[發(fā)明專利]合成和激發(fā)電子神經(jīng)元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110305539.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102567784A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·V·亞瑟;G·S·科拉多;S·K·埃瑟;P·A·梅羅拉;D·S·莫德哈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): G06N3/06
• 分類號(hào): G06N3/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 酆迅

1.一種方法，包括：

響應(yīng)于合成和激發(fā)電子神經(jīng)元中的外部尖峰信號(hào)，基于所述外部尖峰信號(hào)來(lái)更新數(shù)字膜電勢(shì)，其中所述數(shù)字膜電勢(shì)代表神經(jīng)元膜電勢(shì)；

基于泄漏速率來(lái)衰減所述數(shù)字膜電勢(shì)；以及

響應(yīng)于所述數(shù)字膜電勢(shì)超過(guò)閾值而生成尖峰信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中更新所述膜電勢(shì)包括：

響應(yīng)于接收外部興奮尖峰信號(hào)而將所述膜電勢(shì)增加一個(gè)增量，所述增量等于在時(shí)間步進(jìn)中接收的興奮尖峰信號(hào)的數(shù)目與第一縮放參數(shù)相乘；以及

響應(yīng)于接收外部抑制尖峰信號(hào)而將所述膜電勢(shì)減少一個(gè)減量，所述減量等于在時(shí)間步進(jìn)中接收的抑制尖峰信號(hào)的數(shù)目與第二縮放參數(shù)相乘。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中：

所述第一縮放參數(shù)為2的倍數(shù)，使得接收的所述興奮尖峰的數(shù)目與縮放因子的相乘通過(guò)數(shù)字移位運(yùn)算來(lái)執(zhí)行。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中：

所述第二縮放參數(shù)為2的倍數(shù)，使得接收的所述興奮尖峰的數(shù)目與縮放因子的相乘通過(guò)數(shù)字移位運(yùn)算來(lái)執(zhí)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中：

衰減所述膜電勢(shì)包括基于泄漏速率來(lái)衰減所述膜電勢(shì)，所述泄漏速率等于所述膜電勢(shì)的當(dāng)前值除以時(shí)間常數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中：

所述時(shí)間常數(shù)為2的倍數(shù)，使得所述膜電勢(shì)除以所述時(shí)間常數(shù)值通過(guò)數(shù)字移位運(yùn)算來(lái)執(zhí)行。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中：

更新所述膜電勢(shì)包括：響應(yīng)于接收抑制尖峰信號(hào)而增加抑制通道電導(dǎo)值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括：

基于泄漏速率來(lái)衰減所述抑制通道電導(dǎo)值，所述泄漏速率等于所述抑制通道電導(dǎo)值的當(dāng)前值除以時(shí)間常數(shù)，，其中所述時(shí)間常數(shù)為2的倍數(shù)，使得所述抑制通道電導(dǎo)值除以所述時(shí)間常數(shù)通過(guò)移位運(yùn)算來(lái)執(zhí)行；以及

通過(guò)基于所述抑制通道電導(dǎo)值減少所述膜電勢(shì)，來(lái)向所述膜電勢(shì)中施加抑制。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中：

向所述膜電勢(shì)中施加抑制包括從所述膜電勢(shì)減去所述膜電勢(shì)值的當(dāng)前值與一個(gè)除數(shù)值的商，其中所述除數(shù)值包括2的冪，所述冪等于縮放因子減去所述抑制通道電導(dǎo)值中的最高非零有效位。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括：

將所述電神經(jīng)元中的突觸通道電導(dǎo)建模為兩個(gè)抑制通道電導(dǎo)變量的差，所述電導(dǎo)變量隨每個(gè)外部尖峰信號(hào)而增加一個(gè)強(qiáng)度因子；以及

基于由時(shí)間常數(shù)支配的衰減速率來(lái)衰減所述電導(dǎo)變量，其中所述時(shí)間常數(shù)為2的倍數(shù)，使得所述衰減通過(guò)數(shù)字移位運(yùn)算來(lái)執(zhí)行。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括：

通過(guò)從所述膜電勢(shì)減去所述膜電勢(shì)的當(dāng)前值與一個(gè)除數(shù)值的商來(lái)向所述膜電勢(shì)中施加抑制，其中所述除數(shù)值為2的冪，所述冪等于縮放因子減去所述抑制通道電導(dǎo)變量的所述差的值中的最高非零有效位；以及

通過(guò)如下方式向所述電勢(shì)膜中施加興奮：使用移位運(yùn)算將膜電勢(shì)補(bǔ)值與興奮強(qiáng)度移位因子相加以生成和，以及將所述和除以一個(gè)除數(shù)，所述除數(shù)是2的冪，所述冪等于縮放因子減去所述興奮通道電導(dǎo)變量的所述差的值中的最高非零有效位。

12.一種合成和激發(fā)電子神經(jīng)元，包括：

數(shù)字計(jì)數(shù)器，代表所述神經(jīng)元的膜電勢(shì)；

控制器，配置用于如下基于外部尖峰信號(hào)而更新所述膜電勢(shì)：

響應(yīng)于接收外部興奮尖峰信號(hào)，使用按位運(yùn)算將所述膜電勢(shì)遞增一個(gè)增量，使得所述計(jì)數(shù)器中只有需要改變的位被修改；以及

響應(yīng)于接收外部抑制尖峰信號(hào)，使用按位運(yùn)算將所述膜電勢(shì)遞減一個(gè)減量，使得所述計(jì)數(shù)器中只有需要改變的位被修改；

衰減模塊，配置用于使用模擬電阻器-電容器模型基于時(shí)間常數(shù)來(lái)衰減所述膜電勢(shì)；以及

尖峰化模塊，配置用于響應(yīng)于所述膜電勢(shì)超過(guò)閾值而生成尖峰信號(hào)。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的合成和激發(fā)電子神經(jīng)元，其中：

所述衰減模塊被配置用于通過(guò)使用模擬電阻器-電容器模型基于時(shí)間常數(shù)生成衰減事件來(lái)衰減所述膜電勢(shì)。