一种穿刺域异步神经元电路，包括第一穿刺到指数电路，其用于在神经元输入端模拟活动动力学并将电压尖峰转换为指数；第一可调增益电路，其用于模拟稳态的可塑性，该第一可调增益电路耦接到第一电压型尖峰指数输出，并具有第一电流输出；神经元核心电路，其耦接到所述第一电流输出以模拟神经元核心，并具有尖峰编码电压输出；滤波器和比较器电路，其耦接到所述尖峰编码电压输出，并具有增益控制输出，其耦接到所述第一可调增益电路以控制所述第一可调增益电路的增益；延迟可调电路，其用于模拟轴突延迟，耦接到尖峰编码电压输出，具有轴突延迟输出。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种穿刺域异步神经元电路，包括第一穿刺到指数电路，其用于在神经元输入端模拟活动动力学并将电压尖峰转换为指数；第一可调增益电路，其用于模拟稳态的可塑性，该第一可调增益电路耦接到第一电压型尖峰指数输出，并具有第一电流输出；神经元核心电路，其耦接到所述第一电流输出以模拟神经元核心，并具有尖峰编码电压输出；滤波器和比较器电路，其耦接到所述尖峰编码电压输出，并具有增益控制输出，其耦接到所述第一可调增益电路以控制所述第一可调增益电路的增益；延迟可调电路，其用于模拟轴突延迟，耦接到尖峰编码电压输出，具有轴突延迟输出。【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请涉及并要求2012年7月25日提交的美国临时专利申请NO. 61/675, 736的 权利,在此将全部公开的内容并入本文。 关于联邦基金声明 本专利技术是在美国政府合同HRL0011-09-C-0001的支持下作出的。美国政府在本发 明中孚有一定的权利。
本公开涉及神经处理，尤其涉及神经元电路。更具体而言，本公开涉及具有可编程 活动动力学（kinetic dynamic)、稳态可塑性和轴突延迟的尖峰域神经元电路。
技术介绍
人类大脑包括约IO11个神经元和IO15个神经键。形成人类大脑的神经元、神经键 以及它们的网络是非常复杂的生物系统。图IA示出了生物神经元的简化图。在图IA中， 神经元接收若干刺激性输入电流信号Q1, i2, "--?）并产生单个输出信号Vtjut。图IB示出了 典型的输出信号的示例。其包括一连串的尖峰，这些尖峰为短时脉冲。输出信息被编码成 这些尖峰（tl，t2…）的时序。 附图IC示出了神经键电路的简化模型。神经键的输入端被指定为接收突触前神 经兀的输出电压信号。该电压被称为突触前输入电压并被表不为Vpra。神经键的输出端被 指定为将电流提供到突触后神经元的输入节点中。该神经键的输出电流被表示为is。 神经元计算机已用于模仿神经元和神经键的行为，并且已提出模仿它们行为的电 路。在2011年6月12日提交的美国专利申请No. 13/151，763中，J. Cruz-Albercht、P. Petre 和 N. Srinivasa 描述了一种"High-Order Time Encoded Based Neuron Circuit"。所描述 的电路具有多个生物机制，但不包括模拟活动动力学、稳态可塑性和轴突延迟的特征的电 路。 活动动力学是指与神经元的神经键相关联的信号动力学。特别地，活动动力学是 指来自尖峰输入端的神经键输出响应的时间演化。这个时间响应具有指数衰减的形状。稳 态可塑性是指神经元网络相对于神经网络活动性调节它们自身的应激性的的能力。这种自 我调节用于将长时间内的输出平均尖峰率发展成目标值。轴突延迟是指一个轴突中的延 迟，轴突一般传导电脉冲离开神经元的细胞体。该延迟与尖峰通过轴突的时间相关联。轴 突将产生尖峰的神经元核心连接到接收该尖峰的延迟版本的目标神经键。 在 2010 年 10 月 26 日发布的美国专利 No. 7, 822, 698 中，J. Cruz-Albercht 和 P. Petre 描述了 "Spike Domain and Pulse Domain Non-Linear Processors，'。美国专利 No. 7, 822, 698中描述的神经元电路具有尖峰域特征但是不包括模拟活动动力学、稳态可塑 性和轴突延迟的特征的电路。 J. Cruz-Albercht、M. Yung 和 Srinivasa 在 "Energy-Efficient Neuron, Synapse and STDP Circuits，'（IEEE Trans, on Biomedical Circuits and Systems, pp. 246-256, V〇1.6，N〇.3,2012年6月）中描述了另一种电路。