基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体

1.本发明涉及神经形态感知计算领域的一种生物神经环路模体构建方法。


背景技术：

2.近年来，随着人工智能、物联网、5g通讯等信息技术的进步，新增数据量爆发式增长，传统冯诺依曼架构下，存算分离硬件设备的发展受到数据传输瓶颈的严重限制。此外，神经网络算法无法脱离对训练数据集的依赖，无法实现通用智能。与之相比，人类大脑依赖由突触和神经元组成的神经网络，可以应对复杂环境变化，并且能量消耗仅表现为几个fj/峰的量级。人工智能的进一步发展亟需一种基于神经形态完备性硬件设备构建的具有高度通用性和普适性的神经模拟新范式。


技术实现要素：

3.本发明目的是针对当前技术中存在的局限，提供一种基于人工突触器件构建仿生神经环路模体。所述仿生神经环路模体以突触-lif(leaky-integrity-fire)人工神经元器件为基本单元，基于人脑内神经系统的神经网络结构，连接多级突触-lif人工神经元器件来模拟人脑在信息处理中的基本神经环路。本发明通过环路模体群实现运动神经系统中的感知传入、信息整合和运动控制多种功能，有助于受损运动传导回路的修复或重建。
4.本发明的技术方案为：
5.一种基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，由n个突触-lif人工神经元器件多级连接组成，其中，n＝2～2000；
6.所述的神经环路模体包括前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路、相互抑制电路六种；
7.所述的突触-lif人工神经元器件的组成包括类突触器和类胞体器；
8.其中，类突触器包括人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
9.所述的人工突触器件包括：绝缘衬底；衬底上分布半导体层；半导体层的两侧分别为源极和漏极(二者均为金属电极)；源极、漏极以及二者之间的半导体层上覆盖有离子胶层；离子胶层上分布有栅极；三个电极引出；
10.所述的绝缘衬底的材质为二氧化硅；厚度为300纳米；
11.所述的源极和漏极的材质相同，具体为高纯金，厚度为40-200纳米；
12.所述的离子胶层的材质具体为包含可移动离子的水凝胶，如含有氢离子的壳聚糖、含有纳离子的海藻酸钠，厚度为50-80微米；
13.所述的栅极的材质为高纯金，厚度为40-200纳米；
14.所述的人工突触器件根据半导体层材料组成不同，分为n型人工突触器件或p型人工突触器件；
15.所述的n型人工突触器件的半导体层材料具体为氧化锡或氧化锌；所述的p型人工突触器件的半导体层材料具体为p3ht；
16.所述类突触器，根据组成部分中人工突触器件的不同，分为兴奋性类突触器或抑制性类突触器；
17.所述兴奋性类突触器包括n型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
18.所述抑制性类突触器包括p型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
19.所述的类突触器中的电压控制开关包括两个三极管和一个上拉电阻；偏压控制开关的控制端与第一个三极管的基极相连；第一个三极管的集电极与上拉电阻的一端、第二个三极管的基极相连，上拉电阻的另一端接电源；第一个三极管的发射极接地；电压控制开关的第一连接端与第二个三极管的发射极相连；电压控制开关的第二连接端与第二个三极管的集电极相连；
20.所述的类突触器中，人工突触器件的漏极与电压控制开关的第一连接端相连；人工突触器件的源极分别与分压电阻的一端、比较器的同向输入端相连，分压电阻的另一端接地；电压控制开关的控制端与比较器的输出端相连；人工突触器件的栅极接收输入信号；
21.类胞体器包括1个比较器；比较器的同向输入端分别与人工突触器件的漏极、分压电阻的一端连接；比较器的反向输入端与电压源连接，该电压源的电压值为神经元发放脉冲的幅度；比较器的正电供电端与正电源连接；比较器的负电供电端与负电源连接；比较器的输出端与电压控制开关的控制端连接；
22.当比较器的正电源供电端口接正电压(5v)，负电源供电端口接地，发放正脉冲，此时为兴奋性类胞体器；当比较器的正电源供电端口接地，负电源供电端口接负电压(-5v)，发放负脉冲，此时为抑制性类胞体器。
23.类胞体器分为两种，即兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器；
24.神经环路模体包括：前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路、相互抑制电路六种；兴奋性类突触器、抑制性类突触器、兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器这四种器件的不同数量、不同组合，构成基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体。
25.六种电路的具体连接组成为：
26.所述的前馈激发环路模体包括三个类胞体器和三个类突触器；其中，三个类胞体器为第一兴奋性类胞体器102、第二兴奋性类胞体器104、第三兴奋性类胞体器106；三个类突触器为第一兴奋性类突触器101、第二兴奋性类突触器103、第三兴奋性类突触器105；连接方式为第一兴奋性类突触器101的栅极1011接收整个环路的输入信号，第一兴奋性类突触器101的源端1013输出连接第一兴奋性类胞体器102的同相输入端1021输入，第一兴奋性类胞体器102的输出端口1023连接第二兴奋性类突触器103的栅极1031输入，第二兴奋性类突触器103的源端1033输出连接第二兴奋性类胞体器104的同相输入端1041输入，第二兴奋性类胞体器104的输出端口1043输出连接第三兴奋性类突触器105的栅极1051输入，第三兴奋性类突触器105的源端1053输出连接第三兴奋性类胞体器106的同相输入端1061输入，第三兴奋性类胞体器106的输出端口1063的输出为整个环路模体的输出；
27.前馈抑制环路模体包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器201、第二兴奋性类突触器203、第一抑制性类突触器205、第三兴奋性类突触器207；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器202、第一抑制性类胞体器204、第二兴奋性类胞体器206；连接方式为：第一兴奋性类突触器201的栅极2011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器201的源极2013输出
连接第一兴奋性类胞体器202的同相输入端2021输入，第一兴奋性类胞体器202的输出端2023输出连接第二兴奋性类突触器203的栅极2031和第三兴奋性类突触器207的栅极2071输入，第二兴奋性类突触器203的源极2033输出连接第一抑制性类胞体器204的同相输入端2041输入，第一抑制性类胞体器204的输出端2043连接第一抑制性类突触器205的栅极2051输入，第一抑制性类突触器205的源极2053输出及第三兴奋性类突触器207的源极2073共同连接第二兴奋性类胞体器206的同相输入端2061，第二兴奋性类胞体器206的输出端2063输出整个环路模体的输出信号；
