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关键词： SURF特征匹配   类脑导航   同步定位和地图构建   位置细胞节点校正   经验地图  

摘要： RatSLAM是模拟鼠类感知环境机制提出的一种定位与构图的导航算法。针对复杂环境如光线影响导致RatSLAM产生误差的问题,提出了基于SURF特征匹配与位置细胞校正算法的优化RatSLAM类脑导航模型。本方法通过一套移动视觉系统采集环境信息,构建的局部场景细胞通过SURF特征匹配算法获取到载体在环境中的方向与位置信息,头朝向细胞与位置细胞通过连续吸引子神经网络共同表示载体当前的位姿,利用上述细胞所获取的位姿与时间信息,通过路径积分计算当前载体在坐标系中所处的位置,最后构建基于认知点的拓扑经验地图。此外,在局部场景细胞获取环境信息的同时,通过SURF特征匹配算法来进行闭环检测与检测预先设置好的位置细胞节点,对当前运动轨迹进行修正。实验结果表明,在有光线影响的情况下,本文所提出的方法将绝对定位误差大大降低。

关键词： 人工智能   脑科学   项目申报指南   科学研究   脑计划   前沿领域   前瞻性  

摘要： 脑科学研究是21世纪科学研究的前沿高地之一,我国“十四五”规划明确指出要瞄准脑科学、人工智能等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。科技部近期发布科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目申报指南,标志着中国脑计划项目正式启动。

关键词： 图像识别   脉冲神经网络   加速器   并行结构  

摘要： 针对基于通用处理器解决方案在图像识别应用中速度慢、功耗高的问题,提出了一种高能效的脉冲神经网络加速器设计方案。首先,采用神经形态学计算中的高并行设计思想,设计了多核并行结构来实现硬件加速;然后,根据脉冲数据传输稀疏性的特点,采用基于事件驱动的数据传输与处理方式,设计了一对一的核间传输机制,减小了用于通信的硬件资源并提高了数据传输效率;其次,提出了按行的数据存放方式来加快膜电压数据在存储器的存取效率;最后,设计了结合查找表与异或的电路结构,可以快速的将事件向量转变为地址事件表达(AER)格式。采用所提加速器设计方案在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发板上进行优化和部署。实验结果表明:当时钟频率采用100 MHz时,识别单张手写数字图像所需能量为1.04 mJ,仅为2.2 GHz通用中央处理器(CPU)上的串行软件程序的1/1 453.8。该加速器设计方案适用于实时性要求高和能量受限的实际场景。

关键词： 光伏出力短期预测   脉冲神经网络   改进灰狼优化算法   收敛因子   动态权重更新策略  

摘要： 光伏出力短期预测对于电网或微电网的能量管理和优化调度具有重要意义。构建了一种基于改进灰狼学习算法(improved grey wolf optimization,IGWO)的脉冲神经网络(spiking neural network,SNN),并将其应用到光伏出力短期预测中。首先,利用灰色关联分析法选取相似日。然后,提出一种IGWO算法用于SNN模型训练,通过引入基于三角函数规律变化的非线性下降收敛因子和动态权重更新策略,提升SNN的编码和预测的性能。最后,利用实证系统对所提方法进行了评估,并与其他3种模型进行了对比研究。结果表明,所提方法预测性能提升明显。

关键词： 深空探测   脉冲神经网络   岩石检测   图像分割   语义分割  

摘要： 深空环境下对星体表面进行岩石障碍物检测是保障巡视器安全探测的重要前提。由于星载计算设备存储容量和数据处理能力受限,大规模复杂计算并不适用于遥远的深空环境;此外,传统的岩石检测算法存在复杂度较高、能耗过大等问题。因此,文中提出了一种多分类语义分割算法Spiking-Unet,利用深度脉冲神经网络实现星体表面岩石的有效检测。首先针对星体表面岩石图像中存在的类不平衡问题,构建LovaszS_CE损失函数并训练Unet网络模型;其次,获取Unet网络模型参数,并通过参数归一化方法将其映射到Spiking-Unet网络;最后,使用基于脉冲发放频率的S-softmax函数实现岩石图像像素级分类。在公开数据集Artificial Lunar Landscape上对所提算法进行了实验,结果表明,Spiking-Unet与拓扑结构相同的Unet模型相比,在精度相近的情况下,Flops减少为原来的1/1000左右,能耗降低为原来的1/600左右。

