[发明专利]具有短期记忆和长期记忆的模拟神经网络

说明书

本发明涉及神经生物学的一种采用电子技术来模拟大脑神经网络的模拟装置。本发明具有短期记忆和长期记忆两种不同时程的记忆效应，能够模拟大脑短期记忆的形成、以及短期记忆转化为长期记忆的过程，更好地揭示大脑的学习记忆的工作机制。本发明同时公开申请人关于大脑记忆的本质及其工作机制，记忆对思维的影响，不同亚型的动作电位的形成及其对记忆和思维的不同作用等分析资料。

技术领域 本发明属于申请号为2014106066977的发明专利申请的分案申请，涉及神经生物学领域的一种采用电子技术来模拟神经网络的装置。

背景技术 大脑的工作机制是最重要的科学研究之一。目前的研究揭示大脑是依靠神经元及神经元之间互相连结的突触来实现信息的传递和处理，也在一定程度上揭示了单个的神经元及突触的很多结构特征和工作细节，但对于神经元及其突触到底如何通过连接关系和信号处理来实现大脑的高级功能，便仍是科学难题。这主要是因为单个的神经元和突触可以通过离体的神经元解剖和显微镜来观察其结构和工作，但离体的单个或多个神经元并无法组成信号处理通路，而我们又无法从微观角度来观察到生物整个活体大脑的工作过程。所以，即使有研究公布了神经元及突触的具体结构特征和工作特点，但对于它们在整个神经网络中起什么作用，如何起作用，如何与其他神经元发生关系，尤其是如何构成和实现宏观上的大脑功能，则往往仍得不到完整又合理的解释。

为了模拟演示脑神经的工作，以及由此构造实现具有记忆和思维功能的人工智能，目前越来越多的研究采用建立数学仿真模型或神经元模拟装置的方法来模仿脑神经的工作。尤其是近几年，基于突触的STDP(Spike Timing-Dependent Plasticity，即时序依赖的突触可塑性)特性的突触可塑性的发现，及基于这种突触STDP可塑性的学习记忆模型的提出，很多申请人提交了很多神经元及突触模拟技术的专利申请。

但申请人发现，由于对大脑的记忆的本质及其工作机制、尤其是对短期记忆(长时程记忆)和长期记忆(永久记忆)的形成和转化的工作机制缺乏足够的认识，目前基于突触可塑性而设计的模拟神经网络，基本只有模拟一种时效性的记忆效应，而大脑明显存在短期记忆和长期记忆两种不同时效性的记忆效应，两者在形成和使用上也有不同机制，在一定条件下短期记忆能够转化为长期记忆。所以，如何使模拟神经网络同时具有短期记忆和长期记忆、且短期记忆在一定条件下能够转化为长期记忆，是很有意义的。

发明内容 本发明的目的是公开一种具有两种不同时程记忆的模拟神经网络，其具有短期记忆和长期记忆两种不同时程的记忆效应，且短期记忆能够在一定情况下转化为长期记忆。

本发明涉及的神经元模拟装置及技术，各种突触模拟装置及技术，还有具体的电压、脉冲宽度等数值设置，可见2014106066977的原案申请的说明书，在本申请不再叙述。当然，也可以采用其他合适的神经元和突触的模拟装置和技术。

本发明所述的模拟神经网络包括第一输入神经元群、第一输出神经元群、第二输入神经元群、第二输出神经元群、第一中间神经元群和第二中间神经元群；

第一输入神经元群的轴突输出端与第一输出神经元群的树突输入端之间采用“固化突触”进行连接，第二输入神经元群的轴突输出端与第二输出神经元群的树突输入端之间采用“固化突触”进行连接；(模拟大脑中形成的稳定的信息输入和输出通道的神经元连接)；

第一输入神经元群和第二输入神经元群的轴突输出端，与第一中间神经元群的树突输入端之间，采用“可塑性突触”进行连接；(模拟脑皮层或嗅皮层的神经元通过穿通纤维的通路向海马的齿状回颗粒细胞的投射，且两者之间采用具有STDP可塑性的突触进行连接)；

第一中间神经元群的轴突输出端，与第二中间神经元群的树突输入端之间，采用“可塑性突触”进行连接；(模拟在海马里面，颗粒细胞发出的苔藓纤维，与海马CA3锥体细胞之间的具有STDP可塑性的突触的连接)；

第二中间神经元群的轴突输出端，与第一输出神经元群和第二输出神经元群的树突输入端之间，采用“可塑性突触”进行连接；(模拟海马的CA3锥体细胞发出的Schaffer侧支，与CA1锥体细胞之间的具有STDP可塑性的突触连接)；