28.反馈抑制环路模体包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器301、第二兴奋性类突触器303、第三兴奋性类突触器305、第一抑制性类突触器307；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器302、第二兴奋性类胞体器304、第一抑制性类胞体器306；反馈抑制环路模体连接方式为：第一兴奋性类突触器301的栅极3011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器301的源极3013输出连接第一兴奋性类胞体器302的同相输入端3021输入，第一兴奋性类胞体器302的输出端3023输出连接第二兴奋性类突触器303的栅端3031输入，第二兴奋性类突触器303的源端3033输出连接第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出连接第三兴奋性类突触器305的栅端3051输入，第三兴奋性类突触器305的源端3053输出连接第一抑制性类胞体器306的同相输入端3061输入，第一抑制性类胞体器306的输出端3063输出连接到第一抑制性类突触器307的栅端3071输入，第一抑制性类突触器307的源端3073也连接到第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043的输出信号为整个环路模体的输出；
29.侧抑制环路模体包括9个类突触器：第一兴奋性类突触器401、第二兴奋性类突触器403、第三兴奋性类突触器405、第四兴奋性类突触器407、第一抑制性类突触器409、第二抑制性类突触器410、第五兴奋性类突触器411、第六兴奋性类突触器413、第七兴奋性类突触器415；7个类胞体器：第一兴奋性类胞体器402、第二兴奋性类胞体器404、第三兴奋性类胞体器406、第一抑制性类胞体器408、第四兴奋性类胞体器412、第五兴奋性类胞体器414、第六兴奋性类胞体器416；连接方式为第一兴奋性类突触器401的栅极4011、第二兴奋性类突触器403的栅极4031、第三兴奋性类突触器405的栅极4051分别接收不同的输入脉冲信号，第一兴奋性类突触器401的源极4013、第二兴奋性类突触器403的源极4033、第三兴奋性类突触器405的源极4053的输出分别连接第一兴奋性类胞体器402的同相输入端4021、第二兴奋性类胞体器404的同相输入端4041、第三兴奋性类胞体器406的同相输入端4061输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023、第二兴奋性类胞体器404的输出端4043、第三兴奋性类胞体器406的输出端4063分别连接到第五兴奋性类突触器411的栅极4111、第六兴奋性类突触器413的栅极4131、第七兴奋性类突触器415的栅极4151输入，第五兴奋性类突触器411的源极4113、第六兴奋性类突触器413的源极4133、第七兴奋性类突触器415的源极4153的输出分别连接到第四兴奋性类胞体器412的同相输入端4121、第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023连接到第四兴奋性类突触器407的栅极4071输入，第四兴奋性类突触器407的源极4073输出连接到第一抑制性类胞体器408的同相输入端4081输入，第一抑制性类胞体器408的输出端4083输出连接到第一抑制性类突触器409的栅极4091、第二抑制性类突触器410的栅极4101输入，第一抑制性类突触器409的源极4093、第二抑制性类突触器410的
源极4103的输出分别连接到第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入，第四兴奋性类胞体器412的输出端4123、第五兴奋性类胞体器414的输出端4143、第六兴奋性类胞体器416的输出端4163为整个环路模体的输出；
30.去抑制环路模体包括3个类突触器：第一兴奋性类突触器501、第一抑制性类突触器503、第二兴奋性类突触器505；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器502、第二抑制性类胞体器504、第一兴奋性类胞体器506；连接方式为第一兴奋性类突触器501的栅极5011、第二兴奋性类突触器505的栅极5051接收输入脉冲信号，第一兴奋性类突触器501的源极5013、第二兴奋性类突触器505的栅极5051的输出分别连接第一抑制性类胞体器502的同相输入端5021及第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041输入，第一抑制性类胞体器502的输出端5023连接第一抑制性类突触器503的栅极5031输入，第一抑制性类突触器503的源极5033连接第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041，第二抑制性类胞体器504的输出端口5043的输出信号为整个环路模体的输出；
31.相互抑制环路模体包括4个类突触器：第一抑制性类突触器601、第二抑制性类突触器603、第三抑制性类突触器604、第四抑制性类突触器606；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器602、第二抑制性类胞体器605；连接方式为第一抑制性类突触器601的栅极6011、第三抑制性类突触器604的栅极6041输入脉冲信号，第一抑制性类突触器601的源极6013、第三抑制性类突触器604的源极6043分别连接第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053分别连接第四抑制性类突触器606的栅极6061、第二抑制性类突触器603的栅极6031，第四抑制性类突触器606的源极6063、第二抑制性类突触器603的源极6033分别连接第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051、第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021。
32.本发明的有益效果为：
33.神经元大脑处理信息的基本单元(图1)，神经元之间通过近百万个突触连接通过传递神经脉冲序列形成了庞大而复杂的脉冲神经网络。目前基于传统计算的智能控制是通过高精度(比如32位浮点)的数值参数和庞大的数据集完成预训练，且数据库训练的机器人只能在受控环境中执行重复操作，在具有可变性和不可预测性的动态环境中无法实现自主操作，因此在功耗与自适应性能方面都与生物脉冲神经网络存在较大差距，忽略了实现相同功能的脑结构和典型回路。本发明1)基于人工突触器件构建了突触-lif人工神经元器件，与常见lif神经元器件相比，晶体管数量减少近50％的同时实现与生物神经元一样以不同脉冲信号驱动神经元完成信息编码的功能(图3、4分别为常见lif神经元器件与突触-lif人工神经元器件结构，图6为人工突触器件在1hz\2.5hz\5hz脉冲刺激下的漏端电流，频率越高漏电流升高的斜率越大；图7说明人工神经元器件具有与生物神经元类似的特性，即在脉冲刺激下能够积累电荷并向下一级神经元发放脉冲)；2)以突触-lif人工神经元器件为基本单元，构建6种仿生神经环路模体(前馈激发；前馈抑制；反馈抑制；侧抑制；去抑制；相互抑制)硬件电路，环路模体来源于生物大脑中神经回路的模型，所构建环路模体覆盖神经网络中神经元间信息处理的基本逻辑关系，通过组合可以预测行为的环路模体构建具有自主调节能力的人工传入/传出神经，为机器人技术中在不可预测环境下的自适应神经形态感知和控制行为提供了可靠的技术基础。
附图说明
34.图1为人类大脑神经网络结构；
