDP规则减少突触的电导。个人体验的本质存储于遍及脑部的数以万亿计的突触的电导中。

神经运动和突触系统也称为人工神经网络,它是一种这样的计算系统,其允许电子系统实质上以与生物脑部的方式类似的方式工作。神经运动和突触系统创建在与生物脑部的神经元大致上功能等效的处理元件之间的连接。神经运动和突触系统可以包括关于生物神经元建模的各种电子电路。

发明内容

本发明的实施方式提供合成和激发电子神经元。在一个实施方式中,响应于接收外部尖峰信号而基于外部尖峰信号来更新代表神经元膜电势的数字计数器。基于泄漏速率来衰减膜电势。响应于膜电势超过阈值而生成尖峰信号。膜电势对应于生物神经元中的膜电势(电压)。

在另一实施方式中,提供一种混合模式数模电子神经元,其中响应于接收外部兴奋尖峰信号而使用按位运算将数字膜电势递增一个增量,使得计数器中只有需要改变的位被修改。另外,响应于接收外部抑制尖峰信号而使用按位运算将膜电势递减一个减量,使得计数器中只有需要改变的位被修改。另外,使用模拟电阻器-电容器模型基于时间常数来衰减膜电势。

在一个实施方式中,增加膜电势是按照与乘以缩放参数的在时间步进中接收的兴奋尖峰信号的数目相等的增量。在一个示例中,缩放参数被限制为2的倍数,用缩放因子缩放所接收的兴奋尖峰的数目(即,相乘)通过移位运算来执行。

在一个实施方式中,减少膜电势的减量等于在时间步进中接收的抑制尖峰的数目与一个缩放因子相乘。缩放参数被限制为2的倍数,使得所接收的抑制尖峰的数目与缩放因子的相乘通过移位运算来执行。

在另一实施方式中,提供一种事件驱动的电子神经元,其中在兴奋事件类型出现时,将数字膜电势递增一个兴奋突触强度增量。在抑制事件类型时,将数字膜电势递减一个抑制突触强度减量。在衰减事件类型出现时,按照泄漏强度减量来递减数字膜电势。

参照以下描述、所附权利要求和附图将理解本发明的这些和其它特征、方面及优点。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施方式的神经运动和突触系统的示图,该系统具有将合成和激发电子神经元互连的纵横阵列;

图2A示出了根据本发明一个实施方式的线性泄漏合成和激发电子神经元的示例响应图形;

图2B示出了根据本发明一个实施方式的具有不应期(Refractory Period)的凸衰减合成和激发电子神经元的示例响应图形;

图2C示出了根据本发明一个实施方式的具有不应期的凸衰减合成和激发以及基于电导的抑制电子神经元的示例响应图形;

图3A示出了根据本发明一个实施方式的线性泄漏合成和激发(LL-IF)电子神经元的框图;

图3B示出了根据本发明一个实施方式的具有不应期的凸衰减近似合成和激发(CD-ID w/RP)电子神经元的框图;

图3C示出了根据本发明一个实施方式的不应期和基于电导的抑制(CD-IF w/RP和CB-I)电子神经元的框图;

图3D示出了根据本发明一个实施方式的不应期和基于电导的突触(CD-IF w/RP和CB-S)电子神经元的框图;

图4示出了根据本发明一个实施方式的响应于与图2C中相同的刺激串列的抑制电导值的示例图形;

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