[发明专利]一种模拟神经元多种放电模式的演示系统

说明书

本发明公开了一种模拟神经元多种放电模式的演示系统，包括神经元电路，神经元电路包括数字电路模块以及模拟电路模块，模拟电路模块受控于数字电路模块，数字电路模块用于对模拟电路模块输入信号以及运行稳态可塑性规则，并根据输入信号，使模拟电路模块生成膜电位和阈值电压，以实现动作电位的演示输出；或，根据输入信号，调节模拟电路模块的输入电导，以实现神经元电路稳态可塑性的演示；或，根据输入信号，调节模拟电路模块的泄漏电阻，以实现神经元电路稳态可塑性的演示；或，根据输入信号，调节模拟电路模块的阈值电压，以实现神经元电路稳态可塑性的演示。本发明能够演示神经元放电的多种动力学特性和演示神经元的稳态可塑性机制。

技术领域

本发明涉及模仿生物神经元领域，尤其涉及一种模拟神经元多种放电模式的演示系统。

背景技术

类脑智能是以计算建模为手段，受脑神经和人类认知行为机制启发，并通过软硬件协同实现的机器智能。类脑智能硬件系统相较于传统人工智能系统具有生物合理性强、处理速度快，并行程度高，可满足嵌入式场合实际工程应用的实时性要求，研究和开发类脑智能硬件系统具有重要的理论和应用价值。

神经元是构成神经系统的结构单元和功能单元，实现神经元电路是实现类脑神经网络的基础。生物神经元本身是一个具有高度非线性特征的随机动力学单元，用硬件演示系统复现生物神经元动作电位放电的多种模式，对教学、研究生物神经元的电生理特性和动力学特性，以及理解类脑计算和人工智能模型背后的生物学原理，都具有重要应用价值。

发明内容

本发明为了解决以上问题，提供了一种模拟神经元多种放电模式的演示系统，能用硬件演示系统复现生物神经元动作电位放电的多种模式。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种模拟神经元多种放电模式的演示系统，包括神经元电路，所述神经元电路包括数字电路模块以及模拟电路模块，所述模拟电路模块包括膜特性单元、去极化单元、脉冲复极化单元、簇放电复极化单元和心电复极化单元，所述模拟电路模块受控于所述数字电路模块，所述数字电路模块用于对所述模拟电路模块输入信号以及运行稳态可塑性规则，并根据输入信号，使所述模拟电路模块生成膜电位和阈值电压，以实现动作电位的演示输出；

或，根据输入信号，调节所述模拟电路模块的输入电导，以实现神经元电路稳态可塑性的演示；

或，根据输入信号，调节所述模拟电路模块的泄漏电阻，以实现神经元电路稳态可塑性的演示；

或，根据输入信号，生成或调节所述模拟电路模块的阈值电压，以实现神经元电路稳态可塑性的演示。

可选的，所述数字电路模块包括微控制器、用户控制接口和显示模块，所述用户控制接口的输出端与所述微控制器的输入端连接，所述微控制器的输出端与所述显示模块的输入端连接；

所述微控制器通过数模转换模块DA₁和第一电压跟随器将第一电压信号输入至所述膜特性单元，所述微控制器将第二电压信号输入至所述去极化单元，所述膜特性单元根据所述第一电压信号生成膜电位，所述去极化单元根据所述第二电压信号生成动作电位放电的阈值电压V_th；

所述脉冲复极化单元通过动作电位输出模块与所述微控制器连接，输出膜电压产生的动作电位信号，所述脉冲复极化单元还连接有模拟开关SWT₂，所述模拟开关SWT₂受控于所述微控制器，并通过所述微控制器选择与所述簇放电复极化单元或与所述心电复极化单元连接。