Устройство для моделирования адаптивного нейрона

Вес оеот 1 на,О Д нбпф 1 енфф Е 1 565306 ИЗОБРЕТЕН Яя Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 15.07.77. Бюллетень 6 066 7/6 М сударственнвй комитетсвета Министров СССРпа делам изобретений 53) УДК 681,33и аткрыти опубликоьания ог саня 28.11.77 45,изобрете Гринченко и С, Л. Загуски остовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АДАПТИВНОГОНЕЙРОНА расширение модели ней 1Устройство может найти примененНе в биснике, в частности, гри создании управляО- щих систем роботов.Известно устройство для воспроизведения функцио 55 альных аво 55 ств нейрсна, принц и действия которого основан на преобразова Ни энергии, получаемой от некоторого источника 111.Известное устройство не обеспечивает воспроиаведения фу 5 ткциональных изменений нейрова и аисон 1 нопо холмика,Наиболее близиим по технической сущности к расоматриваемоиу является устройство для моделирования адаптивного нейро 5 а, содержащее регулируемый источник энергии, вход которого соединен с выходом уэстройства, а выход - с входом функционального лре. образователя, подключенного к выходу блока пфростраотствентО-зрем 8 нного суммирО)взния, каналы тормозящего оигнала и каналы возбуждающего сипнала 21. Это устройство не обеопечивает воспроизведения энергетических и функциооеалыных механизмов лабилыных и стабильных входных реакций, проявления которых,набл 5 одаются в цитохимичеоких экспер им ентах.Целью изобретения являетсяфункциональных возможностей ероНа.Поставленоая цель достигаетСя тем, что в устроиство введены каналы оптимизируемого снтнала 5 Олок управлеИ 5 Коэфф 55 цнентаВ и чув"твительности, соответствующими входами соединенный с выходом блока пространствен но-време 5 еного суммирсвания, выходом функционального преобразователя, с входом и выходом,регулируемого источника энергии. Причем каждый канал оптимизируемого ситпнала содержит Олок :55 ножения, переый Вход, котоо рого соединен с оптимизируемым,входоы устройства, второй вход - с соответствующим выходом блока управления коэффициентами чу 1 вствителыности, а выход - с соответствутощ 55 вхОдо 1 блошка пространстве 55 но-времен 5 ного сумм 55 ровани 5, и дополнительный регулируегмый источник энерг.и, Вход которого подключсн к соответствую цыму оптимизируемому входу устройства, а выход - к третьему входу блока умножения, Каждый канал 2 О возбуждающего сип 55 ала ссдержит блок формирования коэффициента чувствительности, подключенных к соответствующему выходу блока управления коэффициентами чувствительнсгст 55, дсполнителыньй регул,гсчьш.25 точник энергии, соединенный с соотВетствующнм возбуждающим входом устройства, и блошек умножеи 5, к входаы которого соответствекно подкл)очсны соответствующий возбуждающий вход устройства, выход допол- ЗО пительното регулируемого источника энергии3и выход блока формирэва 1 ния кэзффиционта чувствительности, а выход соединен с соответствующим входом блока пространственновременн 1 ого суммирования.Каждый канал тормозящего сигнала содерж 1 ит блок формирования коэффициекп з чувствительности, подключенный к соответствующему выходу блока управления коэффициентами чувствительно(сти, дополнительный функциональный преобразователь, соединенный первым входом с соответствующим тормозящим входом устройства, вторым входом с выходом устройства, а выходом с входом второго дополнительнопо функционального преобразователя, дополнительный,регулируемый источник энергии, подключенный к выходу второго функциональнэго п 1 реобразовате 1 зя, и блок умножения, входы которого соединены с выходом блока формирэвания коэффициента чулствительноспи, выходом первого дополнительного функционального преобразователя и выходом дополнительного регулируемого источника энергии соответственно, а выход блэка умножения подключен к соответствующему входу блока пространствепп- временного суммирования.На чертеже изображена блок-схема предлатаемэго устройства,Тормозяш 1 ие входы 1 устройства подключены к,каналам 2 тормозящего сипнала, каждый из которых содержит дополнительный фуикциональный преобразователь 3, блок 4 умножениявторой дополнительный фун 1 кциональный преобразователь 5, дополнительный регулируемый источник 6 энергии и блок 7 формирования коэффициента чувствительности.