神經元網絡檢測信號裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及神經元領域，尤設及神經元信號檢測技術。
【背景技術】
[0002] 在生物體內廣泛存在的神經元，神經元是處理信息的基本單元，在不同外界刺激 下可做出適當的響應行為。由于興奮在神經元之間的傳遞是單向的，導致興奮在完整反射 弧中的傳導也是單向的，只能由傳入神經傳人，由傳出神經傳出。神經元能夠對流入和流出 神經元的跨膜離子電流產生響應，從而表現出神經元膜電位的放電動作，如靜息，spring 放電，bursting放電或者混濁放電等。當神經元的跨膜離子電流較低時，神經元的膜電 位動作表現為靜息；在較大的神經元跨膜離子電流作用下，神經元的膜電位動作表現為 spiking放電，bursting放電或者混濁放電。
[0003] 20世紀80年代初期，美國加州技術學院的生物物理學家化hn J.化Pfield博± 發(fā)表了一篇重要的論文。文中動力學模型被用于全連接的神經網絡。并用集成電路硬件實 現了運個動力學系統(tǒng)。因為他的工作，為其它領域使用神經網絡解決實際問題提供了可靠 依據。但運種神經網絡的基本單元已不需要是神經元，它完全可W是一個電子元件或電子 線路，因而被稱為是人工神經網絡。化Pfield博±的工作使人工神經網絡的出現和研究進 入一個新的高潮。人工神經網絡系統(tǒng)是采用物理可實現的系統(tǒng)來模仿人工神經細胞的結構 和功能的系統(tǒng)。二十世紀九十年代初，Ec化orn提出了一種神經網絡模型，運些生物模型是 禪合神經元網絡連接方式的模型基礎。在模型中，神經元通過相互禪合激勵產生同步化，神 經元對于相似的輸入數據能夠同步爆發(fā)，對于上述的生物神經網絡模型稍加改進，可構成 不同拓撲結構的如小世界，無標度或者規(guī)則連接下的神經元網絡。神經元禪合系統(tǒng)是一個 新興的非線性動力學研究領域，禪合振蕩及同步是非線性動力學的一個基本現象。它發(fā)生 在許多物理、通信、生態(tài)和神經系統(tǒng)中并且在振蕩的集體行為扮演重要的角色。特別是近年 來，禪合神經元系統(tǒng)的同步和去同步問題是研究腦信息處理的關鍵，在國外Bazhenovt等 研究了鏈式抑制性化學突觸禪合混濁行為；國內石霞等研究了具有環(huán)式結構的電禪合同步 模式；王青云等在《神經元禪合系統(tǒng)的同步動力學》中研究了對稱結構的禪合神經元網絡同 步的充分條件；杜艷海等研究了 N個最近鄰禪合網絡禪合的Fitz化曲-Nagumo的同步振蕩 等；本案發(fā)明人也在發(fā)表在Commun Nonlinear Sci Numer Simulat的論文《對禪合神經元 電路檢測噪聲的影響》（Detection of noise effect on coupled neuronal circuits)中 對噪聲對禪合神經元同步產生的影響進行了研究。
[0004] 而在醫(yī)學領域，對于患有神經或精神疾?。ㄈ缗两鹕?、原發(fā)性震顫、張力 失?；驈娖劝Y）的患者，腦局部化區(qū)域（例如丘腦和基底神經節(jié)）內的神經細胞群 (化rvenzellenverbaende)病態(tài)地活躍，運樣過于同步化會加重病癥，因此需要研究神經元 同步的機理及抑制同步的發(fā)生。 陽〇化]傳統(tǒng)微弱信號檢測電路是采用傳感器+放大器的結構，其中放大器要求是高精度 的靈敏放大器，即足夠的增益、低的輸入失調且良好的線性度。如硬盤數據的讀出放大器。 通常，噪聲會降低信號的信噪比，影響了有用信息的提取。在某些非線性系統(tǒng)給中，噪聲是 能夠增強微弱信號的檢測能力的，運稱為隨機共振現象。梁曉冰等人在《物理學報》2009年 第7期發(fā)表的《弱信號在化d址in-Huxley神經元單向禪合系統(tǒng)中的傳輸特性》利用隨機共 振檢測微弱信號的系統(tǒng)，見圖1，即通過調制外界噪聲強度到合適值達到隨機共振態(tài)，使 得信號輸出的信噪比達到最大，達到弱信號檢測的目的。運種方案需要利用噪聲誘發(fā)隨機 共振，通過檢測信噪比來判斷是否有信號輸出，由于隨機共振是人為不可控的，同時信噪比 的判斷也會出現失誤，因此運種方案也有較大的不足。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的在于提供神經元網絡檢測信號的裝置。
[0007] 為達到上述目的，本實用新型神經元網絡檢測信號裝置，包括至少兩個禪合的神 經元，每個神經元連接一個傳輸出直流電信號的傳感器，禪合的神經元輸出端連接一個同 步判斷裝置。
[0008] 所述的神經元還連接一個噪聲發(fā)生器。
[0009] 所述的神經元為雙向禪合。
[0010] 采用了上述方案后，利用傳感器將物理或生物等信號轉換為直流電信號，作用到 相互禪合的神經元或類神經元電路中，當禪合強度達到一定值后，神經元或類神經元電路 網絡的放電行為也將達到同步，同步判斷裝置可W檢測到該種電路的輸出電壓或電流響 應。
【附圖說明】
[0011] 圖1為現有檢測信號裝置結構原理圖；
[0012] 圖2為本實用新型神經元禪合結構示意圖；
[0013] 圖3為本實用新型神經元網絡電路結構圖；
[0014] 圖4為本實用新型結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，W下結合實施 方式并配合附圖詳予說明。
