[发明专利]一种新型神经元振荡器

权利要求书

1.一种神经元振荡器的构建方法，其特征在于：通过建立了一个神经元模型，然后将两个神经元之间通过抑制性突触相互连接，构成一个振荡器模型；所述的神经元模型，在具有疲劳特性的漏积分器神经元模型基础上，增加输出饱和和自兴奋性特性后，形成了一个神经元模型；

其中，所述神经元模型的输出，采用非线性函数表示，且该非线性函数满足当x≥θ时，输出具有饱和特性，当x＜θ时，神经元没有输出；

所述的神经元模型采用以下两个微分方程组中的一个：

τx·+ϵx=ay+s-bx′γx·′+σx′=yy=g(x-θ)g(x-θ)=x‾-θ,(x≥x‾)x-θ,(θ≤x<x‾)0,(x<θ)]]>

τx·+ϵx=ay+s-bx′γx·′+σx′=yy=g(x-θ)g(x-θ)=λ(1-e-(x-θ)),(x≥θ)0,(x<θ)]]>

式中，x为神经元的膜电势；y为神经元的输出；s为神经元收到的所有外部输入；a为神经元收到的自我兴奋性反馈的连接权重，a＞0；τ跟神经元膜电势相关的时间常数，τ＞0；γ跟神经元疲劳过程相关的时间常数，γ＞0；x′为反应神经元疲劳程度的变量；b为神经元的疲劳强度，b＞0；θ为神经元的输出阈值，为神经元输出的上界，且ε和σ为常系数，ε＞0和σ＞0：λ是神经元输出的饱和系数；

两个神经元之间相互抑制，每个神经元具有一个自我兴奋性连接；具体模型如下：

τix·i+ϵixi=Σj=12aijyj+si-bixi′γix·i′+σixi′=yiyi=g(xi-θi)g(xi-θi)=x‾i-θi,(xi≥x‾i)xi-θi,(θi≤xi<x‾i)0,(xi<θi),i∈{1,2}]]>

τix·i+ϵixi=Σj=12aijyj+si-bixi′γix·i′+σixi′=yiyi=g(xi-θi)g(xi-θi)=λi(1-e-(xi-θi)),(xi≥θi)0,(xi<θi),i∈{1,2}]]>

式中，x_i为第i神经元的膜电势；y_i为第i神经元的输出；s_i为第i神经元所收到CPG外部的输入；a_ij，j∈{1，2}，j≠i为神经元之间的连接权重，a_ij＜0；a_ii为第i神经元收到的自我兴奋性反馈的连接权重；τ_i跟第i神经元膜电势相关的时间常数，τ_i＞0；γ_i跟第i神经元疲劳过程相关的时间常数，γ_i＞0；x′_i为反应第i神经元疲劳程度的变量；b_i为第i神经元的疲劳强度，b_i＞0；θ_i为第i神经元的输出阈值，为第i神经元输出的上界，且ε_i和σ_i为常系数，ε_i＞0和σ_i＞0；λ_i是第i神经元输出的饱和系数；

所述振荡器平衡状态满足i＝1，2时，振荡器既能产生振荡输出也能产生非振荡输出，此时的外部输入s_i，i＝1，2的取值范围为：

ϵiθi-Σj∈{1,2}j≠iaij(x‾j-θj)<si<(ϵi+biσi-aii)x‾i+(aii-biσi)θi,i=1,2]]>

振荡器产生振荡输出时，其参数应满足的条件为：

Σi=12aii-ϵiτi>Σi=12σiγi]]>

biσi>aii-ϵi,i=1,2]]>

振荡器产生非振荡输出时，其参数应满足的条件为：

(1)biσi>aii-ϵi,i=1,2]]>

(2)ϵi-aiiτi>Σj∈{1,2}j≠in|aji|τj+1γi,i=1,2]]>

(3)σiγi≥biτi,i=1,2]]>

或

(1)biσi>aii-ϵi,i=1,2]]>

(2)ϵi-aii>Σj∈{1,2}j≠i|aij|+bi,i=1,2]]>

(3)σ_i≥l，i＝1，2

根据上述振荡器振荡输出和非振荡输出的条件，振荡器的振荡输出和非振荡输出可以通过调节自兴奋系数a_ii和第i神经元的疲劳强度b_i来进行切换；

所述振荡器当输入满足s_i＜ε_iθ_i，i＝1，2时，振荡器的输出是不激活的，当时，振荡器的输出是饱和的；

其中，所述振荡器的振荡频率和响应速度，通过跟神经元膜电势相关的时间常数τ_i，i＝1，2和跟神经元疲劳过程相关的时间常数γ_i，i＝1，2进行调节；

其中，所述振荡器的饱和输出和不激活以及振荡器节律输出和非节律输出的大小，通过振荡器的外部输入s_i，i＝1，2进行调节。