[发明专利]可变神经元、突触模拟装置及模拟基底神经环路

说明书

一种可变神经元及突触的模拟装置，可模拟以两种不同亚型动作电位触发工作的神经元，及模拟多种以不同神经递质工作的具有不同输出特性的突触，通过两者的连接也可构成多种以不同神经递质工作的神经元模拟装置。其意义是可以通过切换选择开关来使得神经元及突触模拟装置具有不同的工作特性，可用于模拟以不同神经递质工作的多种神经元。作为应用实例，采用本发明的模拟神经元构成的模拟基底神经环路，可用于模拟基底运动神经环路对运动进行协调控制的工作机制，模拟运动神经系统对一个关节两条相互配合工作的主动肌和拮抗肌进行协调控制的工作过程。

技术领域 本发明涉及神经生物学领域的一种神经模拟装置，及采用该模拟装置构成的模拟网络。

背景技术 目前采用电子电路的神经元模拟技术，一般由输入膜积分电路(用于模拟神经元的膜电位整合)、具有阈值触发的阈值触发电路(用于模拟动作电位的阈值触发，常采用电压比较器来构成)、脉冲输出电路(用于模拟轴突末梢的动作电位脉冲输出)等组成。现有神经元模拟技术以及由其构成的模拟神经网络，适合用来模拟大脑对感觉信息的输入处理和识别等工作，并可广泛用于人工智能神经网络对信息的识别和处理，也即大数据处理。但是，如果要用来模拟大脑进行复杂的信息处理，尤其是存在复杂调制的信息思维或运动信号处理，现有技术便难以做到。这是因为大脑中枢神经存在多种以不同神经递质进行工作的神经元，它们的工作机制及产生的作用是不同的，现有模拟技术没有对此进行充分考虑和模拟。另外，基底节运动神经环路是大脑用于控制机体运动的重要组成部分，该环路的一些神经核团出现问题时会导致各种运动功能异常，目前似乎尚没有对这部分神经网络的工作及其异常情况进行模拟的相关技术。

申请人之前提出的2014106066977号中国专利申请，模拟了神经元的两种不同钠离子亚型动作电位的兴奋整合和触发过程。其中钠离子V1.6亚型动作电位触发后只向轴突末梢单向传递，是神经元进行思维反射等信号整合处理的主要方式，而钠离子V1.2亚型动作电位触发后既向轴突末梢传递也向胞体和树突进行反向传递，是神经元进行记忆(形成突触可塑性)的工作基础。申请人在之后发现，这些神经元的动作电位触发过程还存在一些不同细节，钠离子V1.6亚型动作电位触发后，由于受轴突始段(axon initial segment，即AIS)近胞体段的低密度高阈值的钠离子通道的阻碍作用，动作电位未能向胞体和树突进行反向传递，所以未能完全清除胞体和树突残留的膜兴奋信号，也即未能完全的膜去极化，这些残留的膜兴奋在短时间内存在，使得神经元在下一次存在兴奋输入时更容易完成兴奋整合而触发新的动作电位，而这可能正是发生于皮质上的工作记忆的产生机制。本发明也对此进行改进，使更为完善。

发明内容 本发明目的是公开一种神经元模拟装置、一种可选择以不同神经递质工作的可变突触模拟装置，及由它们构成的可选择以不同神经递质工作的可变神经元模拟装置。本发明同时以这些神经元及突触的模拟装置来构成一个模拟神经环路，能够模拟基底核运动神经环路的工作机制。