[發(fā)明專利]神經(jīng)元模型構(gòu)建方法以及神經(jīng)元裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010156446.9
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111401540B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王子華;許燕;樊瑜波;劉镕琿;王衛(wèi)東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06N3/065
• 分類號: G06N3/065;G06N3/06
• 代理公司: 北京京萬通知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11440
• 代理人: 齊曉靜

本申請公開一種神經(jīng)元模型的構(gòu)建方法以及由其構(gòu)建的神經(jīng)元裝置，通過白噪聲發(fā)生器、不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器、尖峰后電位信號發(fā)生器、激活閾值電位信號發(fā)生器、過零檢測器、觸發(fā)器、以及多個突觸后電位濾波器來搭建神經(jīng)元模型，來模擬神經(jīng)元的白噪聲信號、尖峰信號的發(fā)出、不應(yīng)期和超極化現(xiàn)象，提出了神經(jīng)元從接收信號到處理信號、發(fā)出尖峰信號再到生成輸出信號的完整的模型，可用于開發(fā)人工神經(jīng)元的算法或硬件電路，應(yīng)用在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)元的仿真技術(shù)，尤其涉及一種神經(jīng)元模型構(gòu)建方法以及由其構(gòu)建的神經(jīng)元裝置。

背景技術(shù)

神經(jīng)元又叫神經(jīng)細(xì)胞，通過細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度的變化，神經(jīng)元可以對生物電信號進(jìn)行傳導(dǎo)。神經(jīng)元之間通過突觸連接并通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞電信號。許多神經(jīng)元相互連接形成神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)對外界信息的感知、機體反射的控制以及思維記憶等高級神經(jīng)活動。

神經(jīng)元對生物電信號的接收、處理和輸出是一個復(fù)雜的過程，對其進(jìn)行仿真和構(gòu)建其建模，一方面有利于深入理解神經(jīng)細(xì)胞的工作機理，另一方面有利于開發(fā)新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和硬件電路。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本申請旨在提出一種神經(jīng)元模型，其能夠模擬神經(jīng)元的生物電信號的傳導(dǎo)。

本申請?zhí)岢鲆环N神經(jīng)元模型構(gòu)建方法，其中，該模型的輸入信號為多路輸入信號求和得到總的輸入信號；該模型的輸出信號為膜電位信號和突觸后電位信號；

用白噪聲發(fā)生器發(fā)出白噪聲信號，以模擬神經(jīng)元中的白噪聲；

用不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器發(fā)出不應(yīng)期開關(guān)信號，用來模擬神經(jīng)元的不應(yīng)期；

用尖峰后電位信號發(fā)生器發(fā)出尖峰后電位信號，用來模擬神經(jīng)元的膜電位從超極化電位恢復(fù)到靜息電位的過程；

用激活閾值電位信號發(fā)生器發(fā)出激活閾值電位信號，用于模擬判斷神經(jīng)元能否被激活的閾值電位；

用過零檢測器實現(xiàn)過零檢測，以判斷模型的當(dāng)前的膜電位是否超過了激活閾值電位；若所述當(dāng)前的膜電位超過激活閾值電位信號，過零檢測器發(fā)出一個尖峰信號，以模擬神經(jīng)元膜電位的去極化和再極化過程；若所述當(dāng)前的膜電位沒有超過激活閾值電位信號，不發(fā)出尖峰信號；

用多個突觸后電位濾波器來模擬神經(jīng)元的突觸將神經(jīng)元的尖峰信號向其他神經(jīng)元傳遞過程的響應(yīng)；

用過零檢測單元發(fā)出的尖峰信號來控制觸發(fā)器；用觸發(fā)器控制所述不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器、尖峰后電位信號發(fā)生器、激活閾值電位信號發(fā)生器的觸發(fā)；

總的輸入信號依次與白噪聲信號求和、與不應(yīng)期開關(guān)信號加權(quán)、與尖峰后電位信號求和，得到基礎(chǔ)電位信號；基礎(chǔ)電位信號與激活閾值電位信號求差，之后由過零檢測器判斷是否過零，過零則輸出尖峰信號；尖峰信號通過觸發(fā)器對不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器、尖峰后電位信號發(fā)生器和激活閾值電位信號發(fā)生器進(jìn)行觸發(fā)；基礎(chǔ)電位信號與尖峰信號求和得到膜電位信號；尖峰信號還通過突觸后電位濾波器產(chǎn)生突觸后電位信號。

對應(yīng)地，本申請還提出一種神經(jīng)元模型，其包括：白噪聲發(fā)生器、不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器、尖峰后電位信號發(fā)生器、激活閾值電位信號發(fā)生器、過零檢測器、觸發(fā)器、以及多個突觸后電位濾波器；其中，

白噪聲發(fā)生器用于發(fā)出白噪聲信號，由此模擬神經(jīng)元中的白噪聲；

不應(yīng)期開關(guān)信號發(fā)生器用于發(fā)出不應(yīng)期開關(guān)信號，由此模擬神經(jīng)元的不應(yīng)期；

尖峰后電位信號發(fā)生器用于發(fā)出尖峰后電位信號，由此模擬神經(jīng)元的膜電位從超極化電位恢復(fù)到靜息電位的過程；

激活閾值電位信號發(fā)生器用于發(fā)出激活閾值電位信號，由此模擬神經(jīng)元的激活閾值電位的適應(yīng)性變化和累加效應(yīng)；