[发明专利]一种模拟生物神经突触的单元、装置及方法

权利要求书

1.一种模拟生物神经突触的单元，其特征在于，包括第一电极层、与所述第一电极层连接的功能材料层，与所述功能材料层连接的第二电极层；

所述第一电极层用于模拟突触前，所述第二电极层用于模拟突触后，所述功能材料层的材料为硫系化合物，所述功能材料层的电导用于模拟突触权重；通过给所述第一电极层施加第一脉冲信号来模拟突触前刺激，通过给所述第二电极层施加第二脉冲信号来模拟突触后刺激。

2.如权利要求1所述的单元，其特征在于，所述第一电极层用于接收外部的第一脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的第二脉冲信号；当所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的差值为正或负时，所述功能材料层的电导发生改变实现了生物神经突触的突触权重调节功能的模拟；当所述第一脉冲信号的频率与所述第二脉冲信号的频率之间的差值为正或负时，所述功能材料层的电导发生改变实现了生物神经突触的脉冲速率依赖突触可塑性功能的模拟；当所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号之间的信号差峰值为正或负时，所述功能材料层的电导发生改变实现了生物神经突触的脉冲时间依赖突触可塑性功能的模拟。

3.如权利要求1所述的单元，其特征在于，所述第一电极层的材料为惰性导电金属；所述第二电极层的材料为活泼导电金属。

4.如权利要求1所述的单元，其特征在于，所述第一电极层、所述功能材料层和所述第二电极层构成三明治叠层结构、T型结构、I型结构或金字塔型结构。

5.一种模拟生物神经突触的装置，包括多个阵列排布的神经突触单元以及与所述神经突触单元连接的控制器，其特征在于，所述神经突触单元为权利要求1-4任一项所述的单元。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器用于给所述第一电极层施加第一脉冲信号，给所述第二电极层施加第二脉冲信号，并控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的差值为正或负，控制所述第一脉冲信号的频率与所述第二脉冲信号的频率之间的差值为正或负，控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的信号差峰值为正或负。

7.一种模拟生物神经突触的方法，其特征在于，包括下述步骤：

在第一电极层上施加第一脉冲信号，在第二电极层上施加第二脉冲信号；

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的差值的正或负来调节所述功能材料层的电导的变化并模拟生物神经突触的突触权重调节功能；

通过控制所述第一脉冲信号的频率与所述第二脉冲信号的频率之间的差值为正或负来调节所述功能材料层的电导的变化并模拟生物神经突触的脉冲速率依赖突触可塑性功能；

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的信号差峰值为正或负来调节所述功能材料层的电导的变化并模拟生物神经突触的脉冲时间依赖突触可塑性功能。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述模拟生物神经突触的突触权重调节功能步骤具体为：

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的差值为正，使得所述功能材料层的电导减小，模拟了生物神经突触的突触权重下降功能；

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的差值为负，使得所述功能材料层的电导增大，模拟了生物神经突触的突触权重上升功能。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述模拟生物神经突触的突触权重调节功能步骤还包括：

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的正差值的幅值增强，使得所述功能材料层的电导减小得越慢，模拟了生物神经突触的突触权重下降得越慢的功能；

通过控制所述第一脉冲信号的幅值与所述第二脉冲信号的幅值之间的负差值的幅值增强，使得所述功能材料层的电导的增大得越快，模拟了生物神经突触的突触权重上升得越快的功能。