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The Lightweight Edge-Side Fault Diagnosis Approach Based on Spiking Neural Network
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作者 Jingting Mei Yang Yang +2 位作者 Zhipeng Gao Lanlan Rui Yijing Lin 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第6期4883-4904,共22页
Network fault diagnosis methods play a vital role in maintaining network service quality and enhancing user experience as an integral component of intelligent network management.Considering the unique characteristics ... Network fault diagnosis methods play a vital role in maintaining network service quality and enhancing user experience as an integral component of intelligent network management.Considering the unique characteristics of edge networks,such as limited resources,complex network faults,and the need for high real-time performance,enhancing and optimizing existing network fault diagnosis methods is necessary.Therefore,this paper proposes the lightweight edge-side fault diagnosis approach based on a spiking neural network(LSNN).Firstly,we use the Izhikevich neurons model to replace the Leaky Integrate and Fire(LIF)neurons model in the LSNN model.Izhikevich neurons inherit the simplicity of LIF neurons but also possess richer behavioral characteristics and flexibility to handle diverse data inputs.Inspired by Fast Spiking Interneurons(FSIs)with a high-frequency firing pattern,we use the parameters of FSIs.Secondly,inspired by the connection mode based on spiking dynamics in the basal ganglia(BG)area of the brain,we propose the pruning approach based on the FSIs of the BG in LSNN to improve computational efficiency and reduce the demand for computing resources and energy consumption.Furthermore,we propose a multiple iterative Dynamic Spike Timing Dependent Plasticity(DSTDP)algorithm to enhance the accuracy of the LSNN model.Experiments on two server fault datasets demonstrate significant precision,recall,and F1 improvements across three diagnosis dimensions.Simultaneously,lightweight indicators such as Params and FLOPs significantly reduced,showcasing the LSNN’s advanced performance and model efficiency.To conclude,experiment results on a pair of datasets indicate that the LSNN model surpasses traditional models and achieves cutting-edge outcomes in network fault diagnosis tasks. 展开更多
关键词 Network fault diagnosis edge networks Izhikevich neurons PRUNING dynamic spike timing dependent plasticity learning
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基于STDP奖励调节的类脑面向目标导航 被引量:2
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作者 戴嘉伟 熊智 +1 位作者 晁丽君 杨闯 《导航定位与授时》 CSCD 2023年第2期47-56,共10页
动物具有优秀的空间自主定位导航能力,能够实现在无先验环境信息下的导航定位和导航决策过程。针对智能体在连续空间中面向目标导航问题,研究了一种基于生物学放电时间依赖可塑性学习规则的智能体面向目标导航算法。首先分析了动物面向... 动物具有优秀的空间自主定位导航能力,能够实现在无先验环境信息下的导航定位和导航决策过程。针对智能体在连续空间中面向目标导航问题,研究了一种基于生物学放电时间依赖可塑性学习规则的智能体面向目标导航算法。首先分析了动物面向目标导航决策过程中的生理学机理,在此基础上,构建了基于脉冲神经网络的位置细胞和动作细胞模型。动作细胞间权值采用横向竞争模型更新,通过环境奖励信号的更新,采用放电时间依赖可塑性学习规则对位置细胞前馈动作细胞模型的突触权重进行权值调节,利用动作细胞群的脉冲放电现象表征智能体运动方向和速度。最后,对所提算法进行了仿真实验验证。仿真结果表明,所提出的类脑面向目标导航算法能够在单障碍环境中实现30 ms左右的规划速度,相比传统强化学习Q学习方法平均路径规划长度缩短了15.9%。 展开更多
