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基于忆阻突触的Morris-Lecar模型:周期性和混沌突发/尖峰放电的分岔分析和基于FPGA的验证。 (英语) Zbl 1441.34054号

摘要:生物神经元膜电位感应的电磁感应电流可以用忆阻突触来表征,它可以用来演示藤壶肌纤维的真实振荡电压模式。本文提出了一种基于记忆电阻突触的三维自主Morris-Lecar(简称m-ML)模型,该模型是通过在现有的二维非自主Morris/Lecar模型中引入基于记忆电阻联触的感应电流来替代外加电流来实现的。利用单参数和双参数分岔图以及时域表示,证明了不同的周期加分岔以及丰富的周期和混沌突发触发。通过构造快脉冲子系统的fold和Hopf分岔集,对这些混沌和周期突发信号进行了分岔分析。此外,利用单参数和双参数分岔图以及局部吸引盆来说明周期性和混沌尖峰激发以及共存激发行为。最后,基于现场可编程门阵列(FPGA)板,为三维m-ML模型制作了一个紧凑的数字电子神经元,从中实验测量了周期性和混沌的突发/脉冲发射,以验证数值模拟的结果。

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34C60个 常微分方程模型的定性研究与仿真
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34C26型 常微分方程的松弛振动
34二氧化碳 积分曲线、奇点、常微分方程极限环的拓扑结构
94C60个 模型定性研究和仿真中的电路
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Adhikari,S.P.、Sah,M.P.、Kim,H.和Chua,L.【2013】“忆阻器的三个指纹”,IEEE Trans。电路系统-一: 注册文件60,3008-3021。
[2] Bao,B.C.,Hu,A.H.,Bao,H.,Xu,Q.,Chen,M.&Wu,H.G.[2018a]“具有隐藏共存不对称行为的三维忆阻Hindmarsh-Rose神经元模型”,Complexity20183872573。
[3] Bao,B.C.,Hu,A.H.,Xu,Q.,Bao,H.,Wu,H.G.&Chen,M.[2018b]“改进的Hindmarsh-Rose模型中AC诱导的共存不对称爆炸”,Nonlin。第92期,1695-1706年。
[4] Bao,H.,Hu,A.H.&Liu,W.B.[2019a]“二维Hindmarsh-Rose神经元模型中双极脉冲诱导的共存放电模式”,《国际分叉与混沌》291950006-1-12·Zbl 1415.34084号
[5] Bao,H.,Liu,W.B.和Chen,M.[2019b]“改进的非自治记忆FitzHugh-Nagumo电路的隐藏极端多稳态和降维分析”,Nonlin。第96王朝,1879-1894年·Zbl 1437.94103号
[6] Bao,H.,Liu,W.B.和Hu,A.H.[2019c]“记忆电磁感应耦合的两个相邻神经元中共存的多个放电模式”,Nonlin。Dyn.95,43-56。
[7] Bertschinger,N.&Natschläger,T.[2004]“递归神经网络中混沌边缘的实时计算”,《神经计算》,第16期,1413-1436页·Zbl 1102.68530号
[8] Chen,C.J.,Chen,J.Q.,Bao,H.,Cheng,M.&Bao,B.C.[2019]“记忆电阻突触耦合Hopfield神经网络中与两个神经元共存的多稳态模式”,Nonlin。Dyn.953385-3399·Zbl 1437.92023号
[9] Chen,M.,Sun,M.X.,Bao,H.,Hu,Y.H.&Bao,B.C.[2020]“基于双记忆电阻的蔡氏电路的通量电荷分析:检测极端多稳态的降维模型”,IEEE Trans。Ind.Electron.672197-2206。
[10] Choi,S.,Jang,S.、Moon,J.H.、Kim,J.C.、Jeong,H.Y.、Jang,P.、Lee,K.J.和Wang,G.[2018]“用于学习和节能神经形态系统的自激活TaOy/纳米多孔TaOx记忆电阻器突触阵列”,NPG Asia Mater.10,1096-1106。
[11] Chua,L.[2014]“如果它被捏住了,那就是一个记忆电阻器”,Semicond。科学。Technol.29,104001。
[12] Eshraghian,K.,Kavehei,O.,Cho,K.R.等人[2012]“记忆器件基础和建模:电路和系统仿真应用”,Proc。IEEE100,1991-2007。
[13] Ge,M.Y.,Jia,Y.,Xu,Y.&Yang,L.J.[2018]“电磁感应和辐射存在下由高频和低频刺激驱动的神经元电活动的模式转换”,Nonlin。第91、515-523页。
[14] González-Miranda,J.M.[2005],“块结构动力学和神经元编码”,《物理学》。修订版E72051922。
[15] Gu,H.G.,Pan,B.B.,Chen,G.R.&Duan,L.X.[2014]“理论模型预测的从爆裂到峰值的分岔的生物实验演示”,Nonlin。第78、391-407页。
