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关键词： 多层光子脉冲神经网络   具有饱和吸收区的垂直腔面发射激光器   脉冲时序依赖可塑性   有监督学习   全光逻辑异或门  

摘要： 与其他学科相比,人工智能(artificial intelligence,AI)的历史并不算长,但是随着时代的发展,AI受到越来越多的关注。AI把人们从繁重的工作中解放出来,人们也乐于应用AI解决复杂的问题。但是提高AI的性能并不是简单地增加图形处理器,人们尝试寻找新的神经网络形态,研究新的学习算法,期望在处理速率以及功耗方面有所突破。脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)也许是一种答案,SNN来自人们对神经科学的研究,被人们称为第三代神经网络。考虑到光具有许多优良的性质,例如高速、高带宽、低功耗、低串扰等,非常适合用于超快信息处理。近年来,人们在具有饱和吸收区的垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser with an embedded saturable absorber,VCSEL-SA)的神经形态计算取得大量进展,因此,融合了光子学技术与神经形态计算的光子SNN无疑是一个具有广阔前景的方案。本文致力于基于VCSEL-SA的光子SNN有监督学习算法的研究。内容归纳如下:1.提出了一种以VCSEL-SA为脉冲神经元的多层光子SNN结构和有监督学习算法,该算法结合了传统的误差反馈机制与脉冲时序依赖可塑性(spike-timingdependent plasticity,STDP)。编码方式采用时间编码。将该算法应用于基于VCSELSA的多层光子SNN,仿真结果表明,训练后的网络能够很好地解决异或(exclusive OR,XOR)问题,并且与其他同类方案相比具有收敛快的特点。更进一步地,我们将该算法应用于其他基准数据集,例如Iris数据集,威斯康星乳腺癌数据集,都取得了良好的效果,展现了该算法良好的泛化性,并且对输入信号时延抖动和电流失谐具有一定的鲁棒性。2.提出了一种基于VCSEL-SA的光子SNN的级联结构,可以将两位输入的XOR扩展为多位输入的XOR。仿真结果表明,这种级联结构对于高速脉冲序列也能准确完成XOR运算。本方案的实现原理不同于现有的光学XOR级联方案,并且本方案对输入信号的时延抖动和电流失谐具有良好的鲁棒性。3.提出了一种基于VCSEL-SA的光子SNN的有监督学习算法,该算法结合了Tempotron规则和STDP规则。讨论了在光子SNN中引入Bagging算法,提高光子SNN的分类性能。采用人类免疫缺陷病毒数据集进行训练,仿真结果表明,多个光子SNN的综合决策相比于单个光子SNN具有更好的性能,对于一些基因分析的场景具有一定的实用价值。

关键词： 渐近稳定性   Caputo分数阶   模糊惯性神经网络   脉冲效应  

摘要： 运用Caputo分数阶算子、分数阶Barbalat引理和Lgapunov稳定性定理,研究了一类具有固定脉冲和时滞的Caputo分数阶模糊惯性神经网络系统的渐近稳定性.

关键词： 互联网   大脑进化形态   类脑泛在学习系统   学习机理  

摘要： 教育神经科学不仅为人类认知的发展提供了科学依据,也为类脑智能系统的构建提供了理论支撑;通过模拟人脑高级功能,类脑泛在学习系统可以极大地促进学习绩效的改善。基于互联网形态的进化,以互联网大脑为支撑的类脑泛在学习系统及其机理得以成型。在综述脑科学、教育神经科学与类脑泛在学习研究现状基础上,从教育神经科学的视角,揭示了人类大脑神经可塑性、类脑泛在化发展跃进性、类脑与人脑元素联结性等特征的类脑泛在学习机理。并在机器互联阶段、感知沟通阶段、神经元建构阶段、类脑智能阶段的类脑泛在学习系统构建之基础上,提出了以类脑泛在神经元网络为基础的类脑泛在学习系统:基于泛在AI神经元为框架的类脑泛在学习系统基本架构,以智能性基础设施环境及其多维教育大数据打造类脑泛在学习系统的基础层,以泛在内容的类脑神经突触传递与扩散打造类脑泛在学习系统的交互层,以类脑多感官系统传递信息打造类脑泛在学习系统的传播层。据此,提出了构建与应用类脑泛在学习系统的实践策略。类脑泛在学习机理、学习系统构建及实践策略研究,能够为面向未来教育教学的脑神经科学与类脑智能技术研究,提供重要借鉴。

