シリコンニューロン及びシリコンシナプスによるネットワーク構築

使用硅神经元和硅突触构建网络

基本信息

批准号：
08F08809
负责人：
河野崇
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、主としてシリコンニューラルネットワーク回路の設計とVerilog-Aシミュレーションを行った。生体の動作原理を模倣することにより、従来のデジタルコンピュータと異なる原理によって動作する、自律的で柔軟なシステムを構築することで、デジタルコンピュータの苦手とする処理をコンパクトで超低消費電力な電子回路で実現しようとする考え方は近年ますます注目を集めている。生体においては、ハーフセンターオシレータと呼ばれる抑制性の相互結合をもつ2ニューロンからなる単純なニューラルネットワークが、運動パターンの生成などに重要な役割を果たしていることが知られているが、様々なアクチュエータデバイスを自律的に制御することのできるシリコンニューラルネットワークを実現するための基盤として、シリコンハーフセータオシレータ回路を設計した。さらに、本回路のVerilog-Aシミュレーションモデルによって検証い、我々の設計した回路において、2つのシリコンニューロンが互いに半位相ずれて同期バースト発火することを確認した。この際、昨年度までに設計したシリコンシナプス回路のうち、スパイク伝達によるシナプスを模倣したシリコンシナプス回路に注目し、これを改良して抑制性結合を実現した。このシリコンシナプス回路は外部から与えるパラメータ電圧によって抑制性結合だけでなく興奮性結合も実現できるため、ハーフセンターオシレータ以外のニューラルネットワークの構築への応用が原理的に可能である。外国人特別研究員が帰国後も共同研究を継続しており、本研究室で行なうシリコンハーフセンターオシレータ回路の実装と回路実験を基に、より安定した動作と、より複雑な構造をもつ運動パターンジェネレータの実現を目指して研究を進めている。

今年我们主要设计硅神经网络电路并进行Verilog-A仿真。通过模仿生物体的工作原理，我们正在构建一个自主且灵活的系统，其工作原理不同于传统数字计算机，并使用紧凑、超低功耗的电子电路来处理数字计算机所需要的处理。试图实现这一点的想法近年来引起了越来越多的关注。在生物体中，众所周知，由两个具有抑制性相互连接的神经元组成的简单神经网络（称为半中心振荡器）在生成运动模式等方面发挥着重要作用。然而，各种致动器设备我们设计了硅半刚毛振荡器电路作为实现硅神经网络的基础，可以自主控制此外，我们使用该电路的 Verilog-A 仿真模型对此进行了验证，并确认在我们设计的电路中，两个硅神经元以彼此半相移的同步突发方式放电。目前，在去年设计的硅突触电路中，我们重点研究了一种模拟尖峰传输引起的突触的硅突触电路，并改进了该电路以实现抑制连接。由于该硅突触电路不仅可以通过外部施加参数电压实现抑制连接，还可以实现兴奋连接，因此理论上可以将其应用于半中心振荡器以外的神经网络的构建。国外专门研究人员回国后继续联合研究，在我们实验室进行的硅半中心振荡器电路实现和电路实验的基础上，开发出了运行更稳定、结构更复杂的运动模式发生器我们正在进行研究以实现这一目标。