35.图2为人工突触器件结构图；
36.图3为常见lif神经元器件；
37.图4为突触-lif神经元模型；
38.图5为电压控制开关内部结构图；
39.图6为人工突触器件在不同脉冲刺激下漏端的输出电流曲线；
40.图7为突触-lif神经元电荷积累-脉冲发放波形图；
41.图8为环路模体一：前馈激发；
42.图9为环路模体二：前馈抑制；
43.图10为环路模体三：反馈抑制；
44.图11为环路模体四：侧抑制；
45.图12为环路模体五：去抑制；
46.图13为环路模体六：相互抑制；
具体实施方式
47.本发明的生物启发模型如图1所示，大脑是由高度动态化的神经元组成的巨大集合，信息在神经元网络中传播经由突触传递。人类的大脑中包含有800亿个神经元，超过100万亿个突触，神经元与神经元之间，通过突触连接在一起，通过突触，把神经元上的电信号传递到下一个神经元。
48.当前的lif神经元器件的组成如图3所示：包括电荷积累-泄露器和阈值比较-脉冲发放器；该器件是通过由运算放大器和电容电阻构成的积分电路来仿生生物神经元在电刺激信号下膜电位的改变；由于运算放大器是基于硅基电路的多个晶体管组成，其封装尺寸较大及刚性材质的特点限制了常见lif神经元器件在高集成度可穿戴设备中的应用；
49.本发明是通过人工突触器件来替代常见lif神经元器件中由比较器和电容电阻构成的积分电路，利用其电压连续调控电导的特性来实现神经元膜电位的改变；
50.本发明基于人工突触器件构建突触-lif人工神经元器件，由n个突触-lif人工神经元器件多级连接组成神经环路模体，n＝2～2000；
51.所述的神经环路模体包括前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路、相互抑制电路六种；
52.所述的突触-lif人工神经元器件的组成如图4所示：包括类突触器1和类胞体器2；
53.其中，类突触器1如图3左侧所示，包括人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
54.所述的人工突触器件属于现有技术，可参照专利cn113659078a或其他相关技术；人工突触器件结构如图2所示，包括：绝缘衬底；衬底上分布半导体层；半导体层的两侧分别为源极12和漏极13(二者均为金属电极)；源极12、漏极13以及二者之间的半导体层上覆盖有离子胶层；离子胶层上分布有栅极11；三个电极引出，和其他器件连接；
55.本发明涉及的人工突触器件的具体组成如下，但不限于此：
56.所述的绝缘衬底的材质为二氧化硅；厚度为300纳米；
57.所述的源极12和漏极13的材质相同，具体为高纯金，厚度为40-200纳米；
58.所述的离子胶层的材质具体为包含可移动离子的水凝胶，如含有氢离子的壳聚糖、含有纳离子的海藻酸钠，厚度为50-80微米；
59.所述的栅极11的材质为高纯金，厚度为40-200纳米；
60.所述的人工突触器件根据半导体层材料组成不同，分为n型人工突触器件或p型人工突触器件；
61.所述的n型人工突触器件的半导体层材料具体为氧化锡或氧化锌；所述的p型人工突触器件的半导体层材料具体为p3ht；
62.所述类突触器，根据组成部分中人工突触器件的不同，分为兴奋性类突触器或抑制性类突触器；
63.所述兴奋性类突触器包括n型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
64.所述抑制性类突触器包括p型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；
65.类突触器1中的电压控制开关内部结构如图4所示：电压控制开关包括两个三极管和一个上拉电阻；偏压控制开关的控制端16与第一个三极管的基极相连；第一个三极管的集电极17与上拉电阻的一端、第二个三极管的基极19相连，上拉电阻的另一端接电源；第一个三极管的发射极18接地；电压控制开关的第一连接端14与第二个三极管的发射极相连；电压控制开关的第二连接端与第二个三极管的集电极相连；电压控制开关内部三极管为mjl3281ag.
66.所述的类突触器1中，人工突触器件的漏极12与电压控制开关的第一连接端14相连；人工突触器件的源极13分别与分压电阻的一端、比较器的同向输入端21相连，分压电阻的另一端接地；电压控制开关的控制端16与比较器的输出端23相连；人工突触器件的栅极接收输入信号(通常为前一级突触-lif人工神经元器件的输出信号，信号形式为脉冲信号)；
67.类胞体器2如图4右侧所示，包括1个比较器；比较器的同向输入端21分别与人工突触器件的漏极13、分压电阻的一端连接；比较器的反向输入端22与电压源连接，该电压源的电压值为神经元发放脉冲的阈值；比较器的正电供电端24与正电源连接；比较器的负电供电端25与负电源连接；比较器的输出端23与电压控制开关的控制端16连接；比较器型号包括但不限于lm393。
68.比较器的作用是对同相/反相两个输入端口的电压信号进行比较。
69.本发明中的突触-lif(leaky-integrity-fire)人工神经元模型实现过程：
70.人工突触器件的特性如图6所示，以n型人工突触器件为例说明：漏极接正电压，栅极输入正脉冲信号，连续的正脉冲信号作用下，人工突触器件漏端电流持续增大，且脉冲频率越高，漏电流增大速度越快，漏端电流的变化表明n型器件在正栅压作用下人工突触器件电导的减小，同理在负栅压作用下人工突触器件电导增大，类似的p型器件在负栅压作用下电导减小，在正栅压作用下电导增大。
71.1)电荷积累过程(以n型器件为例)：电压控制开关的控制端16为低电压时，电压控制开关闭合(电压控制开关的第一连接端14与第二连接端15连接)，偏压源与人工突触器件漏极12连接，连续的正脉冲信号作用下，人工突触器件电导减小，人工突触器件阻值与分压电阻阻值的比值减小，在13端口可以测试到逐渐增大的电压(如图7中虚线所示)；
72.2)电荷泄露过程(以n型器件为例)：电压控制开关的控制端16为高电压时，电压控
制开关断开(电压控制开关的第一连接端14与第二连接端15断开)；人工突触器件与偏压电源连接断开，人工突触器件源极13电压减小；
73.3)阈值比较过程：当21端口电压值超过比较器的反向输入端22输入的电压时，比较器的输出端23输出电压等于正电源供电端口24的供电电压，21端口电压未达到22端口电压时，23端口输出端电压为负电源供电端口25的供电电压；
74.4)脉冲发放过程(以n型器件为例)：比较器的输出端23与电压控制开关的控制端16同电位，两端口为低电位时，偏压源与人工突触器件漏极12连接，连续的正脉冲信号作用下，人工突触器件电导减小，人工突触器件阻值与分压电阻阻值的比值减小，在13端口可以测试到逐渐增大的电压，比较器的同向输入端21端口电压随人工突触器件源极13电压一起增大(如图7中虚线所示)，直到21端口点位超过比较器的反向输入端22的阈值电压，比较器的输出端23输出电压为正电源供电端口24的供电电压，电压控制开关的控制端16同23端口此时为正电压，电压控制开关断开，13端口电压逐渐减小，比较器的同向输入端21端口电压随人工突触器件源极13电压一起减小，直到21端口电位低于比较器的反向输入端22的阈值电压，比较器的输出端23输出电压翻转为负电源供电端口25的供电电压，23端口在正/负电源电压翻转过程中形成脉冲(如图7中实线所示)。
75.神经环路模体包括：前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路、相互抑制电路六种；每种电路是通过兴奋性类突触器、抑制性类突触器、兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器这四种器件的不同组合，形成以上六种电路的器件。
