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Complementary memtransistors for neuromorphic computing: How, what and why
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作者 Qi Chen Yue Zhou +4 位作者 Weiwei Xiong Zirui Chen Yasai Wang Xiangshui Miao Yuhui He 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2024年第6期64-80,共17页
Memtransistors in which the source-drain channel conductance can be nonvolatilely manipulated through the gate signals have emerged as promising components for implementing neuromorphic computing.On the other side,it ... Memtransistors in which the source-drain channel conductance can be nonvolatilely manipulated through the gate signals have emerged as promising components for implementing neuromorphic computing.On the other side,it is known that the complementary metal-oxide-semiconductor(CMOS)field effect transistors have played the fundamental role in the modern integrated circuit technology.Therefore,will complementary memtransistors(CMT)also play such a role in the future neuromorphic circuits and chips?In this review,various types of materials and physical mechanisms for constructing CMT(how)are inspected with their merits and need-to-address challenges discussed.Then the unique properties(what)and poten-tial applications of CMT in different learning algorithms/scenarios of spiking neural networks(why)are reviewed,including super-vised rule,reinforcement one,dynamic vision with in-sensor computing,etc.Through exploiting the complementary structure-related novel functions,significant reduction of hardware consuming,enhancement of energy/efficiency ratio and other advan-tages have been gained,illustrating the alluring prospect of design technology co-optimization(DTCO)of CMT towards neuro-morphic computing. 展开更多
关键词 complementary memtransistor neuromorphic computing reward-modulated spike timing-dependent plasticity remote supervise method in-sensor computing
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Effects of paired associative magnetic stimulation between nerve root and cortex on motor function of lower limbs after spinal cord injury:study protocol for a randomized controlled trial 被引量:2
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作者 Ting-Ting Sun Guang-Yue Zhu +8 位作者 Ya Zheng Ye-Ran Mao Qi-Long Hu Gong-Ming Song Rong Xu Qi Yang Dan Zhao Xu-Yun Hua Dong-Sheng Xu 《Neural Regeneration Research》 SCIE CAS CSCD 2022年第11期2459-2464,共6页
Classic paired associative stimulation can improve synaptic plasticity,as demonstrated by animal expe riments and human clinical trials in spinal cord injury patients.Paired associative magnetic stimulation(dual-targe... Classic paired associative stimulation can improve synaptic plasticity,as demonstrated by animal expe riments and human clinical trials in spinal cord injury patients.Paired associative magnetic stimulation(dual-target peripheral and central magnetic stimulation)has