搭建神經(jīng)電路是仿生科學(xué)應(yīng)用的重要途徑,其發(fā)展將極大地促進(jìn)仿生學(xué)、智能控制、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等的發(fā)展。憶阻器具有磁滯的伏安特性和非線性特征,非常適合用于搭建神經(jīng)元電路;同時(shí),憶阻器具有可編程特性和非易失特性,非常適合用于搭建突觸電路。目前還沒有神經(jīng)電路在神經(jīng)元和突觸中同時(shí)應(yīng)用憶阻器。因此,本論文首先搭建了基于磁控憶阻器的FitzHugh-Nagumo神經(jīng)元電路,然后用磁控憶阻器突觸將該電路耦合成憶阻神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電路。論文提出的電路由于引入了納米級(jí)規(guī)模的憶阻器,因此具有體積小、功耗低、運(yùn)行速度高等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景�；煦�、分岔、周期振蕩等動(dòng)力學(xué)行為是神經(jīng)系統(tǒng)的固有現(xiàn)象。同步行為是神經(jīng)系統(tǒng)的重要特征,辨別神經(jīng)系統(tǒng)的混沌同步性將有助于深入研究癲癇等疾病的動(dòng)力學(xué)行為。因此,論文對(duì)建立的神經(jīng)元模型進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)分析,同時(shí)對(duì)建立的憶阻神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電路進(jìn)行了深入的同步研究,其中重點(diǎn)研究混沌及其同步的產(chǎn)生機(jī)理和特性。憶阻器可以記憶流經(jīng)它的電荷（磁通）數(shù)量是其重要特征和突出優(yōu)點(diǎn),流經(jīng)憶阻器的電荷（磁通）數(shù)量體現(xiàn)為某時(shí)刻的初始電荷（磁通）條件。因此,論文同時(shí)研究憶阻器的參數(shù)和初始條件對(duì)神經(jīng)... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

惠普2TiO憶阻器的機(jī)制模型

西南大學(xué)博士學(xué)位論文122()(())(())wtDwtFwtD=(2.4)憶阻器的數(shù)學(xué)理論模型是對(duì)憶阻應(yīng)用電路進(jìn)行定量解析的基矗描述憶阻器的常用非線性函數(shù)有對(duì)稱分段線性函數(shù)[1,10,11,93]、光滑二次非線性函數(shù)[12,13,103]和光滑三次非線性函數(shù)[14-17]。早在提出憶阻器概念時(shí)，蔡少棠教授就采用分段線性特性曲線去描述憶阻器，目前，采用分段線性函數(shù)作為憶阻器的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)被研究人員廣泛認(rèn)可。在電荷-磁通域中，描述磁控型和荷控型憶阻器的分段線性特性曲線如圖2.2所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為q()=b+0.5(ab)(+11)(2.5)(q)=dq+0.5(cd)(q+1q1)(2.6)相應(yīng)的伏安關(guān)系分別為i=W()v={b+0.5(ab)[sgn(+1)sgn(1)]}v(2.7)v=M(q)i={d+0.5(cd)[sgn(q+1)sgn(q1)]}i(2.8)其中，a、b、c和d均為正常數(shù)，且a≠b及c≠d，sgn(i)為符號(hào)函數(shù)。(a)(b)圖2.2憶阻器的分段線性特性曲線：(a)磁控型憶阻器；(b)荷控型憶阻器隨著憶阻器研究的深入，包伯成教授等[12-15]提出了采用光滑二次和三次非線性函數(shù)描述磁控型憶阻器，電荷-磁通域中的特性曲線如圖2.3所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為q()=a+0.5b(2.9)3q()=a+b(2.10)相應(yīng)的伏安關(guān)系分別為i=W()v=(a+b)v(2.11)2i=W()v=(a+3b)v(2.12)其中，a和b均為常數(shù)。從圖2.3可知，二次和三次非線性函數(shù)具有單調(diào)增加的光滑特性，能簡(jiǎn)單表斜率=b斜率=a斜率=d斜率=cφφqq

西南大學(xué)博士學(xué)位論文20組成[112]，如圖2.6所示。細(xì)胞體包括細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜，作用是處理信息。細(xì)胞核位于細(xì)胞體中央，形狀大而圓，核仁明顯。細(xì)胞突起從細(xì)胞體發(fā)展延伸，分為軸突和樹突。每個(gè)神經(jīng)元有一個(gè)軸突，其形狀如同電纜，其攜帶信息，主要作用是輸出細(xì)胞體內(nèi)的信息。神經(jīng)元有數(shù)個(gè)樹突，形態(tài)與樹枝的分叉結(jié)構(gòu)十分類似，樹突接受外界刺激而將信息傳入細(xì)胞體，主要作用是接受信息。樹突的形狀和數(shù)量與神經(jīng)的支配能力息息相關(guān)，在記憶、學(xué)習(xí)和神經(jīng)元的可塑性方面發(fā)揮著十分重要的作用。在軸突末梢是突觸，用以連接兩個(gè)神經(jīng)元，用于神經(jīng)元之間的信息傳遞和整合。突觸又分為化學(xué)突觸和電突觸。絕大多數(shù)突觸是化學(xué)突觸，它們?cè)趥鬟f信息的過程中，首先將電脈沖形式轉(zhuǎn)化為化學(xué)形式進(jìn)行傳導(dǎo)，然后再次轉(zhuǎn)換為電脈沖形式繼續(xù)傳導(dǎo)。還有少數(shù)突觸是電突觸，也稱為縫隙連接，它們的信息傳導(dǎo)直接采用電脈沖形式，是相鄰神經(jīng)元之間最簡(jiǎn)單的信息傳遞形式。圖2.6生物神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)神經(jīng)元的細(xì)胞膜內(nèi)外存在電勢(shì)差，稱為膜電位。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞處于安靜狀態(tài)時(shí)的膜電位稱為靜息電位，它是由于細(xì)胞液的多種離子在細(xì)胞膜內(nèi)和細(xì)胞膜外存在濃度差，細(xì)胞膜又對(duì)各種離子的通透性具有差異而造成的。當(dāng)細(xì)胞膜受到超過一定閾值的電刺激時(shí)，離子電位的通透性將明顯增強(qiáng)，此時(shí)膜電位相對(duì)靜息電位產(chǎn)生顯著變化，電脈沖沿著神經(jīng)纖維傳導(dǎo)，形成動(dòng)作電位。動(dòng)作電位的產(chǎn)生意味著神經(jīng)元處于興奮和活動(dòng)的狀態(tài)。當(dāng)膜內(nèi)的負(fù)值電位向減小的方向發(fā)展，神經(jīng)元表現(xiàn)為興奮；而當(dāng)膜內(nèi)負(fù)值電位向增大的方向發(fā)展，神經(jīng)元表現(xiàn)為抑制。生物神經(jīng)元的各部分功能可總結(jié)為：細(xì)胞體處理信息、樹突接收信息、軸突傳遞信息、突觸將軸突與其他神經(jīng)元連接起來、并進(jìn)行神經(jīng)元間的信息傳?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Energy feedback and synchronous dynamics of Hindmarsh–Rose neuron model with memristor[J]. K Usha,P A Subha.  Chinese Physics B. 2019(02)
[2]關(guān)于混沌的Devaney定義的一點(diǎn)注記[J]. 胡揚(yáng),阮炯.  復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 1995(02)

博士論文
[1]憶阻器電學(xué)特性的模擬及在混沌系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 李志軍.湘潭大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于憶阻器的可編程模擬電路設(shè)計(jì)[D]. 俞周芳.浙江師范大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3360455