Устройство для моделирования нейрона

(54)УСТРО НЕЙРОНА (57) Изобр нетике и м дельных эк торых фун ТВОД ДЕЛИРОВАНИ сится к нейрокибериспользовано в мох при изучении некоой системы, а также тение атноожет бытьс ериментаций нервн 1ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЪСТВУ(56) Авторское свидетельство ССМ 781846, кл. 6 06 6 7/60, 1980 Изобретение относится к нейрокибернетике и может быть использовано в модельных экспериментах при изучении некоторых функций нервной системы, а также как функциональный элемент в системах искусственного интеллекта.Целью изобретения является повышение достоверности моделирования нейронов путем воспроизведения взаимодействия аксонных и соматических спайков,На чертеже изображена функциональная схема устройства для моделирования нейрона,Устройство для моделирования нейрона содержит блоки 1 формирования входных сигналов, преобразователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 задания весовых коэффициентов, сумматор 4, функциональный преобразователь 5 с трапецеидальной ампкак функциональный элемент в системах искусственного интеллекта. Целью изобретения является повышение достоверности моделирования нейронов путем вопроизведения взаимодействия аксонных и соматических спайков, Для этого в состав известного устройства вводят два триггера 7 и 17, генератор 9 импульсов, два элемента И 8 и 18, два элемента ИЛИ 10 и 16, элемент 13 задержки, два формирователя 11 и 15 спайков, Дополнительно введенные элементы, соединенные предложенным образом, позволяют учитывать и воспроизводить более тонко физику нейронных процессов, проис. ходящих в нервных клетках, имеющих важное значение в функционировании нервной системы в целом. 1 ил. литудной характеристикой, преобразователь 6 напряжения в частоту, первый триггер 7, второй элемент И 8, генератор 9 импульсов, второй элемент ИЛИ 10, первый формирователь 11 спайков, соматический выход 12 устройства, элемент 13 задержки, аксонный выход 14 устройства, второй формирователь 15 спайков, первый элемент ИЛИ 16, второй триггер 17 и первый элемент И 18,Устройство для моделирования нейрона работает следующим образом,На входы блоков 1 формирования входных сигналов, которые являются возбуждающими либо тормозящими входами устройства, поступают входные импульсные последовательности спайков. В блоках 1 происходит их стандартизация по амплитуде и длительности, далее происходит преобразование их в напряжение, величина которо 3 1642485Ю 15 20 35 40 50 го пропорциональна частоте в преобразователях 2 частоты в напряжение, и масштабирование в блоках 3 задания весовых коэффициентов,по амплитуде в соответствии с весом синапса и знаку в соответствии с типом синапса (воздуждающий Или тормозящий). Преобразованные таким образом сигналы суммируются в сумматоре 4, и суммарное напряжение поступает на вход функционального преобразователя 5 с трапецеидальной амплитудной характеристикой вход-выход и зоной нечувствительности. Аналогично прототипу при превышении зоны нечувствительности преобразователя Б на его выходе появляется напряжение в соответствии с трапецеидальной амплитудной характеристикой преобразователя 5. При этом на выходе преобразователя 6 напряжения в частоту появляются прямоугольные импульсы, частота которых пропорциональна напряжению на выходе преобразователя 5. Возникший на выходе преобразователя 6 импульс поступает на счетный вход первого триггера 7 и устанавливает его в состояние "1". Это напряжение с его выхода подается на первый вход второго элемента И 8 и является разрешающим для напряжения с выхода генератора 9, которое в виде последовательности прямоугольных импульсов проходит на выход элемента И 8. Эта последовательность поступет через первый вход элемента ИЛИ 10 и, суммируясь в нем с импульсами с выхода преобразователя 6, поступает на вход первого формирователя 11 спайков, где преобразуется в импульсы, близКие по форме и спайкам, и поступает на соматический выход 12 устройства.