关键词： 脑图谱   类脑智能   脑疾病   脑机接口  

摘要： 脑科学是理解人和自然的“终极疆域”,现已成为重要的科学和技术前沿领域之一。该文主要从研究计划、研究进展、产品研发与产业发展的视角分析2022年脑科学与类脑智能领域的进展,并对未来发展趋势加以展望。2022年,美国、中国等国家/地区的脑计划取得较大进展;在脑图谱绘制、脑发育与脑认知功能解析、脑疾病机制探索及类脑智能技术与产品开发方面取得重要研究突破;脑疾病药物研发管线丰富,将推动相关产业快速发展。未来,借助各类新技术,研究人员将在多尺度解析脑认知功能,识别其中的功能障碍,开发出多种有效的脑疾病治疗药物;脑科学与人工智能等领域相互借鉴,推动类脑智能领域快速发展并广泛应用;数据治理和伦理安全的突破有助于脑科学与类脑智能研究的良性发展。

关键词： 类脑计算   脉冲神经网络   多尺度网络模型   多模态信息   不确定信息感知   决策融合   学习算法   STDP  

摘要： 深度神经网络在实际应用中的局限性日益凸显,具备生物可解释性的类脑计算脉冲神经网络成为了人们研究的热点课题。应用场景的不确定性及复杂多样性给研究者提出了新的挑战,要求类似生物大脑组织具备多尺度架构的类脑计算脉冲神经网络,能够实现对多模态、不确定性信息的感知决策功能。文中主要介绍了多尺度生物合理性的类脑计算脉冲神经网络模型及其面向多模态信息表征和不确定信息感知的学习算法,并分析探讨了基于忆阻器互联的脉冲神经网络可实现多尺度架构类脑计算的两个关键技术问题,即多模态、不确定信息与脉冲时序表示一致性问题和多尺度脉冲神经网络学习算法与容错计算问题。最后,对类脑计算脉冲神经网络的研究方向进行了分析与展望。

关键词： 触觉感知   神经形态   类脑   物体识别   脉冲神经元   分类器  

摘要： 触觉智能感知是当前研究的热点问题之一.然而,大规模触觉数据集的缺乏限制了机器人触觉感知领域的发展,解决问题的关键在于构建覆盖手掌的高时空分辨率触觉压力传感器系统.对此,构建一种脑启发的触觉传感系统(BITSS),以高时空分辨率对触觉压力信息进行获取,并实现基于脉冲事件的触觉感知.受皮肤触觉感受器启发,BITSS使用神经形态模型对触感压力信号进行脉冲编码,实现两种触觉感受器神经元的模拟.实验结果表明,BITSS模拟的神经放电活动可以解码出抓握状态的低维空间.在10种日常物体的分类任务中,基于脉冲事件的分类器分类精度达到94%,具有较快的执行速度,并验证了BITSS对触感压力信号的时空编码能力.

关键词： 脉冲耦合神经网络   全色锐化   混合蛙跳算法   遥感图像融合   图像分割  

摘要： 针对传统全色锐化算法大多采用规则区域注入空间细节,而造成融合图像出现一定光谱失真和细节损失的问题。该文提出一种自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)全色锐化算法,该算法利用混合蛙跳算法(SFLA)自适应优化PCNN迭代参数,使PCNN每次迭代均按照最小交叉熵原则进行非规则聚类分割,对获取的非规则区域自适应注入高分全色图像细节信息,以获得细节和光谱信息保持更好的融合图像。通过WorldView-2和高分一号高分辨率遥感数据集对比实验,结果表明,该自适应参数PCNN全色锐化算法在多个空间细节和光谱信息评价指标上均优于其他全色锐化算法。

