[发明专利]多模态神经元电路及神经元实现方法

说明书

本发明提供一种多模态神经元电路及神经元实现方法。该电路包括：脉冲产生电路以及与所述脉冲产生电路的连接的辅助U‑unit单元电路；所述脉冲产生电路用于在控制信号和外加电压的作用下输出预设模式的脉冲序列以实现相应的神经元；所述辅助U‑unit单元电路用于产生所述外加电压并将所述外加电压施加至所述脉冲产生电路。本发明可在需实现大规模脉冲神经网络系统时，有效地实现神经元，克服了当需实现大规模脉冲神经网络系统时，通过精确地调节偏置电压实现不同的神经元操作难度很大的问题。

技术领域

本发明涉及人工神经网络技术领域，更具体地，涉及一种多模态神经元电路及神经元实现的方法。

背景技术

生物神经元可以分为兴奋型与抑制型两种。其中，兴奋型神经元能够利用产生的脉冲通过兴奋型突触使后级神经元膜电位上升，常见的兴奋型神经元有RS,IB和CH；抑制型神经元能够利用产生的脉冲通过抑制型突触将使后级神经元膜电位下降，常见的抑制型神经元有FS和LTS。进一步，根据在阶跃电流输入下，输出的不同，生物神经元又可分为脉冲型神经元和爆裂型神经元类型。其中，RS是脉冲型神经元，而IB和CH是爆裂型神经元。RS型神经元能够在激发脉冲时伴有适应现象，即脉冲间距逐渐扩大，直至达到一个稳定值。而IB型神经元在阶跃电流激励下会瞬间激发三到五个高频脉冲，而之后的脉冲序列则基本保持正常间距。CH型神经元产生具有周期性的簇状脉冲。FS和LTS都是脉冲型神经元类型的神经元。而FS是抑制型脑皮层细胞，其在阶跃电流激励下的输出是一列高频脉冲，并且几乎不存在适应现象。LTS在阈值很低的情况下可以发射高频率的脉冲，并且脉冲有很明显的适应现象。

由于神经元产生的脉冲与占空比很低的方波很相似，具有易实现、可重构、可靠性高以及能够显著提高脉冲神经网络的可行性等特点的数字信号控制的模拟电路常用于实现神经元。具体地，通过调节模拟电路的偏置电压实现不同种类的神经元。但当需实现大规模脉冲神经网络系统时，通过精确地调节偏置电压实现不同的神经元操作难度很大。

发明内容

本发明提供一种多模态神经元电路及神经元实现方法，以克服现有技术中，当需实现大规模脉冲神经网络系统时，通过精确地调节偏置电压实现不同的神经元操作难度很大的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种多模态神经元电路，包括：脉冲产生电路以及与所述脉冲产生电路的连接的辅助U-unit单元电路；所述脉冲产生电路用于在控制信号和外加电压的作用下输出预设模式的脉冲序列以实现相应的神经元；所述辅助U-unit单元电路用于产生所述外加电压并将所述外加电压施加至所述脉冲产生电路。

其中，所述脉冲产生电路包括：电流源、第一电容、第一至第四反相器以及第一至第五N型晶体管；所述电流源的正极与外部电源连接，所述电流源的负极与第一节点连接；所述第一节点还分别与第一反相器的正极、所述第一电容的正极以及所述第一和第三N型晶体管的漏极连接；所述第一至第四反相器依次正向连接，所述第三反相器的输出端与所述辅助U-unit单元电路连接，所述第四反相器的输出端与所述脉冲产生电路的输出端连接；所述第一N型晶体管的源极与所述第二N型晶体管的漏极连接，所述第三N型晶体管的源极分别与第四和第五N型晶体管的漏极连接，所述第三N型晶体管的栅极与所述脉冲产生电路的输出端连接；所述第一电容的负极以及所述第二、第四和第五N型晶体管的源极均与地连接。