基于虚拟突触-时钟事件混合驱动神经网络系统仿真算法研究

【作者】 彭霞； 王直杰； 韩芳；

【机构】 东华大学信息科学与技术学院；

【摘要】 逼真地仿真大规模生物神经网络系统对于生物神经系统及类脑智能等领域的研究都有重要的意义。本文针对生物神经网络仿真算法的两个重要问题(1)如何提出新的突触电流计算模型,有效降低突触电流计算的资源消耗(实际单个神经元突触数量可达10~4条[1],网络中突触的数量远大于神经元的数量,因此突触电流的计算主导了网络仿真计算的计算量);(2)如何有效增强生物神经网络海量状态之间的计算独立性,增强算法的并行性能。首先,深入分析了突触动力学特性,结合与突触前神经元状态相关的突触状态(如电导系数)的计算特点以及传统突触电流计算模式,提出虚拟突触的概念模型,实现突触电流计算分离机制,避免了传统时钟驱动算法[2]突触电流计算中与突触前神经元状态相关的突触状态变量(如电导系数)的重复计算,降低了网络中突触电流计算的资源消耗;接着,基于虚拟突触概念模型,利用生物神经网络放电特性和普遍现象,提出突触电流计算的共同衰减过程,在实际网络仿真过程中,设计事件驱动机制[3],通过神经元放电事件触发时钟驱动算法中突触电流计算的修正计算过程,提出了一种新的基于虚拟突触-时钟事件混合驱动算法。通过对大规模生物神经网络进行串行和并行仿真实验结果表明,该算法有效减少突触电流计算量,提高大规模生物神经网络并行仿真效率,具有应用范围广、并行性能好、仿真效率高等特点。更多还原