Устройство для моделирования адаптивного нейрона

 

: k)etCJtEYIHa E

Q Д (нблф1ен фф Е 1 56ф ЗО6

ИЗОБРЕТЕНЯя,, Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОИЖОМУ СВИДЕеЕЛЬСТВЮ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.05.75 (21) 2138808/24 (51) М. Кл, С 066 7/60 с присоединением заяаки ¹â€”

Гасударственнв и комитет

Совета 11инистров СССР ва делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.07.77. Бюллетень ¹ 26 (45) Дата опубликоьания описания 28.11.77 (53) УДК 681.383 (088.8) (72) Авторы ,изобретения

С. H. Гринчеико и С. Л. Загускии

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АДАПТИВНОГО

НЕЙРОНА

УcTpokktcTIBo мо жет найти применоноте в биснике, .в частности, гри создании упра вляющих систем ро ботов.

Известно устройство для воспроизведения функциональных GDQIIcTB HCHpclFIB, принц "и действия которого основан на преобразоваklètè энергии, п олучае мой от некото рого источника (1).

Известное устройство не обеспечивает воспроиаведения функциональных изменений ней роиа tH аче он1н опо холмика.

Наиболее бл изиим по технической сущ ности к ра соматри ваемоиу является устройство для моделирования ада птивного нейрона, содержащее .регулируемый источник энергии, вход которого соединен с выходом успройства, а выход — с входом функционального лре образователя, подключенного к выходу блока п р о cT p BIFItcTB p H Fko -Bp 6vi ptH HÎTÎ су м м и р о)В а1н ия, каналы тормозящего сигнала и ка налы возбуждающего сипнала (2). Это устройство не обеспечивает воспроизведения энергетических и функционалыных механизмов лабилыных и стабильных входных реа кций, проявления которых .на блюдаются в цитохим ичеаких э кспер и м ент ах.

Целью изоб ретения является расширение функциональных возможностей модели нейPOtHB.

Поставленная цель достигаепся тем, что в устройство введены каналы оптимизируемого сигнала tH олок управления коэффициента ми чув"твительности, соответствующими входами соединенный с выходом блока пространстве н5 но-временного суммирс вания, выходом функционального преобразователя, с входом и выходом, регулируемого источника энергии. Причем каждый канал оптимизируемого сигнала содержит o.aoH уtIH02ipHHFI, первый Bxo KoTQ1о рого соединен с оптимизируемым,входоы устройства, второй вход — с соответствующим выходом блока управления коэффициентами чувствительности, а выход — с соответст вующим входом блока пространственно-вре|мен

15 ного суммирования, и дополнительный регулируемый источник энергп и, вход которого подключсн к соответствующему оптимизируемому входу ycTpokkcòtçB, а выход — к третьему входу блока умножения. Каждый канал

2р возбуждающего сигнала содержит бло к фор iHpования коэффициента чувствительности, подключенных к соответствующему выходу блока управлеооия коэффициентами чувствительксгстн, допхгнителыный рег л .г,;смь1й

25 точник энергии, соединенный с соответствующим возбуждающим входом устройства, и блошек уYiíoÿåkkèÿ, к входам которого соответствекно подключены соответствующий возбуж дающий вход устройства, выход дополЗО нительного регулируемого источника энергии

3 и выход блока формирования коэффициента чувствительности, а выход соединен с соответствующим входом блока пространственновременно го суммирования.

Каждый канал тормозящего сигнала соДЕРжИт OJIOIK фО РМИРОВаНИЯ КОЭффИЦИЕНт З чувствительности, подключенный к соответствующему .выходу блока управления коэффициента|ми чувствительно сти, дополнительный функциональный преобразователь, соединенный первым входом с соот ветствующ им тормозящим входам устройства, вторым входом с выходом устройства, а выходом с входом второго дополнительного функционального преобразо|вателя, до полнительный,регулируемый источник энергии, подключенный к выходу второ го функционального иреобразовате

1ая, и блок ум ножени я, входы которого соединены с выходом блока фо рм и рования коэффиц иента чулствительноспи, выхо до м первого дополнительно го функцио нального преобразователя и выходом дополнительного регули руемого источника энергии соответственно, а выход блока умножения подключен к соответ ст вующему вхо ду блока пространствепп»временного суммирования.

На чертеже изображена бло к-схема предлагаемого устройства.

То р мозяш ие .входы 1 устройства под ключены к,канала м 2 тормозя щего сипнала, каждый из которых содержит дополнительный фуикциональный преобразователь 3, блок 4 умножения,,второй дополнительный фун1кциональный преобразователь 5, дополнительный регули руемый источник 6 энергии и блок 7 форм иро ван ия коэффицие|нта чувствительности.

