基于神经元信号传导特性的电路仿真分析

摘要

随着雷达通信、导航等各种电磁辐射源的功率不断加大和频谱增宽以及系统自身电磁辐射与静电等问题，使得许多类型的控制系统在有限的空间范围内面临着更加复杂和恶劣的电磁环境。因此，传统的电子系统在抗扰和防护方面面临着新的挑战。
　　人体神经系统是由数量巨大的神经元相互连接的极其复杂的网络系统，是人体重要的调节机构，它直接或间接地完成对人体各系统、器官机能调节和控制功能，使机体成为完整的统一体并保持内外环境的平衡，使得神经系统能抵御各种外来的侵袭和干扰,其良好的电磁兼容性成为现代电子系统设计学习的典范。
　　神经元是神经系统结构与功能的基本单元，因此神经系统的各种功能都要由神经元来完成。神经元决定了整个网络的鲁棒性、复杂程度和网络规模大小。本论文以IF神经元模型为基础对单神经元电路、多神经元电路进行了仿真分析。主要研究工作包括:
　　1、利用Multisim11软件对Carver.A.Mead设计的IF神经元电路设置参数并进行仿真分析，该仿真波形基本符合神经元跨膜电压波形。因此，该电路能真实的反映生物神经元的放电特性，且性能良好，可以为后期进一步的研究做基础。
　　2、以IF神经元电路为基础，研究分析了基于可塑性突触和非可塑性突触对多神经元电路中突触后神经元的影响。分析得出非可塑性突触在多神经元电路中的作用只是简单的信号传递，不会对突触后神经元的脉冲频率产生影响；可塑性突触可以改变输入到突触后神经元的电流大小，使突触后神经元的脉冲宽度增加。
　　3、仿真分析了多神经元在 STDP可塑性突触机制连接下的电路。当突触前神经元与突触后神经元的尖峰发放时刻存在时间差时其突触权重会发生变化进一步去影响突触后神经元的脉冲发放。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.1.1 神经系统中神经元信号传导特性

1.1.2 神经网络的超大规模集成电路实现技术

1.2 神经元电生理模型和神经元电路的研究现状

1.3 课题的研究内容及意义

第二章 单个神经元模型及电路仿真分析

2.1 神经元数学模型

2.2 IF模型

2.3 IF模型的电路仿真

2.4 本章小结

第三章 基于可塑性突触和非可塑性突触机制的多神经元电路仿真分析

3.1 突触及其电路实现

3.2 突触对多神经元电路放电特性的影响

3.3 本章小结

第四章 基于STDP可塑性突触机制的多神经元电路仿真分析

4.1 STDP可塑性突触及其电路实现

4.1.1 人工神经网络

4.1.2 学习规则

4.1.3 STDP可塑性突触电路

4.2 STDP可塑性突触电路对多神经元放电特性的影响

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