Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Chapitre II : circuits analogiques élémentairesNous avons déjà présenté l'élément permettant de réaliser ce type d'opération : l'interrupteuranalogique (paragraphe 3.6.1).Nous utiliserons donc des transistors MOS pour commuter tensions et courants, lescontraintes sont cependant différentes de celles à prendre en compte pour la conceptiond'échantillonneurs-bloqueurs. Ici l'utilisation est statique, le réseau est formé puis l'état desinterrupteurs n'est pas modifié, l'injection de charge ne présente donc pas de problème. Lacontrainte principale est simplement la plage de conduction de ces éléments.Nous présentons un exemple de réalisation utilisant ce système pour ajuster la topologie auchapitre III avec le circuit "fpca-r".4. SYNTHESE DES DIFFERENTES CONDUCTANCES IONIQUES.Nous allons maintenant présenter l'arrangement des opérateurs qui viennent d'être décrits telqu'il est nécessaire pour la réalisation des différentes conductances ioniques composant lesneurones artificiels que nous utilisons dans nos circuits.Les mémoires analogiques et les circuits de gestion de la topologie du réseau sont considéréscomme des périphériques du simulateur analogique de neurone, leur étude est donc renvoyéeau chapitre III avec la présentation des différents circuits réalisés.4.1.Structure générale.V memV seuilm V pentemsigmoïdemV tauméqua. diff.C taummpuissanceVg ionV>Ih q. m pg ion .h q. m pV mem E ionV>Isigmoïdehéqua. diff.hI ion =g ion .h q. m p. (V mem - E ion )C tauhV seuilhV pentehV tauhFigure 2-25 : schéma-bloc du circuit de résolution analogique des équations d'uneconductance ionique conformément au formalisme de Hodgkin et Huxleyp qI g .m .h .(V E ) .ionionmemion77
Chapitre II : circuits analogiques élémentairesLa structure complète d'une conductance ionique, conforme au formalisme de Hodgkin etHuxley, est présentée par la figure précédente. Nous pouvons détailler l'ordre des opérateursutilisés :Valeurs asymptotiques de l'activation m et de l'inactivation h : elles sont obtenues avecle circuit de synthèse de sigmoïde (paragraphe 3.4) qui génère un courant de sortiecompris dans l'intervalle [0, I 0 ], avec I 0 = 2 A.Chaque sigmoïde comporte deux paramètres, Pente et V seuil , réglés par des tensions.La résolution des équations différentielles du premier ordre est ensuite obtenue grâce aucircuit décrit au paragraphe 3.5. Avec cette implémentation, la constante de temps estindépendante du potentiel de membrane. L'équation décrivant cette fonction (1.17) seraiten effet fort complexe à mettre en œuvre et les simulations numériques et l'expérience dugroupe ont montré que cette approche permettait d'obtenir des résultats suffisants. C'est laseule approximation que nous ayons consentie au formalisme.La constante de temps est fixée par un condensateur externe C et est modulée par latension V tau appliquée à l'atténuateur A.Les courants résultants sont multipliés et élevés à la puissance par un bloc unique dérivédu multiplieur log-antilog (paragraphe 3.3.2). Le produit normalisé est aussi compris entre0 et I 0 .Un autre multiplieur log-antilog permet d'obtenir le produit du courant m p .h q et d'uncourant provenant d'une paire entrecroisée qui modélise le paramètre de conductancemaximalegion. Le produit, de nouveau normalisé par I 0 , varie maintenant entre 0 et gion.Le seul paramètre réglable,degiongiongion, est ajusté par une tension. Notons que la plage de réglageest aussi fixée par le rapport de trois miroirs de courants, un premier situé à l'entréede ce bloc, un deuxième à sa sortie et enfin un troisième à la sortie de la conductance.Compte tenu des rapports de chaque miroir, nous obtenons ainsi trois gammes dex2 et x18.gionx1,Un multiplieur de type "beta-immune" (paragraphe 3.3.1) assure la dernière multiplicationentre le courant unipolaire qui représente gionla conversion de (V mem -E ion ) par une paire entrecroisée..m p .h q et le courant différentiel provenant de78
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