76.兴奋性类突触器、抑制性类突触器中人工突触器件的结构一致，器件结构包括：衬底、衬底上分布栅绝缘层、栅绝缘层上依次为半导体层和金属层，兴奋性类突触器、抑制性类突触器的区别在于，其中的人工突触器件分别为n型及p型人工突触器件，n型及p型人工突触器件的区别在于半导体层材料分别为n型半导体和p型半导体(器件制备属于现有技术，可参照专利cn113659078a或其他相关技术),受半导体层材料影响，n型人工突触器件在正栅压作用下电导减小，在负栅压作用下电导增大，p型人工突触器件在负栅压作用下电导减小，在正栅压作用下电导增大。
77.兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器的区别在于：兴奋性类胞体器的正电源供电端口24接正电压(5v)，负电源供电端口25接地，发放正脉冲；抑制性类胞体器的正电源供电端口24接地，负电源供电端口25接负电压(-5v)，发放负脉冲。类胞体器可以连接多个输入或输出类突触器。
78.本发明所述仿生神经环路模体包括6种基本类型：前馈激发，前馈抑制，反馈抑制，侧抑制，相互抑制，去抑制。在这六个基本类型的基础上，通过不同数量、不同组合，形成多个不同环路模体形成环路模体群可实现复杂的信息处理网络。
79.基于冯诺依曼架构的计算模块包括输入设备、存储器、cpu、控制器及输出设备，信息处理过程是：首先由输入设备把原始数据输入给计算机存储器；根据cpu的指令集架构将数值解译为指令；再由控制器把需要处理或计算的数据调入运算器；最终输出设备把运算结果输出。与传统的计算机处理器不同，大脑处理信息是通过由大约860亿个神经元组成，由10
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个突触连接，神经元间组成神经环路，进而形成一个极其庞大而复杂的神经网络。神经环路实现多种逻辑处理，支撑神经网络强大的计算和学习能力。本发明基于人工突触器件构建仿生神经环路模体，通过处理电脉冲信号(类似于生物神经元的动作电位)模拟人脑
的功能和工作模式来处理与环境之间的交互感知和信息处理任务(例如，体感、图像和语音识别)。
80.生物体中，感知信号从外周神经传入到中枢神经的过程中，兴奋信号(正脉冲信号)的传递包含多个前馈激发环路模体。前馈激发环路模体是神经网络中信号从一个神经区域流向另一个神经区域的主要方式。前馈激发环路模体是一种最简单的环路模体，各神经元分层排列，每个神经元只接收前一层的输出，再输出给下一层，各层间没有反馈，是神经网络中信号由输入到输出的最短传递路径。
81.所述的前馈激发环路模体的组成见图8，包括三个类胞体器和三个类突触器；其中，三个类胞体器为第一兴奋性类胞体器102、第二兴奋性类胞体器104、第三兴奋性类胞体器106；三个类突触器为第一兴奋性类突触器101、第二兴奋性类突触器103、第三兴奋性类突触器105；连接方式为第一兴奋性类突触器101的栅极1011接收整个环路的输入信号，第一兴奋性类突触器101的源端1013输出连接第一兴奋性类胞体器102的同相输入端1021输入，第一兴奋性类胞体器102的输出端口1023连接第二兴奋性类突触器103的栅极1031输入，第二兴奋性类突触器103的源端1033输出连接第二兴奋性类胞体器104的同相输入端1041输入，第二兴奋性类胞体器104的输出端口1043输出连接第三兴奋性类突触器105的栅极1051输入，第三兴奋性类突触器105的源端1053输出连接第三兴奋性类胞体器106的同相输入端1061输入，第三兴奋性类胞体器106的输出端口1063的输出为整个环路的输出。
82.其中，前馈激发逻辑实现过程：第一兴奋性类突触器101的栅极1011输入整个环路输入信号(脉冲或方波)，第一兴奋性类突触器101的源端1013电压增大，1013与第一兴奋性类胞体器件102的同相输入端1021连接，1021电压增大，经过第一兴奋性类胞体器件102电压比较过程，第一兴奋性类胞体器件102的输出端口1023发放正脉冲，兴奋信号由第一兴奋性类突触器101传递至第一兴奋性类胞体器件102；第二兴奋性类突触器103的栅极1031与第一兴奋性类胞体器件102的输出端口1023连接，第二兴奋性类突触器103的栅极1031接收第一兴奋性类胞体器件102的输出端口1023的正脉冲刺激，第二兴奋性类突触器103的源端1033电压增大，1033与第二兴奋性类胞体器件104的同相输入端1041连接，1041电压增大，经过第二兴奋性类胞体器件104电压比较过程，第二兴奋性类胞体器件104的输出端口1043发放正脉冲，兴奋信号由第二兴奋性类突触器103传递至第二兴奋性类胞体器件104；第三兴奋性类突触器105的栅极1051与第二兴奋性类胞体器件104的输出端口1043连接，接收1043的脉冲刺激，第三兴奋性类突触器105的源极1053电压增大，1053与第三兴奋性类胞体器件106的同相输入端1061连接，1061电压增大，经过第三兴奋性类胞体器件106电压比较过程，第三兴奋性类胞体器件106的输出端1063发放正脉冲，兴奋信号由第三兴奋性类突触器105传递至第三兴奋性类胞体器件106；整个环路实现兴奋信号由第一兴奋性类突触器101到第三兴奋性类胞体器件106的长距离传递。
83.前馈抑制与反馈抑制是神经网络中调整通路活动强度的基本环路，前馈抑制环路模体和反馈抑制环路模体用于控制输出维持在一定强度(输出一定频率的脉冲信号)或控制输出神经元兴奋的时长(持续输出脉冲的时间)。
84.前馈抑制环路模体是抑制性类胞体器根据前级类胞体器输出脉冲频率抑制后级类胞体器输出脉冲强度。前馈抑制环路模体连接结构见图9，包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器201、第二兴奋性类突触器203、第一抑制性类突触器205、第三兴奋性类突触器
207；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器202、第一抑制性类胞体器204、第二兴奋性类胞体器206；连接方式为：第一兴奋性类突触器201的栅极2011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器201的源极2013输出连接第一兴奋性类胞体器202的同相输入端2021输入，第一兴奋性类胞体器202的输出端2023输出连接第二兴奋性类突触器203的栅极2031和第三兴奋性类突触器207的栅极2071输入，第二兴奋性类突触器203的源极2033输出连接第一抑制性类胞体器204的同相输入端2041输入，第一抑制性类胞体器204的输出端2043连接第一抑制性类突触器205的栅极2051输入，第一抑制性类突触器205的源极2053输出及第三兴奋性类突触器207的源极2073共同连接第二兴奋性类胞体器206的同相输入端2061，第二兴奋性类胞体器206的输出端2063输出整个环路的输出信号。
