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脉冲神经网络中LIF神经元与突触时序依赖性研究
1
作者 周运 应骏 王子健 《微电子学与计算机》 2026年第1期32-43,共12页
针对脉冲神经网络在复杂特征学习和分类任务中存在的学习稳定性差、权重分布单一等问题,提出了一种自适应LIF神经元模型,并结合全新设计的可调节乘性STDP规则,构建了一个高效的脉冲神经网络架构。突触前踪迹的指数映射和乘性调制机制提... 针对脉冲神经网络在复杂特征学习和分类任务中存在的学习稳定性差、权重分布单一等问题,提出了一种自适应LIF神经元模型,并结合全新设计的可调节乘性STDP规则,构建了一个高效的脉冲神经网络架构。突触前踪迹的指数映射和乘性调制机制提升了LIF神经元对输入脉冲的响应速度和网络对复杂信号的适应能力。同时,所提出的新的STDP规则结合了归一化的突触前轨迹和Sigmoid函数,实现了突触权重在适应性和稳定性之间的平衡,显著提高了学习效率和模型稳定性。实验结果表明:在动态视觉传感器采集的真实世界的路线图纹理和旋转盘序列数据集上,该方法能够准确识别不同方向和极性的特征。在MNIST分类手写数字数据集上,改进模型的分类准确度达到98.7%,验证了该方法的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 lif神经元 脉冲时序依赖可塑性 动态视觉传感器
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基于遗忘效应忆阻器的LIF神经元电路研究 被引量：4
2
作者 杨宁宁 王达 吴朝俊 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期323-330,共8页
细胞神经网络(CNN)被公认为是一种强大的大规模并行网络架构,能够高速执行运算操作和解决复杂的工程问题,但是目前关于硬件实现神经元的研究处于起步阶段。首先,研究了一个基于SrTiO_(3)(STO)的忆阻仿真模型,并分析了该模型的阻值变化... 细胞神经网络(CNN)被公认为是一种强大的大规模并行网络架构,能够高速执行运算操作和解决复杂的工程问题,但是目前关于硬件实现神经元的研究处于起步阶段。首先,研究了一个基于SrTiO_(3)(STO)的忆阻仿真模型,并分析了该模型的阻值变化特性与磁滞回线。其次,在此基础上设计了基于忆阻器的LIF神经元电路,验证了忆阻器模型可很好地结合到该神经元电路中。最后,通过PSpice仿真实验分析了突触前神经元、突触权重以及输入信号频率对于膜电位的影响,验证了基于遗忘模型忆阻器构成的LIF神经元电路可实现对输入时间信息和空间信息的整体反应。 展开更多
关键词 忆阻器 PSpice建模 lif神经元 忆阻神经元 忆阻神经网络
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经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响 被引量：1
3
作者 张帅 李子春 +3 位作者 徐亦豪 谢晓峰 郭忠圣 赵清扬 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第6期1108-1117,共10页
背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的... 背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P<0.05),且习得行为后继续刺激小鼠前额叶,各组小鼠T迷宫行为学实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。 展开更多
关键词 经颅磁声电刺激 工作记忆 突触可塑性 皮质网络 lif神经元模型
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交流电场下神经元适应性的两种放电机制对比分析 被引量：3
4
作者 袁春华 王江 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1229-1233,共5页
研究了两种神经元模型放电频率适应性的机制,对比分析了不同机制之间的差异,基于线性积分放电(LIF)神经元模型,建立了在交流外电场作用下LIFAC和LIFDT两种改进的LIF适应性模型.通过分析不同机制模型的初始和稳态放电频率曲线,发现LIFAC... 研究了两种神经元模型放电频率适应性的机制,对比分析了不同机制之间的差异,基于线性积分放电(LIF)神经元模型,建立了在交流外电场作用下LIFAC和LIFDT两种改进的LIF适应性模型.通过分析不同机制模型的初始和稳态放电频率曲线,发现LIFAC机制的放电频率曲线向高输入方向水平右移,且保持斜率不变,LIFDT机制的放电频率曲线呈发散状,斜率递减.在固定频率的交流外电场作用下,稳态放电频率曲线呈线性.另外通过对噪声下放电峰峰间期的相关性和变异性分析,进一步阐明外电场对不同机制适应性的影响. 展开更多
关键词 放电频率适应性 交流外电场 积分效电神经元模型 lifAC和lifDT放电机制 相关性
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基于视觉感光层功能的菌落图像多强度边缘检测研究 被引量：3
5
