Устройство для моделирования условного рефлекса

 

1 >1 5 90772

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ к ьв товсиомм свидиильствм

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву 429434

: (22) Заявлено 16.10.75 (21) 2182874/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.78. Бюллетень № 4 (51) М. Кл г б 066 7/60

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 681.325(088.8) оо делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 14.02.78 (72). Автор изобретения (71) Заявитель

С. А. Попоа

Казанский: ордена Трудового Красногв Знамени государственный университет имени В. И. Ульянова (Ленина) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УСЛОВНОГО

РЕФЛЕКСА

Данное изобретение относится к области моделирования нервной системы. Оно может быть использовано в моделях нервной системы, а также в абучающихся классификаторах и в обучающихся системах управления, предусматривающих автоматический режим и режим ручного управления.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство по авторскоиу свидетельству № 429434, содержащее ассоциативный запоминающий блок, входы региетра ввода признаков и ввода основной информации которого подключены ко входам устройства, и ассоциативный постоянный запоминающий блок, вход регистра ввода прижаков которого соединен с выходом регистра вывода основной информации ассоциативного запоминающего блока, причем выход регистра ввода основной информации ассоциативного запоминающего блока подключен через диодный элемент к выходу регистра ввода признаков ассоциативного постоянного запоитинающего блока (Ц.

Такое устройство условные рефлексы второго и более высокого порядка не моделирует.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно моделирование условных рефлексов второго и более высокого порядков, 2

Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования условного рефлекса по авт. св. № 429434 вводят блок прямой и обратной связи, которые содержат модели нейронов с возбуждающими и тормозящими входами, причем возбуждающие входы моделей нейронов блока прямой связи соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи, с соответствующими входа10 ми ассоциативного постоянного запоминающего блока и являются входами устройства, тормозящие входы моделей нейронов блока прямой связи и возбуждающие входы моделей нейронов блока обратной связи соединены с

15 соответствующими выходами ассоциативного запоминающего блока, входы которого соединены соответственно с выходами моделей нейронов блоков прямой и обратной связи.

Вследствие связи выходов ассоциативного

20 запоминающего блока с его же входами через блок обратной связи оказывается возможным опрос этого блока информацией, считываемой из него же. Это позволяет моделировать условные рефлексы второго и более высо25 кого порядков. В результате взаимотормозящей связи групп моделей нейронов блока прямой связи с группами моделей нейронов блока обратной связи информация на выходе этих блоков может отличаться как от инфорЗ0 мации, поступающей на входы устройства, 3 в целом, так и от информации, поступающей на входы блока обратной связи.

Таким образом, оказывается возможным моделировать зависимость реакции нервной системы на сигнал извне от образа, перерабатываемого в данный момент памятью.

Используя в предлагаемом устройстве ассоциативные запоминающие и ассоциативные постоянные запоминающие блоки с упорядоченной выборкой по признаку сортировки можно моделировать также условнорефлекторную деятельность с заторможенным эффекторным концом и переход ее в рефлексы с незаторможенным эффекторным концом.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Она содержит блок 1 прямой, блок 2 обратной связи, модели нейронов 3, ассоциативный запоминающий блок 4 и ассоциативный постоянный запоминающий блок 5. Возбуждающие входы моделей нейронов обозначены стрелками, тормозящие входы моделей нейронов — черными кружочками. Поскольку возбуждающие входы моделей нейронов. блока

1 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока 2, а возбуждающие входы моделей нейронов блока 2 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока 1, информация, проходящая через блок 1, препятствует прохождению информации через блок

2 и наоборот. Возбуждающие входы моделей нейронов блока 1 являются входами устройства, Выходы моделей нейронов блока 1 и выходы моделей нейронов блока 2 соединены со входами ассоциативного запоминающего блока 3. Входы устройства соединены также со входами ассоциативного постоянного запоминающего блока 5, Выходы ассоциативного запоминающего блока соединены со входами ассоциативного постоянного запоминающего блока и с возбуждающими входами моделей нейронов блока обратной связи 2. Выходы блока 5 являются выходами устройства.

В ячейках накопителя ассоциативного постоянного. запоминающего блока 5, в их признаковой части в процессе изготовления блока

«записывают» признаки безусловнорефлекторных раздражителей — определенные комбинации сигналов, а в основной части ячеек— информацию об ответных реакциях на каждый из этих раздражителей и таким образом ассоциативно связывают признаки безусловнорефлекторных раздражителей с - комбинациями сигналов, моделирующими ответные эффекторные реакции нервной системы.

А. В режиме образования условного рефлекса первого порядка на входы. устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую индифферентный раздражитель. То есть подают комбинацию сигналов, отличную от. любой из тех, что хранятся в.признаковой части ассоциативного постоянного запоминающего блока 5. Сигналы проходят через модели нейронов 3 блока прямой связи 1 в ассоциаруживается соответствйе, считывается информация. Она имитирует эффективную реакцию животного, на выходе устройства появляются соответствующие сигналы.

