Et nyt memristor-baseret neuralt netværk inspireret af begrebet associativ hukommelse

Klassisk konditionering er en psykologisk proces, hvorigennem dyr eller mennesker parrer ønskede eller ubehagelige stimuli (f.eks. mad eller smertefulde oplevelser) med en tilsyneladende neutral stimulans (f.eks. lyden af ​​en klokke, et lysglimt, osv.) efter at disse to stimuli gentagne gange præsenteres sammen. Den russiske psykolog Ivan Pavlov studerede klassisk konditionering i dybden og introducerede ideen om "associativ hukommelse, "hvilket indebærer at opbygge stærke associationer mellem de behagelige/ubehagelige og neutrale stimuli.

Pavlov er kendt for sine studier om hunde, hvor han gav dyrene mad, efter at de havde hørt en bestemt lyd i flere forsøg. Interessant nok, han observerede, at hundene til sidst ville begynde at salivere (dvs. foregribe maden) efter at have hørt lyden, selvom maden endnu ikke var blevet præsenteret for dem. Dette tyder på, at de havde lært at forbinde lyden med ankomsten af ​​mad.

I de seneste år, forskere har forsøgt at udvikle beregningsværktøjer, især maskinlæringsteknikker, inspireret af biologiske mekanismer, og de har ofte hentet inspiration fra klassisk konditionering. Nogle af disse tilgange inspireret af Pavlovs arbejdsforsøg på at gengive den 'associative hukommelse', han observerede i maskiner ved hjælp af memristors, som er elektroniske komponenter, der fungerer som hukommelse til enheder.

Et team af forskere ved Zhengzhou University of Light Industry og Huazhong University of Science and Technology i Kina har for nylig udviklet et nyt memristor-baseret neuralt netværkskredsløb, der gengiver Pavlovs forestilling om associativ hukommelse. Deres kredsløb, præsenteret i et papir udgivet i Transaktioner om cybernetik , blev designet til at overvinde nogle af begrænsningerne ved tidligere foreslåede memristor-baserede neurale netværk, der gengiver associativ hukommelse.

"De fleste memristor-baserede Pavlov associative hukommelsesneurale netværk kræver strengt, at kun samtidig mad og ring ser ud til at generere associativ hukommelse, "forklarede forskerne i deres papir." I denne artikel, tidsforsinkelsen overvejes for at danne associativ hukommelse, når madstimuleringen halter bag ringstimuleringen i et bestemt tidsrum. "

Det memristor-baserede neurale netværkskredsløb udviklet af forskerne har tre nøglekomponenter, et synapsmodul, et spændingsreguleringsmodul og et tidsforsinkelsesmodul. Dens unikke struktur, især tidsforsinkelsesmodulet, gør det muligt at skabe associationer, selvom en markant stimulans, som i Pavlovs hundeeksperimenter var mad, vises et stykke tid efter en neutral stimulus (f.eks. en lyd).

Dette er en særlig bemærkelsesværdig præstation, da størstedelen af ​​tidligere udviklede memristor-baserede neurale netværk kun kan oprette disse associationer, hvis de to stimuli fødes til netværket på samme tid. Den hastighed, hvormed kredsløbet præsenteret af teamet lærer at lave associationer, kan også tilpasses, simpelthen ved at ændre længden mellem den neutrale og den fremtrædende stimuli.

"Funktioner som at lære, glemmer, hurtig læring, langsom glemsel og tidsforsinket læring implementeres af kredsløbet, "forskerne skrev i deres papir." Pavlovs associerede hukommelsesneurale netværk med tidsforsinket læring giver en reference til videre udvikling af hjernelignende systemer. "

Samlet set, forskerne ved Zhengzhou University of Light Industry og Huazhong University of Science and Technology har introduceret et effektivt design til memristor-baserede neurale netværkssystemer inspireret af forestillingen om Pavlovian condition. I fremtiden, kredsløbet de udviklede kunne have flere interessante applikationer, for eksempel, hjælpe udviklingen af ​​beregningsværktøjer, der mere effektivt gengiver psykologiske processer observeret hos dyr eller mennesker. Teamet planlægger nu at fortsætte arbejdet med kredsløbet, optimere dens ydeevne, forenkle strukturen og forsøge at integrere den i andre enheder.

© 2019 Science X Network