數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡的實現(xiàn)與分析研究.pdf

1、神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的基本組成單元，具有豐富的特性，使神經(jīng)系統(tǒng)和腦具有各種功能。生物實驗研究神經(jīng)元是基本的手段，但需要專業(yè)的知識和環(huán)境。數(shù)學仿真在進行神經(jīng)元網(wǎng)絡分析時，運算速度成了最大的瓶頸。利用電子技術模擬生物神經(jīng)元的各種動態(tài)特性，可以提供一個在真實時間尺度下、快速實驗的平臺，可以解決生物實驗和數(shù)字仿真的一些難點。本文基于這些思想提出利用FPGA實現(xiàn)幾類神經(jīng)元的數(shù)學模型，研究神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡的動力學特性。
　　 本文首先研究單個神

2、經(jīng)元以及神經(jīng)元網(wǎng)絡的動態(tài)特性，并對不同網(wǎng)絡拓撲結構的神經(jīng)元網(wǎng)絡進行計算機分析，得到利用FPGA實現(xiàn)神經(jīng)元的結構和參數(shù)，在此基礎上，提出利用FPGA實現(xiàn)神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡的方案，建立了實現(xiàn)神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡的研究平臺。
　　 本文對常見的神經(jīng)元模型和典型網(wǎng)絡拓撲結構的神經(jīng)元網(wǎng)絡進行了DSPBuilder數(shù)字仿真與FPGA實現(xiàn)，同時從DSP Builder數(shù)字實現(xiàn)的常見問題出發(fā)，以Morris-Lecar模型為例具體分析系統(tǒng)離散化、流水

3、線技術、精度設計、復雜函數(shù)的查找表實現(xiàn)等核心問題。利用FPGA實驗平臺實現(xiàn)了Fitzhu吵-Nagumo(FHN)模型，Hodgkin-Huxley(HH)簇放電模型，Morris-Lecar(ML)峰放電模型，ML簇放電模型，并進行神經(jīng)元的特性分析；實驗證明FPGA神經(jīng)元與數(shù)學模型完全吻合。本文還提出了基于流水線的神經(jīng)元柔性網(wǎng)絡拓撲結構實現(xiàn)方案，可以更加方便實現(xiàn)神經(jīng)元不同網(wǎng)絡拓撲結構，實驗結果證明了方案的有效性和可行性。