been shown to promote neurologic recove ry after stroke.However,it remains unclear whether paired associative magnetic stimulation can promote recovery of lower limb motor dysfunction after spinal cord injury.We hypothesize that the curre nt caused by central and peripheral magnetic stimulation will conve rge at the synapse,which will promote synapse function and improve the motor function of the relevant muscles.Therefore,this study aimed to examine the effects of paired associative magnetic stimulation on neural circuit activation by measuring changes in motor evoked and somatosensory evoked potentials,motor and sensory function of the lower limbs,functional health and activities of daily living,and depression in patients with spinal co rd injury.We will recruit 110 thora cic spinal trauma patients treated in the Department of Spinal Cord Injury,China Rehabilitation Hospital and randomly assign them to expe rimental and control groups in a 1:1 ratio.The trial group(n=55)will be treated with paired associative magnetic stimulation and conventional rehabilitation treatment.The control group(n=55)will be treated with sham stimulation and co nventional rehabilitation treatment.Outcomes will be measured at four time points:baseline and 4,12,and 24 wee ks after the start of inte rvention(active or sham paired associative magnetic stimulation).The primary outcome measure of this trial is change in lower limb American Spinal Injury Association Impairment Scale motor function score from baseline to last follow-up.Secondary outcome measures include changes in lower limb American Spinal Injury Association sensory function sco re,motor evoked potentials,sensory evoked potentials,modified Ashwo rth scale score,Maslach Burnout Invento ry score,and Hamilton Depres 展开更多
关键词 interstimulus interval motor-evoked potentials Modified Ashworth Scale Maslach Burnout Inventory paired-associative magnetic stimulation PLASTICITY repetitive transcranial magnetic stimulation sensory-evoked potential spinal cord injury spike timing-dependent plasticity
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Switching plasticity in compensated ferrimagnetic multilayers for neuromorphic computing
3
作者 Weihao Li Xiukai Lan +3 位作者 Xionghua Liu Enze Zhang Yongcheng Deng Kaiyou Wang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期143-148,共6页
Current-induced multilevel magnetization switching in ferrimagnetic spintronic devices is highly pursued for the application in neuromorphic computing.In this work,we demonstrate the switching plasticity in Co/Gd ferr... Current-induced multilevel magnetization switching in ferrimagnetic spintronic devices is highly pursued for the application in neuromorphic computing.In this work,we demonstrate the switching plasticity in Co/Gd ferrimagnetic multilayers where the binary states magnetization switching induced by spin–orbit toque can be tuned into a multistate