Устройство для моделирования нейрона

) УСТРОЙСТВО ЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОН Изобретение относится к аналоговому моделированию и предназначено для физиологических и биофизических экспериментов при изучении явления гиперполяриэации нейтронов в формировании организации нейронных сетей и их ф работы. Кроме того, устройство может найти применение в формировании адаптивных нейронных процессов, в ос" нове которых лежит переменность порога возбуждения и гиперполяризация.1 ОИзвестно устройство для моделирования нейрона, содержащее источники входных импульсов и сумматор, выход которого через последовательно соединенные схему сравнения и преобра 1 зователь напряжения в цастоту подклю" цен к блоку формирователя выходныхимпульсов13Недостаток данного устройства- сравнительно низкая точность.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для моделирования нейрона,содержащее. преобразователи частоты в напряжение, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через последовательно соединенные схему сравнения и преобразователь напряжения в частоту подключен к блоку формирователя выходных импульсов 2.Недостатками известного устройства являются постоянство порога возбуждения и частичная. потеря информации на выходе, так как нельзя точно определить, за счет чего происходит изменение частоты на выходе: эа счет активности возбуждающих или тормозящих входов.Цель изобретения - повышение точности моделирования за счет учета свойств гиперполяризации и переменности порога возбуждения нейрона.Указанная цель достигается тем, цто в устройство, содержащее первую группу преобразователей частоты в напряжение, выходы которых подключены кПредлагаемое устройство содержит 35 первую группу преобразователей 1 частоты в напряжение, первый сумматор 2, схему 3 сравнения, преобразователь 4 напряжения в частоту, формирователь 5 выходных импульсов, вторую группу 4 О преобразователей б частоты в напряжение, второй 7 сумматор, интеграторы 8 и 9, ключи 10-12, преобразователи 13 и 14 частоты в напряжение.Последовательно ключам 11 и 12 45 введены сопротивления, равные по величине входному сопротивлению соответствующего интегратора.Устройство работает следующим образом. 50 На входы преобразователей 1 частоты в напряжение сигнальных входов и входы второй группы преобразователей 6 частоты в напряжение поступают сигналы, с растотами следования импульсов1, , , с, , с.,55 3 89474к соответствующим входам первого сумматора, схему сравнения и преобразователь напряжения в частоту, выходкоторого через формирователь выходных импульсов соединен с выходом устройства введены ключи, два преобразователя частоты в напряжение, второй сумматор, два интегратора и вторая группа преобразователей частотыв напряжение, выходы которых подклю- вчены к соответствующим входам вто"рого сумматора, выход которого соединен со входом первого ключа и входомпервого интегратора, выход которогоподключен к выходу первого ключа ипервому входу схемы сравнения, выходкоторой соединен с управляющим входомвторого ключа, выход первого сумматора подключен ко входу второго интегратора и входу третьего ключа, выход которого соединен с выходом второрого интегратора, вторым входом схемы сравнения и входом второго ключа,выход которого подключен ко входупреобразователя напряжения в частоту, управляющие входы первого и треть 25его ключей соединены соответственнос выходами первого и второго преобразователей частоты в напряжение,входы всех преобразователей частотыв напряжение являются входами устройства.На чертеже представлена схема устройства. 4 4После преобразования в напряжениепроисходит суммация в соответствующих сумматорах 2 и 3.фО- Я О; О= 5; О13=На выходах интеграторов 8 и 9 напряжение соответственно равноО"а 5 О 1; О+-а ООС,где а, а - соответствующие характеристики интегратора 8и интегратора 9.Напряжение с выхода интегратора 8поступает на вход схемы сравнения,вес которого равен в, вес другоговхода схемы сравнения, на который подается напряжение с выхода интегратора 9, равен с,Если ЬО, сО 4, то на выходе схемы сравнения 3 появляется напряжение,которое поступает на управляющий входключа 10, нормальное положение которого закрытое. При открытии ключа 10напряжение с выхода интегратора 8поступает на вход преобразователя 4в частоту и затем импульсы, частотаследования которых пропорциональнанапряжению, поступают на вход формирователя 5 выходных импульсов.В работе устройства используетсяпамять. реального интегратора, который выполнен на операционном усилителе.Если на входы преобразователей 6сигналы поступают раньше, чем на входы преобразователей 1, то на выходеинтегратора 9 образуется напряжение,которое, поступая на вход схемы сравнения 3, создает модель гиперполяризации нейрона. Для возбуждения моделитеперь необходимо, чтобы интенсивность подачи сигналов на входы преобразователей 1 была выше, или же,чтобы на входы преобразователей 6сигналы прекратили свое поступление.Во втором случае напряжение на первом входе схемысравнения снижается по мере разрядки конденсатора ин"тегратора 9, т,е. время гиперполяризации пропорционально памяти интегратора. Ключ 10 находится в закрытомсостоянии до тех пор, пока напряжениена втором входе схемы 3 сравнения недостигает пороговой, в данном случаеснижающейся, величины. При работеустройства порог может меняться и врежиме открытого положения ключа 0,В этом случае повышение порога засчет сигналов на входах преобразовау 44 4работы в любой иэ вышеописанных режимов, способность накапливать подлороговые возбуждающие воздействия, атакже тормозящие, позволяет испольэовать устройство в моделях нейрон-ных сетей с перестраиваемыми режимами работы,В работе устройства тормозящие воздействия не влияют непосредственно начастоту следования импульсов на еговыходе, но определяют величину порега, при этом порог устройства не устанавливается постоянным, а меняетсяпропорционально величинам тормозныхсигналов и времени их воздействия.