При этом возможно моделирование пороговых закономерностей,- если используется ассоциативная память с упорядоченной выборкой. Так, в ассоциативной памяти, в которой сигналы считываются только из тех ячеек, в которых признак сортировки меньше или равен какому-то определенному признаку сигна30

35 лов, поступающих на входы устройства; этот признак может считаться порогом. В частном случае таким признаком может быть амплитуда электрических сигналов. Признаком сор40- тировки может быть определенное числом, за,писанное в определенной части . признаковай части ячеек. Изменяя признак сортировки в ассоциативном постоянном запоминающем устройстве, в частном случае устанавливая an45 ределенный порог срабатывания пороговых .элементов, мы можем настраивать, каждую

-ячейку, моделируя таким образом изменение . возбудимости нервных центров, изменение

- амплитудных или информационных порогов б0- нервных центров.

Затем. на. входы .устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую подкрепление .или неподкрепление или «наказание» .ассоци- ативной связи. Эти сигналы через блок пря53 -мой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающий. блок 4 в две «работавшие» перед этим ячейки и соответствующим образом изменяют один из признаков каждой- из записанных в эти ячейки информации, а именно тот, который предназначен для сравнения с признаком. сортировки.

Б. В режиме проявления.условиого : рефлекса:второго порядка на входы устройства пода- ют комбинацию сигналов, подававшуюся на них ранее в режиме образования условногс

4. тивный.. запоминающий блок 4 и записываются в одну из свободных ячеек этого блока.

Эти сигналы проходят также в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5, в котором происходит операция логического сравнения их с признаками безусловнорефлекторных раздражителей; Соответствие этих сигналов с признаками в блоке 5 не обнаружива.ется; и-поэтому на выходе устройства (на вы10 ходе блока 5) нет никаких сигналов.- -.

Затем на входы устройства подают комбинацию сигналов; имитирующую безусловнорефлекторный раздражитель, т. е. совпадающую с одной из хранящихся в признаковой

15 части ячеек блока 5.

Сигналы проходят через блок 1 в ассоциативный запоминающий блок 4 и записываются в следующую ячейку. Кроме этого, они проходят в ассоциативный постоянный запо-20 минающий блок- 5 и в результате операции обнаруживается их соответствие признакам одного из безусловных раздражителей. Из ячейки, в признаковой части которой обнарефлекса первого порядка и имитировавшую ийдифферентный раздражитель.

Эти сигналы через блок прямой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающий блок 4 и в нем происходит операция логического сравнения их с сигналами,- записанными ранее.

В результате этого сравнения отыскивается ячейка с соответствующей информацией и считывается информация из следующей за ней по порядку. Для такого считывания необходимо, чтобы выходы элементов соответствия каждой ячейки были соединены с шиной считывания по порядку ячейки. Поскольку в ячейке, следующей за той, в которой была записана информация, имитировавшая ранее индифферентный раздражитель, записана инф6рмация, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель, из блока

4 считывается информация, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель. Одновременно считывается информация (признак), сигнализирующая о наличии или отсутствии в прошлом подкрепления или наказания данной ассоциации.

Информация, считывающаяся из ассоциативного запоминающего блока 4, поступает в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5. В нем производится операция логического сравнения и если определенная часть этой информации с6ответствует одному из безусловнорефлекторных раздражителей (а это должно- быть так) и другая ее часть больше или равна признаку сортировки, на выходе блока 5 появляются сигналы, имитирующие эффекторную реакцию.

Если налицо эта эффекторная реакция, комбинация сигналов, подававшаяся ранее в режиме образования условного рефлекса на входы устройства -как индифферентный раздражитель, не является более индифферентной, она теперь имитирует раздражитель условного рефлекса первого порядка.

После появления эффекторной реакции экспериментатор подает на входы устройства комбинацию сигналов, имитирующую подкрепление или неподкрепление или «наказание». Эти сигналы через блок прямой связи .l..ïîñòóïàþò в- ассоциативный запоминающий блок и в работавшей только что в режиме считывания ячейке производят. -со6твететвующие изменения того признака, который сравнивается с признаком сортировки в ассоциативном постоянном запоминающем блоке 5.

В. Режим образования условного рефлекса второго порядка.

В этом режиме на входы устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую индифферентный раздражитель. Через блок прямой связи 1 она поступает в блок 4. Производится запись ее в одну из свободных ячеек ассоциативного запоминающего блока 4.

Затем на входы устройства подают комбинацию сигналов — раздражитель условного рефлекса первого порядка. Она проходит че590772

6 рез блок прямой связи 1 в блок 4, производится ее запись в следующую ячейку блока

4, и одновременно опрос всех других ячеек этого блока — операция логического сравне5 ния. В результате этой операции отыскивается ячейка, в которой ранее была записана такая же комбинация сигналов, и считывается информация из следующей за ней ячейки, т. е. из той, в которой был записан «безусловно10 рефлекторный раздражитель».

Эта информация, как и в описанном выше режиме 2, вызывает ответную реакцию ассоциативного постоянного запоминающего блока 5 — появление на его выходе сигналов, 15- имитирующих эффективную реакцию.

Затем подают на соответствующие входы устройства сигнал подкрепления или наказания.

Г. В режиме проявления условного рефлек20 са второго порядка.