85.其中，前馈抑制逻辑实现过程：第一兴奋性类突触器201的栅极2011输入整个环路的脉冲信号，第一兴奋性类突触器201的源极2013电压增大，2013与第一兴奋性类胞体器202的同相输入端2021连接，2021电压增大，经过第一兴奋性类胞体器202电压比较过程，第一兴奋性类胞体器202的输出端2023输出正脉冲，即兴奋信号由第一兴奋性类突触器201传递至第一兴奋性类胞体器202；第一兴奋性类胞体器202的输出端2023与第三兴奋性类突触器207的栅极2071连接，2071接收2023正脉冲刺激，第三兴奋性类突触器207的源极2073电压增大，第二兴奋性类胞体器206的同相输入端2061与2073连接，2061电压增大，经过第二兴奋性类胞体器206电压比较过程，第二兴奋性类胞体器206的输出端2063输出正脉冲，兴奋信号由第三兴奋性类突触器207传递至第二兴奋性类胞体器206；第二兴奋性类突触器203的栅极2031接收第一兴奋性类胞体器202的输出端2023输出的正脉冲刺激，第二兴奋性类突触器203的源极2033电压增大，2033与第一抑制性类胞体器204的同相输入端2041连接，经过第一抑制性类胞体器204电压比较过程，第一抑制性类胞体器204的输出端2043发放负脉冲；第一抑制性类突触器205的栅极2051接收第一抑制性类胞体器204的输出端2043输出的负脉冲，第一抑制性类突触器205的源极2053电压降低，2053与第二兴奋性类胞体器206的同相输入端2061连接，降低2061电压，2061端口叠加第一抑制性类突触器205的源极2053与第三兴奋性类突触器207的源极2073端口电压后，经过第二兴奋性类胞体器206电压比较，第二兴奋性类胞体器206的输出端2063发放正脉冲频率降低，抑制信号由第一抑制性类突触器205传递到至第二兴奋性类胞体器206；第二兴奋性类胞体器206的输出端2063输出整个环路的输出脉冲信号。应用于根据输入强度做出抑制调节的控制系统。
86.反馈抑制环路模体是抑制性类胞体器根据前级类胞体器输出脉冲频率输出抑制信号反向抑制前级类胞体器发放脉冲频率。反馈抑制环路模体见图10，包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器301、第二兴奋性类突触器303、第三兴奋性类突触器305、第一抑制性类突触器307；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器302、第二兴奋性类胞体器304、第一抑制性类胞体器306。反馈抑制环路模体连接方式为：第一兴奋性类突触器301的栅极3011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器301的源极3013输出连接第一兴奋性类胞体器302的同相输入端3021输入，第一兴奋性类胞体器302的输出端3023输出连接第二兴奋性类突触器303的栅端3031输入，第二兴奋性类突触器303的源端3033输出连接第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出连接第三兴奋性类突触器305的栅端3051输入，第三兴奋性类突触器305的源端3053输出连接第一抑制性类胞体器306的同相输入端3061输入，第一抑制性类胞体器306的输出端3063输出连接到第
一抑制性类突触器307的栅端3071输入，第一抑制性类突触器307的源端3073输出也连接到第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043的输出信号为整个环路的输出。
87.其中，反馈抑制逻辑实现过程：第一兴奋性类突触器301的栅极3011输入整个环路的输入信号，第一兴奋性类突触器301的源极3013电压增大，3013与第一兴奋性类胞体器302的同相输入端3021连接，3021电压增大，经过第一兴奋性类胞体器302电压比较过程，第一兴奋性类胞体器302的输出端3023发放正脉冲，兴奋信号完成由第一兴奋性类突触器301至第一兴奋性类胞体器302的传递；第二兴奋性类突触器303的栅端3031接收第一兴奋性类胞体器302的输出端3023输出的正脉冲刺激，第二兴奋性类突触器303的源端3033电压增大，第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041与3033连接，第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041电压增大，经过第二兴奋性类胞体器304电压比较过程，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043的输出信号发放正脉冲，兴奋信号完成由第二兴奋性类突触器303至第二兴奋性类胞体器304的传递；第二兴奋性类胞体器304的输出端3043与第三兴奋性类突触器305的栅端3051连接，第三兴奋性类突触器305的栅端3051接收第二兴奋性类胞体器304的输出端3043正脉冲信号，第三兴奋性类突触器305的源端3053电压增大，第三兴奋性类突触器305的源端3053与第一抑制性类胞体器306的同相输入端3061连接，3061电压增大，经过第一抑制性类胞体器306电压比较，第一抑制性类胞体器306的输出端3063输出负脉冲，完成根据第三兴奋性类突触器305栅端3051输入信号第一抑制性类胞体器306输出端3063输出抑制信号的过程；第一抑制性类胞体器306输出端3063与第一抑制性类突触器307的栅端3071连接，第一抑制性类突触器307的栅端3071接收3063的负脉冲信号，第一抑制性类突触器307的源端3073电压减小，第一抑制性类突触器307的源端3073与第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041连接，3041电压减小，经过第二兴奋性类胞体器304电压比较过程，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043发放脉冲频率降低，抑制信号由第一抑制性类突触器307传递至了第二兴奋性类胞体器304；第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出整个环路的输出脉冲信号。实现了第一抑制性类胞体器306根据第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出脉冲频率反馈抑制第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出脉冲频率的过程，降低第二兴奋性类胞体器304脉冲发放频率。应用于根据前级输出信号强度做出反馈抑制调节的控制系统。
88.侧抑制环路模体是在一个类突触器开始发放脉冲后，对同级的其他类突触器产生抑制作用。侧抑制环路模体连接方式见图11，包括9个类突触器：第一兴奋性类突触器401、第二兴奋性类突触器403、第三兴奋性类突触器405、第四兴奋性类突触器407、第一抑制性类突触器409、第二抑制性类突触器410、第五兴奋性类突触器411、第六兴奋性类突触器413、第七兴奋性类突触器415；7个类胞体器：第一兴奋性类胞体器402、第二兴奋性类胞体器404、第三兴奋性类胞体器406、第一抑制性类胞体器408、第四兴奋性类胞体器412、第五兴奋性类胞体器414、第六兴奋性类胞体器416。连接方式为第一兴奋性类突触器401的栅极4011、第二兴奋性类突触器403的栅极4031、第三兴奋性类突触器405的栅极4051分别接收不同的输入脉冲信号，第一兴奋性类突触器401的源极4013、第二兴奋性类突触器403的源极4033、第三兴奋性类突触器405的源极4053的输出分别连接第一兴奋性类胞体器402的同相输入端4021、第二兴奋性类胞体器404的同相输入端4041、第三兴奋性类胞体器406的同
