Устройство для моделирования нейронных структур

,т.:,:тф.о т .хф;.4 фф; фОП И А ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ Своз Советских СоЮалмстмчесяих Республни) Заявлено 04,12.73(21) 1973906/18)М,Кл 0060 рисоединением эаявки Гасударстввнный намнтвтСаввта Инннатрав СССРаа двлам нэабрвтвннйн аткрытнй, Х файз го ЗнамениВ.И.Ульянова;Ленин Казанс рдена Трудового Краенный университет им(71) Заявите го 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ СТРУКТУР б Устройство относится к моделированию нейронных структур (сетей, систем) и мо-, жет.быть использовано для проведения комплексных исследований информационных процессов в нейронных структурах, в том числе для исследований принципов построе;ния нейронных классификаторов, задач поиска и обучения, задач управления.Известно устройство для моделирования нейронных структур, содержашее блок моде пирования нейронов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам наборного поля и блока управления, а его выходы соединены с первыми входами , наборного ноля, блока управления и блока 1 Ь индикации, второй вход которого подключен к выходу блока управления, а выход блока индикации соединен со вторым входом блока управления; второй выход наборного поля соединен с первым входом блока интег ,раторов, второй вход которого подключен к выходу блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока интеграторов.Такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности по простоте и р 5 эффективности проведения исследований, поаноте и точности моделирования, широте класса исследуемых проблем.Предложенное устройство, с целью уве личения точности моделирования, содержит формирователь входных сигналов, преобра зователь входных сигналов интегратор и генератор случайных сигналов, вход которого подключен к выходу блока управления, а выход соединен с третьим входом блока моделирования нейронов и четвертым входом блока управления; вход формирователя входных сигналов подключен к выходу блока ,управления, а его выход соединен с первым входом преобразователя входных сигналов ,и пятым входом блока управления, шестой вход которого подключен к первому выходу преобразователя входных сигналов, вход которого подключен к выходу блока управления, а второй выход - ко второму входу наборного поля; первый и второй входы интегратора подключены соответственно к выходам блока моделирования нейронов и блока управления, а его выход соединен с седьмым входом блока управления.29 Наборное поле 5 предназначено длянабора определенных типов моделей нейрона, осуществляемою тумблерами, и длякоммутации ячеек тумблерами и шнуровымипарами независимо, а также для подключьния к нейронам выходов преобразователя 2и интегрирующих усилителей,Блок моделирования нейронов 6 является основной частью устройства, Он соотоит иэ подблока 7 возбуждающих синапсов- активных четырехполюсников, изменяющих в процессе обучения свои передаточные функции и моделирующих возбуждающиепластические синапсы; подблока 8 дендритов - пассивных интегрирующих цепочек,моделирующих веточки денритного дерева;подблока 10 тел нейронов, представляющего собой электронные схемы, моделирующие основные функциональные свойства телпрототипа. Такое конструктивное исполнение блока 6 позволяет просто набиратьразличные модификации моделей нейронов.Интегратор 12 выходного сигнала служит для преобразования выходных импульо 5 10 5 20ных сигналов нейронов в аналоговую величину (напряжение), которая фиксируется вольтметром, и позволяет судить о суммарной активности нейронной структуры.Блок индикации 1 3 позволяет судить о состоянии нейронов. При их возбуждении на его панели загораются лампочки; изменения состояний возбуждения структуры фиксируются на кинопленку. Блок индика- ции 13 позволяет особенно наглядно наблюдать процессы формирования и динамику циклических процессов в нейронных струк- гурах.Блок интеграторов 14 служит для фиксации с помощью самописцев сведений о возбуждении областей структуры или отдельных нейронов, Блок состоит из однотипных решающих усилителей, работающих в апериодическом режиме.Блок управления 15 служит для управления регулировки и контроля параметров формирователя входных сигналов 1, и других блоков, соединенных с ним. Он позволяет, в частности, изменять пороги срабатывания нейронов, устанавливать начальные синаптические веса, регулировать время задержки аксонов и передаточные характеристики дендритов. Генератор случайных сигналов 16 служит для "зашумления нейронов двумя спо 50 55 60 3 4783вЯчейкой сети является аналого-дискретная модель нейрона, обладающая всеми основными функциональными свойствами биологического нейрона и реализованная на микросхемах.Устройство позволяет:а) оперативно использовать различные модификации модели нейрона, не меняя физической структуры устройства;б) моделировать широкий класс детерминированных и вероятностных нейронных структур;в) индивидуально настраивать и регулировать параметры нейронов и всей, моделируемой структуры в целом;1 г ) моделировать циркуляционные процессы, которые могут автоматически перестраивать структуру;д) визуально наблюдать сформированные в процессе автоматической перестройки (обучения) структуры; е) регистрировать активность отдельных нейронов и всей структуры в целом;ж) перерабатывать (кодировать) световые, акустические и смешанные сигналы. На чертеже приведена структурная схема устройства,Устройство содержит формировательвходных сигналов 1, преобразователь входных сигналов 2, в состав которого входят(МСЭ) 3 и частотный фильтр 4, наборное поле 5, блок моделирования нейронов(БМН) 6. В состав БМН 6 входят подблоквозбуждающих синапсов 7, выход которогосоединен с подблоком дендритов 8, к которому подключен также выход подблокатормозящих синапсов 9, Выход подблока8 через подблок 10 тел нейронов соединенс формирователем выходных сигналов 11.