Устройство для моделирования нейрона

(5) 5 Н ПИСА ВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО и институт им. ьев и А.Г,Жуков во СССРО, 1986.ДЕЛИРОВАНИ я к неирокибеоьзовано при исстемы методами ия, а также в упОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР 1(71) Уфимский авиационнСерго Орджоникидзе(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНЕЙРОНА(57) Изобретение относитнетике и может быть исполледовании нервной сисаналогового моделирован равляющих и интеллектуальных системах. Целью изобретения является повышение достоверности моделирования путем воспроизведения влияния синаптического тока на реакцию пессимума. Поставленная цель реализуется за счет введения в состав известного устройства третьего 8 и четвертого 15 сумматоров, пятого сумматора 12 с двумя входами и группы нелинейных злементов 14, Предлагаемое устройство неоднозначно реагирует параметрами спайков (амплитуда, длительность уровень следовой гиперполяризации) на возрастание частоты выходной спайковой последовательности.1 ил.1 Лзобретение относится к нейрокибернетике и может быть использовано при исследовании нервной системы методом аналогового моделирования, а также в управляющих и интеллектуальных системах,1 ел ь и зоб рета н и я - на вьцвен ие достоверности моделирован;.я путем васпраизьедения влияния синаптическага тока на реакцию пессимумз,НЭ ЧЕргЕЖ 8 ИэображЕНЗ фуНКЦИОНЗЛЬ" ная схема устройства длл маделиаавания нейрона,устройства,зля моделирования нейрона (фиг,1) содержит возбуждение 1 и тормозящие 2 моды паследовательньх цепочек в виде формирователей 3 входных сигналов, преаараэаватэлп 4 частоты в напряжение и блоки 5 задания весовых коэффициентов, первый сумматор 6, второй многовходовый сумматор 7, гретий двухвхадовый сумматор 8, функциональный преобразователь 9 с т рапецеидальнай амплитудной характеристикой, преобразователь 10 напряжения в частоту, управляемый формирователь 11 спайка, пятый сумматор 1, пороговый элемент 13, группу нелинейных элементов 14, многовходавый четвертый сумматор 15, инерциа ное звено 16 и масштабирующий усиллтел . 17,Устройства для моделирования нейрона работает следу ощим образом.На возбукдающие 1 и тормозящие 2 входы саответсвусщих групп фармироваелей 3 подаатея входные импульсные последовательности, преобразуемые в на.-. прякени:;, пропорциональные частотам, преобразователями 4 частоты в напряжение, затем ани мас дтабируются в блоках 5 по амплитуде и знаку в соответствии г синаптическимл весами и знаком сингл э ;возбукдаюший или тормозящий 1 Ц: ее эти напряжения суммируются отдельно гля возбуждающих в первом сумматоре 6, тсрмозящлх во втором сумматоре 7, Суммарный тормозящий сигнал вычитается из сумма)нага возбуждаю;цего в третьем сумматоре 8, и разностный сигнал гОдается. на Вход функционзльнагО преОбрззовзтеля 9 с трапецеидальнай амплитудной характеристикой, В котором сравнивается с егс порогом, и при превышении на выходе преабрззс 1 взтеля 9 пачвлЯ 8 тся чэпрЯжени 8, преобразуемое в ьзстату импульсов, генерируемьх пресбраэавзтелем 10 напряжения в частоту, 3 ти импульсы подаатея нз управляемый формирователь 11 вместе с напряжением с выхода при возрастании разностного сигнала с выхода сумматора 8, т.е, при усилении стимуляции нейрона при одящем к росту часта; ы разрядов, являет55 рованному возбукдаюц,ему входу, превышает порог связанного с ним элемента ";4 и на третьем входе сумматора 12 появляется напряжение, добавляющееся к управляющим напряжениям, и" ступа.ощим па первому и второму входу сумм-.тора 12 (:ум 1020253050 ся также управляющим для формирователя11 и изменяет парэмегры генерируемых спайков с ростом частоты, з именно уменьшает их амплитуду, увеличивает длитель- ность и уменьшает да нуля величинуследовой гиперполяризации, При выходесигнала с выхода сумматора 8 на спадающий участоК характеристики преобразователя 9 включается пороговый элемент 13 и управляощий сигнал не выходит из зонынасыщения преобарэователя 9, а параметры выходных спайков астаатгя постоянными, Если напряжения с вь ходов блоков 5 не превышают порогов групы нелинейных элементов 14, предлагаемое устройство работает аналогично известно 1 у,Если напряжение хотя бы одного синапса последовательнол цепочки превышаетпорог элемента 14 и попадает в линейную зону его характеристики, на выходе четвертого сумматора 15 появляетсяаг:ряжение,поступающее через инерционное звено 16 и масштабирующий усилитель 17 на третий вход сумматора 12. После. суммирования с управляющим сигналом увеличиваегся скарость изменения выходных спайков, т.