Устройство для моделирования нейтрона

 

СОюз Соэатских

Социалистичааоа

Республик (и> 647699 (6!)Дополнительное к авт. свил-ву(И) М. Кл.

G 06 G. 7/60 (22) Заявлено 14. 07.7 6 (21) 2385482/18-24 с присоединением заявки М— (23) ПриоритетГааудврстеанный намнтет ссср на делам нзобрвтеннй н открмтнй (53) УДК681.333 (08 8.8) Опубликовано 15.02.79Бюллетеиь JA 6

Д,ата опубликования опнсания35.0g.уд (72} Авторы изобретения

B.Н..Ляхов и А; И. Самарин

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени... государственный университет (Ò1) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА

Изобретение относится к области биоиики и может быть использовано в адаптивных информационно-управляющих системах.

Известна модель нейрона, содержащая блоки управляемой проводимости, интеграторы в цепях возбуждения пресинаптического и постсинаптического торможения, генератор выходных. возбуждающих и тормозящих сигналов, воспроизводящая такие свойства биологического прототипа, как подстройка весов межнейронных связей, пространственно-временную суммацию, формирование мембранного потенциала и генерирование потенциалов действия (1J

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор (2) .

Недостатком указанных свойств является неполнота моделирования процессов биологического нейрона, отсутствие в ней ряда приспособительных свойств реальной нервной клетки.

Цель изобретения — повышение точности моделирования, Указанная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных н условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога и управляемый генератор импульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу блота ка адаптации порога нейрона, управляющие выходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход которот> го подсоединен к .первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходам регулируемого блока пространственно-временного суммирования и дополнительного регулируемого блока проза странственно-временного суммирования соответственно, управляющий вход регулируемого блока пространственно-временного суммирования подсоединен ко второму выходу сумматора, суммирующие входы регу647699 лируемого блока пространственно-временного суммирования подключены к выходам 11е1 у2гируемого источника энергии и и первых блоков изменения весов межнейронных связей соответственно, первые входы которых подсоединены к выходам и первых блоков коррекции весов межнейронных связей, первый выход сумматора подключен к управляющему входу дополнительно, î регулируемого блока пространственно-времен" ного суммирования, суммирующие входы которого подсоединены к выходам гп вторых блоков изменения весов межнейронных связей, первые входы которых подключены к выходам m вторых блоков коррекции весов межиейронных связей, вторые входы и первых и m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей и входы п первых и гпвторых блоков изменения весов межнейронных связей являются входами устройства.

Блок коррекции весов межнейронных связей содержит соединенные последовательйо биполярный ключевой элемент, узел памяти и согласующий усилитель, выход которого является выходом блока, входы биполярноrо ключевого элемента являвтся вхбдами . блока коррекции весов межнейронных связей, при этом блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель, апериодический усилитель, соединенные с дифферен, циальным усилителем, выход которого является выходом. блока адаптации порога, входй безынерционного усилителя и апериодического усилителя являются входами блока адаптации порога.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. для моделирования нейрона.

Устройство - содержит и первые и вторые блоки изменения весов межнейронных связей 1, 1, m первые и вторые блоки коррекции весов межнейронных связей 2, 21, в которые входят биполярные ключевйе- элементы 3, узлы памяти 4 и согласующие усилители 5, регулируемый блок пространственно-временного суммирования 6, дополнительный регулируемый блок г1рОстранственновременного суммирования 7, регулируемый источник энергии 8, сумматор 9, блок адаптации порога 1О, в который входят безынерционный усилитель 11, апериодический усилитель 12, дифференциальный усилитель 13, управляемый генератор импульсов 14, блок задания начальных условий 15. Выход управляемого генератора импульсов 14 является выходом устройства., На входы устройства поступают соответ сл"венно возбуждающие и тормознь1е сигна =КЫ в виде положительных импульсов градуально меняющейся частоты. С выхода блока изменения весов межнейрониых связей 1 возбуждающий и тормозные сигналы, величины Которых зависят от перестраиваемых значений весов связей, поступают на регулируемые блоки пространственно-временного суммирования 6 и 7 возбуждающих и тормозных сигналов соответственно. Суммарный возбуждающий сигнал с выхода регулируемого блока пространственно-временного суммирования 6 и суммарный тормозной сигнал с выхода регулируемого блока пространственно-временного суммирования 7 поступают на сумматор 9, с которого разностный сигнал между возбуждающими и тормозными воздействиями поступает на блок адаптации порога 1О. В блоке адаптации порога приходящий сигнал одновременно поступает на

