211service.com
Synaptisch gedrag vastgelegd door nieuw Memristor-circuitontwerp
Sinds de jaren zeventig weten elektronische ingenieurs dat er vier fundamentele bouwstenen zijn van elektronische circuits: weerstanden, condensatoren, inductoren en memristors (in wezen variabele weerstanden met geheugen). Memristors hadden echter een vleugje mythologie over zich tot vorig jaar toen een groep onderzoekers van HP Labs in Californië aankondigde dat ze ze voor het eerst hadden ontdekt.
Sindsdien hebben talloze anderen beweerd in de loop der jaren met memristance te hebben gespeeld (hoewel niemand tot nu toe lijkt te hebben opgemerkt wat ze aan het doen waren). In feite blijkt dat de synapsen tussen neuronen zich precies als memristors gedragen. Dat verhoogt de mogelijkheid dat memristors met elkaar kunnen worden verbonden op een manier die de bedrading van menselijke hersenen echt nabootst.
Een van de bepalende kenmerken van de verbindingen tussen neuronen is dat ze sterker worden wanneer neuronen samen vuren; vandaar de uitdrukking neuronen die samen vuren, met elkaar verbinden, een fenomeen dat ook wel bekend staat als Hebbisch leren. Verschillende experimenten hebben aangetoond dat dit effect het meest uitgesproken is in het begin van het leerproces, wanneer de toename in verbindingssterkte het grootst is. Later leren versterkt alleen maar de verbanden
Dat staat enigszins haaks op het feitelijke gedrag van memristors, zeggen Farnood Merrikh-Bayat en Saeed Bagheri van de Universiteit van Teheran in Iran. Ze zeggen dat in een enkele memristor die twee neuronen verbindt, de memristantie afneemt wanneer een spanning wordt aangelegd die de stroom verhoogt, wat op zijn beurt de memristantie verder doet dalen, in een soort positief feedback-effect.
Een lagere memristantie zorgt ervoor dat er meer stroom kan stromen, dus dit verhoogt zeker de sterkte van de verbinding zoals verwacht, maar er is een probleem. Het positieve feedback-effect betekent dat latere signalen een groter effect hebben op de verbinding dan eerdere, wat het tegenovergestelde is van de manier waarop echte neuronen verbinding maken, waar eerdere signalen het sterkste effect hebben.
Merrikh-Bayat en Bagheri hebben een simpele oplossing: gebruik twee memristors in serie. Door hun geheugen zorgvuldig te kiezen, kunnen ze de synapsversterking van het Hebbian-type min of meer exact reproduceren.
Dat kan een nuttig inzicht blijken te zijn. De eerste neuromorfe chips die memristantie gebruiken om synapsgedrag na te bootsen, worden al gebouwd. Een kleine verandering in hun ontwerp kan een groot verschil maken.
Referentie: arxiv.org/abs/1008.3450 : Knelpunt bij het gebruik van één memristor als synaps en de oplossing ervan