スパイクレートおよびタイミング依存性可塑性に基づく生物物理学的神経形態モデル

現在の神経形態工学の進展により、非常にコンパクトで高効率なCMOSアナログ超大規模集積回路技術を使用して、複雑な神経細胞のイオンチャネルおよび細胞内のイオン動態をリアルタイムでエミュレートすることが可能になりました。最近、CMOS、メムリスタ、または他のアナログデバイスを使用した現象論的モデリングによるスパイクタイミング依存性可塑性（STDP）ヘッブ学習ルールの神経形態的エミュレーションへの関心が高まっています。ここでは、スパイクレート依存性可塑性（SRDP、バイネンストック・クーパー・マンスロー（BCM）型）およびSTDPルールの両方を捉えることができる生物物理的に基づいた神経形態（イオン神経形態）モデルのCMOS回路実装を提案します。このイオン神経形態モデルは、逆行性エンドカンナビノイドシグナリングを第2の共通検出器と仮定し、NMDA受容体依存性及び細胞内カルシウム調節による長期増強または長期抑圧を用いて双方向のシナプス変化を再現します。興奮性または抑制性シナプス重みの変化は、AMPAまたはGABA受容体チャネルの離散的挿入および除去に類似した不揮発性でコンパクトなデジタル形式に記録および保存されます。多目的なヘッブシナプスデバイスは、さまざまな神経義肢、脳-機械インターフェース、神経ロボティクス、神経模倣計算、機械学習、神経に触発された適応制御問題に適用可能です。