Устройство для моделирования нейрона

(50 4 С 06 (д 7 60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ мю ВОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА(57) Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и процессов высшей нервной деятельности и может быть использовано, в частности, при изучении адаптивных процессов памяти в нейрофизиологических экспериментах, а также как функциональ. ный элемент в системах искусственного ЯО 1406613 А 1 интеллекта. 11 ель изобретения цовыгценис точности моделирования оиологических процессов в нейронах за счет воспроизведения алдптивцых свойств цосттетднической цотенциации. 11 остдвлецндя цель лостигается тем, что в известное устройство лля моделирования нейрона дополнительно введены интегратор 13 с большой постоянной времени интегрирования и блок 3 задания весового коэффициента адаптивности, причем вход последнего соединен с выхолом первого фу цкциондльцого преобразователя 6, а выхол блока 3 задания весового коэффициента алаптивности соединен с вхолом интегратора 13, выхол которого подключен к упрдвлякипим вхолам первого и второго функциональных преобразователей 6 и 5.1 ил.Изобретение огносится к устройствам налогового моделирования нервной системы и процессов высшей нервной деятельности и чожет быть использовано, в частности, при излчеции адаптивных процессов вдмяти в цейрофизиологических эксцерилентах, д также как функциональный элемент в системах искусственнога интеллекта.Целью изобретения является цовышеци точности моделирования биологических нейронов за счет воспроизведения адаптивньх свойств посттетаничской цотецциапии.На цертежс изображена функциональная схема устройсгва для чоделировация нейрона.Устройство для чоделирования нейрона содержит формироватечьвходньх сиги- лов, пробрдзователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 задния весовых коэффициецгов, первый сумматор 4, второй 5 и первый 6 функциональные цреобразовдтели, второй сумматор 7, преобразователь 8 напряжения в частоту. инрцигнное звено 9, гретий сумчдтор 10, блок 11 задания пор)га, блок 12 задания весового коэффициента дддцтдциц, интегратор 13.Устройство для чоделировция цсйроця работает следлкнцим образомВходные возбуждаюцие и торчозяцие сигнлы в виде частоты следования ичпульсов поляк)тся нд входы форчировдтелей входных сигналов 1. Последовательности импульсов, стабилизированные цо слцг;туде и длительности с частотой следовция, рццой входной частоте, цодак)тся с их выходов ня преобразивгели 2 частоты в цпряжвисл,аллее, иН)лс)дя чс рез блоки 3 ядция весовых коэффициентов сиццгичских контактов, цапряжние, пропорциональное частоте в.одцых импульсов, поступяег с выходов блоков 3 нд входы сумматор 4, где происходит сумчировацие с соответсиуюпи м модальности сигнала зцдкоч (возбл жддюцсий или горчозящийЕсли состояние входов таково, что сумчарное напряжение с выхода слмлтор 4 е превышет величину ворог возбуждсния устройства, заддваечого вторым функциональным преобразователем 5, напряжение и выходах первого 6 и второго 5 функциона.ьцых преобразователей и второго суччдтора 7 равны нулк), в связи с чс м импульсация на выходе преобрдзовдтеля 8 напряжения в частоту, когорый является выходом устройства, отсутсгвует, цри этом ндцряжение на выходе инерционного звена 9 равно нулю,цацряжецие с выхода третьего суммагор 10, равное инвертированному напряженик) с блока 1 задания порога, поддерживает нсличицу цорога второго функционального цреооразоватля 5 чдксичдльной. Напряжение на выходах цослловтесьно соединенных 6.окд 2 задания весового коэффициента адптации и ицегрдторд 13 также ранцы нулю, что5 10 5 20 25 30 35 4045 50 55 поддерживает характеристики функциональных преобразователей 5 и 6 в исходном состоянии по их управляющим входам, что соответствует минимальному значению доступного медиатора.В случае, если величина напряжения с выхода сумматора 4 превышает порог второго функционального преобразователя 5 и и цревышаег порога первого преобразователя 6, то устройство работает аналогично прототипу и на выходе преобразователя 8 напряжения в частоту наблюдаются импульсы, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода второго преобразователя 5, а порог последнего и величины насыцения преобразовелей 5 и 6 остаются в исходноч состоянии. Превышение суммарным нацряженигч с выхода сумматора 4 порога второго цреобразователя 5, что соответствует входу нейрона в зону цосттетяцическои цотецциации, приводит к появленик) ца выходе первоо преобразоватсля 6 сигнала в соответствии с его характеристикой. Частота гцсрдции импульсов