Synaptisches Verhalten durch neues Memristor-Schaltungsdesign erfasst

Seit den 1970er Jahren wissen Elektroniker, dass es vier grundlegende Bausteine ​​elektronischer Schaltungen gibt: Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Memristoren (im Wesentlichen variable Widerstände mit Speicher). Memristoren hatten jedoch einen Hauch von Mythologie, bis letztes Jahr eine Gruppe von Forschern der HP Labs in Kalifornien bekannt gab, dass sie sie zum ersten Mal entdeckt hatten.



Seitdem haben zahlreiche andere behauptet, im Laufe der Jahre mit Memristance gespielt zu haben (obwohl keiner bis jetzt bemerkt zu haben scheint, was sie taten). Tatsächlich verhalten sich die Synapsen zwischen Neuronen genau wie Memristoren. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass Memristoren so miteinander verbunden werden können, dass sie die Verdrahtung des menschlichen Gehirns wirklich nachahmen.

Eines der bestimmenden Merkmale der Verbindungen zwischen Neuronen ist, dass sie stärker werden, wenn Neuronen zusammen feuern; daher der Begriff Neuronen, die zusammen feuern, miteinander verdrahten, ein Phänomen, das auch als hebbisches Lernen bekannt ist. Verschiedene Experimente haben gezeigt, dass dieser Effekt zu Beginn des Lernprozesses am stärksten ausgeprägt ist, wenn die Zunahme der Verbindungsstärke am größten ist. Späteres Lernen verstärkt lediglich die Verbindungen



Das widerspräche dem tatsächlichen Verhalten von Memristoren, sagen Farnood Merrikh-Bayat und Saeed Bagheri von der Universität Teheran im Iran. Sie sagen, dass in einem einzigen Memristor, der zwei Neuronen verbindet, die Memristanz abnimmt, wenn eine Spannung angelegt wird, die den Strom erhöht, was wiederum dazu führt, dass die Memristanz in einer Art positivem Rückkopplungseffekt weiter abfällt.



Eine niedrigere Memristanz lässt mehr Strom fließen, so dass dies sicherlich die Stärke der Verbindung wie erwartet erhöht, aber es gibt ein Problem. Der positive Rückkopplungseffekt bedeutet, dass spätere Signale einen größeren Einfluss auf die Verbindung haben als frühere, was umgekehrt zu der Art und Weise ist, wie echte Neuronen sich verbinden, wo frühere Signale den stärksten Effekt haben.

Merrikh-Bayat und Bagheri haben eine einfache Lösung: Verwenden Sie zwei Memristoren in Reihe. Eine sorgfältige Wahl ihrer Memristanz ermöglicht es ihnen, eine Synapsenverstärkung vom hebbischen Typ mehr oder weniger genau zu reproduzieren.

Das kann sich als nützliche Erkenntnis erweisen. Die ersten neuromorphen Chips, die Memristance verwenden, um das Synapsenverhalten nachzuahmen, werden bereits gebaut. Eine kleine Änderung in ihrem Design kann einen großen Unterschied machen.



Ref: arxiv.org/abs/1008.3450 : Engpass bei der Verwendung eines einzelnen Memristors als Synapse und seiner Lösung

verbergen