Устройство для моделирования нейрона

(О 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к аналоговым вычислительным устройствам и может быть использовано для моделирования функций нервной системы, а также для применения в системах искусственного интеллекта, Цель изобретения - повышение достоверности моделирования за счет генерации спайков на фоне деполяризации мембраны. Для реализации цели в состав известного устройства введен второй сумматор 1 О и ключ 11. Основное отличие устройства заключается в возможности моделирования подпороговых стимулов нэ реакцию нейрона. 1 ил.Изобретение относится к аналоговым вычислительным устройствам и может быть использовано для моделирования функции нервной системы, а также для применения в системах искусственного интеллекта.Цель изобретения - повышение достоверности моделирования за счет генерации спайков на фоне деполяризации мембраны,На чертеже представлена функциональная схема устройства для моделирования нейрона,Устройство содержит блоки 1 моделирования возбуждающих и тормозящих синапсов, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных буферного каскада 2, блока 3 задержки, масштабирующего резистивного элемента 4, аддитивный сумматор 5, блок 6 моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, элемент 7 сравнения, блок 8 задания порога, формирователь 9 импульсов, сумматор 10, ключ 11,Устройство работает следующим образом.На синаптические входы блока 1 моделирования синапсов поступают входные импульсные последовательности и, проходя через буферные каскады 2, согласующие входные сопротивления устройства и выходные сопротивления источников входных сигналов, задерживаются на время синаптической задержки соответственно каждому конкретному синапсу в блоках 3 задержки и масштабируются по амплитуде реэистивными элементами 4, Сигналы, обработанные таким образом, поступают с выходов блоков 1 на входы аддитивного сумматора 5, осуществляющего их алгебраическое суммирование со знаком, соответствующим модальности каждого синапса (возбуждающий или тормозящий), Суммарный сигнал с выхода сумматора 5 поступает на вход блока б моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, осуществляющего временное суммирование входного сигнала в соответствии с динамическими характеристиками блока 6, отражающими динамику преобразования входных сигналов в динамику преобразования в реальные вызванные постсинаптические потенциалы(ВПСП) биологических нейронов.Если сигнал с выхода блока 6 не превышает величины порога элемента 7 сравнения, задаваемого по второму его входу с выхода блока 8 задания порога, то напряжение на выходе элемента 7 сравнения равно нулю, что соответствует максимальному значению напряжения порога, которое является начальным, При нулевом напряже нии на входе формирователя 9 генерации импульса не происходит и на сумматор 10 поступает напряжение начального порога с выхода блока 8, которое инвертируется в нем и вычитается из поступающего со знаком "плюс" на первый вход сумматора 10 напряжения ВПСП, С выхода блока 6 через нормально замкнутый ключ 11 при нулевом напряжении на его управляющем входе с выхода формирователя 9 на вход устройства проходят сигналы ВПСП на фоне потенциала покоя.При превышении порога элемента 7 сравнения на выходе блока 6 появляется сигнал, равный разности входных напряжений элемента 7 и поступающий на вход формирователя 9, генерирующий при этом спайк, При этом сформированный спайк поступает на второй вход сумматора 10 и на управляющий вход блока б моделирования ВПСП и сбрасывает ВПСП путем разряда конденсатора блока б, а также размыкает на время импульса ключ 11, Таким образом, при переходе через напряжения порога,вырабатываемые с выхода блока 8 задания порога на второй вход элемента 7 сравнения, ВПСП поступают непосредственно на первый вход сумматора 10 и на выход устройства, иэ которых вычитается напряжение порога с выхода блока 8, так как оно поступает на инвертирующий вход сумматора 10, непосредственно переходит в спайк, формируемый на выходе устройства,Блок 6 ВПСП отключается от сумматора 10 на время импульса, что исключает искажение последнего суммированием с задним фронтом сброса ВПСП. По окончании импульса ключ 11 замыкается, процессы повторяются и, если стимул не снимается, устройство генерирует пачку импульсов. При этом при более сильных стимулах конденсатор блока 6 заряжается до порога быстрее, в результате чего сокращается межимпульсный интервал, т. е. частота пропорциональна силе стимулов, как и в известных устройствах, Снижение порога устройства при длительнои стимуляции, приводящей к ритмической активности нейрона, осуществляется аналогично известному устройству за счет обратной связи с выхода элемента 7 сравнения через блок 8 задания порога на второи в 1 д элемента 7,Устройство для моделирования нейрона, содержащее блоки моде ирования возбуждающих и тормозя щ;1. синапсов, состоящих из последпг а льда соединенных буферного каскада екоторых яв 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 Формула изобретения1672482 Составитель А.Сапко Техред М.Моргентал Редактор В.Данко Корректор М.Максимишинец Заказ 2842 Тираж 368 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж. Раушская наб., 4/5% Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ляются входами блока моделирования синапсов, блока задержки и масштабирующего резистивного элемента, выходы которых являются выходами блоков моделирования синапсов, адаптивный сумматор, входы которого соединены с выходами возбуждающих и тормозящих блоков моделирования синапсов. блок моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, вход которого соединен с выходом сумматора. а выход - с первым входом элемента сравнения, блок задания порога и формирователь выходных импульсов, входы которых соединены с выходом элемента сравнения, выход формирователя соединен с управляющим входом блОка моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, о т л и ч, ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования за счет генерации спайков на фоне деполяризации мем браны, в него введены второй сумматор содним инвертирующим входом и ключ, вход которого соединен с выходом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход ключа соединен с первым 10 входом второго сумматора, а управляющийвход - с выходом формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, инвертирующий вход которого соединен с выходом блока задания 15 порога, выход второго сумматора являетсявыходом устройства.