A neuromorphic physiological signal processing system based on VO2 memristor for next-generation human-machine interface

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作者
Yuan Rui,Pek Jun Tiw,Lei Cai,Zhiyu Yang,Chang Liu,Teng Zhang,Ge Chen,Ru Huang,Yuchao Yang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39430-4
摘要

Abstract Physiological signal processing plays a key role in next-generation human-machine interfaces as physiological signals provide rich cognition- and health-related information. However, the explosion of physiological signal data presents challenges for traditional systems. Here, we propose a highly efficient neuromorphic physiological signal processing system based on VO 2 memristors. The volatile and positive/negative symmetric threshold switching characteristics of VO 2 memristors are leveraged to construct a sparse-spiking yet high-fidelity asynchronous spike encoder for physiological signals. Besides, the dynamical behavior of VO 2 memristors is utilized in compact Leaky Integrate and Fire (LIF) and Adaptive-LIF (ALIF) neurons, which are incorporated into a decision-making Long short-term memory Spiking Neural Network. The system demonstrates superior computing capabilities, needing only small-sized LSNNs to attain high accuracies of 95.83% and 99.79% in arrhythmia classification and epileptic seizure detection, respectively. This work highlights the potential of memristors in constructing efficient neuromorphic physiological signal processing systems and promoting next-generation human-machine interfaces.
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