one as decreasing the domain nucleation barrier.Therefore,the switching plasticity can be tuned by the perpendicular magnetic anisotropy of the multilayers and the in-plane magnetic field.Moreover,we used the switching plasticity of Co/Gd multilayers for demonstrating spike timing-dependent plasticity and sigmoid-like activation behavior.This work gives useful guidance to design multilevel spintronic devices which could be applied in high-performance neuromorphic computing. 展开更多
关键词 switching plasticity compensated ferrimagnet spin-orbit torque spike timing-dependent plasticity sigmoidal neuron handwritten digits recognition neuromorphic computing
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基于多层忆阻脉冲神经网络的强化学习及应用 被引量:10
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作者 张耀中 胡小方 +1 位作者 周跃 段书凯 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1536-1547,共12页
人工神经网络(Artificial neural networks, ANNs)与强化学习算法的结合显著增强了智能体的学习能力和效率.然而,这些算法需要消耗大量的计算资源,且难以硬件实现.而脉冲神经网络(Spiking neural networks, SNNs)使用脉冲信号来传递信息... 人工神经网络(Artificial neural networks, ANNs)与强化学习算法的结合显著增强了智能体的学习能力和效率.然而,这些算法需要消耗大量的计算资源,且难以硬件实现.而脉冲神经网络(Spiking neural networks, SNNs)使用脉冲信号来传递信息,具有能量效率高、仿生特性强等特点,且有利于进一步实现强化学习的硬件加速,增强嵌入式智能体的自主学习能力.不过,目前脉冲神经网络的学习和训练过程较为复杂,网络设计和实现方面存在较大挑战.本文通过引入人工突触的理想实现元件-忆阻器,提出了一种硬件友好的基于多层忆阻脉冲神经网络的强化学习算法.特别地,设计了用于数据–脉冲转换的脉冲神经元;通过改进脉冲时间依赖可塑性(Spiking-timing dependent plasticity, STDP)规则,使脉冲神经网络与强化学习算法有机结合,并设计了对应的忆阻神经突触;构建了可动态调整的网络结构,以提高网络的学习效率;最后,以Open AI Gym中的CartPole-v0 (倒立摆)和MountainCar-v0 (小车爬坡)为例,通过实验仿真和对比分析,验证了方案的有效性和相对于传统强化学习方法的优势. 展开更多
关键词 强化学习 脉冲神经网络 脉冲时间依赖可塑性规则 忆阻器
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基于脉冲时间依赖可塑性的自适应神经网络抗扰能力研究 被引量:9
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作者 陈云芝 徐桂芝 +3 位作者 周茜 郭苗苗 郭磊 万晓伟 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期25-31,共7页
为探究生物神经网络的自组织抗扰特性,进而为电子系统的电磁仿生防护提供新的思路和方法,本文基于神经网络中信息传递的机制和脉冲时间依赖突触可塑性(STDP)机制,探讨了突触可塑性与生物自适应特性的关系,然后选取Izhikevich神经元模型... 为探究生物神经网络的自组织抗扰特性,进而为电子系统的电磁仿生防护提供新的思路和方法,本文基于神经网络中信息传递的机制和脉冲时间依赖突触可塑性(STDP)机制,探讨了突触可塑性与生物自适应特性的关系,然后选取Izhikevich神经元模型作为基本单元,以STDP机制调节的突触为桥梁,构建了四层的前馈神经网络模型,最后分析了该网络的自适应抗扰能力。仿真结果表明,基于STDP机制的神经网络具有很好的抗扰能力,且这种特性与STDP机制密切相关。基于此仿真工作将进一步进行领域转换,搭建模拟生物神经系统信息处理机制的神经元及突触的单元电路,并以该单元电路为基础设计具有自适应抗扰的电子电路。 展开更多
关键词 电磁仿生防护 神经网络 脉冲时间依赖可塑性 自适应抗扰
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融合STDP规则的忆阻联想记忆电路
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作者 杨乐 徐晏阳 +1 位作者 丁芝侠 李赛 《武汉大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期819-826,共8页
脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则共同描述了神经元突触的可塑性,对生物的学习和遗忘有重要的影响。现有的脉冲时序依赖可塑性规则与忆阻器结合的相关研究,仅实现了联想记忆的学习功能。基于此,融合脉冲时序依赖可塑性规则设计了... 脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则共同描述了神经元突触的可塑性,对生物的学习和遗忘有重要的影响。现有的脉冲时序依赖可塑性规则与忆阻器结合的相关研究,仅实现了联想记忆的学习功能。基于此,融合脉冲时序依赖可塑性规则设计了一种新的忆阻联想记忆电路。首先,分析脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则之间的联系;接着,设计一种具备延时功能的模块,融合两种规则;进一步,结合模块设计了一种忆阻联想记忆电路,实现了学习和三种遗忘功能;最后,通过PSPICE仿真验证了学习和三种遗忘功能,以及所提出方案的有效性。 展开更多
