A novel brain-inspired hierarchical perception-association circuit based on memristor arrays

记忆电阻器 计算机科学 内容寻址存储器 结合属性 联想(心理学) 人工智能 电子工程 人工神经网络 工程类 心理学 数学 纯数学 心理治疗师
作者
Liangyu Chen,Xiaoping Wang,Zhanfei Chen,Chao Yang,Zhigang Zeng
出处
期刊:Aeu-international Journal of Electronics and Communications [Elsevier BV]
卷期号:171: 154918-154918
标识
DOI:10.1016/j.aeue.2023.154918
摘要

In the brain, primary sensory cells can efficiently perceive multimodal stimuli, and then associative memory cells perform an advanced bidirectional associative memory function with perceived information. Here, a brain-inspired hierarchical perception-association circuit based on memristor arrays is proposed. Firstly, a memristive reservoir computing circuit is designed to simulate a low-level perceptual function, which mainly comprises dynamic analog reservoirs, memristor arrays, and analog integrators, enabling efficient spatio-temporal information processing. Secondly, a spiking bidirectional associative memory memristive circuit, as the core of the whole circuit, is proposed to mimic a high-level associative function, which mainly consists of memristor arrays, current amplifiers, and leaky integrate-and-fire neuron circuits, implementing multimodal associative learning. The simulation results in LTspice show that the modified neuron circuit exhibits 66× improvement in energy efficiency, and the proposed circuit can precisely perform the letter association and vision–audio association tasks in a spiking fashion with an average firing energy consumption of 230 pJ/spike, which has a great potential to be embedded in mobile robotic platforms.
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