Бойко Александр Васильевич, Бахшиев Александр Валерьевич, Корсаков Антон Михайлович

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ООО Системы Компьютерного зрения, Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики

В работе предложен вариант аппаратной реализации сегментной спайковой модели нейрона на операционных усилителях. Актуальность работы обусловлена растущей потребностью как в аппаратных реализациях нейросетевых решений в целом, так и необходимостью развития адаптивных способностей сетей, в первую очередь, к изменяющимся условиям среды. Одним из перспективных направлений представляется реализация спайковых нейронных сетей, в которых основным функциональным элементом является не нейрон, а сегмент мембраны нейрона. Аппаратная реализация таких моделей нейрона на дискретной элементной базе должна позволить облегчить экспериментальные исследования данного направления. В основу предложенного решения положена модель нейрона CSNM. В работе рассмотрены существующие подходы к аппаратной реализации моделей нейронов и выбран подход реализации на операционных усилителях. Разработаны схемы каждого сегмента реализуемой модели нейрона. Проведены тестовые эксперименты и сравнение с математической моделью, результаты которых позволили заявить, что реализация достаточно точно воспроизводит требуемые временные характеристики процессов преобразования сигналов в нейроне. Предложенная реализация позволяет гибко менять структуру дендритного и синаптического аппарата нейрона и удобно интерпретировать сигналы для сопоставления с математической моделью. Недостатком предложенного решения является низкая энергоэффективность, однако для исследовательских целей этот аспект на данном этапе не является критичным.

cпайковые нейронные сети, глубокое обучение, нейроморфные системы, спайковый нейрон, сегментная модель нейрона, машинное обучение, операционный усилитель, аппаратная реализация