На входы устройства подают сигналы, подававшиеся первыми в описанном выше режиме 3. Тогда они еще были индифферентными.

Теперь они записываются в очередную сво25 бодную ячейку блока 4 и одновременно в результате операции логического сравнения определяется ячейка, в которой они ранее были записаны, и выводится информация из следующей за ней ячейки.

30 Таким образом, в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 из блока 4 поступает комбинация сигналов — раздражитель условного рефлекса первого порядка. Так как в признаковой части ячеек блока 5 нет

35 совпадающей с ней комбинации сигналов, она не соответствует ни одному из признаков безусловнорефлекторного раздражителя, на выходе блока 5 не появляется никаких сигналов.

40 Однако одновременно «раздражитель условного рефлекса первого порядка» поступает на возбуждающие входы моделей нейронов 3 блока обратной связи 4. Одновременно она поступает на тормозящие входы моделей ней45 ронов блока прямой связи 1, препятствуя прохождению сигналов со.входов устройства через блок 1. Выходы моделей нейронов 3 блока 2 соединены со входами ассоциативного запоминающего блока 4.

50 Таким образом . «раздражитель условного -рефлекса--.первого- йорядка»; - -блокируя- прохождение сигналов через блок 1, поступает через блок обратной связи 2 либо полностью, либо в несколько редуцированном виде в блок

55 4, где вновь будет произведена запись и зарегистрировано соответствие.

В результате этого в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 будет выведена комбинация сигналов, имитирующая безуслов50 норефлекторный раздражитель и на выходе этого блока появятся сигналы, имитирующие эффекторный конец реакции.

Затем на соответствующие входы устройства подают сигналы подкрепления или наказания. Следует особо отметить, что эти сигналы

596772 могут изменять состояние не одной, а нескольких ячеек и, таким образом, будет подкрепляться или наказываться целая цепочка ассоциаций.

Устройство позволяет также моделировать условные рефлексы второго порядка на основе предварительного образования ассоциативной связи между двумя индифферентными раздражителями с последующим образованием условного рефлекса первого порядка на один из этих раздражителей. При этом латентный .период условного рефлекса второго порядка оказывается независимым от времени между образованием ассоциативной связи между двумя индифферентными раздражителями и образованием условного рефлекса первого порядка на один из этих раздражителей даже в том случае, если в это время устройством фиксировались какие-то другие ассоциации. Опрос ассоциативного запоминающего блока через блок обратной связи позволяет перескочить через эти другие ассоциации.

Д. Условные рефлексы более высокого порядка моделируются аналогично.

Е. Режим условнорефлекторной деятельности с заторможенным эффекторным концом.

Этот режим возможен в тех случаях, когда определенная часть информации, считываемая из блока 4, меньше признака сортировки блока 5, но больше признака сортировки блока 4.

Ж. Сигналы, поступающие на входы устройства и на входы блока 2 обратной связи могут быть различной амплитуды. (Амплитуда может быть и признаком сортировки).

Так как входы блока прямой связи 1 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи 2, а входы блока 2 соединены с тормозящими входами моделей нейронов в самом общем случае .окажется заторможенной некоторая группа моделей нейронов как в блоке 1, так и в блоке 2.

При этом в самом общем случае на выходе этих блоков информация окажется отличающейся как от информации, поступавшей на входы устройства, так и от информации, поступавшей на входы блока обратной связи.

При этом каждая реакция устройства будет зависеть m информации, получившейся в результата взаимодействия этих информаций и которая может совпадать с любой из них, более или менее приближаться к любой из них и может значительно отличаться от каждой из этих информаций. Таким образом моделируется влияние информации, перерабатываемой в данный момент в нервной системе на процесс восприятия — новой информации и.влияние новой информации на нее.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет моделировать: а) условные рефлексы второго и более высокого порядка, б) условные рефлексы с заторможенным эффекторным концом и переход их в условные рефлексы с незаторможенным эффекторным концом, B) влияние образов, перерабатываемых нервной системой, на процесс восприятия образов, поступающих извне, и наоборот, что является расширением функциональных возможностей устройства.

Формула изобретения

Устройство для моделирования условного рефлекса по авт. св. № 429434, о тл и ч а ю щаеся тем, что, с целью расширения функциЗ0 ональных возможностей, а именно моделирования рефлексов второго и более высоких порядков, в него введены блоки прямой и обратной связи, которые содержат модели нейронов с возбуждающими и тормозящими входами, причем возбуждающие входы моделей нейронов блока прямой связи соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи с соответствующими входами ассоциативного постоянного запоминающего

40 блока и являются входами устройства, тормозящие входы моделей нейронов блоха прямой связи и возбуждающие входы моделей нейронов блока обратной связи соединены с соответствующими выходами ассоциативного за45 поминающего блока, входы которого соединены соответственно с выходами моделей нейронов блока прямой и обратной связи.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

50 1. Авторское свидетельство СССР № 429434, кл. G 066 7(60, 1974.

590772

Составитель И. Хазова

Техред А. Камышникова Корректор 3. Тарасова

Редактор P. Киселева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 920/1 Изд. Юз 175 Тираж 818 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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