Synchronisation in memristiv pulse-gekoppelten Oszillatornetzwerken – Experimente

• Antragsteller: Professor Dr. Hermann Kohlstedt; Professor Dr. Martin Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239767484

Die Synchronisation feuernder neuronaler Ensembles wird als ein wichtiger Baustein betrachtet, um höhere Gehirnfunktionen wie Wahrnehmung oder Bewusstsein zu erklären. Das damit eng verbundene und in den Neurowissenschaften als „Bindungsproblem“ bekannte Phänomen, stellt die Frage, wie das Gehirn, verschiedene Merkmale, wie z.B. Farbe und Form eines Objektes identifiziert und als eine Einheit erkennt. Feuernde Neuronen können elektronisch durch Relaxationsoszillatoren nachgebildet werden. Basierend auf programmierbaren Unijunction-Transistoren (PUTs) und Operationsverstärkern soll die nicht lineare Dynamik, d.h. Phasenportraits, Bifurkation Phasenantwortkurven von zwei und von Ensemble aus Relaxationsoszillatoren untersucht werden. Wichtige, aus der Biologie motivierbare Mechanismen, wie eine Poisson-Verteilung der neuronalen Feuerraten, so wie die Signalretardierung und eine variable Kopplungsstärke sollen durch Verzögerungsleitung und einer memristiven Kopplung nachgebildet werden. Während diskrete Oszillatornetzwerk zum Verständnis der fundamentalen Mechanismen aufgebaut werden, sollen höhere integrierte Schaltungen in einer 250 nm CMOS-Technologie gefertigt werden. Darüber hinaus ist ein Ziel die dynamischen Prozesse mit der topologischen Struktur des hippocampalen Schaltkreises zu verbinden und damit zeitlich variable, rekurrente Netzwerke zu untersuchen. Hierzu steht zudem ein Netzwerkemulator zur Verfügung, der es erlaubt einzelne memristive Bauelemente innerhalb verschiedener Schaltungstopologien und Netzwerk induzierten Dynamiken zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2093: Memristive Bauelemente für neuronale Systeme