什么是脉冲时序依赖可塑性STDP呢

Spike Timing Dependent Plasticity-STDP

脉冲时序依赖可塑性是Hebb学习的时间不对称形式，由突触前后神经元脉冲紧密的时间相关性引起。Hebb学习提出如果两个神经元常常一起活动，则二者的联系会增强。

STDP则是进一步提出，两个神经元之间的活动，如果其他神经元的信息在本次活动产生之前，则两神经元之间的连接会增强。如果神经元本身产生活动之后才接受其他神经元传来的信息，则两神经元之间的连接会减弱。

也就意味着当突触前脉冲先于突触后脉冲到达时（pre-post spiking），能够引起长时程增强（LTP）；当突触后脉冲先于突触前脉冲到达时（post-pre spiking），能够引起长时程抑制（LTD）。

网上有另一个形象的例子就是：如果你每次跳完一段新疆舞后，就给狗食物吃，狗在看你跳舞时便会认为离吃食物不远了而留口水；但是如果每次你在给狗吃东西之后才跳一段新疆舞，那么狗就会认为你有病，大倒胃口，“控制”流口水的神经元与传递你跳新疆舞的神经元之间的连接就被减弱啦。

以突触前后动作电位的时间相关函数标定的突触的变化称为STDP函数或突触类型的学习窗和变化。带有脉冲相关时序性质的STDP函数的快速变化表明在毫秒尺度上进行时间编码方案的可能。

在典型的STDP实验中，突触是通过注射短电流脉冲使突触后神经元发射脉冲不久之前或之后，刺激突触前神经元来激活的。突触的权重是以突触后神经元电势的幅值来衡量。突触权重的变化由突触前脉冲的到达和突触后的激发的相对时序的函数来表示。

值得注意的是，不同的突触具有不同形式的STDP函数。和其他的突触可塑性相比，STDP特别具有吸引力是因为它被认为是生物可解释的。在生物的大脑中，动作电位经常非常精确的定时于外界的刺激，尽管并不是所有的脑区和细胞类型都是如此。

下面我想举一个文献中晶体管突触模拟STDP的例子，在三端电控晶体管突触中，栅电极一般作为施加电刺激的突触前电极，源漏电极中间的沟道层可认为是突触后膜，突触信号通过沟道传导，而传导信号由突触前电极进行调节。在这个过程中，信号的处理和传输是并行进行的，这与生物神经系统的信息处理相似，也是三端晶体管突触的优势之一。

摘取之前有一篇公众号里面关于晶体管突触STDP的测试结果如下：

有没有看到这两张图会跟我有一样的疑问：为什么模拟STDP居然要用到两个晶体管突触？这结果又是什么意思？激励信号又是怎么加上去的？

我猜想用到两个晶体管突触来模拟STDP是因为这篇文章提出的单个晶体管突触不能模拟STDP。作者将突触前脉冲和突触后脉冲定义为在第一和第二个突触晶体管上所加的光刺激信号。具体的定义和计算如下：

通过上述公式，我们好像可以模仿着怎么去测试晶体管突触的STDP特性，但是让我们再仔细回忆下，这个STDP的结果和之前STDP的分析有什么关系呢？说到底这个STDP结果只论证了间隔时间对于权重的影响，但是时间的先后顺序对于权重的抑制效果我没看到呀（有人理解了可以私信跟我分享呀）。所以利用两个晶体管整这么一出的意义到底在哪里？

话说回来其实我挺希望大家互相帮助一起学习的，就比如我还没算对上一篇文章里的功耗，就没有算对的小伙伴可以私信下我么？？？！！！

已有一定基础的高阶学习者可以继续参考（没看懂）：Spike-timing dependent plasticity - Scholarpedia，中文翻译版本：SNN系列｜学习算法篇(6)脉冲时序依赖可塑性STDP_Tianlong Lee的博客-CSDN博客_脉冲时间依赖可塑性

审核编辑：刘清