신경계에서 뉴런은 다른 한 뉴런에 두 개 이상의 시냅스를 통해 연결되곤 한다. 이런 다중 시냅스 연결은 시냅스 가중치를 높이는 것과 마찬가지라고 보는 것이 일반적이다. 본 논문에서는 다른 가능성을 제시한다. 두 뉴런 사이의 다중 시냅스 연결이 시냅스전 (presynaptic) 뉴런으로부터 스파이크 (spike) 입력을 받는 한 시냅스후 (postsynaptic) 뉴런의 반응에 어떤 영향을 주는지 살펴보았다. 다중 시냅스 연결이 있는 경우, 단일 시냅스 연결만 있는 경우와는 다른 입력 패턴에 대해서 시냅스 후 뉴런이 반응했다. 다중 시냅스를 포함하는 경우끼리도 뉴런 상의 연결 위치가 달라지면 또 다른 입력 패턴에 대해서만 반응했다. 이 결과들은 다중 시냅스 연결이 가중치 증가와 다른 역할을 하고, 다중 시냅스 연결을 이루는 각 시냅스의 위치에 따라 신경망의 정보 처리 특성이 달라질 수도 있음을 암시한다.
본 논문에서는 MEBP(Modified Error Back-Propagation) 학습 규칙을 간단한 비선형 회로를 이용하여 구현하였다. 인공 신경 회로망(ANNs : Artificial Neural Networks)은 많은 수의 뉴런을 필요하기 때문에 표준 CMOS 기술을 이용하는 간단한 비선형 시냅스(synapse) 회로는 인공 신경 회로망 구현에 적합하다. 학습회로는 비선형 시냅스 회로. 시그모이드(sigmoid) 회로. 그리고 선형 곱셈기로 구성되어 있다. 학습 회로의 출력은 각 입력 패턴에 따라 유일한 값으로 결정되어진다. 제안한 학술회로를 $2{\times}2{\times}1$과 $2{\times}3{\times}1$ 다층 feedforward 신경 회로망 모델에 적용하였다. MEBP 하드웨어 구현은 HSPICE 회로 시뮬레이터를 이용하여 검증하였다. 제안한 학술 회로는 on-chip 학습회로를 포함한 대규모 신경회로망 구현에 매우 적합하리라 예상된다.
본 논문에서는 양자화 결합 네트워크의 시계열 패턴의 기억 특성을 뉴로-칩 상에서 검토하기 위하여, 결합 하중이 $\pm$1 및 0로프로그램 가능한 네트워크를 설계하고 집적화 하였다. 제작된 칩 사이즈는 2.2mm $\times$2.2mm이며 1.2um CMOS 설계기술을 이용하여 7개의 뉴런과 49개의 시냅스 회로를 내장한다. 측정 결과, 설계된 네트워크는 동적 패턴을 성공적으로 기억한다. 또한, 특정한 리미트사이클을 네트워크에 기억시킬 수 있는 결합 하중의 구성방법을 제안한다. 이 방법은 간단한 결합하중과 정밀도의 관점에서 하드웨어 구성에 유용하다.
본 논문에서는 FNNs(feedforwad neural networks)구현을 위한 새로운 학습 방안을 제안하였다. 제안된 방식은 온 칩 학습이 가능하도록 FNNs와 학습회로 사이에 스위칭 회로를 추가하여 단일패턴과 다중패턴 학습이 가능하도록 구현하였다. 학습 회로는 MEBP(modified error back-propagation) 학습 규칙을 적용하였고 간단한 비선형 시냅스 회로를 이용하여 구현하였다. 제안된 방식은 표준 CMOS 공정으로 구현되었고, MOSIS AMI $1.5\mu\textrm{m}$공정 HSPICE 파라메터를 이용하여 그 동작을 검증하였다. 제안된 학습방안 및 비선형 회로는 향후 학습 기능을 가진 대규모의 FNNs 구현에 매우 적합하리라 예상된다.
목적: 본 연구에서는 발생 중[태어난 지 5일(P5), 10일(P10)] 마우스 망막의 ON-OFF 방향특이성 신경절세포 수상돌기 상에서 NMDA R1 수용체의 시냅스 패턴을 연구하고자 하였다. 방법: ON-OFF 방향특이성 신경절세포는 Lucifer yellow를 주사하여 형태학적 특징으로 동정하였다. 이극세포로부터의 글루타메이트의 흥분성 유입을 확인하기 위해 membrane traffic motor 단백질 마커인 kinesin을 이용하였다. 결과: 본 연구에서 P5, P10의 ON-OFF 방향특이성 신경절세포를 동정할 수 있었으며, NMDA R1의 면역반응반점은 내망상층에서 강하게 나타났다. ON-OFF 방향특이성 신경절세포의 수상돌기상의 수용체의 분포패턴에서 방향특이성을 예측할 수 있는 어떠한 비대칭성도 발견하지 못하였다. 결론: 이극세포로부터의 글루타메이트성 자극유입은 P5, P10 단계에서 모두 균형적으로 유입되며, 방향특이성은 NMDA R1 수용체의 특이적인 패턴에 있지 않음을 밝혔다.