15 безынерционный усилитель 11 и апериодический усилитель 12, разность выходных сигналов которых вычисляется дифференциальным усилителем 13. Таким образом, в блоке адаптации порога происходит приспособительное уменьшение сигнала за счет

20 отклонения порога нейрона от своего опти йального значения, задаваемого блоком задания начальны., условий 15. С сигнального выхода блока адаптации порога {выход дифференциального усилителя 13) сигнал

25 поступает на управляемый генератор импульсов 14, который генерирует импульсы положительной полярности градуально изменяющейся частоты в зависимости от значений

«мембранного потенциала» и порога нейрона. При воздействии на входы устройства

Зо различных информационных сигналов выходное напряжение сумматора 9 отклоняется

Ьт первоначального значения (оптимального значения «мембранного потенциала») и по цепям отрицательной обратной связи подстраивает коэффициенты передач регулируемых блоков пространственно-временного суммирования 6 и 7 таким образом, чтобы уменьшить влияние возбуждающих и тормозных воздействий на «мембранный потен" - "циал», а следовательно, и на величину от 0 клонения порога от- оптимального значения в блоке адаптации порога 10. Эти контуры подстройки поддерживают значение порога модели нейрона в определенных пределах,-при которых не происходит перестройки передаточной функции модели за счет перестройки весов связей. Таким образом в режиме информационного преобразования сигналов устройство реализует требуемое функциональное отношен1е вход-выход.

В случае неадекватности передаточной функции модели нейрона целевым задачам системы, в которой модель работает, на регулируемый блок пространственно-временного суммирования 6 поступает сигнал активации с регулируемого источника энергии 8, который повышает чувствительность модели нейрона к приходящим воздействиям, ко" торые, в свою очередь, отклоняют порог нейрона за -npenea}a его оптимальных значений. Это приводит к тому, что с управляюгцих выходов блока адаптации порога

647699 снимается равный a

Благодаря введению новых элементов и связей между ними повысилась точность моделирования.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены дополнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога и управляемый генератор импульсов, вход которого подключен- к сигнальному выходу

6 <ока адаптации порога нейрона, управляющие выходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход ко.торого подсоединен к первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены к выхода ч регул и руе мого блока пространственно-временного < ум ми ро. вания и дополнительного р гули.»уемого бло5 ка пространственно-временного суммирования соответственно, управляющий вход регули руемого блока пространственно- временного суммирования подсоединен ко второму выходу сумматора, суммирующие входы регулируемого блока пространственно-времен10 ного суммирования подключены к выходам регулируемого источника энергии и и первых блоков изменения весов межнейропных связей соответственно, первые входы которых подсоединены к выходам и первых блоков коррекции весов межнейронных связей, первый выход сумматора подключен к управляющему входу дополнитеЛьного регулируемого блока пространственно-временного суммирования, суммирующие входы которого. подсоединены к выходам m вторых блощ ков изменения весов межнейронных связей, первые входы которых подключены к выходам m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей, вторые входы и первых и m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей и входы п первых и m вторых блоков изменения весов межнейронных связей являются входами устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок коррекции весов межнейронных связей содержит соединенные последовательно биполярный ключевой элемент, узел памяти и согласующий усилитель, выход которого является выходом блока, входы бипо- лярного ключевого элемента являются входами блока коррекции весов межнейронных связей.

3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель, апериодический усилитель, соединенные с дифференциальным усилителем, выход которого является лв выходом блока адаптации порога, входы . безынерционного усилителя и апериодического усилителя являются входами блока адаптации порога.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР № 453710, кл. G 06 G 7/60, 1972.

2. Заявка № 2138807/24, кл. G 06 G 7/60, 20.07.76, по которой принято положительное решение. о выдаче asторского свидетельства

647699

Редактор Д. Зубов

Заказ 334/42

Составитель И. Дубинина

Техред О. Луговая Корректор A. Кравченко

Тираж 779 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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