е, сокращается время наступления пессимума, Инерционное звено 16 служлт для сглаживания резких изменений напряжения с выхода сумматора 15 при включении элементов 14, а усилитель 17 - для регулиравания изменением его коэффициента усиления и подстройки скорости наступления пессимума по конкретному нейрону, Одна и та же частота разрядов нейрона мокет бытьдостигнута при низкочастотнои активации большинства возбукдаощих входов, т,е. при слабых сигналах с выходов блока 5 либо при высокочастотной активации одного- двух возбуждающих входов при сильных сигналах с выходов соответствующих им алоков 5, При этом параметрь выходных спайков в предлагаемом усгройстве в отличие от известного в этих двух случаях будутразличны: в первом случае, погкальку сигналы с выходов,блоков 5 не превышают пороги элементов 14, на выходах сумматора 15, звенаа 16 и усилителя 17 напряжение равно нулю и управление формирователем 11осуществляется сначала с зторога входа сумматора 12, а затем с первого его входа по мере возрастания сигнала с вь хода преобразователя 9, Во втором случае сигнал с блока 5, саотв 8 тствующ 8 гО сильно активи1 б 91858 Формула изобретения Устройство для моделирования нейрона, содержащее последовательные цепочки в виде формирователей входных сигналов, преобразователей частоты в напряжение и блоков задания весовых коэффициентов, тормозящие и возбуждающие входы устройства соединены с входами формирователей входных сигналов. первый сумматор, входы Составитель А,Сапко Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик Редактор А.Огар Заказ 3930 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 марный сигнал, снимаемый с его выхода, является управляющим для формирователя 11.Таким образом, в отличие от известного устройства, изменение выходных импульсов которого, т.е, реакция пессимума, происходит линейно с возрастанием частоты разрядов,предлагаемоеустройствообеспечивает зависимость скооости развития пессимума от силы, т,е, синаптического тока, раздражения, что более реалистично воспроизводит функции живого нейрона, Предлагаемое устройство неоднозначно реагирует параметрами спайков (амплитуда, длительность, уровень следовой гиперполяризации) на возрастание частоты выходной спайковой последовательности. Определяющее значение имеет причина повышения этой частоты - вследствие увеличения постсинаптического потенциала при слабой активации большого числа возбуждающих . входов или за счет сильной стимуляции отдельных синапсов, т.е. при возрастании постсинаптического тока. которого подключены к выходам блоков задания весовых коэффициентов, функциональный преобразователь, преобразователь напряжения в частоту и управляемый 5 формирователь спайка, соединенные последовательно, выход управляемого формирователя является выходом устройства, второй сумматор и пороговый элемент, выход которого соединен с первым входом 10 второго сумматора, второй вход которогосоединен с выходом функционального преобразователя, а выход соединен с вторым входом управляемого формирователя, о тл ичающеес ятем,что,с цельюповыше ния достоверности моделирования путемвоспроизведения влияния синаптического тока на реакцию пессимума, в него введены третий и четвертый сумматоры, пятый сумматор с двумя входами, группа нелинейных 20 элементов по числу возбуждающих и тормозящих входов устройства, которые разделены и через соответствующие последовательные цепочки соединены с входами первого и второго сумматоров, выходы которых 25 соединены с входами третьего сумматора,выход которого соединен с входами функционального преобразователя и порогового элемента, возбуждающие входы устройства через соответствующие последовательные 30 цепочки соединены с входами нелинейныхэлементов, входы которых соединены с входами четвертого сумматора, выход которого соединен с третьим входом пятого сумматора.35