作者 罗佳骏 武薇 +1 位作者 范影乐 高云园 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期677-686,共10页
借鉴视觉神经系统在轮廓感知中的独特优势,提出一种基于视觉感光层功能的图像边缘检测新方法。构建以带漏感的积累发放(LIF)神经元电生理模型为基本单元的神经元网络;根据特定时间窗口内各个神经元的脉冲发放情况,对神经元的增强(ON)或... 借鉴视觉神经系统在轮廓感知中的独特优势,提出一种基于视觉感光层功能的图像边缘检测新方法。构建以带漏感的积累发放(LIF)神经元电生理模型为基本单元的神经元网络;根据特定时间窗口内各个神经元的脉冲发放情况,对神经元的增强(ON)或抑制(OFF)类别进行判断;通过拮抗式感受野特性以及神经元激励的反馈增强模式,实现弱边缘的凸显;为克服视觉感光层所具有的适应性并凸显弱细节的对比度,对图像进行多方向、多距离尺度的移动,并融合感光层神经元网络脉冲发放率的差异信息,最后实现图像边缘的有效检测。以具有丰富边缘特性的20幅菌落图像为样本,以边缘置信度和重构相似度作为评价指标,对多强度边缘进行检测。结果表明,所提出方法可以有效完整地检测出图像多强度边缘,且其对弱边缘检测的重构相似度均值高于0.8,检测准确性有显著的提高(P<0.05)。所提出的利用生理视觉系统特性进行边缘检测,为包含多强度边缘信息的图像处理提供崭新的思路。 展开更多
关键词 边缘检测 感光层 感受野 lif神经元模型
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基于自适应编码的脉冲神经网络 被引量：5
6
作者 张驰 唐凤珍 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2022年第2期593-597,共5页
脉冲神经网络(SNN)采用脉冲序列表征和传递信息,与传统人工神经网络相比更具有生物可解释性,但典型SNN的特征提取能力受到其结构限制,对于图像数据等多分类任务的识别准确率不高,不能与卷积神经网络相媲美。为此提出一种新型的自适应编... 脉冲神经网络(SNN)采用脉冲序列表征和传递信息,与传统人工神经网络相比更具有生物可解释性,但典型SNN的特征提取能力受到其结构限制,对于图像数据等多分类任务的识别准确率不高,不能与卷积神经网络相媲美。为此提出一种新型的自适应编码脉冲神经网络(SCSNN),将CNN的特征提取能力与SNN的生物可解释性结合起来,采用生物神经元动态脉冲触发特性构建网络结构,并设计了一种新的替代梯度反向传播方法直接训练网络参数。所提出的SCSNN分别在MNIST和Fashion-MNIST数据集进行验证,取得较好的识别结果,在MNIST数据集上准确率达到了99.62%,在Fashion-MNIST数据集上准确率达到了93.52%,验证了其有效性。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 自适应编码 替代梯度反向传播 漏电积分发放神经元模型
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基于FPGA的脉冲神经网络加速器设计 被引量：4
7
作者 沈阳靖 沈君成 +1 位作者 叶俊 马琪 《电子科技》 2017年第10期89-92,96,共5页
脉冲神经网络是一种基于离散神经脉冲原理进行信息处理的人工神经网络,文中提出了一种基于FPGA的灵活可配的脉冲神经网络加速器架构,能够支持神经网络拓扑结构、连接权值的灵活配置。该设计首先在算法层对LIF神经元模型进行公式分解和... 脉冲神经网络是一种基于离散神经脉冲原理进行信息处理的人工神经网络,文中提出了一种基于FPGA的灵活可配的脉冲神经网络加速器架构,能够支持神经网络拓扑结构、连接权值的灵活配置。该设计首先在算法层对LIF神经元模型进行公式分解和浮点转定点两个层次的优化,并在硬件实现中采用时分复用技术将硬件中实现的8个物理神经元复用为256个逻辑神经元。神经元模电压计算采用三级流水线架构,以提高神经元数据处理效率。通过采用Xilinx XC6SLX45 FPGA实现整个神经网络加速器,工作频率可达50 MHz,并基于该加速器构建手写数字识别网络架构,实验结果表明,采用MNIST数据集作为测试样例,该网络架构准确率可达93%。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 lif模型 时分复用 分类
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基于MOS技术的神经元电路研究进展
8
作者 程泽军 李彬鸿 +2 位作者 李博 罗家俊 韩郑生 《微电子学》 CAS 北大核心 2019年第2期292-298,共7页
设计一种具有多种神经元响应模式、结构紧凑、低功耗的神经元电路,对大规模神经形态硬件的构建具有重要意义。分析了LIF、Izhikevich两种神经元模型的基本原理,重点介绍了数字和模拟两类神经元电路的设计方法、工作原理和优缺点。最后,... 设计一种具有多种神经元响应模式、结构紧凑、低功耗的神经元电路,对大规模神经形态硬件的构建具有重要意义。分析了LIF、Izhikevich两种神经元模型的基本原理,重点介绍了数字和模拟两类神经元电路的设计方法、工作原理和优缺点。最后,讨论了神经元电路的设计趋势以及挑战。 展开更多
关键词 神经元电路 lif Izhikevich 神经元模型
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