Данная работа посвящена исследованию существующих аппаратных реализаций модели спайкового нейрона на аналоговой электронике и создание новой реализации модели на дискретной электронике. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Изучение математических моделей спайкового нейрона. 2. Изучение существующих аппаратных реализаций моделей спайкового нейрона на аналоговой и цифровой электронике и выбор дальнейших направлений работы. 3. Изучение принципиальных электрических схем, являющихся реализациями моделей нейрона на аналоговой электронике. 4. Разработка двух новых реализаций моделей нейрона. 5. Проведение экспериментов для обеих реализаций в симуляторе и на физической модели и оценка результатов. В ходе работы были разработаны две реализации модели нейрона на аналоговой электронике. Реализация модели на операционных усилителях показала результаты на физической модели, соответствующие результатам в симуляции. Реализация модели с использованием тиристора показала плохие результаты на физической модели, что в настоящий момент делает модель неприменимой для аппаратной реализации. Дальнейшими направлениями исследований являются модификация тиристорной схемы с целью уменьшения её недостатков, которые делают её неприменимой и усложнение схемы на операционных усилителях, добавление блоков, обеспечивающих модели большее число настраиваемых параметров.

This work is devoted to the study of existing hardware implementations of the spike neuron model on analog electronics and the creation of a new implementation of the model on discrete electronics. Tasks that were solved during the study: 1. Research of mathematical models of the spike neuron. 2. Research of existing hardware implementations of spike neuron models on analog and digital electronics and the choice of further areas of work. 3. Research of electronic schematics of implementations of neuron models on analog electronics. 4. Designing of two new implementations of neuron models. 5. Conducting experiments for both implementations in the simulator and on the physical model and evaluating the results. As a result of the work, two implementations of the neuron model on analog electronics were designed. The implementation of the model on operational amplifiers showed results on the physical model corresponding to the results in the simulation. The implementation of the model using a thyristor showed poor results on the physical model, which currently makes the model inapplicable for hardware implementation. Further areas of research are modification of the thyristor circuit to reduce its disadvantages, which make it inapplicable and complicating the circuit on operational amplifiers, adding blocks that provide the model with a larger number of configurable parameters.

• ВВЕДЕНИЕ
  • 1.1 Структура и функции биологического нейрона
  • 1.2 Функциональные элементы нейрона
  • 1.3 Математические модели нейрона
    • 1.3.1 Модель «Пороговый интегратор»
    • 1.3.2 Модель Ходжкина – Хаксли
    • 1.3.3 Модель Ижикевича
  • 1.4 Выводы по главе 1
  • 1
  • 2 Обзор аппаратных реализаций моделей спайкового нейрона
    • 2.1 Цифровые реализации модели спайкового нейрона
    • 2
    • 2.2 Аналоговые реализации моделей спайкового нейрона
    • 2 (1)
    • 3
    • 1
    • 2 (2)
    • 2.1
    • 2.2
    • 2.3 Преимущества и недостатки цифровых и аналоговых реализаций
    • 2.4 Выводы по главе 2
  • 3 Обзор аналоговых моделей нейрона
    • 3.1 Функциональные элементы нейрона
    • 1
    • 2
    • 3
    • 3.2
    • 3.2 (1)
    • 3.2 Модели функциональных элементов нейрона
      • 3.2.1 Пороговый интегратор
      • 3.2.2 Генератор импульсов
      • 3.2.3 Звено, осуществляющее адаптацию к частоте приходящих импульсов
    • 3.3 Выводы по главе 3
  • 4 Проектирование аналоговых моделей нейрона и их аппаратная реализация
    • 4.1 Анализ существующих направлений разработки и выбор основных тезисов разработки моделей
    • 4.2 Разработка блок-схемы функциональных элементов нейрона
    • 4.3 Разработка модели нейрона с использованием операционных усилителей
      • 4.3.1 Проектирование модели
      • 4.3.2 Эксперименты в симуляторе среды разработки
      • График напряжения после синаптической обработки приведен на рисунке 28.
      • Рисунок 28 – График напряжения после синаптической обработки
      • 4.3.3 Эксперименты на физической модели.
    • 4.4 Разработка модели нейрона с использованием тиристора
      • 4.4.1 Проектирование модели
      • В основе лежит схема из [19] рассмотренная в пункте 3.2. Была взята идея с использованием тиристора для генерации импульсов и регулировкой его параметров для получения различных параметров импульсов. В схему была добавлена синаптическая обработка сигн...
      • 4.4.2 Эксперименты в симуляторе
      • 4.4.3 Эксперименты на физической модели
    • 4.5 Выводы по главе 4
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
  • ПРИЛОЖЕНИЕ А
    • ПРИЛОЖЕНИЕ Б
  • ПРИЛОЖЕНИЕ В