본 논문에서는 단일패턴과 다중패턴 학습이 가능한 FNNs(Feedforward Neural Networks)을 하드웨어로 구현하는데 필요한 학습방안을 제안한다. 제안된 학습방안은 기존의 하드웨어 구현에 이용되는 방식과는 전혀 다른 방식이며, 오히려 기존의 소프트웨어 학습방식과 유사하다. 기존의 하드웨어 구현에서 사용되는 방법은 오프라인 학습이나 단일패턴 온 칩(on-chip) 학습방식인데 반해, 제안된 학습방식은 단일/다중패턴은 칩 학습방식으로 다층 FNNs 회로와 학습회로 사이에 스위칭 회로를 넣어 구현되었으며, FNNs의 학습회로는 선형 시냅스 회로와 선형 곱셈기 회로를 사용하여MEBP(Modified Error Back-Propagation) 학습규칙을 구현하였다. 제안된 방식은 기존의 CMOS 공정으로 구현되었고 HSPICE 회로 시뮬레이터로 그 동작을 검증하였다 구현된 FNNs은 어떤 학습패턴 쌍에 의해 유일하게 결정되는 출력 전압을 생성한다. 제안된 학습방안은 향후 학습 가능한 대용량 신경망의 구현에 매우 적합하리라 예상된다.
뇌파신호는 사람의 생각이나 감정을 가장 현실적인 방법으로 취득하여 해석하고 분석할 수 있는 유용한 정보원이다. 뇌파는 음성인식 이후에 사람과 사람, 사람과 사물, 사람과 컴퓨터 간에 편리하고 가장 자연스러운 초연결(Hyper-Connection) 접속과 통신을 가능하게 하는 유력하고 궁극적인 수단이다. 하지만 뇌파를 두뇌 활동 시 발생하는 신경세포와 신경세포 사이에 형성된 시냅스들의 화학적 활성화에 의한 전자기적 신호 평균의 총합으로만 해석하는 한, 뇌과학에서 이룩한 복잡한 사람의 생각과 감정 패턴과의 연결 해석이 불가능한 한계가 발생한다. 본고에서는 이를 극복하여 뇌파를 미래의 초연결 접속과 통신 수단으로 활용 가능하도록 하기 위한 기술적 가치와 가능성을 재발견하기 위하여 뇌과학에서 밝혀지고 있는 생각과 감정회로와 연동 해석하기 위한 뇌파신호의 처리, 해석 및 응용 기술 동향에 대해 기술한다.
홉필드 네트웍은 패턴 매칭과 더불어 최적화 문제를 푸는 도구로 사용될 수 있다. 특히 Zhang과 Ali는 홉필드 네트웍의 노드를 2차원으로 확장하여 최적화 문제를 해결하였다. 잠재적 브랜치의 총합인 노드의 제곱만큼 뉴런이 필요한 Ali 알고리즘은 탐색 네트워크가 커지면 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 본 논문에서는 Ali의 방식을 개선하여 계산량을 대폭 줄이고 효과적으로 최적 경로를 탐색할 수 있는 방식을 제안한다. 효과적인 최적 경로 탐색을 위하여 2단계로 구분하여 진행된다. 1단계에는 홉필드 네트웍을 2단계에는 eSPN 알고리즘을 사용하여 최적 경로를 탐색할 수 있다. 제안된 방식은 샘플 네트웍을 통하여 최적 경로 탐색이 확인되었으며, Ali 알고리즘보다 빠르고 간단하여 실제 최적화에 적용하기기 용이하다. 특히, 네트웍의 브랜치 비용이 변화할 경우에도 홉필드 네트웍의 연결 시냅스가 아닌 입력 바이어스를 조정하므로 동적으로 변화하는 네트웍의 최적 경로 탐색에도 유용하다.
본 논문에서는 한반도의 지역별 강수량 예측을 위한 신경망 기법을 소개한다. 시계열 패턴 예측 문제에 적용될 수 있는 기존의 다양한 신경망 모델의 특성을 분석하고 이로부터 강수량 예측 문제에 적합한 모델 및 학습 알고리즘을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 모델은 계층적구조의 신경망으로 각 노드의 출력값은 일정기간동안 버퍼에 저장되어 상위계층에 입력으로 작용한다. 본 연구에서는 제안된 모델에 대하여 이중연결형태의 시냅스 구조를 채택하고, 이에 대한 네트워크의 동작특성과 학습알고리즘 등을 정의한다. 이러한 이중연결구조는 기존의 다층퍼셉트론에서 바이어스 노드의 역할을 담당하며, 노드가 갖는 특징들간의 관계를 효과적으로 반영함으로써 기존의 전형적인 시계열 예측 신경망인 FIR(Finite Impulse Response) 네트워크와 비교할 때 학습의 효율을 개선시킨다. 제시된 이론은 월별 및 계절별 강수량 예측 실험에 적용하였다. 신경망 예측기의 학습자료로서 과거 수십년동안 관측된 강수량 데이터와 해수표면온도 데이터를 사용하며 예측 실험결과로부터 제시된 이론의 타당성을 고찰한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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