Memristive Circuit Implementation of Caenorhabditis Elegans Mechanism for Neuromorphic Computing

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作者
Hegan Chen,Qinghui Hong,Zhongrui Wang,Chunhua Wang,Xiangxiang Zeng,Jiliang Zhang
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-12 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tnnls.2023.3250655
摘要

To overcome the energy efficiency bottleneck of the von Neumann architecture and scaling limit of silicon transistors, an emerging but promising solution is neuromorphic computing, a new computing paradigm inspired by how biological neural networks handle the massive amount of information in a parallel and efficient way. Recently, there is a surge of interest in the nematode worm Caenorhabditis elegans (C. elegans), an ideal model organism to probe the mechanisms of biological neural networks. In this article, we propose a neuron model for C. elegans with leaky integrate-and-fire (LIF) dynamics and adjustable integration time. We utilize these neurons to build the C. elegans neural network according to their neural physiology, which comprises: 1) sensory modules; 2) interneuron modules; and 3) motoneuron modules. Leveraging these block designs, we develop a serpentine robot system, which mimics the locomotion behavior of C. elegans upon external stimulus. Moreover, experimental results of C. elegans neurons presented in this article reveals the robustness (1% error w.r.t. 10% random noise) and flexibility of our design in term of parameter setting. The work paves the way for future intelligent systems by mimicking the C. elegans neural system.
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