关键词 忆阻器 联想记忆电路 脉冲时序依赖可塑性规则
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Plasticity-induced characteristic changes of pattern dynamics and the related phase transitions in small-world neuronal networks 被引量:1
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作者 黄旭辉 胡岗 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第10期609-616,共8页
Phase transitions widely exist in nature and occur when some control parameters are changed. In neural systems, their macroscopic states are represented by the activity states of neuron populations, and phase transiti... Phase transitions widely exist in nature and occur when some control parameters are changed. In neural systems, their macroscopic states are represented by the activity states of neuron populations, and phase transitions between different activity states are closely related to corresponding functions in the brain. In particular, phase transitions to some rhythmic synchronous firing states play significant roles on diverse brain functions and disfunctions, such as encoding rhythmical external stimuli, epileptic seizure, etc. However, in previous studies, phase transitions in neuronal networks are almost driven by network parameters (e.g., external stimuli), and there has been no investigation about the transitions between typical activity states of neuronal networks in a self-organized way by applying plastic connection weights. In this paper, we discuss phase transitions in electrically coupled and lattice-based small-world neuronal networks (LBSW networks) under spike-timing-dependent plasticity (STDP). By applying STDP on all electrical synapses, various known and novel phase transitions could emerge in LBSW networks, particularly, the phenomenon of self-organized phase transitions (SOPTs): repeated transitions between synchronous and asynchronous firing states. We further explore the mechanics generating SOPTs on the basis of synaptic weight dynamics. 展开更多
关键词 spatiotemporal pattern self-organized phase transition small-world neuronal network spike-timing-dependent plasticity
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基于注意力机制卷积脉冲神经网络的目标识别方法 被引量:1
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作者 张军军 《计算机与数字工程》 2022年第9期1956-1961,共6页
针对传统人工神经网络因采用反向传播导致学习效率低、网络训练耗时长等问题,提出了一种基于注意力机制的卷积脉冲神经网络(Attention Mechanism-based Convolutional Spiking Neural Networks,AMCSNN),设计了一种高斯差分时序编码方法... 针对传统人工神经网络因采用反向传播导致学习效率低、网络训练耗时长等问题,提出了一种基于注意力机制的卷积脉冲神经网络(Attention Mechanism-based Convolutional Spiking Neural Networks,AMCSNN),设计了一种高斯差分时序编码方法将目标的视觉特征编码为脉冲序列,进而加入卷积注意力模块来提取高维特征,最后,采用无监督脉冲时序相关可塑性和有监督支持向量机相结合的方法进行目标学习和分类。在MNIST和Caltech数据集上的仿真实验表明,提出的AMCSNN网络具有较强的生物合理性优势,在保证识别率的同时,具有较高的学习效率和较短的网络训练耗时。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 脉冲时序相关可塑性 注意力机制 目标识别
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Self-sustained firing activities of the cortical network with plastic rules in weak AC electrical fields
