[發明專利]一種模擬實現Morris?Lecar神經元模型的電路

有效

• 申請號: 201610066207.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105787291B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 胡曉宇;劉崇新;倪駿康;沈天時;李傲岸;劉航;李石磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F19/12
• 分類號: G06F19/12;G06N3/063
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 閔岳峰

技術領域：

本發明屬于神經元電路模擬技術領域，特別涉及一種模擬實現Morris-Lecar神經元模型的電路。

背景技術：

神經元是神經系統的基本單位，人類神經系統的神經元數量數以億計。神經元在不同的外界環境下或受到外界刺激時，能夠產生電信號，這些電信號可以在不同的神經元之間傳遞，神經系統通過神經元的這種電信號接受或者發送功能感受外界環境變化，或者傳遞大腦發送的信號指令，以實現與外界環境的交互。截止目前，相關學者建立了多種數學模型來描述神經元的動力學行為，如Hodgkin-Huxley模型、FitzHugh-Naguma模型、Hindmarsh-Rose模型、Morris-Lecar模型等。通過分析不同條件下神經元模型的動力學行為變化，可以預測神經元不同環境下的放電行為，已有的研究表明，人類所患帕金森癥、癲癇等疾病與神經系統的異常放電有直接關系，因此，對單個神經元、耦合神經元以及神經元網絡動力學行為的研究能夠為這些疾病的治療提供潛在的理論支持。

神經元模型一般由多個微分方程組成，隨著神經元數量的增加，對神經元系統動力學行為分析的計算負擔將大大增加，計算的實時性將不能得到保障，因此，通過電路來模擬神經元的放電行為，成為解決實時性問題的重要途徑。由于神經元模型中多包含指數函數、雙曲函數等非線性函數，這些函數很難用現有的模擬器件來直接實現，現有的神經元電路模擬通常采用將這些非線性函數線性化，或者采用動力學行為相似的函數來代替這些非線性函數的方法來實現，這也造成了誤差較大、精度不高等問題，因此，設計新穎的模擬電路，來精確實現這些非線性函數，進一步實現神經元模型的模擬意義重大。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供了一種模擬實現Morris-Lecar神經元模型的電路。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

一種模擬實現Morris-Lecar神經元模型的電路，包括第一雙曲正切函數電路單元、第二雙曲正切函數電路單元、雙曲余弦函數電路單元、第一比例積分電路單元和第二比例積分電路單元；其中，

所述的第一雙曲正切函數電路單元和第二雙曲正切函數電路單元均由輸入函數運算模塊、雙曲正切函數運算模塊、雙端輸入轉單端輸出模塊和加法運算模塊組成；

所述雙曲余弦函數電路單元由輸入函數運算模塊、第一指數函數電路單元、第二指數電路單元和加法運算模塊組成；

所述第一比例積分電路單元由乘法運算模塊、電流源、電壓源和比例積分模塊組成，其包含六個輸入端，輸入端D1A、輸入端D1B、輸入端D2A、輸入端D2B、輸入端D3、輸入端D4和一個輸出端，輸出端電壓即為神經元模型的膜電位；

所述第二比例積分電路單元由減法運算模塊、乘法運算模塊、積分運算模塊和比例運算模塊組成，其包含兩個輸入端，輸入端B21，輸入端B22和一個輸出端；

第一雙曲正切函數電路單元的輸入端連接第一比例積分電路單元的輸出端，第一雙曲正切函數電路單元的輸出端連接第一比例積分電路單元的輸入端D1A；第二雙曲正切函數電路單元的輸入端連接第一比例積分電路單元的輸出端，第二雙曲正切函數電路單元的輸出端連接第二比例積分電路單元的輸入端B21；第二比例積分電路單元的輸出端連接第一比例積分電路單元的輸入端D2A；雙曲余弦函數電路單元的輸入端連接第一比例積分電路單元的輸出端，雙曲余弦函數電路單元的輸出端連接第二比例積分電路單元的輸入端B22；第一比例積分電路單元的輸入端D1B連接第一比例積分電路單元的輸出端；第一比例積分電路單元的輸入端D2B連接第一比例積分電路單元的輸出端；第一比例積分電路單元的輸入端D3連接第一比例積分電路單元的輸出端；第一比例積分電路單元的輸入端D4連接電流源。

本發明進一步的改進在于，第一雙曲正切函數電路單元中，輸入函數運算模塊由運算放大器、電壓源及電阻組成；

雙曲正切函數運算模塊由雙極性晶體管對、電壓源、電流源及電阻組成；

雙端輸入轉單端輸出模塊由運算放大器及電阻組成；

加法運算模塊由加法器、電壓源及電阻組成；