[16] Hayati,M.、Nouri,M.,Haghiri,S.和Abbott,D.[2015]“两个耦合生物Morris-Lecar神经元模型的数字无乘法器实现”,IEEE Trans。电路系统-一: 注册文件621805-1814。
[17] Hong,Q.,Zhao,L.&Wang,X.[2019]“记忆电阻突触和神经元的新型电路设计”,《神经计算》330,11-16。
[18] Hu,X.Y.,Liu,C.X.,Liw,L.,Ni,J.K.&Li,S.L.[2016]“Morris-Lecar神经元模型的电子实现”,Nonlin。第84王朝,2317-2332年。
[19] Izhikevich,E.M.[2000]“神经兴奋性,尖峰和爆发”,《国际分叉与混沌》10,1171-1266·兹比尔1090.92505
[20] Kumar,S.、Strachan,J.P.和Williams,R.S.【2017】“用于模拟计算的纳米级NbO_2-Mott忆阻器中的混沌动力学”,Nature548,318-321。
[21] Li,C.,Belkin,D.,Li,Y.,Yan,P.,Hu,M.,Ge,N.等人[2018]“多层忆阻神经网络中的高效自适应原位学习”,《国家通讯》第9卷,第2385页。
[22] Lv,M.,Wang,C.,Ren,G.&Ma,J.[2016]“磁流效应下神经元电活动模型”,Nonlin。第85王朝,1479-1490年。
[23] Ma,J.和Tang,J.[2015]“神经元网络集体行为动力学综述”,科学。中国信息科学582038-2045。
[24] Ma,J.,Mi,L.,Zhou,P.,Xu,Y.&Hayat,T.[2017]“电磁场耦合诱导的两个神经元之间的相位同步”,应用。数学。计算307、321-328·Zbl 1411.92049号
[25] Mondal,A.、Upadhyay,R.K.、Ma,J.、Yadav,B.K.、Sharma,S.K.和Mondal、A.[2019]“改进的可兴奋神经元模型的分叉分析和多样放电活动”,Cogn。Neurodyn.13,393-407。
[26] Morris,C.和Lecar,H.[1981]“藤壶巨肌纤维中的电压振荡”,《生物物理学》。193-213年第35页。
[27] Otsuka,S.&Omori,T.[2019]“基于稀疏建模的神经元动力学估计”,神经网络109137-146。
[28] Rajamani,V.,Kim,H.&Chua,L.[2018]“藤壶三阶肌纤维的Morris-Lecar模型由挥发性记忆电阻器构成”,《科学》杂志。中国信息科学61,060426。
[29] Shi,M.&Wang,Z.[2014]“分数阶Morris-Lecar神经元模型的丰富爆发模式”,Commun。农林。科学。数字。模拟19,1956-1969·Zbl 1457.92032号
[30] Soleimani,H.&Drakakis,E.M.[2018]“一种高效且可重构的同步神经元模型”,IEEE Trans。电路系统-二: 实验简报65,91-95。
[31] Usha,K.和Subha,P.A.[2019]“带忆阻器的Hindmarsh-Rose神经元模型”,《生物系统》178,1-9。
[32] Wang,H.X.,Lu,Q.S.和Wang,Q.Y.[2005]“Morris-Lecar神经元模型中放电节律模式的生成和同步”,国际期刊Nonlin。科学。数字。模拟6,7-12·Zbl 1401.92040号
[33] Wang,F.Z.[2013]“基本电路元件的三角周期表”,IEEE Trans。电路系统-一: 注册文件60,616-623·Zbl 1468.94846号
[34] Wang,Y.,Ma,J.,Xu,Y.、Wu,F.Q.和Zhou,P.[2017]“电磁感应和高斯白噪声作用下神经元的电活动”,《国际分岔与混沌》271750030-1-12·Zbl 1362.34080号
[35] Wang,R.,Feng,P.H.,Fan,Y.C.&Wu,Y.[2019]“自发电磁感应调节神经元动力学响应”,《国际分岔与混沌》291950005-11·Zbl 1414.34040号
[36] Wu,F.,Wang,C.,Jin,W.&Ma,J.[2017]“电磁感应和相位噪声作用下新神经元模型的动态响应”,《物理学》A469,81-88·Zbl 1400.92123号
[37] Xu,F.,Zhang,J.,Fang,T.,Huang,S.&Wang,M.[2018a]“神经系统与记忆突触耦合的同步动力学”,Nonlin。第92期,1395-1402页。
[38] Xu,Y.,Jia,Y.,Ge,M.Y.,Lu,L.L.,Yang,L.J.和Zhan,X.【2018b】“离子通道阻断对电磁感应下随机霍奇金-赫胥黎神经网络电活动的影响”,神经计算283196-204。
[39] Yang,Y.,Liao,X.和Dong,T.[2018]“混合Hindmarsh-Rose模型中的加周期分岔和混沌”,神经网络105,26-35·Zbl 1439.92054号
[40] Zhang,Y.,Wang,X.和Friedman,E.G.[2018]“多层神经网络的基于忆阻器的电路”,IEEE Trans。电路系统-一: 注册文件65、677-686。
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