Возбуждающие входы 8 устройства подключены к каналаи 9,возбуждающего сигнала, каждый из которых содержит блок 10 умножения, дэполнительный регулируемый источник 11 энертии и блок 12 формирования коэффициента чувствительности. Оптимизируемые входы 13 устройства подключены к каналам 14 Оптимизируемого сигнала,:каждый из которых содержит блок 15 умножения и дополнительный регулируемый источник 1,6 энергии. Кроме того, усгройство имеет озябшие для всех каналов блэк 17 пространст 1 венновременного суммирования, регулируемый источник 18 энергии, функциональный преобра. зователь 19 и блок 20 управления коэффициентами чувствителыности (потоки энергии на схеме обозначены двойными стрелками).1 Принцип работы предлагаемого устройства состоит в сле 1 дующем.Сигнал х, поступающий па тормозящий вход 1 нейронаприходит на вход функцизнального преобразователя 3, реализующего функциюх,= Р,(х, - у) Г (х, - у)1где у - выходной сигнал нейрона.Г - единичная функция Хэвисайда.Сигнал х который можно назвать эф 565306 50 5560 65 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 4фективным входным сигналом, воздействует на вход функционального преобразователя 5, реализующего функциюх,= и, ( " .,.гФункциональный цреобразэватель 5 осуществляет неидеальное,дифференцирование, цри подаче на него ступенчатой функции задний фронт дифференцирующего импульса сильно растянут.Под воздействием сигнала х, в источнике 6, характеризующемся весьма малой инерционностью срабатывания, генерируется энергия Е , неооходимая для уоиления эффективного вхо 1 дного сипнала х В блоке 4 энергия Е эффективный входной сигнал х,ти коэффициент а т чувспвительности соотвзтствующего входа (слабо меняющийся опорный сигнал, формирующийся в блоке 7) перемнэжаются, Результирующий сигнал поступает на один из входов блошка 17 проспранствепно-временного суммирования, где суммируются сигналы со всех, входных каналов устройстваСигнал х поступающий на,возбуждающий вход 8 устройспва, приходит непосредственно на источник 111 энергии, характеризующийся значительной инерционностью срабатывания, и вызывает генерацию энергии Е необходимой для усиления этого выходного сигнала. В блоке 10 энергия Е входной сигнал х, и коэффициент а. чувствительности соответствующего входа (слабо меняющийся опорный сигнал, формирующийся в блаке 12),перемножаются. Результирующий сигнал, поступает на один 1 из входов блока 17 пространстввнночвременного суммирования,Главной осэбенностью оптимизируемого канала 14 устройства является лабильность его реакции на приходящее по оптимизируемому входу 13 вэздейспвие хппт . Это воздействие поступает на источник 16, в котором генерируется энергия Е, необходимая для усИЛЕНИя ВХОдНОГО СИГНаЛа Х ппт . В бЛОКЕ 15 ЭНЕрГИя Е ВХОдноЙ ОИПнал Хппт 1 И ПЕРЕоптМЕННЫЙ КОЭффиЦИЕНТ (Х опт ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ соотвегспвующего входа геремножаются. Результат поступает на один из входав блока 17 иространст 1 венно-временного суммирования,Именно характер изменения коэффициента аппт чувспвительности и определяет реакцию канала 14 о 1 птимизирувмого сигнала па пришодшее на него воздействие. За)кон изменения коэффициента апзадает блок 20 управления коэффициентами чувствительности, ссущоствляющий поиок таких значений коэффициентов ккоторые через их влияние па другие внутренние переменные, в конечном счете, доставили бы минимум некоторой функции Я.Эта функция зависит от энергии Еп , затрачиваемой на осуществление фуикциональ565306 5 1 О По 5 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Аналогично Устройство для моделцрования адаптивпого нейрона, содержащее регулируемый источиик эпэргии, вход которого соединен с выходом устройства, а выход - с входом функционального,преобразователя, подключенного к выходу блока пространственно-временного суммирования, каналы тормозящего сигнала и каналы возбуждающего сигнала, отл и 5ной апстивности нейрсна (генерируется в источнике 18), уровня суммарного входного сигнала х возникающего на выходе блока 17пространственно-временното суммирования, иуравня,выхсдного сигнала у, Кроме того,блок 20 осуществляет параметрическое влияние (соответственно р, и Д) на блоки 7 и12 формирсвания коэффициента чувствительности в каналах 2 и 9 тормозящего и возбуидающего сигнала, которое имеет своей цельюдостижение минимума той же функцииЯ=Я Х (Е х,., д),Необходимо указать, что выходной сигнал р вырабатывается функциональным преобразователем 19, реализующим зависисмостьу = 6(х .