相输入端4061输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023、第二兴奋性类胞体器404的输出端4043、第三兴奋性类胞体器406的输出端4063的输出分别连接到第五兴奋性类突触器411的栅极4111、第六兴奋性类突触器413的栅极4131、第七兴奋性类突触器415的栅极4151输入，第五兴奋性类突触器411的源极4113、第六兴奋性类突触器413的源极4133、第七兴奋性类突触器415的源极4153的输出分别连接到第四兴奋性类胞体器412的同相输入端4121、第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023连接到第四兴奋性类突触器407的栅极4071输入，第四兴奋性类突触器407的源极4073输出连接到第一抑制性类胞体器408的同相输入端4081输入，第一抑制性类胞体器408的输出端4083输出连接到第一抑制性类突触器409的栅极4091、第二抑制性类突触器410的栅极4101输入，第一抑制性类突触器409的源极4093、第二抑制性类突触器410的源极4103的输出分别连接到第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入。
89.其中，侧抑制逻辑的实现过程：第一兴奋性类突触器401的栅极4011、第二兴奋性类突触器403的栅极4031、第三兴奋性类突触器405的栅极4051分别接收不同频率的正脉冲信号，以第一兴奋性类突触器401的栅极4011收到正脉冲信号频率最高为例，第一兴奋性类突触器401的栅极4011接收正脉冲信号，第一兴奋性类突触器401的源极4013电压增大，第一兴奋性类突触器401的源极4013与第一兴奋性类胞体器402的同相输入端4021连接，4021电压增大，经过第一兴奋性类胞体器402电压比较过程，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023发放正脉冲，实现兴奋信号由第一兴奋性类突触器401至第一兴奋性类胞体器402传递；第一兴奋性类胞体器402的输出端4023与第五兴奋性类突触器411的栅极4111连接，第五兴奋性类突触器411的源极4111接收第一兴奋性类胞体器402的输出端4023的正脉冲刺激，第五兴奋性类突触器411的源极4113电压增大，4113与第四兴奋性类胞体器412的同相输入端4121连接，4121电压增大，经过第四兴奋性类胞体器412电压比较过程，第四兴奋性类胞体器412的输出端4123输出正脉冲信号，实现兴奋信号由第五兴奋性类突触器411至第四兴奋性类胞体器412的传递；第一兴奋性类胞体器402的输出端4023也与第四兴奋性类突触器407的栅极4071连接，第四兴奋性类突触器407的栅极4071接收第一兴奋性类胞体器402的输出端4023正脉冲信号，第四兴奋性类突触器407的源极4073电压增大，第四兴奋性类突触器407的源极4073输出连接到第一抑制性类胞体器408的同相输入端4081，第一抑制性类胞体器408的同相输入端4081电压增大，经第一抑制性类胞体器408电压比较过程，第一抑制性类胞体器408的输出端4083端口输出负脉冲；第一抑制性类胞体器408的输出端4083与第一抑制性类突触器409的栅极4091、第二抑制性类突触器410的栅极4101连接，第一抑制性类突触器409的栅极4091、第二抑制性类突触器410的栅极4101接收第一抑制性类胞体器408的输出端4083输出的负脉冲，第一抑制性类突触器409的源极4093、第二抑制性类突触器410的源极4103电压减小，第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161分别与第一抑制性类突触器409的源极4093、第二抑制性类突触器410的源极4103连接，第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161电压减小，第五兴奋性类胞体器414、第六兴奋性类胞体器416输出脉冲频率降低，与对比第四兴奋性类胞体器412的输出端4123的输出脉冲频率差异变大。侧抑制环路模体应用于放大平行通路之间信号强度的差异，通过放大平行通路之间信
号强度的差异来选择重要信息传播到下游回路。
90.去抑制环路模体的功能为降低抑制性胞体器的负脉冲输出频率。生物体中，在抑制作用时间内，若出现一种新异刺激(对应环路模体中新接入的脉冲信号)，则此前的抑制会出现暂时消失的现象。去抑制环路模体见图12，包括3个类突触器：第一兴奋性类突触器501、第一抑制性类突触器503、第二兴奋性类突触器505；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器502、第二抑制性类胞体器504、第一兴奋性类胞体器506。连接方式为第一兴奋性类突触器501的栅极5011、第二兴奋性类突触器505的栅极5051接收正脉冲信号，第一兴奋性类突触器501的源极5013、第二兴奋性类突触器505的栅极5051的输出分别连接第一抑制性类胞体器502的同相输入端5021及第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041输入，第一抑制性类胞体器502的输出端5023连接第一抑制性类突触器503的栅极5031输入，第一抑制性类突触器503的源极5033连接第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041。
91.其中，去抑制逻辑的实现过程：第一兴奋性类突触器501的栅极5011接收脉冲刺激，第一兴奋性类突触器501的源极5013电压增大，第一抑制性类胞体器502的同相输入端与第一兴奋性类突触器501的源极5013连接，经过第一抑制性类胞体器502电压比较过程，第一抑制性类胞体器502的输出端口5023输出负脉冲；第一抑制性类突触器503的栅极5031接收第一抑制性类胞体器502的输出端口5023输出负脉冲，第一抑制性类突触器503的源极5033电压减小，第二抑制性类胞体器504的同相输入端5041与第一抑制性类突触器503的源极5033连接，第二抑制性类胞体器504的同相输入端电压减小，经过第二抑制性类胞体器504电压比较过程，第二抑制性类胞体器504输出端5043输出负脉冲信号；当第二兴奋性类突触器505的栅极5051接入正脉冲信号，第二兴奋性类突触器505的源极5053电压增大，第二抑制性类胞体器504的同相输入端整合第二兴奋性类突触器505的源极5053电压及第一抑制性类突触器503的源极5033电压后，第二抑制性类胞体器504输出端5043输出负脉冲信号频率降低。
92.相互抑制环路模体用于产生自发的震荡信号，常见于生物体中的节律运动。相互抑制环路模体见图13，包括4个类突触器：第一抑制性类突触器601、第二抑制性类突触器603、第三抑制性类突触器604、第四抑制性类突触器606；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器602、第二抑制性类胞体器605。连接方式为第一抑制性类突触器601的栅极6011、第三抑制性类突触器604的栅极6041输入负脉冲信号，第一抑制性类突触器601的源极6013、第三抑制性类突触器604的源极6043分别连接第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053分别连接第四抑制性类突触器606的栅极6061、第二抑制性类突触器603的栅极6031，第四抑制性类突触器606的源极6063、第二抑制性类突触器603的源极6033分别连接第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051、第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021。相互抑制逻辑的实现过程为：第一抑制性类突触器601的栅极6011、第三抑制性类突触器604的栅极6041输入负脉冲信号，第一抑制性类突触器601的源极6013、第二兴奋性类突触器604的源极6043电压增大，第一抑制性类突触器601的源极6013、第二兴奋性类突触器604的源极6043分别连接第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051，第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051电压增大，经过第一抑制性类胞体器602、第二抑制性类
