Устройство для моделирования нейтрона

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нц 647699.7 6 (Я) 2385492/18-2 явлен нрисоедннеинем заявкЩ ПрнорнтетГааудврстеанный комитет ссср на делам нзобратаннй н открмтнйублнковано 15.02.79 Бюллетеиь УЬ атж опубликования описания 5.0,7 53) УДК 681.33(72) Авторы изобретен и товский ордена Трудового Красного Знаменигосударственный университет Т 1) Заявите(5 а РОЙСТ Я МОДЕЛИРОВА ЕИРОН 3Изобретение относится к области биоиики и может быть использовано в адаптивных информационно-управляющих систе- мах. Известна модель нейрона, содержащая блоки управляемой проводимости, интеграторы в цепях возбуждения пресинаптического и постсинаптического торйбжения, генератор выходных. возбуждающих и тормозящих сигналов, воспроизводящая такие свойства биологического прототипа, как подстройка весов межнейронных связей, пространственно-временную суммацию, формирование мембранного потенциала и генерирование потенциалов действия 1.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор 2. Недостаткомнеполнота моделгического нейронпрнспособительныной клетки. казанных свойств является рования процессов биолоа, отсутствие в ней ряда х свойств реальной нервЦель изобретения - повышение точности моделирования,Указанная цель достигается тем, что вустройство введены дополнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных н условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога и управляемый генератор импульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу блота ка адаптации порога нейрона, управляющиевыходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход которо- тЗ го подсоединен к .первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходам регулируемого блока пространственно-временного суммирования и дополнительного регулируемого блока про- З странственно-временного суммирования соответственно, управляющий вход регулиру.емого блока пространственно-временного суммирования подсоединен ко второму выходу сумматора, суммирующие входы регулируемого блока пространственно-временного суммирования подключены к выхоламфеу 2 гируемого источника энергии и п первых блоков изменения весов межнейронныхсвязей соответственно, первые вхолы которых полсоединены к выходам п первых бло"ков коррекции весов межнейронных связей,первый выход сумматора подключ;н к управляющему входу дополнительного регулируемого блока пространственно-времен"ного суммирования, суммирующие входы которого подсоединены к выходам гп вторыхблоков изменения весов межнейронных связей, первые входы которых подключены квыходам т вторых блоков коррекции весовмежнейронных связей, вторые входы и первых и в вторых блоков коррекции весовмежнейронных связей и входы п первых игп вторых блоков изменения весов межнейронных связей являются входами устройства,Блок коррекции весов межнейронных связейсодержит соединенные последовательйо биполярный ключевой элемент, узел памятии согласующий усилитель, выход которогоявляется выходом блока, входы биполярного ключевого элемента являвтся вхбдамиблока коррекции весов межнейронных связей, при этом блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель, апериодический усилитель, соединенные с дифферен, циальным усилителем, выход которого является выходом. блока адаптации порога, входы безынерционного усилителя и апериоди ческого усилителя являются входами блокаадаптации порога.На чертеже представлена функциональная схема устройства. для моделированиянейрона,Устройство -содержит и первые и вторые блоки изменения весов межнейронныхсвязей 1, 1, т первые и вторые блоки коррекции весов межнейронных связей 2, 2,в которые входят биполярные ключевйе- элементы 3, узлы памяти 4 и согласующиеусилители 5, регулируемый блок пространст венно-временного суммирования 6, дополнительный регулируемый блок пространственновременного суммирования 7, регулируемыйисточник энергии 8,сумматор 9, блок адаптации порога 1 О, в который входят безынерционный усилитель 11, апериодический усилитель 12, дифференциальный усилитель 13,управляемый генератор импульсов 14, блокзадания начальных условий 15. Выход управляемого генератора импульсов 14 является выходом устройства., На входы устройства поступают соответс 1"венно возбуждающие и тормозные сигна"-"КЫ в виде положительных импульсов градуально меняющейся частоты. С выхода блока изменения весов межнейронных связей 1возбуждающий и тормозные сигналы, величины Которых зависят от перестраиваемыхзначений весов связей, поступают на регу. лируемые блоки пространственно-временного суммирования 6 и 7 возбужлаюших и тор.мозных сигналов соответственно, Суммарный возбуждающий сигнал с выхода регули руемого блока пространственно-временного суммирования 6 и суммарный тормозной сигнал с выхода регулируемого блока пространственно. временного суммирования 7поступают на сумматор 9, с которого разностный сигнал меж.ду возбуждающими и тормозными воздействиями поступает на блок алаптации поро.