关键词： 第二类精神药品   销售金额   用药频度   日均费用   排序比   唑吡坦   劳拉西泮   佐匹克隆  

摘要： 目的探讨2017—2020年南京医科大学附属脑科医院第二类精神药品的使用情况与发展趋势。方法采用回顾性研究方法,对南京医科大学附属脑科医院2017—2020年第二类精神药品的销售金额、用药频度(DDDs)、日均费用(DDC)、排序比(B/A)等进行统计分析。结果将使用的第二类精神药品品种按化学结构分类,各分类金额构成比基本稳定。巴比妥类占比最低,苯二氮䓬类和非苯二氮䓬类的销售金额呈逐年上升趋势。非苯二氮䓬类的DDDs构成比呈微增长趋势,苯二氮䓬类和巴比妥类的DDDs构成比呈微下降趋势。第二类精神药品销售金额的前3位保持稳定,分别为唑吡坦、劳拉西泮、佐匹克隆。唑吡坦、佐匹克隆、劳拉西泮的DDDs始终位于前3。2017—2020年第二类精神药品的DDC保持基本稳定,略有上涨。大部分药品的B/A在0.8~1.2,比较明显的是奥沙西泮的B/A<0.8,艾司唑仑、阿普唑仑、硝西泮的B/A>1.2。结论南京医科大学附属脑科医院第二类精神药品结构合理,非苯二氮䓬类药物使用逐渐增多。

关键词： 脉冲神经网络   脉冲神经元模型   反向传播   梯度下降训练  

摘要： 脉冲神经网络(SNN)作为第三代神经网络受到广泛关注,但因离散时间脉冲信号和神经元机制,缺乏有效的训练算法。本文设计了适用于梯度下降的拟脉冲激活函数和脉冲神经元迭代计算模型,以及用于数据转换处理的编码与解码层,在此基础上提出了一种适用于大型SNN的训练算法。与其他训练算法对比,该算法达到了更高的准确性,在MNIST和CIFAR10数据集上分别达到98.81%和70.78%的准确率,与ANN相比分别减少了22.18%和25.61%的功耗,脉冲序列的时间长度最大下降了750倍。

关键词： 矢量导航   类脑导航   振荡干扰模型   逐级模糊度确定  

摘要： 动物和人类可以使用感官中不完整的空间信息来快速定位其当前位置并导航到目标,为未知环境下的矢量导航提供了生物模型.本文针对基于连续吸引子模型和余数系统的大尺度空间矢量导航方法所存在的鲁棒性问题,提出了一种基于振荡干扰模型和逐级模糊度确定法的大尺度空间矢量导航方法.仿真结果表明,在2%的测量噪声条件下,该方法可以在245 m×245 m×sin 60°的大尺度环境下准确解算出位置矢量,并且每个维度中位置的解算精度可以达到1 cm以内,有效提高了大尺度空间内矢量导航的鲁棒性.

关键词： 超级计算   产业革命   战略重点   科技前沿   脑机交互   电信运营商   前景广阔   潜力巨大  

摘要： 近年来,随着5G+AICDE、超级计算、脑机交互等新理论、新技术的不断涌现和快速发展,类脑研究上升为国际科技前沿的战略重点和各国的核心科技发展领域,被视为未来新的经济增长点和引领新科技的变革引擎。类脑智能的发展虽然还处于初级阶段,但前景广阔,市场潜力巨大,将是未来科研和产业革命新的爆发点和增长点,电信运营商应把握发展趋势,快速展开类脑领域的研究和布局。

关键词： 类脑计算   非易失性内存器件   相变存储器   阻变随机存储器   铁电场效应晶体管  

摘要： 随着人工智能领域的快速发展,海量数据的处理需要相应硬件的对应开发。对人脑物理结构及工作机制的深入研究使得基于非易失性内存的类脑计算器件集成一系列受神经系统启发的功能,从而为大数据计算工作提供一种高效、节能的方法。本文介绍了类脑计算的发展历程,概述了针对不同应用的非易失性内存器件的大致分类,并着重介绍了代表性的非易失性内存器件构建人工突触和神经元器件的研究进展。

关键词： 类脑导航   人工智能   自主导航   感知   记忆   策略  

摘要： 类脑导航算法是近年来的新兴研究热点,这类算法通过对生物导航能力的模仿实现自主导航,核心问题是如何提升泛化能力。介绍了类脑导航算法的研究背景与理论基础,经过调研总结出了其计算框架;以类脑导航算法计算框架为骨干对该领域的突出工作进行了讨论分析,并通过严格的控制变量实验验证了一些典型改进方法的效果。主要贡献有:全面地介绍并总结了类脑导航领域的理论基础与突出工作;总结出了类脑导航算法的计算框架,该框架科学定义了算法不同部分的职能,从而能解构具体的算法,完成细粒度的分类和对比;通过理论分析与实验验证,总结出了有价值的结论,并展望了未来的发展。

关键词： 计算机视觉  

ISBN: (纸本)9787030683175

摘要： 本书首先介绍了鸟类脑和哺乳类脑的视觉系统解剖结构和生理学基础，以及视觉神经机制解析与建模基础；然后阐述了鸟类和哺乳类动物视觉系统工作机理与信息处理机制，重点研究了鸟类视顶盖快速、显著感知神经编码模型，以及鸟类视顶盖神经解码；最后，阐述了类脑智能和算法的认识和创新思路，结合生物视觉信息处理机制，介绍了具有典型意义和标志最新进展的几种类脑算法，并初步构建了基于鸟类离顶盖－离丘脑－副视系统协同信息处理机制的大视场小目标检测模型。