胞体器605电压比较过程，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053输出负脉冲信号，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053分别与第四抑制性类突触器606的栅极6061、第三抑制性类突触器603的栅极6031连接，第三抑制性类突触器603的栅极6031、第四抑制性类突触器606的栅极6061接收负脉冲，第三抑制性类突触器603的源极6033、第四抑制性类突触器606的源极6063电压增大，第三抑制性类突触器603的源极6033、第四抑制性类突触器606的源极6063分别连接第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051，第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051电压增大，经过第一抑制性类胞体器602、第二抑制性类胞体器605电压比较过程，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053输出负脉冲信号，因此，当第一抑制性类突触器601的栅极6011、第三抑制性类突触器604的栅极6041的输入脉冲信号消失后，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053输出负脉冲信号会持续存在。。
93.本发明未尽事宜为公知技术。

技术特征：
1.一种基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为由n个突触-lif人工神经元器件多级连接组成，其中，n＝2～2000；所述的突触-lif人工神经元器件的组成包括类突触器和类胞体器；其中，类突触器包括人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；类胞体器包括1个比较器；类突触器，分为兴奋性类突触器或抑制性类突触器；类胞体器，分为兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器；兴奋性类突触器、抑制性类突触器、兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器这四种器件的不同数量、不同组合，构成基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体。2.如权利要求1所述的基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为神经环路模体优选为前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路或相互抑制电路这六种。3.如权利要求1所述的基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为所述兴奋性类突触器包括n型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；所述抑制性类突触器包括p型人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；比较器的同向输入端分别与人工突触器件的漏极、分压电阻的一端连接；比较器的反向输入端与电压源连接，该电压源的电压值为神经元发放脉冲的幅度；比较器的正电供电端与正电源连接；比较器的负电供电端与负电源连接；比较器的输出端与电压控制开关的控制端连接；当比较器的正电源供电端口接正电压(5v)，负电源供电端口接地，发放正脉冲，此时为兴奋性类胞体器；当比较器的正电源供电端口接地，负电源供电端口接负电压(-5v)，发放负脉冲，此时为抑制性类胞体器。4.如权利要求1所述的基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为所述的人工突触器件包括：绝缘衬底；衬底上分布半导体层；半导体层的两侧分别为源极和漏极(二者均为金属电极)；源极、漏极以及二者之间的半导体层上覆盖有离子胶层；离子胶层上分布有栅极；三个电极引出；所述的绝缘衬底的材质为二氧化硅；厚度为300纳米；所述的源极和漏极的材质相同，具体为高纯金，厚度为40-200纳米；所述的离子胶层的材质具体为包含可移动离子的水凝胶，如含有氢离子的壳聚糖、含有纳离子的海藻酸钠，厚度为50-80微米；所述的栅极的材质为高纯金，厚度为40-200纳米；所述的人工突触器件根据半导体层材料组成不同，分为n型人工突触器件或p型人工突触器件；所述的n型人工突触器件的半导体层材料具体为氧化锡或氧化锌；所述的p型人工突触器件的半导体层材料具体为p3ht。5.如权利要求1所述的基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为所述的类突触器中的电压控制开关包括两个三极管和一个上拉电阻；偏压控制开关的控制端与第一个三极管的基极相连；第一个三极管的集电极与上拉电阻的一端、第二个三极管的基极相连，上拉电阻的另一端接电源；第一个三极管的发射极接地；电压控制开关的第一连接端
与第二个三极管的发射极相连；电压控制开关的第二连接端与第二个三极管的集电极相连；所述的类突触器中，人工突触器件的漏极与电压控制开关的第一连接端相连；人工突触器件的源极分别与分压电阻的一端、比较器的同向输入端相连，分压电阻的另一端接地；电压控制开关的控制端与比较器的输出端相连；人工突触器件的栅极接收输入信号。6.如权利要求2所述的基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体，其特征为六种电路的具体连接组成为：所述的前馈激发环路模体包括三个类胞体器和三个类突触器；其中，三个类胞体器为第一兴奋性类胞体器102、第二兴奋性类胞体器104、第三兴奋性类胞体器106；三个类突触器为第一兴奋性类突触器101、第二兴奋性类突触器103、第三兴奋性类突触器105；连接方式为第一兴奋性类突触器101的栅极1011接收整个环路的输入信号，第一兴奋性类突触器101的源端1013输出连接第一兴奋性类胞体器102的同相输入端1021输入，第一兴奋性类胞体器102的输出端口1023连接第二兴奋性类突触器103的栅极1031输入，第二兴奋性类突触器103的源端1033输出连接第二兴奋性类胞体器104的同相输入端1041输入，第二兴奋性类胞体器104的输出端口1043输出连接第三兴奋性类突触器105的栅极1051输入，第三兴奋性类突触器105的源端1053输出连接第三兴奋性类胞体器106的同相输入端1061输入，第三兴奋性类胞体器106的输出端口1063的输出为整个环路的输出；或者，前馈抑制环路模体包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器201、第二兴奋性类突触器203、第一抑制性类突触器205、第三兴奋性类突触器207；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