具有结构可塑性的自组织忆阻纳米线网络模拟生物神经元回路
应用物理
2021-10-05 v1 无序系统与神经网络
材料科学
新兴技术
摘要
作为人工突触，两端忆阻器件被认为是实现人工神经网络的基本构建模块。以自上而下的方式组织成大型阵列的传统交叉棒架构中的忆阻器件，已展示了用于监督和无监督学习的类脑计算实现。另一种使用由许多相互作用纳米部件组成的非传统系统的方法已被提出，用于实现具有生物合理性的架构，其中涌现行为源于与生物神经回路相似的复杂性。然而，这些系统未能展示出具有输入信号时空处理的突触功能的生物真实实现，如同我们的大脑那样。在此，我们报道了基于自组装和高度互连的纳米线（NW）网络的生物启发纳米架构的涌现突触行为，该网络以自下而上的方式实现。该系统的操作原理基于组成网络并依据输入刺激调节其连接性的忆阻纳米线与纳米线结之间的相互电化学作用。系统的功能连接性被证明负责异突触可塑性，这已在多端配置中通过实验证明并建模，其中两个神经元终端之间突触通路的形成也导致非刺激终端处突触强度的变化。这些结果凸显了纳米线忆阻架构用于构建基于复杂网络的类脑智能系统的能力，这些系统能够物理计算来自多端输入的信息。
引用
@article{arxiv.1909.02438,
title = {Self-organizing memristive nanowire networks with structural plasticity emulate biological neuronal circuits},
author = {Gianluca Milano and Giacomo Pedretti and Matteo Fretto and Luca Boarino and Fabio Benfenati and Daniele Ielmini and Ilia Valov and Carlo Ricciardi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.02438},
year = {2021}
}