9
作者 秦迎梅 王江 +3 位作者 门聪 赵佳 魏熙乐 邓斌 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第7期604-610,共7页
Both external and endogenous electrical fields widely exist in the environment of cortical neurons. The effects of a weak alternating current (AC) field on a neural network model with synaptic plasticity are studied... Both external and endogenous electrical fields widely exist in the environment of cortical neurons. The effects of a weak alternating current (AC) field on a neural network model with synaptic plasticity are studied. It is found that self-sustained rhythmic firing patterns, which are closely correlated with the cognitive functions, are significantly modified due to the self-organizing of the network in the weak AC field. The activities of the neural networks are affected by the synaptic connection strength, the exterrtal stimuli, and so on. In the presence of learning rules, the synaptic connections can be modulated by the external stimuli, which will further enhance the sensitivity of the network to the external signal. The properties of the external AC stimuli can serve as control parameters in modulating the evolution of the neural network. 展开更多
关键词 spike-timing-dependent plasticity (STDP) weak electrical field rhythmic activity
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反脉冲时间依赖可塑性学习机制的光学实现 被引量:2
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作者 李强 王智 +5 位作者 崔粲 乐燕思 宋晓佳 孙翀翚 刘彪 吴重庆 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期222-226,共5页
突触可塑性为神经网络的学习机制提供了基础。基于单个半导体光放大器(SOA)的非线性偏振旋转(NPR)和交叉增益调制(XGM)效应实现了反脉冲时间依赖可塑性(anti-STDP)学习机制。通过调整SOA驱动电流,可以实现长时程增强窗口(LTP)和长时程... 突触可塑性为神经网络的学习机制提供了基础。基于单个半导体光放大器(SOA)的非线性偏振旋转(NPR)和交叉增益调制(XGM)效应实现了反脉冲时间依赖可塑性(anti-STDP)学习机制。通过调整SOA驱动电流,可以实现长时程增强窗口(LTP)和长时程抑制窗口(LTD)的高度和宽度调整,能更好地模拟神经网络。实验测量得到的anti-STDP曲线与生物系统中测量得到的学习曲线相吻合。使用该anti-STDP光路得到的学习曲线的时间窗口约为几百皮秒,其速度是人类大脑STDP学习机制的108倍。由于该anti-STDP光路系统简单,且SOA易于与其他器件集成,该anti-STDP光路可以用于实现大规模超快神经拟态计算系统。 展开更多
关键词 非线性光学 神经拟态计算 反脉冲时间依赖可塑性 半导体光放大器 光子脉冲神经元
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基于忆阻器突触的脉冲神经网络综述
11
作者 但永平 魏金彤 王志达 《微纳电子与智能制造》 2023年第4期18-28,共11页
忆阻器是一种具有非易失性、类突触可塑性和多值性的新型存储器件,能够模拟生物神经元和突触的功能,实现神经形态计算的存算一体化。脉冲神经网络是一种基于生物神经系统信息处理机制的第三代人工神经网络,具有高效性、并行性、稀疏性... 忆阻器是一种具有非易失性、类突触可塑性和多值性的新型存储器件,能够模拟生物神经元和突触的功能,实现神经形态计算的存算一体化。脉冲神经网络是一种基于生物神经系统信息处理机制的第三代人工神经网络,具有高效性、并行性、稀疏性和自适应性的特点,能够处理复杂的时空信号。利用忆阻器构建的脉冲神经网络是神经形态计算的一个重要研究方向,已经在图像处理、语音识别、自然语言处理、机器学习等领域实现突破性的进展。本文总结忆阻器脉冲神经网络的基本原理、主要应用和存在的挑战,并对其未来的发展趋势和研究方向进行展望。 展开更多
关键词 忆阻器 脉冲神经网络 脉冲时序依赖可塑性规则 忆阻器阵列
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基于ZYNQ集群的神经形态计算加速研究与实现 被引量:4
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作者 张新伟 李康 +3 位作者 郁龚健 刘家航 李佩琦 柴志雷 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2020年第21期65-71,共7页
