Модель нейрона

И Е Союз Советских Социалистических Республик(51) М, К 1 5864/18-2 6 О 6 6 7/6 риорнтй Государственный немет Сапата Мнннстреа ССС пе делан иэееретеннйм Откргнтнй72) Автор изобретбииа П. рдвиа Трудового Красного Рнаьенц институт фивггодогии им. И. П. Павлова 71) Заавител Изобретение относится к области моделирования свойств биологических нейронов.Известна электронная модель нейрона, в которой осуществляется моделирование различных фуггкциональцых особенностей, выполняется функциональное воспроизведение отдельных свойств биологического нейрона ),Наиболее близким по технической сущности к изобретению является модель ней. рона, содержащая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы которых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров. Выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через инвертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту 2 .Однако, такие модели не обеспечивают достаточную точность воспроизведения свойств нейрона.Целью изобретения является повышение точности модели.Поставленная цель достигается тем, что в предложенную модель введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязалающего конденсатора, общий вывол,которых г олклгочсн ко вхолу 2соответстцугошего сумматора, Дру гой вывод времязалаюшего конденсатора соелццец с шиной нулевого гготеггцггала, а другой вы- воЛ делителя напряжения - с источником питания. Кроме того, в преоб разо на тел ь и а.пряжеция в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель цапряже.цця, времязалающнй конденсатор и вьпрямнтельцый элемент, вход которого соелццец с эмиттером первого транзистора, а выхол с первым делителем напряжения. Змиттер первого транзистора через времязадагощий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и через второй лелцтель напряжения подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания.Функциональная схема модели представлена на чертеже.Модель содержит интеграторы 1, управляемые ключи 2, сумматоры 3 возбужлаю-.щих и тормозящих сигналов, нцвертор 4 и преобразователь напряжения в частоту 5.Ко входам сумматоров 3 подключены делители напряжения 6, 7 и времязалаюшце коцлс цсаторы 8, 9,.Через делители напряжения 6, 7 на сммапргг подаются напряжения, устацагглц.3ваюшие исходный потенциал на базе транзистора 10 преобразователя 5. Величины сопротивлений делителей напряжения 6 и 7 устанавливают веса возбуждающих и тормозящих входов модели нейрона, так как при 5 их активации резисторы выходов ключей 2, подключенные ко входам сумматоров, образуют делители напряжений с резисторами 6 и 7, понижая исходный уровень напряжения на сумматоре пропорционально отношению своих величин и числу активных входов интеграторов 1.Конденсаторы 8 и 9, подключенные к входам сумматоров 3, обеспечивают различие постоянных времени установления и спада уровня мембранного потенциала пр и а ктива ции возбуждающих и тормозящих входов, формируя таким образом изменения напряжения, аналогичные возбуждающему постсинаптическому потенциалу и тормозящему постси наптическому потенциалу биологи ческого нейрона.Между эмиттером транзистора 10 и обшей точкой схемы включены времязадаюгций конденсатор 11 и делитель напряжения 12, К эмиттеру транзистора 10 подключен делитель напряжения 13, связанный с пере менным делителем напряжения 14, со средней точки которого снимается напряжение установки величины порога электронного аналога нейрона. Последовательно с делителем напряжения 12 установлен выпрямитель 30 ный элемент 15, который увеличивает постоянную времени разряда конденсатора 11.Перемещением движка делителя напряжения 14 устанавливают значение порогов в пределах от глубокого запирания аналога до спонтанной генерации импульсов. По- з 5 стоянная времени, определяемая величиной емкости конденсатора 11, устанавливает степень адаптации (или аккомодации) аналога к входному воздействию. При малом значении постоянной времени разряла конденсатора 11 получают аналог с отсутствием ада тации, При больших значениях постоянной разряда конденсатора 11, когда импульсный интервал генерируемых импульсов меньше этой постоянной вредней, происхолит заряд коденсатора, приводящий к повышению о рога и сниженао частоты енерацип при постоянном уровне возбукдения входов, т. е.воспроизводится функция адаптации.Напряжения с выходов сумматоров, связанных с базой транзистора 10 непосредственно или через инвертор, имеют одинако вые знаки, но складываясь на базе транзистора 10 как разноименные, они формируют исходный мембранный потенциал, опредесяющий активное состояние преобразователя 5.55Активация одного или группы вхолов, присоединенных через ключи 2 к сумматору 3, связанному с инвертором 4, вызывает уменьшение напряжения на входе сумматора и уменьШение напряжения с выхода инвертора 4, но уже другой полярности. Это прив к возрастанию отпираюшего напряжения на базе транзистора 10, поступающего с сумматора 3, Если этот потенциал достаточен для возбуждения преобразователя 5, то на выходе модели генерируется импульс и заряжается конденсатор 11, что приводит к повышению порога срабатывания модели. Постоянная времени разряда конденсатора 11 определяет характер импульсного потока при постоянном уровне актйвации группы входов, подключенных к сумматору 3, связанному с инвертором 4. Эта группа вхолов по своему воздействию на преобразователь является возбуждающей.Активация входов,подключенных к сумматору 3, выход которого непосрслственно связан с базой транзистора 10 преобразователя 5, приводит к уменьшению напряжения на входе этого сумматора и, слеловательно, к увеличению напряжения на базе транзистора 10, поступающего с выхода инвертора 4, Это напряжение является запирающим, поэтому уменьшается пли прекращается генерация импульсов на выходе молелч, Таким образом, группа входов, подключенных к сумматору 3, выход которого непосредственно связан с преобразователем, является тормозящей по виду воздействия на преобразователь.Рассматриваемая модель благодаря введению новых элементов и связей между ними обеспечивает более высокую точность воспроизведения свойств нейрона по сравнению с известными моделями нейрона.Формула изобретения1, Модель нейрона, содержацая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы которых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров, выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через инвертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности модели, в нее введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязадаюшего конденсатора, общий выход которых полключен ко входу соответствующего сумматора; лругой вывод времязадаюгцего конденсатора соединен с шиной нулевого потенциала, а лругой вывод делителя напряжения - с источником питания.2. Модель нейрона по п. 1, отличающаяся тем, что в преобразователь напряжения в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель напряжения, времязадаоший конденсатор и выпрямительный элемент, вход которого соединен с эмиттером623214 первого транзистора, а выход - с первым делителем напряжения; эмиттер первого транзистора через времязадающий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала через второй делитель напряжения подклю чен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания. 6Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Вартанян Г. А. и др. Механизмы деятельности центрального нейрона. М., Наука, 1966, с. 108.2. Авторское свидетельство СССР М 288700, М. Кл. б 06 б 7/60, 1969.Составитель И. Загорбининаа Техред О. Луговая Корректор Н. ТуТираж 826 ПодписноеГосударственного комитета Совета Министров СССпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5л ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пи