关键词 类脑目标导航 放电时间依赖可塑性 智能体 脉冲神经网络 位置细胞 动作细胞
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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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抑制性STDP突触机制对皮层网络的调节 被引量:1
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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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Self-sustained firing activities of the cortical network with plastic rules in weak AC electrical fields
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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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基于忆阻器突触的脉冲神经网络综述
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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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θ相移在单次学习过程中促进神经网络对空间位置顺序记忆的研究 被引量:2
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作者 沈恩华 王如彬 张志康 《动力学与控制学报》 2009年第2期183-187,共5页
θ相移是在大鼠海马中发现的位置细胞放电的特殊模式。随着大鼠在某个位置场中行进,相应位置细胞发放脉冲的相位(相对于局部电位中的θ节律)会逐渐提前。一些学者认为,该现象可以将大鼠在运动中所经过的一系列位置场的顺序编码成时间上... θ相移是在大鼠海马中发现的位置细胞放电的特殊模式。随着大鼠在某个位置场中行进,相应位置细胞发放脉冲的相位(相对于局部电位中的θ节律)会逐渐提前。一些学者认为,该现象可以将大鼠在运动中所经过的一系列位置场的顺序编码成时间上压缩,并且多次重复出现的脉冲模式,因此可以促进大鼠对其在运动中经过的空间位置的顺序的记忆。本文建立了一个模型,对该现象进行了研究。首先,本文建立了能够产生θ相移现象的单个海马神经元模型。这一模型建立在HarrisKD等及MageeJC的电生理实验研究的基础上,根据神经元真实的生理特性来建模。并且以整合与发放的脉冲神经元模型取代H-H模型,大大简化了计算量。而模拟结果又能较好的重现实验中真实神经元的表现。为了研究θ相移对空间位置顺序记忆的作用,在单神经元模型的基础上,又建立了一个基于STDP的学习型神经网络。通过对网络的研究发现,空间位置顺序的信息在模拟中只要输入一次,就可以使该网络对这一顺序形成一定程度的记忆,并且有一定的比率能达到很高的准确率。而如果在单神经元模型中去除θ相移功能,则在单次学习过程中,根本无法形成对空间位置顺序的记忆,代表各个空间位置的神经元几乎同时发放,基本上不能代表顺序信息。 展开更多
关键词 θ相移 脉冲神经元模型 脉冲时间相关的突触可塑性 顺序记忆
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双层结构突触仿生忆阻器的时空信息传递及稳定性 被引量:1
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作者 朱玮 刘兰 +1 位作者 文常保 李杰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期322-330,共9页
现有计算机体系架构下的神经网络难以对多任务复杂数据进行高效处理,成为制约人工智能技术发展的瓶颈之一,而人脑的并行运算方式具有高效率、低功耗和存算一体的特点,被视为打破传统冯·诺依曼计算体系最具潜力的运算体系.突触仿生... 现有计算机体系架构下的神经网络难以对多任务复杂数据进行高效处理,成为制约人工智能技术发展的瓶颈之一,而人脑的并行运算方式具有高效率、低功耗和存算一体的特点,被视为打破传统冯·诺依曼计算体系最具潜力的运算体系.突触仿生器件是指从硬件层面上实现人脑神经拟态的器件,它可以模拟脑神经对信息的处理方式,即“记忆”和“信息处理”过程在同一硬件上实现,这对于构建新的运算体系具有重要的意义.近年,制备仿生突触器件的忆阻材料已获得进展,但多聚焦于神经突触功能的模拟,对于时空信息感知和传递的关键研究较为缺乏.本文通过制备一种双层结构忆阻器,实现了突触仿生器件的基本功能包括双脉冲易化和抑制、脉冲时间依赖突触可塑性(spiking time dependent plasticity,STDP)和经验式学习等,还对器件的信息感知、传递特性和稳定性进行了研究,发现该器件脉冲测试结果满足神经网络处理时空信息的基本要求,这一结果可以为忆阻器在类脑芯片中的应用提供参考. 展开更多
关键词 双层结构忆阻器 神经网络 脉冲时间依赖突触可塑性 时空信号处理
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多种连接模型的忆阻神经网络学习
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作者 李传东 田园 +1 位作者 陈玲 葛均辉 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期10-16,24,共8页
忆阻器以其独特的非易失性、天然的记忆功能以及纳米级尺寸,在人工神经网络、信号处理和模式识别等方面展现了巨大的应用前景。采用了基于STDP学习规则的忆阻神经网络,运用了网络自适应突变以及网络拓扑结构变化的基因算法,其中包括隐... 忆阻器以其独特的非易失性、天然的记忆功能以及纳米级尺寸,在人工神经网络、信号处理和模式识别等方面展现了巨大的应用前景。采用了基于STDP学习规则的忆阻神经网络,运用了网络自适应突变以及网络拓扑结构变化的基因算法,其中包括隐藏层神经元个数,连接权重以及神经网络突触模型的变化。比较了基于HP线性忆阻器模型,非线性忆阻器模型以及阈值模型这3种不同忆阻器模型的忆阻神经网络,并提出了学习效果更好的混合型忆阻神经网络。 展开更多
关键词 忆阻器 突触可塑性 基因算法 拓扑变异 混合型忆阻神经网络
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噪声对皮层神经网络放电特性的影响
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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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突触长时程可塑性的动力模型