基于脉冲神经网络(SNN)的神经形态计算由于工作机理更接近于生物大脑,被认为有望克服深度学习的不足而成为解决人工智能问题的更佳途径。但是如何满足高性能、低功耗和适应规模伸缩需求是神经形态计算系统需要解决的挑战性问题。基于FPG... 基于脉冲神经网络(SNN)的神经形态计算由于工作机理更接近于生物大脑,被认为有望克服深度学习的不足而成为解决人工智能问题的更佳途径。但是如何满足高性能、低功耗和适应规模伸缩需求是神经形态计算系统需要解决的挑战性问题。基于FPGA异构计算平台ZYNQ集群,在NEST类脑仿真器上,重点解决了具有脉冲时间依赖可塑性(STDP)突触计算复杂度高、并行度低、硬件资源占用大的问题。实验结果表明,设计的方法在8节点ZYNQ 7030集群上,性能是Xeon E5-2620 CPU的14.7倍。能效比方面,是Xeon E5-2620 CPU的51.6倍,是8节点ARM Cortex-A9的20.6倍。 展开更多
关键词 神经形态计算 脉冲神经网络(SNN) 脉冲时间依赖可塑性(STDP) FPGA集群 NEST仿真器
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基于生物突触可塑性的仿生分层脉冲神经网络事件相机对象识别系统
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作者 周茜 郑鹏 李小虎 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2023年第4期692-699,共8页
脉冲神经网络(SNNs)以稀疏脉冲时间编码、异步事件驱动的方式天然地适合处理事件相机输出的事件流数据。为了提高现有的仿生分层脉冲神经网络对事件相机对象的特征提取和分类性能,本文提出一种基于生物突触可塑性的仿生分层脉冲神经网... 脉冲神经网络(SNNs)以稀疏脉冲时间编码、异步事件驱动的方式天然地适合处理事件相机输出的事件流数据。为了提高现有的仿生分层脉冲神经网络对事件相机对象的特征提取和分类性能,本文提出一种基于生物突触可塑性的仿生分层脉冲神经网络事件相机对象识别系统。该系统首先基于脉冲神经元电位对原始事件流进行自适应分割以提高系统计算效率,然后使用基于生物突触可塑性的仿生分层脉冲神经网络对事件流数据进行多层的时空特征提取并分类。在基于Gabor滤波器的事件驱动卷积层提取初级视觉特征之后,网络使用基于无监督脉冲时间依赖突触可塑性(STDP)规则的特征层提取频繁出现的显著特征,以及基于奖励调节STDP规则的特征层学习诊断性特征。本文提出的网络在四个基准事件流数据集上的分类精度均优于现有的仿生分层脉冲神经网络,并且本文方法对于较短的事件流输入数据也有很好的分类能力,对输入事件流噪声也具有较强的鲁棒性。综上,本文提出的网络能够提高该类网络对事件相机对象的特征提取和分类性能。 展开更多
关键词 事件相机 对象识别 脉冲时间依赖突触可塑性(STDP) 奖励调节STDP 脉冲神经网络
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基于忆阻器的脉冲神经网络研究综述 被引量:3
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作者 徐桂芝 姚林静 李子康 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期475-480,共6页
人工智能的快速发展对计算神经科学的计算速度、资源消耗和生物解释性提出了更高的要求。脉冲神经网络能够携带大量信息,实现对大脑信息处理方式的模仿。它的硬件化是实现其强大计算能力的重要途径,但也是极具挑战性的技术难题。忆阻器... 人工智能的快速发展对计算神经科学的计算速度、资源消耗和生物解释性提出了更高的要求。脉冲神经网络能够携带大量信息,实现对大脑信息处理方式的模仿。它的硬件化是实现其强大计算能力的重要途径,但也是极具挑战性的技术难题。忆阻器是目前功能最接近神经元突触的电子器件,能够以与生物大脑高度相似的脉冲时间依赖可塑性(STDP)机制响应脉冲电压,成为近几年研究构建脉冲神经网络硬件电路的热点。本文通过查阅国内外相关文献,对近几年基于忆阻器的脉冲神经网络的研究工作进行了深入了解和介绍。 展开更多
关键词 人工智能 脉冲神经网络 忆阻器 脉冲时间依赖可塑性机制
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单眼形觉剥夺对小鼠视觉发育关键期内初级视皮层V1B区tLTP的影响 被引量:2
15
作者 付俊洪 陈霞 +1 位作者 郭雅图 宋德胜 《眼科新进展》 CAS 北大核心 2016年第6期512-515,519,共5页
目的观察在脉冲时间依赖的刺激诱导模式下单眼形觉剥夺对小鼠视觉发育关键期内初级视皮层V1B区长时程增强(timing long-term potentiation,t LTP)的影响及其对应诱导时间窗的变化。方法选择健康C57BL/6小鼠28只,随机分为正常对照组和... 目的观察在脉冲时间依赖的刺激诱导模式下单眼形觉剥夺对小鼠视觉发育关键期内初级视皮层V1B区长时程增强(timing long-term potentiation,t LTP)的影响及其对应诱导时间窗的变化。方法选择健康C57BL/6小鼠28只,随机分为正常对照组和单眼形觉剥夺组,每组14只,单眼形觉剥夺组右眼褥式缝合3 d。七氟烷麻醉后,断头、取脑,置于含体积分数95%O2和5%CO2饱和的0~4℃脑片制备液中冷却1~2 min,切取后部2/5脑组织,行400μm冠状连续切片,在脉冲时间依赖的条件刺激诱导模式下采用红外可视膜片钳全细胞模式记录正常对照组、单眼形觉剥夺组(含剥夺侧皮层、非剥夺侧皮层)视皮层V1B区脑片Ⅱ/Ⅲ层锥体神经元NMDA介导的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potentials,EPSP)。结果正常对照组小鼠脑片初级视皮层V1B区Ⅱ/Ⅲ层锥体神经元予间隔Δt=10 ms的突触前后联合刺激后EPSP反应增加,可成功诱导t LTP,但当Δt=100 ms则未能诱导t LTP[Δt=+10 ms:EPSP斜率(124.1±3.9)%;Δt=+100 ms:EPSP斜率(100.4±3.3)%;P〈0.001)。单眼形觉剥夺组小鼠剥夺侧初级视皮层分别给予Δt=10 ms、100 ms的脉冲时间依赖的条件刺激均可诱导出t LTP[Δt=+10 ms:EPSP斜率(130.8±1.7)%;Δt=+100 ms:EPSP斜率(114.7±0.3)%;P〈0.001)。单眼形觉剥夺组小鼠非剥夺侧视皮层分别给予Δt=10 ms、50 ms的脉冲时间依赖的条件刺激均可诱导出t LTP[Δt=+10 ms:EPSP斜率(129.6±1.5)%;Δt=+50 ms:EPSP斜率(120.5±0.9)%],而当Δt=100 ms时,未能成功诱导t LTP[Δt=+100 ms:EPSP斜率(101.1±0.6)%]。结论单眼形觉剥夺3 d可以改变小鼠初级视皮层V1B区兴奋性通路的脉冲时间依赖的突触可塑性。剥夺侧较非剥夺侧及正常视皮层t LTP诱导时间窗增宽,有助于从突触可塑性角度解释弱视内在神经突触机制。 展开更多
