Устройство для моделирования условного рефлекса

О П И С А Н И Е 1 и) б 90772ИЗОБРЕТЕНИЯк ьвтовсиомю свидвильствю Союз Советских Социалистических Рксоублик) Дополнитель авт, свид-ву 429 2) Заявлено 16.10.75 (21) 2182874/18-2 51) М. КлгО 06 м заявкиприсоедине Государственный коми 23) Приоритет43) Опубликовано45) Дата опублик света Министров СССо делам изобретенийи открытий 30.01.78, Бюллетеньования описания 14.02.7(71) Заявитель С, А. Попов азанский: ордена Трудового Красногв Знамени государственный университет имени В, И. Ульянова (Ленина)(54) У МОДЕЛИРОВАН ИРЕФЛЕКСА бласти может систеаторах я, преДанное изобретение относится к омоделирования нервной системы. Онобыть использовано в моделях нервноймы, а также в обучающихся классифики в обучающихся системах управлени 5 дусматривающих автоматический режим и режим ручного управления.Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство по авторскоиу свидетельству429434, содержащее ассо циативный запоминающий блок, входы региетра ввода признаков и ввода основной информации которого подключены ко входам устройства, и ассоциативный постоянный запоминающий блок, вход регистра ввода при жаков которого соединен с выходом регистра вывода основной информации ассоциативного запоминающего блока, причем выход регистра ввода основной информации ассоциативного запоминающего блока подключен через 20 диодный элемент к выходу регистра ввода признаков ассоциативного постоянного запоминающего блока Ц.Такое устройство условные рефлексы второго и более высокого порядка не моделирует. 2Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно моделирование условных рефлексов второго и более высокого порядков, 3 2Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования условного рефлекса по авт. св.429434 вводят блок прямой и обратной связи, которые содержат модели нейронов с возбуждающими и тормозящими входами, причем возбуждающие входы моделей нейронов блока прямой связи соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи, с соответствующими входами ассоциативного постоянного запоминающего блока и являются входами устройства, тормозящие входы моделей нейронов блока прямой связи и возбуждающие входы моделей нейронов блока обратной связи соединены с соответствующими выходами ассоциативного запоминающего блока, входы которого соединены соответственно с выходами моделей нейронов блоков прямой и обратной связи.Вследствие связи выходов ассоциативного запоминающего блока с его же входами через блок обратной связи оказывается возможным опрос этого блока информацией, считываемой из него же. Это позволяет моделировать условные рефлексы второго и более высокого порядков. В результате взаимотормозящей связи групп моделей нейронов блока прямой связи с группами моделей нейронов блока обратной связи информация на выходе этих блоков может отличаться как от информации, поступающей на входы устройства, 3в целом, так и от информации, поступающей на входы блока обратной связи.Таким образом, оказывается возможным моделировать зависимость реакции нервной системы на сигнал извне от образа, перерабатываемого в данный момент памятью.Используя в предлагаемом устройстве ассоциативные запоминающие и ассоциативные постоянные запоминающие блоки с упорядоченной выборкой по признаку сортировки можно моделировать также условнорефлекторную деятельность с заторможенным эффекторным концом и переход ее в рефлексы с не- заторможенным эффекторным концом,На чертеже приведена блок-схема устройства.Она содержит блок 1 прямой, блок 2 обратной связи, модели нейронов 3, ассоциативный запоминающий блок 4 и ассоциативный постоянный запоминающий блок 5, Возбуждающие входы моделей нейронов обозначены стрелками, тормозящие входы моделей нейронов - черными кружочками. Поскольку возбуждающие входы моделей нейронов. блока 1 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока 2, а возбуждающие входы моделей нейронов блока 2 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока 1, информация, проходящая через блок 1, препятствует прохождению информации через блок 2 и наоборот. Возбуждающие входы моделей нейронов блока 1 являются входами устройства, Выходы моделей нейронов блока 1 и выходы моделей нейронов блока 2 соединены со входами ассоциативного запоминающего блока 3. Входы устройства соединены также со входами ассоциативного постоянного запоминающего блока 5, Выходы ассоциативного запоминающего блока соединены со входами ассоциативного постоянного запоминающего блока и с возбуждающими входами моделей нейронов блока обратной связи 2, Выходы блока 5 являются выходами устройства. В ячейках накопителя ассоциативного постоянного. запоминающего блока 5, в их признаковой части в процессе изготовления блока записывают признаки безусловнорефлекторных раздражителей - определенные комбинации сигналов, а в основной части ячеек - информацию об ответных реакциях на каждый из этих раздражителей и таким образом ассоциативно связывают признаки безусловнорефлекторных раздражителей с . комбинациями сигналов, моделирующими ответные эффекторные реакции нервной системы.