【摘 要】
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忆阻器因其阻值连续可调、纳米级尺寸以及类生物突触优势成为人工突触首选器件。习惯化和联想记忆是生物基本学习方式,基于忆阻器构建电路模拟习惯化和联想记忆特性是实现忆阻神经形态系统的必经之路。改进忆阻器数学模型,提高其与实测特性契合度,可为指导其设计制造工艺以提高其仿生突触性能提供参考。本文选择具有阈值特性和遗忘特性的氧化钨忆阻器代替常见HP忆阻器作为突触,构建神经形态电路,模拟生物学习行为和突触传递的
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忆阻器因其阻值连续可调、纳米级尺寸以及类生物突触优势成为人工突触首选器件。习惯化和联想记忆是生物基本学习方式,基于忆阻器构建电路模拟习惯化和联想记忆特性是实现忆阻神经形态系统的必经之路。改进忆阻器数学模型,提高其与实测特性契合度,可为指导其设计制造工艺以提高其仿生突触性能提供参考。本文选择具有阈值特性和遗忘特性的氧化钨忆阻器代替常见HP忆阻器作为突触,构建神经形态电路,模拟生物学习行为和突触传递的温度敏感性,研究主体按下述三个部分展开:首先,申明习惯化存在意义,指明当前习惯化实现电路的不足,针对氧化钨忆阻器模型本身具备的遗忘特性构建无需电压恢复模块的习惯化实现电路。区别于以往采用的多输入正负极性脉冲,本文构建电路的外部激励电压仅需设置为单输入正极性脉冲,更贴合实际神经信号,且可实现短期习惯化、长期习惯化和去习惯化现象模拟。其次,详细研究经典巴甫洛夫狗实验以及延时学习现象,针对氧化钨忆阻器的阈值和遗忘特性构建具备延时模块的联想记忆电路。采用新增延时模块控制联想记忆是否发生,且无需另设模块实现电压控制。仿真验证其不仅能模拟联想记忆的学习、遗忘特性,还可以模拟延时学习特性。最后,提出氧化钨忆阻器温度效应模型,并将其作为生物突触耦合双HH神经元以实现突触传递温度敏感特性的模拟。为提高拟合忆阻器实际遗忘曲线准确性,新增忆阻器电导率保留值表达式,并考虑温度对离子迁移和扩散的影响,在原模型中引入温度变量。温度上升引起氧空位迁移和扩散速率发生变化,导致忆阻器电导变化速率加快,进一步影响兴奋性突触后膜电位幅值和放电次数,仿真现象与神经生理实验现象相符。本文采用氧化钨忆阻器模拟突触构建神经形态电路,可将学习规则迁移进神经形态系统,也为研究温度对突触传递的影响开拓一种新思路。
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