连续吸引子神经网络神经形态芯片实现的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31500863
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0914.认知模拟、计算与人工智能
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Neuromorphic engineering, aims to develop new generation of technologies that carry out computational principles of cognitive brain in real-time while maintaining remarkable energy efficiency. The neuromorphic implementation of the continuous attractor neural network (CANN) has attracted scientists’ attentions in neuromorphic engineering, because CANN involves neural computations of many brain functions, such as sensory perceptions, cognitive functions and motor controls. However, there are still several challenges for electrical implementations of basic units of neural systems, such as silicon synapses and neurons, and also for system integrations of CANN on hardware. This project will focus on the research on the neuromorphic chip of CANN in both circuit and network levels from the point of view of structure and function in the dynamical system approach. In the circuit level, we will study circuit implementations of basic neural units according to expected functions of these circuits and properties of electron devices, and finally give their structures through theoretical analysis and simulations. In the network level, we will derive a partial integro-differential equation characterizing the neural mechanism of on-chip CANN, and study its mismatch improvement through the sensitivity analysis of its performance to parameters in both levels, which guarantee the effective on-chip integration of CANN. It is promising to use this CANN neuromorphic chip in the platform of neuromorphic computing, the integration of the large-scale cognitive brain and the brain-machine interface due to its characteristics of flexible configurations and integrations.
神经形态工程,旨在基于认知大脑工作原理,开发实时低功耗的类脑计算新技术。连续吸引子神经网络,因其动态特性是大脑诸项感知、认知和运动控制功能神经计算的重要基础,其芯片实现是神经形态工程研究的一个热点;但目前,其突触神经元等基本单元电路的功能实现和片上神经网络动态特性的功能整合,尚有挑战。本项目将利用专注结构与功能的动态系统方法,在电路和网络两个层次研究连续吸引子神经网络的芯片实现。在电路层次,根据电子器件属性,改进和设计突触神经元等基本单元电路,并通过理论分析与仿真,确定电路结构。在网络层次,建立宏观动力学方程描述单元电路与网络结构共同作用的动力学机制;分析芯片性能指标对各层次参数的敏感性,研究减小失配恶化网络动态特性的方法;最终确保该神经芯片功能的有效整合。由于该芯片的可配置性和可整合性,本项目对未来类脑计算平台、大规模功能大脑整合以及脑机接口,具有重要的科学和应用价值。

结项摘要

连续吸引子神经网络,其动态特性是大脑诸项感知、认知和运动控制功能神经计算的重要基础。其神经形态芯片实现,因其模块化后的可配置性和可整合性,具有重要的研究与应用价值,如脑机接口、电生理信号处理以及运动控制等。本项目应用动态系统方法,在电路和系统两个层次,研究连续吸引子神经网络模型的物理实现。项目中,我们根据动态系统方法,改进了硅神经元的性能,提出了NMDA型突触电路,设计了一枚含硅神经元与硅突触的神经芯片,并成功流片。我们设计的两变量赢者全拿认知电路,可以实现两选项知觉决策、工作记忆和迟滞现象等大脑中观察到的认知功能。同时,基于数字模式的单芯片设计方案,我们完成了连续吸引子类脑芯片的前端设计,它具有网络动态特性的高度可配置性。这些成果,对未来的大规模功能大脑整合平台,具有重要的应用价值。在该项目的资助下,项目组流片一次,成功测试后获得一枚芯片;项目组已在国内外重要刊物上发表论文2篇,其中SCI检索期刊论文1篇,EI检索论文1 篇,另外还投出1 篇会议论文正在审稿中,完成了预期目标。项目组参加国内外重要学术会议5次,受邀作报告3次。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Neuromorphic Implementation of Attractor Dynamics in a Two-Variable Winner-Take-All Circuit with NMDARs: A Simulation Study.
使用 NMDAR 在二变量赢者通吃电路中进行吸引子动力学的神经形态实现:仿真研究
  • DOI:
    10.3389/fnins.2017.00040
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Frontiers in neuroscience
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    You H;Wang DH
  • 通讯作者:
    Wang DH

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其他文献

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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