Synaptiskt beteende fångat av ny Memristor-kretsdesign

Sedan 1970-talet har elektroniska ingenjörer vetat att det finns fyra grundläggande byggstenar i elektroniska kretsar: motstånd, kondensatorer, induktorer och memristorer (i huvudsak variabla motstånd med minne). Memristors hade dock en mytologi om dem tills förra året när en grupp forskare vid HP Labs i Kalifornien meddelade att de hade upptäckt dem för första gången.

Sedan dess har många andra hävdat att de har spelat med memristance genom åren (även om ingen verkar ha märkt vad de gjorde förrän nu). Det visar sig faktiskt att synapserna mellan neuroner beter sig precis som memristorer. Det ökar möjligheten att memristorer kan kopplas ihop på ett sätt som verkligen efterliknar ledningarna i mänskliga hjärnor.

En av de definierande egenskaperna hos kopplingarna mellan neuroner är att de blir starkare när neuroner skjuter tillsammans; därav frasen neuroner som eldar tillsammans, kopplar samman, ett fenomen som annars kallas hebbisk inlärning. Olika experiment har visat att denna effekt är mest uttalad tidigt i inlärningsprocessen, när ökningen av anslutningsstyrkan är som störst. Senare lärande förstärker bara länkarna

Det är något i strid med memristors faktiska beteende, säger Farnood Merrikh-Bayat och Saeed Bagheri vid University of Teheran i Iran. De säger att i en enskild memristor som förbinder två neuroner, minskar memristansen när en spänning appliceras som ökar strömmen vilket i sin tur gör att memristansen sjunker ytterligare, i en slags positiv återkopplingseffekt.

En lägre memrisitet tillåter mer ström att flyta så detta ökar verkligen styrkan på anslutningen som förväntat men det finns ett problem. Den positiva återkopplingseffekten gör att senare signaler har en större effekt på kopplingen än tidigare, vilket är tvärtom mot hur verkliga neuroner ansluter, där tidigare signaler har den starkaste effekten.

Merrikh-Bayat och Bagheri har en enkel lösning: använd två memristorer i serie. Genom att noggrant välja sin memristans kan de reproducera synapsförstärkning av Hebbian-typ mer eller mindre exakt.

Det kan visa sig vara en användbar insikt. De första neuromorfa chipsen som använder memristans för att efterlikna synapsbeteende håller redan på att byggas. En liten förändring i deras design kan göra en betydande skillnad.

Ref: arxiv.org/abs/1008.3450 : Flaskhals av att använda singel memristor som en synaps och dess lösning

Dölj