數(shù)字神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的實(shí)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(shí)驗(yàn)研究神經(jīng)元是基本的手段，但需要專業(yè)的知識(shí)和環(huán)境。數(shù)學(xué)仿真在進(jìn)行神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)，運(yùn)算速度成了最大的瓶頸。利用電子技術(shù)模擬生物神經(jīng)元的各種動(dòng)態(tài)特性，可以提供一個(gè)在真實(shí)時(shí)間尺度下、快速實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，可以解決生物實(shí)驗(yàn)和數(shù)字仿真的一些難點(diǎn)。本文基于這些思想提出利用FPGA實(shí)現(xiàn)幾類神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型，研究神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)特性。
　　 本文首先研究單個(gè)神

2、經(jīng)元以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，得到利用FPGA實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出利用FPGA實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方案，建立了實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究平臺(tái)。
　　 本文對(duì)常見的神經(jīng)元模型和典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了DSPBuilder數(shù)字仿真與FPGA實(shí)現(xiàn)，同時(shí)從DSP Builder數(shù)字實(shí)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(shù)、精度設(shè)計(jì)、復(fù)雜函數(shù)的查找表實(shí)現(xiàn)等核心問題。利用FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)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(jìn)行神經(jīng)元的特性分析；實(shí)驗(yàn)證明FPGA神經(jīng)元與數(shù)學(xué)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，可以更加方便實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了方案的有效性和可行性。