Модель нейрона

 

И Е

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к веют. свил-ву (22) З® 8>< 0 18.03.7 >>P>) 2115864/18-24 с присоединением заявки №2 (5() М. Кл.

506 7/60 (23) Приорнтат—

Государстоеиный ионитет

Сапата Миниотроа СССР по делан иэооретений м откро>тий (43} Опублкковаио gg.gg.78,бюллетень 3ФЗЗ (53} УДК 681.ЭЗЗ (О88.8) :, (45) Дата опубликовании описзпия ъм.ор.дВ (72} Автор изобретали ия

C. П. Роьсанов

Ордвиа Трудового Красного Рнаьюни институт физиологии им. И. П. Павлсюа (71} Заявитель

Изобретение относится к области моделирования свойств биологических нейронов.

Известна электронная модель нейрона, в которой осуществляется моделирование различных фунт<циональных особенностей, выполняется функциональное воспроизведение отдельных свойств биологического нейрона (1).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является модель нейрона, содержащая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы кото- тв рых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров. Выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через иивертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту (2) .

Однако, такие модели не обеспечивают достаточную точность воспроизведения свойств нейрона.

Целью изобретения является повышение точности модели. 2О

Поставленная цель достигается тем, что в предложенную модель введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязадаюшего конденсатора, общий вывод. которых i îäêëê>÷åí -ко входу

9 соответствующего сумматора. Дру гой вывод времязадаюшего конденсатора соединен с шиной нулевого потенциала, а другой вывод делителя напряжения — c источником питания. Кроме того в преобрс>зона >ель»напряженияя в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель напри>кения, времязадаюший конденсатор и выпрямнтельпый элемент, вход которого соединен с эми пером первого транзистора, а выхс>д-с первым делителем напряжения. Змиттер первого транзистора через времязадаюший конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и через второй делитель напряжения подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания.

Функциональная схема модели представлена на чертеже.

Модель содержит интеграторы I, управляемые ключи 2, сумматоры 3 возбуждаю-. щих и тормозящих сигналов, ипвертор 4 и преобразователь напряжения в частоту 5.

Ко входам сумма "îðîâ 3 подключены делители напряжения 6, 7 и времязадаюшие конденсаторы 8, 9. .Через делители напряжения 6, 7 на суммап>ры подак>тся напряжения, устанавли623214

3 вающие исходный потенциал на базе транзистора 10 преобразователя 5. Величины сопротивлений делителей напряжения 6 и 7 устанавливают веса возбуждающих и тормозящих входов модели нейрона, так как при 5 их активации резисторы выходов ключей 2, подключенные ко входам сумматоров, образуют делители напряжений с резисторами 6 и 7, понижая исходный уровень напряжения на сумматоре пропорционально отношению своих величин и числу активных входов интеграторов 1.

Конденсаторы 8 и 9, подключенные к входам сумматоров 3, обеспечивают различие постоянных времени установления и спада уровня мембранного потенциала при актива- 15 ции возбуждающих и тормозящих входов, формируя таким образом изменения напряжения, аналогичные возбуждающему постсинапти Ipc êoìó потенциалу и тормозящему постси наптическому потенциалу биологи ческого нейрона.

Между эмиттером транзистора 10 и общей точкой схемы включены времязадаюгций конденсатор 11 и делитель напряжения 12.

К эмиттеру транзистора 10 подключен делитель напряжения 13, связанный с пере- 25 менным делителем напряжения 14, со средней точки которого снимается напряжение установки величины порога электронного аналога нейрона. Последовательно с делителем напряжения 12 установлен выпрямитель30 ный элемент 15, который увеличивает постоянную времени разряда конденсатора 11.

Перемещением движка делителя напряжения 14 устанавливают значение порогов в пределах от глубокого запирания аналога до спонтанной генерации импульсов. По- з5 стоянная времени, определяемая величиной емкости конденсатора 11, устанавливает степень адаптации (или аккомодации) аналога к входному воздействию. При малом значении постоянной времени разряда конденсатора 11 получают аналог с отсутствием адан- 40 тации. При больших значениях постоянной разряда конденсатора 11, когда импульсный интервал генерируемых импульсов меньше этой постоянной времейи, происходит заряд конденсатора, приводящий к повышению порога и сниженшо частоты I енерацип при постоянном уровне возбу>кдения входов, т. е. воспроизводится функция адаптации.

Напряжения с выходов сумматоров, связанных с базой транзистора 10 непосредственно или через инвертор, имеют одинаковые знаки, но складываясь на базе транзистора 10 как разноименные, они формируют исходный мембранный потенциал, определяющий активное состояние преобразователя 5.

Актива UlIH одного или гру пиы вхо loB, присоединенных через ключи 2 к сумматору 3, связанному с инвертором 4, вызывает уменьшение напряжения на входе сумматора и уменьшение напряжения с выхода инвертора

4, но уже другой полярности. Это l1pHB(>jill к возрастанию отпираюшего напряжения на базе транзистора 10, поступающего с сумматора 3. Если этот потенциал достаточен для возбуждения преобразователя 5, то на выходе модели генерируется импульс и заряжается конденсатор 11, что приводит к повышению порога срабатывания модели. Постоянная времени разряда конденсатора 11 определяет характер импульсного потока при постоянном уровне актйвации группы входов, подключенных к сумматору 3, связанному с инвертором 4. Эта группа входов по своему воздействию. на преобразовател ь является возбуждающей.

Активация входов, подключенных к сумматору 3, выход которого непосредственно связан с базой транзистора 10 преобразователя 5, приводит к уменьшению нанря>кения на входе этого сумматора и, следовательно, к увеличению напряжения на базе транзистора 10, поступающего с выхода инвертора

4. Это напряжение я вл яется за пир ающ им, поэтому уменьшается пли прекращается генерация импульсов на выходе модели. Таким образом, группа входов, подключенных к сумматору 3, выход которого непосредственно связан с преобразователем, является тормозящей по виду воздействия на преобразователь.

Рассматриваемая модель благодаря введению новых элементов и связей между ними обеспечивает более высокую точность воспроизведения свойств нейрона по сравнению с известными моделями нейрона.

Формула изобретения

1. Модель нейрона, содержащая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы которых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров, выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через инвертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности модели, в нее введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязадаюшего конденсатора, общий выход которых подключен ко входу соответствующего сумматора; другой вывод времязадающего конденсатора соединен с шиной нулевого потенциала, а другой вывод делителя напряжения — с источником питания.

2. Модель нейрона по п. 1, отличающаяся тем, что в преобразователь напряжения в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель напряжения, времязадаюший конденсатор и выпрямительный элемент, вход которого соединен с эмиттером

623214 первого транзистора. а выход — с первым делителем напряжения; эмиттер первого транзистора через времязадающий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала через второй делитель напряжения подклю- 5 чен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:!. Вартанян Г. A. и др. Механизмы деятельности центрального:ейрона. М., «Наука», 1966, с. 108.

2. Авторское свидетельство СССР

X 288700, М. Кл. G 06 G 7/60, 1969.

Составитель И. Загорбинина

Реда кто р Л. Утехи на Техред О. Луговая Корректор Н. Тупица

Заказ 49! 3/46 Тираж 826 Подписное

UHHHllH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4