该电路确实描述了神经元核心但是不包 括任何提供关于活动动力学、稳态可塑性和轴突延迟的特征的电路。 J. Lazzaro 在 "Low-Power Silicon Spiking Neurons and Axons，'（IEEE Symposium on Circuitry and Systems, pp. 2220-2223, 1992 年）中还描述了另一种电路。 该论文描述了一种稳态可塑性和活动动力学的电路。然而，与神经元相关联的神经键的每 个输入端都需要一个电容器，这将需要很多的电容器。 C. Bartolozzi 等在"Silicon Synaptic Homoestasis)，'（Brain Inspired Cognitive Systems, 2006年10月）中描述了一种轴突延迟类型的电路。但是，该电路针对 每个延迟级需要两个电容器。 需要一种克服现有技术中上述不足的电路。鉴于模仿包括约IO11神经元和IO 15个 神经键的人类大脑的挑战，因此期望在更精确地模仿神经元和神经键的生物学特性的同时 减少电路的复杂度。本公开的实施例就是从这些和其他的需求出发。
技术实现思路
在公开的第一实施例中：一种尖峰域异步神经元电路，包括：第一尖峰到指数电 路，其用于在神经元输入端模拟活动动力学并将电压尖峰转换为指数，该第一尖峰到指数 电路具有多个第一电压型尖峰域输入，并具有第一电压型尖峰指数输出；第一可调增益电 路，其用于模拟稳态可塑性，所述第一可调增益电路耦接到第一电压型尖峰指数输出，并具 有第一电流输出；神经元核心电路，其耦接到所述第一电流输出，以模拟神经元核心，并具 有尖峰编码电压输出；滤波器和比较器电路，其耦接到所述尖峰编码电压输出，并具有增益 控制输出，所述增益控制输出耦接到所述第一可调增益电路以控制所述第一可调增益电路 的增益；可调延迟电路，其用于模拟轴突延迟，所述可调延迟电路耦接到尖峰编码电压输 出，并具有轴突延迟输出。 在公开的另一实施例中，一种提供尖峰域异步神经元电路的方法，包括：形成用于 在神经元输入端模拟活动动力学并将电压尖峰转换为指数的第一尖峰到指数电路，该第一 尖峰到指数电路具有多个第一电压型尖峰域输入，并具有第一电压型尖峰指数输出；形成 用于模拟稳态可塑性的第一可调增益电路，其耦接到第一电压型尖峰指数输出，并具有第 一电流输出；形成神经元核心电路，其耦接到所述第一电流输出以模拟神经元核心，并具有 尖峰编码电压输出；形成滤波器和比较器电路，其耦接到所述尖峰编码电压输出，并具有输 出端，该输出端耦接到所述第一可调增益电路的增益控制以控制所述第一可调增益电路的 增益；形成用于模拟轴突延迟的延迟调整电路，其耦接到尖峰编码电压输出，并具有轴突延 迟输出。 通过后面的详细说明和附图，这些特征和其他特征将变得更加清楚。在附图和说 明中，附图标记表示不同的特征，相同的附图标记在全部附图和说明中表示相同的特征。 【专利附图】【附图说明】 图IA和图IB分别示出了根据现有技术的生物神经元的简化图和根据现有技术的 神经元的典型输出信号的示例； 图IC示出了根据现有技术的神经键电路的简化模型； 图2是根据本公开的具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种尖峰域异步神经元电路，包括：第一尖峰到指数电路，其用于在神经元输入端模拟活动动力学并将电压尖峰转换为指数，所述第一尖峰到指数电路具有多个第一电压型尖峰域输入，并具有第一电压型尖峰指数输出；第一可调增益电路，其用于模拟稳态可塑性,所述第一可调增益电路耦接到第一电压型尖峰指数输出，并具有第一电流输出；神经元核心电路，其耦接到所述第一电流输出以模拟神经元核心，并具有尖峰编码电压输出；滤波器和比较器电路，其耦接到所述尖峰编码电压输出，并具有增益控制输出，所述增益控制输出耦接到所述第一可调增益电路以控制所述第一可调增益电路的增益；以及可调延迟电路，其用于模拟轴突延迟,所述可调延迟电路耦接到尖峰编码电压输出，并具有轴突延迟输出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯·克鲁兹阿尔布雷希特，纳拉延·斯里尼瓦桑，迈卡尔·W·扬，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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