关键词： 空语类   汉语   句法移位   磁振造影   左额下回   左后颞中回  

摘要： 传统句法理论将空语类(empty categories)分为四类：名词轨迹（NP-trace）、疑问词轨迹(wh-trace)、小隐性代词(pro)与大隐性代词(PRO)。空语类各受制于不同的句法限制，也有不同的分布，但这些类别只是理论需要，抑或是人类在句子处理时在行为上、心理上、脑神经上能有相关之反应，包含辨识其空位(gap)及填充语(filler)，并且在空位还原填充语等，都有极大的争议。虽然行为实验、事件相关电位实验，甚至功能性磁振造影实验对填充语－空位依存关系已有了一定程度的了解，然而包含空语类之间的脑神经机制比较，以及空语类最根本的神经特质为何，却缺乏全面性的探讨。本论文透过三个功能性磁振造影实验探讨形式句法理论中空语类的脑神经基底，了解大脑如何辨识与处理空语类，进而理解大脑处理句法移位的相关脑神经机制。 实验一比较汉语主题结构与关系子句，希望能从填充语－空位的相对顺序了解大脑在处理移位方向的差异。实验结果发现“填充语先行”与“空位先行”的两种顺序皆会引起大脑左额叶下回(left inferior frontal gyrus) 以及左颞叶上／中回 (left superior/middle temporal gyrus)的反应，表示该两个脑区对移位处理至关重要，但对于移动方向则不敏感。然而关系子句的空位先行却额外诱发了左前颞叶的反应(LaTL)，我们主张该脑区所扮演之角色为借助窥探动词语意，以推敲空位之语意与词汇内容，暂行完成动词片语结构，才能继续句子处理，预测填充语之存在。 第二个实验比较主题结构与被字句结构，进而了解带有空位的不同结构是否有类似的处理。过去理论研究认为汉语被字句结构并非如英文一般的派生方式(A-movement)，留下名词轨迹；但汉语的长被字句被认为带有一个原生(base-generated)的受事者主词，伴随结构后方的隐性空算符移动 (null operator movement)。然而本实验却发现被字句处理与主题结构处理极为相似，同样引起左额叶下回与左颞叶中回的反应，因此并无法支持“隐性移动”或者“不移动”的理论假设。但也因此，本实验无法直接证实名词轨迹与疑问词轨迹之间有处理历程上的差异。 第三个实验比较汉语当中希望类动词与尝试类动词所引导的空主词子句，其中前者带有小隐性代词，后者带有大隐性代词，两者依空语类理论有不同的分布。而根据实验结果我们发现，小隐性代词能激发左额叶下回前端，大隐性代词则没有显着的脑区反应，也反应了两者处理的难易与差异。左额叶下回前端的反应可能牵涉到处理小隐性代词需汲取先行词的讯息，然而由于小隐性代词的处理过程并不透过移位，因此未能诱发出前两个实验的左额叶下回的活动。此外，被字句结构与希望类动词结构同样都引起右脑前额叶的反应，此反应或许与结构本身有关，因为两种句构的空语类位子皆可以有空语类、显性代名词、名词等可能性，但三者的最自然指涉又恰好不同，因此引起受试者额外的判断与决定，这也是本论文较为意外的发现。 三个实验结果似乎部分支持空语类框架，因为隐性代词彼此之间、隐性代词与轨迹之间处理同中有异；但也因此无法全面支持空语类框架的四分法，例如本实验无法找出名词轨迹与疑问词轨迹之脑神经处理机制的差异。 整体来说，我们认为左额叶下回在句子理解的主要功能为工作记忆，在辨识填充语或空位时，能以额外的工作记忆储存，保持，并予以释出；左颞叶上／中回主要功能为整合：整合填充语与空位，空位与动词，以利句子建构。但左额叶下回与左颞叶上／中回的反复出现，反映了空语类除了“空”以外最重要的基底：依存性。依存性需要透过两个脑区的共同处理：左额叶下回处理储存与汲取结构中被依赖的成分（无论能否被预先辨识出），而左颞叶上／中回进一步整合空语类所需之语意、语类、句法讯息对于先行词／填充词之依赖。此推测能够进一步解释两个脑区对于其他具有依存性的结构的反应，包含代名词，反身代名词，以及主词－动词呼应等。