Сигналы с выхода элемента И 8 также, задерживаясь в элементе 13 задержки на время ю, поступают на аксонный выход 14 через второй формирователь 15 спайков, являются аксонными разрядами устройства. Кроме того, эта аксонная последовательность разрядов с выхода элемента 13 задержки поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 16, на второй вход которого поступают импульсы с выхода элемента и 8. При поступлении импульса с выхода эле. мента И 8 через первый вход элемента ИЛИ 16 на счетный вход второго триггера проис. ходит установка его в "1" передним фрЬнтом импульса. Через время задержки Гэле. мента 13 этот импульс появляется на его выходе и также поступает на счетный вход триггера 17, устанавливая его передним фронтом в состояние "0". Далее, с выхода элемента И 8 поступает следующий импульс через время Т относительно первого, определяемого частотой генерации генератора 9, и процессы повторяются, при этом триггер 17 переключается поочередно импульсами с выхода элемента И 8 и выхода элемента 13 задержки, При поступлении на счетный вход первого триггера 7 следующего импульса с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту, вызванного синаптическим возбуждением через время Т 1, обратно пропорциональное мгновенной величине напряжения с выхода преобразователя 5, возможны два случая,Когда этот импульс приходит после очередного задержанного импульса на выходе 13 элемента задержки и до поступления следующего импульса с выхода элемента И 8, импульс с выхода преобразователя 6 поступает на первый вход первого элемента И 18, на втором входе которого напряжение с выхода триггера 17 в этот момент равно нулю, в результате чего сигнал на выходе элемента И 18 также равен нулю и сброса триггера 7 в ноль не поисходит, в связи с чем описанные процессы продолжают повторяться, так как поступивший импульс с выхода преобразователя 6 не оказывает на них влияния. При этом на соматическом выходе 12 наблю.дается импульсная последовательность с частотой импульсов с генератора 9, с наложенной на нее последовательностью импульсов с выхода преобразователя 6, а на аксонном выходе 14 - последовательность сТ выхода элемента И 8, но сдвинутая на т= - ,2 Таким образом, между двух триггерных зон возникает автогенерация спайков, импульс синаптического происхождения (с выхода преобразователя 6) является лишь запускающим. В данном случае новый импульс с выхода преобразователя 6 приходит в момент, когда очередной аксонный импульс уже возник в аксонной зоне и движется ему навстречу в сторону сомы, Поскольку обратное распространение аксонного импульса электротоническое, т.е. со значительным затуханием, то блокировки соматического импульса с выхода преобразователя 6 не происходит, а результирующий импульс от взаимодействия этих двух импульсов сохраняет направление движения импульса с выхода преобразователя 6, т.е. в сторонуаксонной триггерной зоны, и вновь запускаетее, в результате чего процессы генерациимежду двумя зонами не срываются. Предлагаемое устройство для моделирования нейрона обладает значительно более высокой точностью моделирования аксонных процессов в нейронах с аксонной триггерной зоной, достаточно распространенных в нервной системе как беспозвоноч1642485 Составитель А.Сапко Техред М.Моргентал ректор М.Максимишинец Редактор Л,Веселовск 1149 Тираж 395 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарин ных, так и позвоночных, не воспроизводящихся в известных моделях нейронов, не учитывающих аксонные процессы и взаимодействие их с соматическими. Формула изобретения Устройство для моделирования нейрона, содержащее последовательно соединенные формирователи входных сигналов, входы которых являются входами устройства, преобразователи частоты в напряжение и блоки задания весовых коэффициентов, выходы которых соединены с входами сумматора, функциональный преобразователь с трапецеидальной амплитудной характеристикой и преобразователь напряжения в частоту, выход которого является выходом устройства, а вход соединен с выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом сумматора, о т л ич а ю щееся тем,что, с целью повышения достоверности моделирования нейронов путем воспроизведения взаимодействия аксонных и соматических спайков, в него введены два триггера, генератор импульсов,два элемента И, два элемента ИЛИ, элемент задержки, два формирователя спайков, причем счетный вход первого триггера соединен с выходом преобразователя напряже ния в частоту и первым входом первого элемента И, его вход установки нуля соединен с выходом элемента И, а выход триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выхо дом генератора, а выход подключен кпервым входам первого и второго элементов ИЛИ и к входу элемента задержки, выход которого соединен,с вторым входом первого элемента ИЛИ и входом первого 15 формирователя спайков, выход которого яв ляется аксонным выходом устройства, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход второго элемента ИЛИ соеди нен с входом второго формирователя спайков, выход которого является соматическим выходом устройства, выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с 25. вторым входом первого элемента И.