关键词 单眼形觉剥夺 脉冲时间依赖突触可塑性 长时程增强
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抑制性STDP突触机制对皮层网络的调节 被引量:1
16
作者 周茜 杨秋 徐桂芝 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第8期914-920,共7页
为研究抑制性突触的脉冲时间依赖可塑性(spike-timing-dependent-plasticity,STDP)突触机制对大脑皮层网络的调节作用,构建了脑皮层神经网络的局部回路模型。通过模型观察到,在兴奋性与抑制性突触的共同作用下,不同类型突触连接的平均... 为研究抑制性突触的脉冲时间依赖可塑性(spike-timing-dependent-plasticity,STDP)突触机制对大脑皮层网络的调节作用,构建了脑皮层神经网络的局部回路模型。通过模型观察到,在兴奋性与抑制性突触的共同作用下,不同类型突触连接的平均强度均维持稳定,保证了皮层网络自身的平稳放电;随着抑制性STDP突触规则学习率的增大,网络中神经元集群的平均放电率和同步指数均增大,兴奋性突触的整体强度减弱,抑制性突触的整体强度增强;揭示了皮层网络中兴奋性与抑制性的调节过程,有助于认识抑制性突触可塑性在皮层网络功能机制中的重要作用。 展开更多
关键词 STDP突触机制 兴奋性突触可塑性 抑制性突触可塑性 皮层网络
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光脉冲神经网络研究进展
17
作者 马婷 李万杰 +2 位作者 冯佳楠 林杰 金鹏 《光学与光电技术》 2022年第4期96-111,共16页
被称为第三代人工神经网络的脉冲神经网络,是最接近人脑的神经拟态算法。与传统人工神经网络相比,脉冲神经网络具有硬件友好性和更高的能量利用率。与电子学脉冲神经网络相比,光子计算的光脉冲神经网络具有速度快、能耗低、延迟低、并... 被称为第三代人工神经网络的脉冲神经网络,是最接近人脑的神经拟态算法。与传统人工神经网络相比,脉冲神经网络具有硬件友好性和更高的能量利用率。与电子学脉冲神经网络相比,光子计算的光脉冲神经网络具有速度快、能耗低、延迟低、并行度高以及抗电磁干扰的优势。介绍了光脉冲神经网络的起源,从光脉冲神经元、神经网络架构、学习训练算法等方面介绍了光脉冲神经网络的研究进展、存在的问题与挑战,并展望了光脉冲神经网络的前景。 展开更多
关键词 人工智能 人工神经网络 光计算 光脉冲神经网络 STDP规则
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IBM新一代神经形态芯片的设计理念
18
作者 李建中 《阴山学刊(自然科学版)》 2012年第1期5-9,共5页
芯片以脉冲激发神经网络算法为原型设计,遵循生物神经元的脉冲时序依赖可塑性学习规则。它具有256个神经元,64K(256×256)个2进制突触,神经元承担运算,相当于CPU,突触由SRAM组成,相当于神经网络的连接权重矩阵。CPU与SRAM高度整合,... 芯片以脉冲激发神经网络算法为原型设计,遵循生物神经元的脉冲时序依赖可塑性学习规则。它具有256个神经元,64K(256×256)个2进制突触,神经元承担运算,相当于CPU,突触由SRAM组成,相当于神经网络的连接权重矩阵。CPU与SRAM高度整合,省略了通信总线。芯片的核心电路面积仅0.0025mm2。芯片不需要编程,通过配置参数可以执行多种神经网络算法。芯片的研发依赖于这几个方面:生物神经元的学习规律;由此导出的神经网络算法;CMOS材料和工艺;SRAM和CPU的电路设计。 展开更多
关键词 IBM 神经形态芯片 脉冲激发神经网络 脉冲时序依赖可塑性 SRAM CPU
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噪声对皮层神经网络放电特性的影响
19
作者 周茜 杨秋 +1 位作者 杨姣博 徐桂芝 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第20期2281-2287,2300,共8页
为研究噪声对皮层神经网络的影响,构建了基于脉冲时间依赖突触可塑性(spike timing dependent plasticity,STDP)调节机制的多层前馈皮层神经网络模型,发现在STDP突触机制的调节下,一定强度的噪声可以促进不同规模网络各层神经元的同步... 为研究噪声对皮层神经网络的影响,构建了基于脉冲时间依赖突触可塑性(spike timing dependent plasticity,STDP)调节机制的多层前馈皮层神经网络模型,发现在STDP突触机制的调节下,一定强度的噪声可以促进不同规模网络各层神经元的同步放电活动。仿真实验表明,神经元间连接概率不同时,促进网络同步放电的噪声强度也不同;网络各层神经元平均放电频率随着输入噪声强度的增强和连接概率的增大而增大,且噪声使网络各层的平均放电率波动减小,网络整体放电更加均匀,研究结果有助于认识大脑皮层神经网络的自适应特性。 展开更多
关键词 前馈皮层神经网络 脉冲时间依赖突触可塑性 同步放电 噪声
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视觉编码的快速学习
20
作者 丹扬 《生命科学》 CSCD 2008年第5期692-694,共3页
活动依赖的神经可塑性在视觉皮层信息处理过程中起着很重要的作用。该文将讲述几个关于视觉刺激引起皮层反应发生快速变化的研究工作。在体膜片钳的实验结果表明,将视觉刺激与能够诱发单个视皮层神经元发放动作电位的电刺激相偶联可以... 活动依赖的神经可塑性在视觉皮层信息处理过程中起着很重要的作用。该文将讲述几个关于视觉刺激引起皮层反应发生快速变化的研究工作。在体膜片钳的实验结果表明,将视觉刺激与能够诱发单个视皮层神经元发放动作电位的电刺激相偶联可以改变神经元的感受野特性。单电极和多电极胞外记录的实验结果显示,反复地给予自然图形电影刺激,不仅能增加视皮层神经元反应的可靠性,而且能造成之后的自发活动中存在"记忆的痕迹"。最后,用电压敏感染料成像的方法对群体细胞活动进行考察,结果提示视觉活动之后的皮层回放可能是由皮层波介导的。 展开更多
关键词 突触可塑性 感受野 反应可靠性 视觉
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