[發(fā)明專(zhuān)利]具有短期記憶和長(zhǎng)期記憶的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710012154.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107045649B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 徐志強(qiáng)
• 主分類(lèi)號(hào): G06N3/04
• 分類(lèi)號(hào): G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及神經(jīng)生物學(xué)的一種采用電子技術(shù)來(lái)模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬裝置。本發(fā)明具有短期記憶和長(zhǎng)期記憶兩種不同時(shí)程的記憶效應(yīng)，能夠模擬大腦短期記憶的形成、以及短期記憶轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶的過(guò)程，更好地揭示大腦的學(xué)習(xí)記憶的工作機(jī)制。本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)申請(qǐng)人關(guān)于大腦記憶的本質(zhì)及其工作機(jī)制，記憶對(duì)思維的影響，不同亞型的動(dòng)作電位的形成及其對(duì)記憶和思維的不同作用等分析資料。

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于申請(qǐng)?zhí)枮?014106066977的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，涉及神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域的一種采用電子技術(shù)來(lái)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝置。

背景技術(shù) 大腦的工作機(jī)制是最重要的科學(xué)研究之一。目前的研究揭示大腦是依靠神經(jīng)元及神經(jīng)元之間互相連結(jié)的突觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和處理，也在一定程度上揭示了單個(gè)的神經(jīng)元及突觸的很多結(jié)構(gòu)特征和工作細(xì)節(jié)，但對(duì)于神經(jīng)元及其突觸到底如何通過(guò)連接關(guān)系和信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)大腦的高級(jí)功能，便仍是科學(xué)難題。這主要是因?yàn)閱蝹€(gè)的神經(jīng)元和突觸可以通過(guò)離體的神經(jīng)元解剖和顯微鏡來(lái)觀察其結(jié)構(gòu)和工作，但離體的單個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元并無(wú)法組成信號(hào)處理通路，而我們又無(wú)法從微觀角度來(lái)觀察到生物整個(gè)活體大腦的工作過(guò)程。所以，即使有研究公布了神經(jīng)元及突觸的具體結(jié)構(gòu)特征和工作特點(diǎn)，但對(duì)于它們?cè)谡麄€(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中起什么作用，如何起作用，如何與其他神經(jīng)元發(fā)生關(guān)系，尤其是如何構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)宏觀上的大腦功能，則往往仍得不到完整又合理的解釋。

為了模擬演示腦神經(jīng)的工作，以及由此構(gòu)造實(shí)現(xiàn)具有記憶和思維功能的人工智能，目前越來(lái)越多的研究采用建立數(shù)學(xué)仿真模型或神經(jīng)元模擬裝置的方法來(lái)模仿腦神經(jīng)的工作。尤其是近幾年，基于突觸的STDP(Spike Timing-Dependent Plasticity，即時(shí)序依賴(lài)的突觸可塑性)特性的突觸可塑性的發(fā)現(xiàn)，及基于這種突觸STDP可塑性的學(xué)習(xí)記憶模型的提出，很多申請(qǐng)人提交了很多神經(jīng)元及突觸模擬技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)。

但申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)大腦的記憶的本質(zhì)及其工作機(jī)制、尤其是對(duì)短期記憶(長(zhǎng)時(shí)程記憶)和長(zhǎng)期記憶(永久記憶)的形成和轉(zhuǎn)化的工作機(jī)制缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，目前基于突觸可塑性而設(shè)計(jì)的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基本只有模擬一種時(shí)效性的記憶效應(yīng)，而大腦明顯存在短期記憶和長(zhǎng)期記憶兩種不同時(shí)效性的記憶效應(yīng)，兩者在形成和使用上也有不同機(jī)制，在一定條件下短期記憶能夠轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶。所以，如何使模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具有短期記憶和長(zhǎng)期記憶、且短期記憶在一定條件下能夠轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶，是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種具有兩種不同時(shí)程記憶的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其具有短期記憶和長(zhǎng)期記憶兩種不同時(shí)程的記憶效應(yīng)，且短期記憶能夠在一定情況下轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶。

本發(fā)明涉及的神經(jīng)元模擬裝置及技術(shù)，各種突觸模擬裝置及技術(shù)，還有具體的電壓、脈沖寬度等數(shù)值設(shè)置，可見(jiàn)2014106066977的原案申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)，在本申請(qǐng)不再敘述。當(dāng)然，也可以采用其他合適的神經(jīng)元和突觸的模擬裝置和技術(shù)。

本發(fā)明所述的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括第一輸入神經(jīng)元群、第一輸出神經(jīng)元群、第二輸入神經(jīng)元群、第二輸出神經(jīng)元群、第一中間神經(jīng)元群和第二中間神經(jīng)元群；

第一輸入神經(jīng)元群的軸突輸出端與第一輸出神經(jīng)元群的樹(shù)突輸入端之間采用“固化突觸”進(jìn)行連接，第二輸入神經(jīng)元群的軸突輸出端與第二輸出神經(jīng)元群的樹(shù)突輸入端之間采用“固化突觸”進(jìn)行連接；(模擬大腦中形成的穩(wěn)定的信息輸入和輸出通道的神經(jīng)元連接)；

第一輸入神經(jīng)元群和第二輸入神經(jīng)元群的軸突輸出端，與第一中間神經(jīng)元群的樹(shù)突輸入端之間，采用“可塑性突觸”進(jìn)行連接；(模擬腦皮層或嗅皮層的神經(jīng)元通過(guò)穿通纖維的通路向海馬的齒狀回顆粒細(xì)胞的投射，且兩者之間采用具有STDP可塑性的突觸進(jìn)行連接)；

第一中間神經(jīng)元群的軸突輸出端，與第二中間神經(jīng)元群的樹(shù)突輸入端之間，采用“可塑性突觸”進(jìn)行連接；(模擬在海馬里面，顆粒細(xì)胞發(fā)出的苔蘚纖維，與海馬CA3錐體細(xì)胞之間的具有STDP可塑性的突觸的連接)；

第二中間神經(jīng)元群的軸突輸出端，與第一輸出神經(jīng)元群和第二輸出神經(jīng)元群的樹(shù)突輸入端之間，采用“可塑性突觸”進(jìn)行連接；(模擬海馬的CA3錐體細(xì)胞發(fā)出的Schaffer側(cè)支，與CA1錐體細(xì)胞之間的具有STDP可塑性的突觸連接)；