Во збуждающие входы 8 устройства подключены к каналаи 9,возбуждающего сигнала, .каждый из кото рых содержит блок 10 умножения, допол нительный .регулируемый источник 11 энергии и блок 12 формирования коэффициента чу1вств ительности. Оптимизируемые входы 13 устройства подключены к каналам 14 оптимизируемого сигнала,:каждый из которых содержит блок 15 умножения и дополнительный регулируемый истории к 1,6 энергии. Кроме то го, у1сгройство имеет озябшие для всех ка нало в блэк 17 пространст венновременного сумм иро вания, регулируемый источник 18 энергии, функциональ ный преобра зователь 19 и бло|к 20 управления коэффициентами чувствителыности (потоки энергии на схеме обозначены двойными стрелками) . Пр инцип ра боты предлагаемого устройства состоит в следующем.

Сигнал х, поступающий па тормозящий вход 1 нейрона,,п риходит на вход фу кцизнального преобразователя 3, реал изующего функцию х,= Р1 (х,— у) Г (х,— у) I где у — выходной сигнал нейрона.

à — единичная функция Хэвисайда.

Сигнал х,, кото рый можно назвать эф565306

65

Зо

4 фективным входным сигналом, воздействует на |вход функц|ионального преобразователя 5, реализующего функцию х,=т, (° х, ° Г

Функциональный цреобразователь 5 осуществляет неидеальное,дифференцирование, цри подаче на |него сту пенчатой функции задний фронт дифференцирующего импульса сильно растянут.

Под воздействием сигнала х, в источнике 6, характеризующемся весьма малой инерционностью срабатывания, генерируется энергия Е „, неооходимая для уоиления эффективного вхо дно го сипнала х, . В блоке 4 энергия Е,, эффективный входной сигнал х, т и коэффициент а,. чувспвительности соот взтствующего входа (слабо меняющийся опорный сигнал, фо|рмирующийся в блоке 7) перемножаются. Результирующий сигнал поступает на один из входов блока 17 пространствепно-временного суммирования, где суммируются сигналы со всех, входных каналов устройства.

Си гнал х,, поступающий на,возбуждающий вход 8 устройспва, приходит непосредственно на источн ик 1 1 энергии, хара ктери зующийся значительной инерционностью срабатьгва ния, и вызывает генерацию энергии Е„ необходимой для усиления этого выходного сигнала. B блоке 10 энергия Е,-, входной сигнал х, и коэффициент с.. чувствительности:соответствующего lBxopa (слабо меняющийся о порный сигнал, формирующийся в блоке 12),перемножаются. Результирующий сигнал, поступает на один 1и з входов блошка 17 пространственно- временного суммирования.

Гла вной о собенностью оптимизируемого канала 14 устройства BBJIIIBTся лабильность его реакции на приходящее по оптимизируемому входу 13 IBo3pcH cTIBHQ х - . Это воздействие по сту1пает на источник 16, в котором генерируется энергия Е, необходимая для уСИЛЕН Ия BXOJrHOirO СИГНаЛа Х опт . В бЛОКЕ 15 энергия Е,, входной сигнал хоп и переопт

МЕННЫЙ КОЭ ффиЦИЕНТ R опт ЧУ ВСТВИТЕЛЬНОСТИ соответствующего:в хода геремножаются. Результат посту пает на один из входа в блока 17 иространст1венно-временного суммирования.

Именно характер изменения коэффициенга акоп. yBCIIBHTCJrbHOCTH И ОПРЕДЕЛЯЕТ РЕаКцию канала 14 оптимизируемого сигнала па пришедшее на него воздейст вие. За кон изменения .коэффициента а,:„çà äàåò блок 20 упра вления коэффициентами чувствительности, с yrrrccTвляющий поиок таких значений коэффиц иентов аоот . которые через их влияние па другие внутренние переменные, в конечном счете, доставили бы м инимум некоторой функции Q.

Эта функция за висит от энергии Е,п, затрачи ваемой на осуществление фуикциональ565306

Ili5

Зо

Аналогично

Устройство для моделирования ада птивпого нейрона, содержащее регулируемый источиик эпэргии, вход которого соединен с выходом устройства, а выход — с входом функционального,преобразователя, подключенного к вы ходу блока пространственно-в ременного суммирования, каналы тормозящего сигнала и каналы возблидающего оигнала, о тл и5 ной а ктивпости нейро на (генерируется в источнике 18), уровня суммарного .входного сигнала х... возникающего на выходе блока 17 прэстранстввнно-временното суммирования, и уравня,выхсднэго сигнала у, Кроме тото, блок 20 осуществляет параметрическое влияние (соот ветст венно р, и р„) на блоки 7 и

12 форми рсвания коэффициента чувств ительности в каналах 2 и 9 тормозящего и возбу кдающего сигнала, которое имеет своей целью достижение минимума той же функции

Q=Q Х (E, х,„., yI.