х, Еф ), т. е, преобразующим хв выходной сигнал, проичем параметром этогопреобразования служит величина энергииЕр ,5 =6, (у (5 - 15 - й 1,где 5 - дискретное время,- целое положительное число,Аргументы фмпкции 6 существенно,влияют и на тактику итеративного поисковоголроцесса оптимизации, т. е. на закон изменениякоэффициента итерации,величина поискового шага) ср Лс,(5) = Ч (х,(5 - 1 5 - ),Р у (5 - 1,., 5 - й 2 7 Д,Е ф (5- 1) (аоп,Х Х (5 - 1), х,(5 - ,1) (и ,5 - 1) ); у (5 - 1) Х Ъ Х (и опт (5 - 1).Ь 5 = х(х (5 - 1 5 - А),,5 - 1 5 -ф ) ( ( )вх(5 - 1)Х Х О(5 - 1),У(5 - 1) (Я(5Таким образом, введение указанных блоков,и соответствующих связей,позволило воспроизвести наблюдаемый в цитохимических экспериментах энергетический и функциональный механизм лабильных и стабильных (возбуждение либо торможение) вхсдных реакцийий нейрона, т. е. обеспечило расширение функциональных возможностей уст 1 ройсвва. Формул а из обер е тени я ч а ю щ е е с я твм, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит каналы оптимизируемого сигнала и блок улравления коэффициентами чувствительности, состветствующими входами соединенный с выходом блока пространспвенно-временного суммирования, выходом функционального преобразователя, с входом и выходом регулируемого источника энергии, причем каждый канал оптимизируемого оигнала содержит блок умножения, первый вход которого соединен с оптимизируемым вхэдсм устройнлва, второй вход - с соответствующим выходом блока управления коэффициентами чувствителыности, а выход - с соответствующим входом блэка пространственно-временного суммирова 1 нияи дополнительный регулируемый источник энергиивход которого подключен к соответсввующему оппимизируемому входу устройства, а выход - к третьему входу блока умножения, каждый канал возбуждающего сигнала содержит блок формирования коэффициента чувствительности, подключенный к соответствующему выходу блока управления коэффи 1 циентамц чувствительности, даполнительный регулируемый источник энергии, соединенный с соответствующим возоуждающим входом устройства, и блок умножения, к входам которого соответственно подключены состветспву 1 ощий возбуждающий вход устройства, выход дополнительного регулируемого источника энергиями и,выход блока формирования коэффициента чувствительности, а выход соединен с состветствующим входом блока пространственно-временного суммирования, каждый канал тормозящего сигнала содержит блок формировация коэффициента чувствительности, подключенный к соответствующему выходу блока управления коэффициентами чувствительности, г 1 ервый дополнительный функциональный преобразв тель, соединенный первым входом с соответствующим тормозящим входом устройства, вторым входом с выходом устройстерва, а выходом с входом второго дополнительного функционального преобразователя, дополнительный, регулируемый источник энергии, подключенный к выходу,второго функционального преобразователя, и блок умножения, входы которого соединены с выходом блока фо,- мирования еоэффициента чувс пвительности, выходом первого дополнительного функционального преобразователя и выходом дополпительного регулируемого источника энергии ссответспвенцо, а выход блока умножения простраиствевно-временного суммированця.Источники информации,1, втпринятые во внимание при экспертир зеАвторское свидетельство494752,кл. 6 066 7 60, 975.Авторское свидетельство2248922кл. 6 066 7/60, 1968.565306 тор Т. Юрчнков аказ 624 Тираж 818омгитета Совета Министров СССбретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5 одписное О МОТ, Загорский филиал Составитель И, Загоехред 3. Тараненко Изд,583 суаарственыого по делам из 113035, Москва