с выхода преобразователя 8 цроцорциональнд тому напряжению и соответствует наддепрессивцой активцнти нейрон. Это же напряжение поступает на вход инерционного звена 9, в связи с чем медленно возрастает напряжение ца выходе последнс го, вычитаясь в сулматоре 10 из напряжения с блока 11 задания порога. медленно снижает порог преобразователя 5 аналогично прототипу, что чоделирует повыпение возбудимости нейрона при посттетднической потенциацииКроме того, напряжение с выход прсобразователя 6 поступает, усиливаясь предварительно в блоке 12 задания весового коэффициента ддптации, на вход ицтегратора 13. Если под действием входцыих стимулируюцих сигналов устройство долго находится в зоне ПГП, на выходе интегратора 13 начинает медленно возрдс. тять напряжение, линейно изменяющееся, если напряжение ца выходе преобразователя 6 цос гояцно и находится в зоне ПП 1 (стационарная тетацическдя стиму)ирл к)- щая активность). При этом вс)зрдстают величины насыщения характеристик функциональных преобразователей 5 и 6, ня которые напряжение с выхода интегратор 13 подается о их управляющим входдл, в результате чего напряжение цд выходе функционального преобразователя 5 начинает возрастать, независимо ог того, что напряжение на его выходе не изленяется. Это приводит к линейному увеличеник) часоты генерации с выхода цреобразов- теля 8 нацряжения в частоту, что соо)- ветствует увеличению количества доступного к высвобождению медиатора при длительцьх титанических высокочастотных воздействиях на нейрон. 11 ацряженис цд выход,( (:, (, Н)( (Ч); Х),( (1интегратора 1 1 Возрастает В соответсВии с его постоянной времени ;ео Выхода цд ограничение, прн ЗТОХЕ частота генерации им ульсов устанзнлицается максимальной лля данной интенсинносги Входных сИулов т. с. В соответствии с характеристикой передачи прс образователя ) 11 ри прекращении тетдничс ской стимуле 51 Еии нейрона, т. е. при Вьхо;Ее сигнала с Выхода сумматорд 4 из зоны 1 Т 1 нд Выходе преобразовдте,я 6 напряжение отсутствует, при атом сигнал с Выхода интегратора 13 сохраняет постоянным свое текущее зцзчение и ноллержицдет лднное состояние характеристик нср.дачи иреобр(1- зователей 5 и 6 но его управляюИим ВходамЕсли устройс тн лля мо,(слирондни Нс йроца ВНОВЬ нолвер(дется Ест(ничсскомх щ(- лействин) до того, кдк нрилст В исхо Е- нос состояние, т с. интегратор 1 ) нс успел рдзрялитьс, О рс напряжения цд его Выхолс (и с Оотиетс) Вс иИс ВО (р;С) д- НИЕ ВЕЛИ 1 ИНЬЕ НЗСЬ 1 ИС Н И 51 НР(.ООРЗ.(ОВДЕС,И.11 ) и 6) начинается с Ве.(ичинНднряксния, имеющегося В лацньй момент нд накопительном кондснсз 0 с интегрдторд 1 1. Таким образом, устройстВО мол( лируетоцгорян- ЕПМК)СЯ НОСТТЕТДНИ 1 СКО НОТЕН 1 ИДЕИК,Устройстно,)ля мг);ЕегИроЕи(ни нсирон;1, солс ржащее носледоидте. ьно соелиненныс 1)орм ВроеЗтели Входим 1 сиН(1,10 В, Вхо;Еы кО- торыих яцляются Вобужлднцпими и тормозящими Вхо,ед ми устройс 1 ид, е) Олнь 1( ирсОГ). ре)зое 1 ели частгы В ндиряжецие и олки 13,13111 Я ВссОВЕ 1 х коз(1 ф)11(11 с 1(Г)11, ВЬ 1,),0,11)1 кО- торых нолклниены к Вхолдм нсрцо О су х 1- мдторд, Выхол ко)орого нолклк)чен к Вхох ис)рВО 0 и еГоро с) фу нк(ион 1 е)ны ир(.ОГ)- РДЗОВДТСЛСй . Т РЕ НСЕИ,Е(151 Н ЬЕ М И Х 1 Р(1 КТ- ристиками, реобр(1.(он)тег)ь цди ряжения и частоту, второй и третий сум м; горь(, инерционное звено и б,ок здлдния норогд, Выхсл которого соели нец с и н Вс рти р к)- щим входом третьс го суммзтсрд, Выхо( КОТОРОГО СО(.,ЕИ Н(.(ц С Н Р(1 ВГ 1 Я К) ИИ М Вхо;еоч Второп) функниоцз.ьного иреобрдзователя, Второй Вход трет)с Го сх ммдторд соединен с Выходом ицерпис)нного зцена, Выход которого нолключсн к Вхолх 15 нсрВОГО фхцкЕЕИОндльно 0 нрсГ)бре)зоцтеся,соединенному тдкжс с Вторым Вхо,ес)х ВтоРОГО С Х 1 МДТОРЗ, НЕРВ Ы й В)(С)Л КО ГОРО О ( ОС ЛИНЕН с ВЫХОЛОХ 1 В)орОГО фуНКНИОН;1,1 Ь НОГО иреоГ)рдзОВЗТС,151, В 11 ХС); ВГОр 010 С мм;1- гс)рз соелинси с Входом н)ен)рдзс)идте.я 1(ЕНР 5 жсн 1151 В чз.т(Г), Выхо.( котОР 010 Ян - Г 1 Я(.ТСЯ ВЫХО;ОМ )(С) РОИСТВ(1, )Г.1(ЧУО)(. ГСМ, ЕТО, С 1 Щ,1 ЬК) НОВ 1 НЕСНИ 51 ТО 1 Н О( И мо,еелироцдния 13 счет щ)сироизцлсния дл;итицных свс)сВ постет(Ниц(як потецЕид сии, В н(Го,еонсГ Нит(31 ьно ВВ(.лсны и цтс-ратор и блок здлания весового код(1)1)и- Исента (1:Езнтивности, нричс)м ВхоЛ блскд здлзния Весоного козффииснтд длднтиинс)сти соединен с Выхолсм срвн 0 (рх нк- ЕИОНЗГ 1 ьнОГО иреобрс)зое(дтс,1 Я, 11 Выход Г),10- 30 кз з(1 сания Вс сОВО(О козффи 1 Иснтд длдитизности сое)лиц(и с Входом интс(гр;1 торд, Выход которого Нлк,1 ючен к ун рд Вл як)- щим Вход;Ем пер ногс и Второ(0 фх цкпиоЕл(,ЕЬН ь х нробрд (ОВ )тсг с.