器202、第一抑制性类胞体器204、第二兴奋性类胞体器206；连接方式为：第一兴奋性类突触器201的栅极2011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器201的源极2013输出连接第一兴奋性类胞体器202的同相输入端2021输入，第一兴奋性类胞体器202的输出端2023输出连接第二兴奋性类突触器203的栅极2031和第三兴奋性类突触器207的栅极2071输入，第二兴奋性类突触器203的源极2033输出连接第一抑制性类胞体器204的同相输入端2041输入，第一抑制性类胞体器204的输出端2043连接第一抑制性类突触器205的栅极2051输入，第一抑制性类突触器205的源极2053输出及第三兴奋性类突触器207的源极2073共同连接第二兴奋性类胞体器206的同相输入端2061，第二兴奋性类胞体器206的输出端2063输出整个环路的输出信号；或者，反馈抑制环路模体包括四个类突触器：第一兴奋性类突触器301、第二兴奋性类突触器303、第三兴奋性类突触器305、第一抑制性类突触器307；三个类胞体器：第一兴奋性类胞体器302、第二兴奋性类胞体器304、第一抑制性类胞体器306；反馈抑制环路模体连接方式为：第一兴奋性类突触器301的栅极3011接收整个环路的输入刺激，第一兴奋性类突触器301的源极3013输出连接第一兴奋性类胞体器302的同相输入端3021输入，第一兴奋性类胞体器302的输出端3023输出连接第二兴奋性类突触器303的栅端3031输入，第二兴奋性类突触器303的源端3033输出连接第二兴奋性类胞体器304的同相输入端3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043输出连接第三兴奋性类突触器305的栅端3051输入，第三兴奋性类突触器305的源端3053输出连接第一抑制性类胞体器306的同相输入端3061输入，第一抑制性类胞体器306的输出端3063输出连接到第一抑制性类突触器307的栅端3071输入，第一抑制性类突触器307的源端3073输出也连接到第二兴奋性类胞体器304的同相输入端
3041输入，第二兴奋性类胞体器304的输出端3043的输出信号为整个环路的输出；或者，侧抑制环路模体包括9个类突触器：第一兴奋性类突触器401、第二兴奋性类突触器403、第三兴奋性类突触器405、第四兴奋性类突触器407、第一抑制性类突触器409、第二抑制性类突触器410、第五兴奋性类突触器411、第六兴奋性类突触器413、第七兴奋性类突触器415；7个类胞体器：第一兴奋性类胞体器402、第二兴奋性类胞体器404、第三兴奋性类胞体器406、第一抑制性类胞体器408、第四兴奋性类胞体器412、第五兴奋性类胞体器414、第六兴奋性类胞体器416；连接方式为第一兴奋性类突触器401的栅极4011、第二兴奋性类突触器403的栅极4031、第三兴奋性类突触器405的栅极4051分别接收不同的输入脉冲信号，第一兴奋性类突触器401的源极4013、第二兴奋性类突触器403的源极4033、第三兴奋性类突触器405的源极4053的输出分别连接第一兴奋性类胞体器402的同相输入端4021、第二兴奋性类胞体器404的同相输入端4041、第三兴奋性类胞体器406的同相输入端4061输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023、第二兴奋性类胞体器404的输出端4043、第三兴奋性类胞体器406的输出端4063的输出分别连接到第五兴奋性类突触器411的栅极4111、第六兴奋性类突触器413的栅极4131、第七兴奋性类突触器415的栅极4151输入，第五兴奋性类突触器411的源极4113、第六兴奋性类突触器413的源极4133、第七兴奋性类突触器415的源极4153的输出分别连接到第四兴奋性类胞体器412的同相输入端4121、第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入，第一兴奋性类胞体器402的输出端4023连接到第四兴奋性类突触器407的栅极4071输入，第四兴奋性类突触器407的源极4073输出连接到第一抑制性类胞体器408的同相输入端4081输入，第一抑制性类胞体器408的输出端4083输出连接到第一抑制性类突触器409的栅极4091、第二抑制性类突触器410的栅极4101输入，第一抑制性类突触器409的源极4093、第二抑制性类突触器410的源极4103的输出分别连接到第五兴奋性类胞体器414的同相输入端4141、第六兴奋性类胞体器416的同相输入端4161输入；或者，去抑制环路模体包括3个类突触器：第一兴奋性类突触器501、第一抑制性类突触器503、第二兴奋性类突触器505；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器502、第二抑制性类胞体器504、第一兴奋性类胞体器506；连接方式为第一兴奋性类突触器501的栅极5011、第二兴奋性类突触器505的栅极5051接收正脉冲信号，第一兴奋性类突触器501的源极5013、第二兴奋性类突触器505的栅极5051的输出分别连接第一抑制性类胞体器502的同相输入端5021及第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041输入，第一抑制性类胞体器502的输出端5023连接第一抑制性类突触器503的栅极5031输入，第一抑制性类突触器503的源极5033连接第二抑制性类胞体器504的同相输入端口5041；或者，相互抑制环路模体包括4个类突触器：第一抑制性类突触器601、第二抑制性类突触器603、第三抑制性类突触器604、第四抑制性类突触器606；2个类胞体器：第一抑制性类胞体器602、第二抑制性类胞体器605；连接方式为第一抑制性类突触器601的栅极6011、第三抑制性类突触器604的栅极6041输入负脉冲信号，第一抑制性类突触器601的源极6013、第三抑制性类突触器604的源极6043分别连接第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021、第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051，第一抑制性类胞体器602的输出端6023、第二抑制性类胞体器605的输出端6053分别连接第四抑制性类突触器606的栅极6061、第二抑制性类突触器603的栅极6031，第四抑制性类突触器606的源极6063、第二抑制性类突触器603
的源极6033分别连接第二抑制性类胞体器605的同相输入端6051、第一抑制性类胞体器602的同相输入端6021。

技术总结
本发明为一种基于人工突触器件构建的仿生神经环路模体。该环路模体由n个突触-LIF人工神经元器件多级连接组成；所述的突触-LIF人工神经元器件的组成包括类突触器和类胞体器；其中，类突触器包括人工突触器件、分压电阻和电压控制开关；类胞体器包括1个比较器；通过兴奋性类突触器、抑制性类突触器、兴奋性类胞体器、抑制性类胞体器这四种器件的不同组合，形成前馈激发电路、前馈抑制电路、反馈抑制电路、侧抑制电路、去抑制电路、相互抑制电路等六种电路的器件。本发明通过环路模体群实现运动神经系统中的感知传入、信息整合和运动控制多种功能，有助于受损运动传导回路的修复或重建。有助于受损运动传导回路的修复或重建。有助于受损运动传导回路的修复或重建。


技术研发人员：徐文涛 李玥
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/14