在单个忆阻器中实现Bienenstock-Cooper-Munro规则

《Nature Communications》：Realization of the Bienenstock-Cooper-Munro rule in a single memristor

　　

摘要

神经形态计算旨在构建能够模仿大脑卓越效率与适应能力的电子系统。大脑的一个关键特性是稳态可塑性，它能够稳定神经活动；Bienenstock–Cooper–Munro（BCM）规则通过根据过去的活动调整神经元的敏感度阈值，精准地描述了这一现象。然而，在突触器件中实现这一稳态规则仍面临挑战。我们发现，CuInP?S?忆阻器能够自然实现完整的BCM规则。研究表明，该器件自身的结电容会产生反向脉冲，进而引发与脉冲频率相关的电导下降，再加上二阶离子动力学效应，共同实现了BCM规则的关键特征。通过模拟实验，我们证明在传统忆阻器中加入类似的电容也能使这种行为得以体现。最后，我们基于这一策略构建了一个物理储层计算系统，该系统具备强大的抗噪声能力，可实现时空处理功能。这项工作为在硬件中实现自适应稳态可塑性提供了可行途径，从而提升了神经形态系统的可靠性。