Необхэдимо указать, что выходной сиг нал у вырабатывается функциональным .преобразо вателем 19, реализующим зависи1мость у = 6(-» „., Ey ), т. е. преобразующим х„ в выходной оигнал, пр ичем параметром этого преобразования служит величина энергии

Е,),$ = 61 (y ($ — 1,..., S — k), где $ — дискретное время, k — целое положительное число.

Аргументы фувкции 6 существенно,влияют и на тактику итеративно;о .поисковоголроцесса оптимизации, т. е. на закон изменения коэффициента итерации, величина поискового ша га) ср

Лк„„(S) = q) (х,„(S — 1,..., S — kl), /

y ($ — 1,..., S — kg) ) U Q Е ф ($- 1) ((x on X

X (S — 1), N (S — 1) (n() S — 1)) y (S — I) X

X (cc опт ($ — 1)). — >

МЯ = х(х,, (S — 1,..., S — А), y (S — 1,..., S — k))

Л

x v Q IE (s — 1) (Р (s — 1),: „. (s — 1! х х ((3 (s — 1), у ($ — 1) (P (s — 1)).

Таким образом, введение указа нных блоков,и соответствующих связей,позволило вэсароизвести наблюдаемый в цитохимических экспериментах энергетический и фун кциональный меха низм лабильных и стабильных (возбуждение либо торможение) вхсдных реакций нейрона, т. е. обеспечило расширение функциональных возможностей уст!ройсвва.

Формул а изоб р е тени я ч а ю щ е е с я твм, что, с целью расширения фуикциональных возможностей, оно содержит каналы оптимизируемого сигнала и блок улра вления коэффициентами чувствительности, соответствующим и Bxopами соединенный с выходом блока прэстранспвен но-временного суммирования, выходом функционального преобразователя, с вхадом и выходом регулируемэго источника энергии, причем каждый канал оптимизируемэго оигнала сэдержит блок умножения, первый вход которого соединен с оптимизируемым вхэдом устрой«лва, BTolpoH вход — с соответствующим выходом блэка упрнвления кээффициентами чувствителыности, а выход — с соответствующим входом блэка пространственно-временного суммирэва1ния,,и дополнительный регул ируемый источник энергии,,вход которого подключен к соответсввующему эппимизируемому входу устройства, а выход — к третьему .входу блока умножения, каждый канал возбуждающего сигнала содержит блок формирования коэффициента чувствительности, подключенный к соответствующему выходу блока управления коэффи1циентамн чувствительности, .даполнительный регулируемый источник энергии, соединенный с coo T âåòñòâóþùèì возоуждающ им входом устройства, и блок умножения, к вхо да м которого соопветственяо подключены ooo òBåòcTlBóþùèé возбуждающий вход устройcTIBB, выход дополнительного регулируемого источника энергиями и,выход блока формирования коэффициента чувствительности, а выход соединен с соответствующим входо м блока простора истов енно- временного су м мирования, каждый канал то рмо зящего сигнала содержит блэк формирэвавия коэффициента чувствительности, подключенный к соответствующему выходу блока управления коэффициентами чувствительности, вербовый дополнительный функциональный преобразв тель, соединенный первым входом с соответствующим тормозящим входом устройства, вторы м входом с выходом устройства, а выходом с входом второго дополнительного функционального преобразователя, до полнительный, регулируемый источник энергии, подключенный к выходу .BTolpcãо функционального преобразователя, и блок умножения, входы которого соединены с выходом блока фо,мирования еоэфф ициента чупс пвительнэсти, выхсдом первого до полнительного функционального .преобразователя и выходом дополпительного регулируемого источника энергии соот ветспвенно, а выход блока умножения пространсввецно-в ременного сум миро вания.

Источники информации, 1. вт принятые во внимание при эксперти р зе

Авторское свидетельство № 494752, кл. G 06G 7 60, !975.

Авторское свидетельство № 224892

2 кл. G 06G 7/60, 1968.

565306

Составитель И. Загорбыыына

Техред 3. Тараненко Корректор Т. Добровольская

Редактор Т. Юрчнкова

NOT, Загорский филиал

Заказ 6247 Изд. № 583 Т ираж 818 Подписное

НПО Государственного комгитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5