При прекращении поступления тормозныхсигналов порог начинает снижаться, ноне падает мгновенно, как это имело. быместо, если бы в устройстве отсутствовал второй интегратор, Все этообусловливает инерционность в работеустройства. Именно такой инерционностью обладают реальные нейроны инейронные сети. Вполне вероятно, чтоинерционность в работе нейронов и нейронных сетей не является недостаткомих, а необходимым .условием для плас-.тической перестройки их работы. Такаяинерционность в работе устройстваобеспечивает образование "размытых"интервалов включения и выключения,что в простых системах, возможно и является недостатком, однако в сложныхи очень сложных системах такая "размытостьн временных интервалов включения и выключения может способствовать большей пластичности перестройкии большей точности образования необходимых структур сети. Это объясняется тем, что работа большой сети, состоящей из множества элементов, всегдасопровождается возникновением закономерной в этом случае флуктуацией.Если при этом элементы сети построены жестко и не имеют известной инерционности, то общая флюктуация неизбежно приводит к сбою работы, особенно в режимах перестройки. В условияхже "размытого" режима работы каждогоэлемента после известных обусловленных перестройкой колебаний в сетилегко устанавливается новое динамическое равновесие, соответствующееновому заданному режиму работы.Изучение таких систем, построен"ных на "размытых" временных режимах,и выявление их возможностей можетдать основание к новому подходу в понймании значения гиперполяризации мемтелей 6 приводит к тому, что ключ 10 переходит в закрытое положение и на выходе формирователя 5 исчезают сигналы в момент, когда пороговое напряжение достигает величины рабочего напряжения. В этом случае частота им-, пульсов в конце последовательности на выходе формирователя 5 несет информацию о величине изменившегося порога. Минимальная частота следования 1 ф импульсов на выходе формирователя 6 в выходной поспедовательности несет информацию о начальной величине порога.При подаче напряжения на управляю- ф аий вход ключа 11 с выхода преобразователя 13 частоты в напряжение создается модель глубокой гиперполяриэации нейрона.В этом случае сигналы на выходе 3 ф устройства появляются лишь только в том случае, если ЬО сОф, т.е. на сигнальных входах устройства интенсивность подачи сигналов достигает величины, соответствующей созданному фф на первом входе схемы сравнения поро" говому напряжению.В этом случае пороговое напряжение создается в результате пространственно-временной суммации сигналов на 3 в. входах преобразователей 6 частоты в напряжение, а напряжение на втором входе схемы 3 сравнения - только пространственной суммацией сигналов на входах преобразователей 1 частоты в напряжение. При подаче сигналов на вход преобразователя 14 частоты в напряжение пороговое напряжение зависит на этот раз только от пространственной суммации сигналов с входов преобразователей 6 частоты в напряжение, а напряжение на втором входе схемы сравнения - от пространственно- временной суммации сигналов с сигналь" ных входов.При одновременной подаче сигналов на входы"преобразователей 13 и 14 частоты в напряжение происходит пространственная суммация информативных сигналов, подаваемых на входы преобразователей 1 частоты в напряжение, порог при этом определяется пространственной суммацией сигналов, подаваемых на входы преобразователей 6 частоты в напряжение.Наличие в устройстве кратковременной памяти (память реального интегратора), тормозящих и возбуждающих воздействий, легкость перестройки его894744 формула изобретения Составитель А. Яицков Редактор Л. Пчелинская Техред Е. Харитончик Корректор Г, НазароваЗаказ 11492/80 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5тФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,бран нейронов, а также возможно несколько по"иному подойти к понятию"точность" в отношении работы больших систем,Устройство дпя моделирования нейрона, содержащее первую группу преоб- о разователей частоты в напряжение, выходы которых подключены к соответствующим входам первого сумматора, схему сравнения и преобразователь напряжения в частоту, выход которого через формирователь выходных импульсов соединен с выходом устройства, о тл и ц а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования за счет уцета свойств гиперполяризации и переменностипорога возбуждения нейрона, в Мего введены ключи, два преобразователя частоты в напряжение, второй сумматор, два интегратора и втораяя группа преобразователей частоты в напряжение выходы которых подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого соединен со входом первого ключа и входомпервого интегратора, выход которогоподключен к выходу первого ключа ипервому входу схемы сравнения, выходкоторой соединен с управляющим входомвторого ключа, выход первого сумматора подключен ко входу второго интегратора и входу третьего ключа, вы",ход которого соединен с выходом второго интегратора вторым входом схемы сравнения и входом второго ключа,выход которого подключен ко входупреобразователя напряжения в частоту,управляющие входы первого и третьегоключей соединены соответственно с выходами первого и второго преобразователей частоты в напряжение, входывсех преобразователей частоты в напряжение являются входами устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИф 45204 кл. С 06 6 7/60, 1973.2. Авторское свидетельство СССР11 647698 кл. С 06 О 7/60, 1979 (прототип).