Кроме этого, в устройство входят интегратор 12, блок индикации 13, блок интеграторов 14 и блок управления 15.формирователь входных сигналов 1 служит для формирования входных световыхи акустических сигналов, которые поступаютсоответственно на преобразователь 2. формирователь 1 состоит из источника звуковых колебаний и проектора, позволяющегополучать световые сигналы (изображения).Преобразователь входных сигналов 2 служитдля преобразования сенсорных сигналов вкод, используемый в устройстве. Он состоит из МСЭ 3 и частотного фильтра 4,преобразующих соответственно световыеи акустические сигналы. Выходные сигналыблока 2 представляют собой либо импульсы, либо потенциалы,25 30 35 40 45 собами; смешением уровня порога срабатывания к критическому и воздействием навходы. нейронов случайными последовательностями импульсов. Это позволяет оченьпросто преобразовывать детерминированные нейронные структуры в вероятностные.8329 547Устройство работает следующим образом.При подготовке устройства к процессу моделирования нейронных структур на наборном поле 5 задается тип нейрона, соотношение возбуждаюших и тормозящих синапсов, топология моделирования нейронной структуры, производится подключение блока интеграторов 14 к определенной области нейронов БМН 6, В блоке управления 15 устанавливаются требуемые параметры нейронов, проверяется работоспособрность блоков устройства и подготавливается съем данныхНа генераторе 16 устанавливается нужный режим "зашумления".После подготовки устройства проводится исследование модели нейронной структуры до достижения заданного критерия функционирования, или до выявления определенной закономерности функционирования структуры, после чего устройство выклк. чается, и полученные данные анализируются. Например, для исследования механизмов формирования энграмм на формирователе входных сигналов 1 задается определенный тип сигналов, принадлежащих одному классу (например, набор изображений определенной геометрической фигуры). Эти сигналы, поступая на МСЭ 3 возбуждают с той или иной интенсивностью светочувствительные элементы, выходные сигналы которых, в свою очередь, кодируются последовательностью импульсов с определенной частотой на выходе рецепторных .нейронов, специально выделенных для этого на БМН 6. Сигналы с выходов рецепторных нейронов преобразуются соответственно в нейронной структуре, тип и параметры которой могут планомерно меняться как с помощью блока управления 15, так и автоматически из-за наличия пластических свойств синапсов. Условием достижения заданного критерия функционирования в данном примере является формирование энграмм, т.е. такого подмножества нейронов, которое возб,ждается всегда определенным образом тогда, когда на преобразователь 2 поступают сигналы пднот") заданного класГа/ ЪС,пособ съема данных завимп от типа исследуемой нейр юий структуры: при анализе детерминированных синхронныхструктур применяется визуальный контрольили используются дискретные регистрируюшие устройства; при анализе асинхронныхи вероятностных структур используютсянепрерывные регистрируюшие устройства,например, самописцы или кинопленка.Интегратор выходного сигнала позволяетпроизводить качественный анализ любоготипа структур,Предмет изобретения Устройство для моделирования нейрон ных структур, содержашее блок моделирования нейронов, первый и второй входыкоторого подключены соответственно к выходам наборного поля и блока управления,а его выходы соединены с первыми входа ми наборного пола, блока управлении и блока индикации, второй вход которого подключен к выходу блока управления, а выход блока индикации соединен со вторым входом блока управления; второй выход наборного по ля соединен с первым входом блока интег 3раторов, второй вход которого подключенк выходу блока управления, третий входкоторого соединен с выходом блока инте 1граторов, о т л и ч а ю ш е е с я тем, дО что с целью увеличения точности моделирования, оно содержит формирователь входных сигналов, преобразователь входныхсигналов, интегратор и генератор случайных сигналов, вход которого подключен З 5 к выходу блока управления, а выход соединен с третьим входом блока моделированиянейронов и четвертым входом блока управления; вход формирователя входных сигналов подключен к выходу блока управления, 40 а его выход соединен с первым входомпреобразователя входных сигналов и пятымвходом блока управления, шестой входкоторого подключен к первому выходу преобразователя входных сигналов, вход котог, 45рого подключен к выходу блока управл.енияа второй выход - ко второму входу наборного поля;первый и второй входы интегратора подкгцочены соответственно к выходам блока моделирования нейронов и бло О ка управления, а его выход соединен сседьмым входом блока управления..59, Бережковская наб., 2 прия сПатент,ск ударствеиного комитет по делам изобретений ,Москва, 113035, Рауш ираж 679 Подписное Совета Министров СССР открытий