[發明專利]可變神經元、突觸模擬裝置及模擬基底神經環路

在審

• 申請號: 201810760217.0
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109727678A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 徐志強
• 申請（專利權）人: 徐志強
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種可變神經元及突觸的模擬裝置，可模擬以兩種不同亞型動作電位觸發工作的神經元，及模擬多種以不同神經遞質工作的具有不同輸出特性的突觸，通過兩者的連接也可構成多種以不同神經遞質工作的神經元模擬裝置。其意義是可以通過切換選擇開關來使得神經元及突觸模擬裝置具有不同的工作特性，可用于模擬以不同神經遞質工作的多種神經元。作為應用實例，采用本發明的模擬神經元構成的模擬基底神經環路，可用于模擬基底運動神經環路對運動進行協調控制的工作機制，模擬運動神經系統對一個關節兩條相互配合工作的主動肌和拮抗肌進行協調控制的工作過程。

技術領域 本發明涉及神經生物學領域的一種神經模擬裝置，及采用該模擬裝置構成的模擬網絡。

背景技術 目前采用電子電路的神經元模擬技術，一般由輸入膜積分電路(用于模擬神經元的膜電位整合)、具有閾值觸發的閾值觸發電路(用于模擬動作電位的閾值觸發，常采用電壓比較器來構成)、脈沖輸出電路(用于模擬軸突末梢的動作電位脈沖輸出)等組成。現有神經元模擬技術以及由其構成的模擬神經網絡，適合用來模擬大腦對感覺信息的輸入處理和識別等工作，并可廣泛用于人工智能神經網絡對信息的識別和處理，也即大數據處理。但是，如果要用來模擬大腦進行復雜的信息處理，尤其是存在復雜調制的信息思維或運動信號處理，現有技術便難以做到。這是因為大腦中樞神經存在多種以不同神經遞質進行工作的神經元，它們的工作機制及產生的作用是不同的，現有模擬技術沒有對此進行充分考慮和模擬。另外，基底節運動神經環路是大腦用于控制機體運動的重要組成部分，該環路的一些神經核團出現問題時會導致各種運動功能異常，目前似乎尚沒有對這部分神經網絡的工作及其異常情況進行模擬的相關技術。

申請人之前提出的2014106066977號中國專利申請，模擬了神經元的兩種不同鈉離子亞型動作電位的興奮整合和觸發過程。其中鈉離子V1.6亞型動作電位觸發后只向軸突末梢單向傳遞，是神經元進行思維反射等信號整合處理的主要方式，而鈉離子V1.2亞型動作電位觸發后既向軸突末梢傳遞也向胞體和樹突進行反向傳遞，是神經元進行記憶(形成突觸可塑性)的工作基礎。申請人在之后發現，這些神經元的動作電位觸發過程還存在一些不同細節，鈉離子V1.6亞型動作電位觸發后，由于受軸突始段(axon initial segment，即AIS)近胞體段的低密度高閾值的鈉離子通道的阻礙作用，動作電位未能向胞體和樹突進行反向傳遞，所以未能完全清除胞體和樹突殘留的膜興奮信號，也即未能完全的膜去極化，這些殘留的膜興奮在短時間內存在，使得神經元在下一次存在興奮輸入時更容易完成興奮整合而觸發新的動作電位，而這可能正是發生于皮質上的工作記憶的產生機制。本發明也對此進行改進，使更為完善。

發明內容 本發明目的是公開一種神經元模擬裝置、一種可選擇以不同神經遞質工作的可變突觸模擬裝置，及由它們構成的可選擇以不同神經遞質工作的可變神經元模擬裝置。本發明同時以這些神經元及突觸的模擬裝置來構成一個模擬神經環路，能夠模擬基底核運動神經環路的工作機制。