[0016] 神經元之間通過相互禪合構成神經元網絡。在神經元之間的禪合強度較低而且 跨膜離子電流較弱時神經元網絡的放電行為是非同步的。當神經元的跨膜離子電流達到一 定闊值后，神經元網絡的放電行為將達到同步；或者神經元之間的禪合強度達到一定闊值 后，神經元網絡的放電行為也將達到同步。
[0017] 如圖2所示，為神經元禪合的結構，左圖為單向禪合神經元，右圖為雙向禪合神經 元，
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[0024] 表達式中，D是禪合強度，C是噪聲。
[0025] 圖3是對神經元Nl雙向禪合時禪合電路（表達式中D項）的示意圖。單向禪合 時，對于神經元Nl的禪合電路中沒有121運個支路。神經元的同步機制可W理解為神經元 之間相互作用，協(xié)調的結果，當禪合強度增大時意味著運種相互作用增強，所W容易達到同 步；刺激電流Iext大了，和噪聲的作用類似，超過一個闊值則同步。
[00%] 實驗發(fā)現，當雙向禪合強度減小時神經元將不再同步；但是增大雙向禪合強度對 同步的神經元同步沒有影響。實驗發(fā)現，雙向禪合神經元同步所需的禪合強度比單向禪合 的要求要小；即雙向禪合的神經元更容易同步。
[0027] 如圖4所示，采用最簡單的兩個神經元禪合網絡，其中Nl和N2表示神經元電路或 類神經元電路，couple表示神經元之間的禪合作用，Sl和S2表示傳感器，noise表示噪聲發(fā) 生器，sync虹onization detector表示同步判斷裝置。系統(tǒng)的工作原理如下：傳感器Sl和 S2將外界信號轉換為直流電信號（該技術為公知技術，不是本案要表述的重點）分別作用 于神經元Nl和N2,神經元Sl和S2的輸出信號是振蕩信號。在禪合單元couple的作用下，當 傳感器的電信號達到足夠強度時，神經元Sl和S2的輸出振蕩信號必將達到同步。否則，神 經元Sl和S2的輸出振蕩信號可能為異步。利用同步判斷裝置sync虹onization detector 可W判斷神經元SI和S2的信號是否達到同步并且輸出判斷結果。當sync虹onization detector輸出同步的判斷結果，則可W認為系統(tǒng)檢測到外界信號。
[0028] 在神經元中加入noise噪聲發(fā)生器產生的噪聲或提高couple禪合作用的禪合強 度可W提高系統(tǒng)檢測外界信號的靈敏度，噪聲作用可W理解為輸入的能量水平高了，神經 元之間相互作用可W施加更多的能量，所W容易達到同步；反過來，由于有了噪聲作用，對 同步所需的電信號強度W及禪合強度的闊值要求降低，可W檢測到強度更弱的電信號。
[0029] 作用到通過禪合電路couple聯(lián)系的神經電路Nl和N2。調節(jié)禪合強度到恰當值， 電信號的強度達到一定闊值的時候，神經電路的輸出將達到同步。此時，可W認為系統(tǒng)檢測 到了外界信號。
[0030] 運種方法利用傳感器將物理或生物等信號轉換為直流電信號，作用到神經元或類 神經元電路中，可W得到該種電路的輸出電壓或電流響應。當傳感器轉換的電信號是微弱 電壓或電流時，神經元或類神經元電路的輸出響應為靜息；在傳感器轉換的電信號超過一 定的闊值時，運種輸出響應表現為諸如SP化ing放電，bursting放電或者混濁放電。
[0031] 現有的信號檢測方法一種需要設計高精度的靈敏放大器，檢測電路的輸出是電壓 或電流等信號的幅值；另一種則是需要利用噪聲引起隨機共振，通過檢測信噪比來判斷是 否有信號輸出。本發(fā)明只要設計禪合的神經元網絡，通過調整禪合神經元的禪合強度，當直 流電信號達到一定的閥值就可達成同步而不是隨機共振，增加噪聲的作用只是為提供能量 使同步發(fā)生條件更低。
[0032] W上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是 利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在 其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1. 神經元網絡檢測信號裝置，其特征在于：包括至少兩個耦合的神經元，每個神經元 連接一個傳輸出直流電信號的傳感器，耦合的神經元輸出端連接一個同步判斷裝置。2. 如權利要求1所述的神經元網絡檢測信號裝置，其特征在于：所述的神經元還連接 一個噪聲發(fā)生器。3. 如權利要求1所述的神經元網絡檢測信號裝置，其特征在于：所述的神經元為雙向 耦合。
【專利摘要】本實用新型公開神經元網絡檢測信號裝置，包括至少兩個耦合的神經元，每個神經元連接一個傳輸出直流電信號的傳感器，耦合的神經元輸出端連接一個同步判斷裝置；采用了上述方案后，利用傳感器將物理或生物等信號轉換為直流電信號，作用到相互耦合的神經元或類神經元電路中，當耦合強度達到一定值后，神經元或類神經元電路網絡的放電行為也將達到同步，同步判斷裝置可以檢測到該種電路的輸出電壓或電流響應。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN205375022
【申請?zhí)枴緾N201520468563
【發(fā)明人】馬軍, 王春妮, 任國棟
【申請人】蘭州理工大學
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2015年7月1日