[发明专利]一种具有隐藏共存非对称行为的三维忆阻Hindmarsh-Rose模型电路

说明书

本发明公开了一种具有隐藏共存非对称行为的三维忆阻Hindmarsh‑Rose模型电路。为了更好地模拟在电磁感应干扰下的神经元电活动的复杂动力学行为，本发明通过在二维Hindmarsh‑Rose神经元模型中引入理想磁控忆阻，构建了一种新颖的三维忆阻Hindmarsh‑Rose神经元模型，且该模型没有任何平衡点，其所能够产生的共存非对称吸引子均为隐藏的。同时，提出了该忆阻Hindmarsh‑Rose神经元模型的电路实现方案，利用该电路可以模拟神经元的复杂电活动。

技术领域

本发明涉及神经元模型及其电路实现技术领域，特别涉及一种具有隐藏共存非对称行为的三维忆阻Hindmarsh-Rose神经元模型电路实现。

背景技术

人们对神经科学的研究是基于神经元模型展开的，在过去三十多年里，大部分神经元模型是从经典Hodgkin-Huxley模型中简化拓展而来的，用于重构神经元电活动的主要动力学特性，其中二维Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型用于生物神经元电活动的动力学分析是有效且可用的。

由于在神经系统中，神经元的电活动与复杂的电生理学环境密切相关，因此本发明提出了一种新颖的三维忆阻Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型。通过在二维HR神经元模型中引入理想磁控忆阻，来描述在电磁感应的作用下神经元活动的复杂动力学现象，并且提出了实现该模型的电路实现方案。新提出的忆阻HR神经元模型没有任何平衡点，但是能够展现出具有共存非对称吸引子的隐藏动力学行为，这在已有的关于HR神经元模型的文献中尚未被报道过。对隐藏共存非对称吸引子进行基于数学模型的数值仿真和硬件实验，证明了在电磁感应的干扰下神经元电活动确存在着复杂的动力学行为。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是构建具有隐藏共存非对称行为的三维忆阻Hindmarsh-Rose神经元模型，并对其硬件电路实现。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有隐藏共存非对称行为的三维忆阻Hindmarsh-Rose神经元模型，设计了相应的硬件电路，其结构如下：

所述电路包括：理想磁控忆阻实现电路图1(a)和二维Hindmarsh-Rose神经元模型实现电路图1(b)；将图1(a)理想磁控忆阻实现电路引入二维Hindmarsh-Rose神经元模型实现电路中，构成一个新颖的三维忆阻Hindmarsh-Rose神经元模型实现电路，如图1所示。图1(a)和图1(b)各相同端口依次相连后，可呈现出具有隐藏的共存非对称吸引子。运算放大器U₁、U₂、U₃、U₄、U₅和U₆的同相输入端接“地”,“V_I”和“V_y0”端均提供“1V”直流电压。

理想磁控忆阻实现电路包括：积分器、反相器和乘法器等。具体连接方式为：输入端“v_x”串联一个“10kΩ”的电阻后接于运算放大器U₁的反相输入端；运算放大器U₁的反相输入端和输出端之间并联一个“33nF”的电容，此时U₁的输出端输出U₁的输出端和运算放大器U₂的反相输入端之间串联一个“10kΩ”的电阻；U₂的反相输入端和输出端之间并联一个“10kΩ”的电阻，此时U₂的输出端输出乘法器M₀的两个输入端分别接“v_x”和乘法器M₀的输出端串联一个可调电阻R_k，此时忆阻输出端输出运算放大器U₁和U₂的同相输入端均接“地”；乘法器M₀的增益系数为0.1。

二维Hindmarsh-Rose神经元模型实现电路包括积分通道一和积分通道二。