га 10, В блоке адаптации порога приходящий сигналодновременно поступает на безынерционный усилитель 1 и апериодический усилитель 12, разность выхолных сигналов которых вычисляется дифференциальным усилителем 13. Таким образом, в блоке адаптации порога происходит приспособительное уменьшение сигнала за счет 20 отклонения порога нейрона от своего оптимального значения, задаваемого блоком задания начальны условий 15, С сигнального выхода блока адаптации порога (выход дифференциального усилителя 13) сигнал 25поступает на управляемый генератор импульсов 14, который генерирует импульсы положительной полярности градуально изменяющейся частоты в зависимости от значений мембранного потенциала и порога нейрона. При воздействии на входы устройства 30 различных информационных сигналов выходное напряжение сумматора 9 отклоняется зт первоначального значения (оптимального значения мембранного потенциала) и по цепям отрицательной обратной связи подстраивает коэффициенты передач регулируемых блоков пространственно-временного суммирования 6 и 7 таким образом, чтобы уменьшить влияние возбуждающих и тормозных воздействий на мембранный потен"-"цйал, а следовательно, и на величину от клонения порога от-оптимального значенияв блоке адаптации порога 10. Эти контуры подстройки поддерживают значение порога модели нейрона в определенных пределах, -прикоторых не происходит перестройки передаточной функции моделя за счет 45. перестройки весов связей. Таким образомв режиме информационного преобразования сигналов устройство реализует требуемое функциональное отношенйе вход-выход,В случае неадекватности передаточнойфункции модели нейрона целевым задачам системы, в которой модель работает, на регулируемый блок пространственно-временного суммирования 6 поступает сигнал активации с регулируемого источника энергии 8, который повышает чувствительность модели нейрона к приходящим воздействиям, ко." торые, в- свою очередь, отклоняют порогнейрона за-прелелы его оптимальных значений. Это приводит к тому, что с управ ляющих выходов блока адаптации порогаснимается равный по величине, но противоположный по знаку сигнал, который по це. пям отрицательной обратной связи посту. пает в блоки коррекции весов межнейронных связей 2. В блоках коррекции весов межней. ронных связей биполярные ключевые элементы 3 при наличии информационного сигнала на соответствующем входе устройства подают сигнал отклонения порога от оптимального значения с выходов блока адаптации поро О га в аналоговые узлы памяти 4, с которых сигналы через согласующие усилители 5 поступают в блоки изменения весов межнейронных связей 1 и перестраивают те веса связей, ка которые приходят информационные скгналы. Значение весов связей, при которых передаточная функция нейрона удовлетворяет целевым задачам системы, запоминается в аналоговом узле памяти, Таким образом устройство для моделирования нейрона перестраивает свою передаточную функ- щ цию с целью возвращения в собственное оптимальное состояние и достижения требуемой для системы, в которых работает устройство, передаточных отношений вход- выхОд.Благодаря введению новых элементов и связей между ними повысилась точность моделирования.формула изобретения1. Устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены дополнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптацик порога и управляемый генератор импульсов, вход которого подключен. к сигнальному выходу блока адаптации порога нейрона, управляющие выходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход ко.торого подсоединен к первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходам регулируемого бло.ка пространственно-временногоуммкровакия и дополнительного р гули )уемого бло.ка пространственно-временного суммирова.ния соответственно, управляющий вход регулируемого блока пространственно времен.ного суммирования подсоединен ко второмувыходу сумматора, суммирующие входы регулируемого блока пространственно-времекного суммирования подключеиы к выходамрегулируемого источника энергии и и пер.вых блоков изменения весов межкейропныхсвязей соответственно, первые входы кото.рых подсоединены к выходам п первых бло.ков коррекции весов межнейронных связей,первый выход сумматора подключен к управляющему входу дополнитеЛьного регулируемого блока пространственно-временногосуммирования, суммирующие входы которого. подсоединены к выходам а вторых блоков изменения весов межнейронных связей,первые входы которых подключены к выходам а вторых блоков коррекции весов межнейронных связей, вторые входы и первыхи а вторых блоков коррекции весов межнейронных связей и входы п первых и гпвторых блоков изменения весов межнейрокных связей являются входами устройства.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что блок коррекции весов межкейронныхсвязей содержит соединенные последовательно биполярный ключевой элемент, узел памяти и согласующий усилитель, выход которого является выходом блока, входы бипо-лярного ключевого элемента являются входамк блока коррекции весов межнейронныхсвязей.3. Устройство по и. 1, отличающееся тем,что блок адаптации порога содержитбезынерционный усилитель, апериодическийусилитель, соединенные с дифференциальным усилителем, выход которого являетсявыходом блока адаптации порога, входыбезынерционного усилителя и апериодического усилителя являются входами блокаадаптации порога.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССР453710, кл. б 06 б 7/60, 1972.2. Заявка2138807/24,кл. б 06 б 7/60, 20.07.76, по которой принято положительное решение. о выдаче авторского свидетельства.647699 Составитель И. ДубининаТехред О. Луговая Корректо ираж 779 Подписи. Кравчен ЦНИИПИ Государствепо делам нзобр13035, Москва, Ж 35 Филиал ППП Патент, г Редактор Д. Зубов Заказ 334/42 ого комнт етеннй нРаушская Ужгород,ета СССРоткрытийнаб., д. 4/5ул. Проектная, 4