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作者 宋绍云 杨艳蓉 沐士光 《电脑知识与技术》 2009年第5X期3993-3996,共4页
突触长时程可塑性使突触效能加强(长时程增强,LTP)或突触效能减弱(长时程压抑,LTD)是神经系统中潜在的学习和记忆。兴奋神经元突触的LTP和LTD是由突触前和突触后活动的精确定时所诱导。突触长时程可塑性传递改变涉及许多复杂的过程;例如... 突触长时程可塑性使突触效能加强(长时程增强,LTP)或突触效能减弱(长时程压抑,LTD)是神经系统中潜在的学习和记忆。兴奋神经元突触的LTP和LTD是由突触前和突触后活动的精确定时所诱导。突触长时程可塑性传递改变涉及许多复杂的过程;例如,突触可塑性的两种形式由不同时程的Ca2+进入突触细胞诱导。我们给出了突触可塑性的LTP和LTD合成的过程、动力学模型及突触增强变化的预测模型,当用预测尖峰的不同频率训练和Poisson分布训练时,将产生不同的突触前和突触后的平均电压。 展开更多
关键词 学习 尖峰 时间依赖 可塑性
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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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一种离散时间调度的图像自分类脉冲神经网络 被引量:2
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作者 刘宙思 李尊朝 +1 位作者 张剑 罗丹 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期57-64,共8页
针对现有脉冲神经网络(SNN)图像分类模型中存在的资源占用高和运算较复杂等实际约束问题,为寻求更加轻量高效的机器视觉解决方案,提出了一种新型的基于离散时间调度的SNN图像自分类模型。通过高斯差分归一化和首脉冲时间编码完成了从灰... 针对现有脉冲神经网络(SNN)图像分类模型中存在的资源占用高和运算较复杂等实际约束问题,为寻求更加轻量高效的机器视觉解决方案,提出了一种新型的基于离散时间调度的SNN图像自分类模型。通过高斯差分归一化和首脉冲时间编码完成了从灰度图像到脉冲序列的转换;结合经典的脉冲时间依赖可塑性算法与强化学习的奖惩机制,实现了网络自分类;通过引入竞争性机制和双重约束条件,保证了脉冲传递的稀疏性和学习特征的特异性,有效抑制了过拟合的出现。在Face/Moto数据集上的实验结果表明:相较于传统SNN分类模型,权重更新算法复杂度由O(n^(2))降低为O(1),脉冲编码模式简化了近90%,网络训练参数减少了60%以上;模型开始迭代6次后权重近乎收敛,分类准确率由40%迅速上升至90%,在迭代20次后分类性能趋于稳定,最终准确率达到了93.4%;当训练样本比例减少至原先的40%后,模型的分类准确率仍能稳定保持在80%左右。所提模型可为高效率低功耗的小型智能化硬件终端的边缘计算方案实现提供参考。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 机器视觉 脉冲时间依赖可塑性 强化学习 离散时间调度 边缘计算
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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
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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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基于ZYNQ集群的神经形态计算加速研究与实现 被引量:4
15
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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视觉编码的快速学习
16
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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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
17
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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融合STDP规则的忆阻联想记忆电路
18
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
原文传递
基于忆阻器实现多样化STDP学习规则的突触电路设计 被引量:3
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作者 张鑫 夏天 +3 位作者 叶葱 刘炎欣 刘磊 沈谅平 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期89-98,共10页
忆阻器作为一种具有记忆效应的非线性电路元件,它受到电流刺激后的电导变化与人脑中神经突触的权重变化类似,可用于模拟人脑学习、记忆过程中的突触行为.本文提出了一种基于忆阻器所搭建的突触电路,包含了由运放、逻辑门、模拟开关等器... 忆阻器作为一种具有记忆效应的非线性电路元件,它受到电流刺激后的电导变化与人脑中神经突触的权重变化类似,可用于模拟人脑学习、记忆过程中的突触行为.本文提出了一种基于忆阻器所搭建的突触电路,包含了由运放、逻辑门、模拟开关等器件构成的增强模块和抑制模块,以及由忆阻器和模拟开关构成的忆阻突触模块.通过对增强和抑制模块输入直流脉冲对来模拟生物突触受到前后神经元的刺激.通过调节前后脉冲输入信号的时间差,发现输入信号间隔越短,忆阻器电导幅值变化越大,这与生物突触的STDP (spike-time-dependent-plasticity)学习曲线变化一致;为了实现突触模拟的多样性,本文进一步地构建了忆阻突触模块的四种替换电路,每种替换电路可对应模拟不同的学习规则.由此,完成了生物突触多样化STDP学习规则的模拟,解决了突触电路研究中模拟种类单一、输入条件苛刻等问题,有望运用于未来神经形态芯片的研制中. 展开更多
关键词 忆阻器 突触电路 脉冲时间依赖可塑性 学习规则 神经形态芯片
原文传递
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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