基于FPGA的神经突触的硬件实现及放电性能比较

摘要：

目前专门对化学突触硬件实现的研究较少,采用FPGA芯片技术硬件实现化学突触,对神经元网络的硬件实现具有重要价值.运用DSP Builder软件,对以Hodgkin-Huxley神经元为突触前神经元和突触后神经元的化学突触数学模型进行建模.在DSP Builder模型的基础上,将化学突触的DSP Builder模型进行合理的拆分,然后分别将各个模块在FPGA所对应的软件环境下进行编译运行,最后下载到FPGA核心芯片中,硬件实现5种基于不同机理的化学突触模型.采用相关系数法,对仿真结果和硬件结果在同一个周期内的突触前神经元动作电位、突触后神经元动作电位以及突触电流的幅值进行对比,验证硬件实现的准确性.5种硬件实现的化学突触均可以较好地传递动作电位,但是各个模型消耗资源不同,模型3所消耗的内部乘法器资源(69％),约为模型5资源(31％)的2倍,表明突触模型数学复杂度越高,其消耗的乘法器资源越多.相关系数法的对比结果显示,模型3相关度最高,为0.7913,模型4相关度最低,为0.6935.虽然模型3数学复杂度高、硬件资源消耗多,但是其表现的生物性最好.硬件实现的5种突触模型均能较好地呈现化学突触的单向传递性,其中模型5硬件资源消耗少、相关度高,建议以其作为化学突触硬件实现的首选.

关键词：DSP Builder;化学突触;动作电位;FPGA

所属期刊栏目：39

分类号：R318(医用一般科学)

资助基金：国家自然科学基金51267010,51567015,51867014

在线出版日期：2021-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：57-66