А. В режиме образования условного рефлекса первого порядка на входы. устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую индифферентный раздражитель. То есть подают комбинацию сигналов, отличную от.любой из тех, что хранятся в.признаковой части ассоциативного постоянного запоминающего блока 5. Сигналы проходят через модели нейронов 3 блока прямой связи 1 в ассоциа руживается соответствйе, считывается инфор мация. Она имитирует эффективную реакциюживотного, на выходе устройства появляютсясоответствующие сигналы. 25 При этом возможно моделирование пороговых закономерностей, если используется ассоциативная память с упорядоченной выборкой. Так, в ассоциативной памяти, в которой сигналы считываются только из тех ячеек, в которых признак сортировки меньше или равен какому-то определенному признаку сигна 30 35 лов, поступающих на входы устройства; этот признак может считаться порогом. В частном случае таким признаком может быть амплитуда электрических сигналов, Признаком сор 40 тировки может быть определенное числом, за,писанное в определенной части, признаковай части ячеек. Изменяя признак сортировки в ассоциативном постоянном запоминающем устройстве, в частном случае устанавливая ап ределенный порог срабатывания пороговыхэлементов, мы можем настраивать, каждую-ячейку, моделируя таким образом изменение . возбудимости нервных центров, изменениеамплитудных или информационных порогов б 0 нервных центров.Затем. на. входы .устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую подкрепление .или неподкрепление или наказание .ассоци- ативной связи. Эти сигналы через блок пря мой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающий блок 4 в две работавшие перед этим ячейки и соответствующим образом изменяют один из признаков каждой- из записанных в эти ячейки информации, а именно тот, который предназначен для сравнения с признаком. сортировки.БВ режиме проявления. условиого: рифле 1 сса:второго порядка на входы устройства пода- ют. комбинацию сигналов, подававшуюся на них ранее в режиме образования условногс 65 4.тивный запоминающий блок 4 и записываются в одну из свободных ячеек этогоблока.Эти сигналы проходят также в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5, в ко тором происходит операция логического сравнения их с признаками безусловнорефлекторных раздражителей; Соответствие этих сигналов с признаками в блоке 5 не обнаруживается; и поэтому на выходе устройства (на вы ходе блока 5) нет никаких сигналов,- -.Затем на входы устройства подают комбинацию сигналов; имитирующую безусловно.рефлекторный раздражитель, т. е. совпадающую с одной из хранящихся в признаковой 15 части ячеек блока 5.Сигналы проходят через блок 1 в ассоциативный запоминающий блок 4 и записываются в следующую ячейку. Кроме этого, они проходят в ассоциативный постоянный запо- -20 минающий блок 5 и в результате операцииобнаруживается их соответствие признакам одного из безусловных раздражителей. Из ячейки, в признаковой части которой обнарефлекса первого порядка и имитировавшуюийдифферентный раздражитель.Эти сигналы через блок прямой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающийблок 4 и в нем происходит операция логического сравнения их с сигналами,. записаннымиранее.В результате этого сравнения отыскиваетсяячейка с соответствующей информацией исчитывается информация из следующей заней по порядку. Для такого считывания необходимо, чтобы выходы элементов соответствия каждой ячейки были соединены с шинойсчитывания по порядку ячейки.Поскольку в ячейке, следующей за той, вкоторой была записана информация, имитировавшая ранее индифферентный раздражитель,записана информация, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель, из блока4 считывается информация, имитирующаябезусловнорефлекторный раздражитель. Одновременно считывается информация (признак),сигнализирующая о наличии или отсутствии впрошлом подкрепления или наказания даннойассоциации,Информация, считывающаяся из ассоциативного запоминающего блока 4, поступает вассоциативный постоянный запоминающийблок 5. В нем производится операция логического сравнения и если определенная частьэтой информации соответствует одному избезусловнорефлекторных раздражителей (аэто должно быть так) и другая ее частьбольше или равна признаку сортировки, навыходе блока 5 появляются сигналы, имитирующие эффекторную реакцию.Если налицо эта эффекторная реакция,комбинация сигналов, подававшаяся ранее врежиме образования условного рефлекса навходы устройства как индифферентный раздражитель, не является более индифферентной, она теперь имитирует раздражитель условного рефлекса первого порядка.После появления эффекторной реакцииэкспериментатор подает на входы устройствакомбинацию сигналов, имитирующую подкрепление или неподкрепление или наказание. Эти сигналы через блок прямой связи1, пост 5.пают в. ассоциативный запоминающийблок и в работавшей только что в режимесчитывания ячейке производят -соответетвующие изменения того признака, который сравнивается с признаком сортировки в ассоциативном постоянном запоминающем блоке 5.В. Режим образования условного рефлексавторого порядка.В этом режиме на входы устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую индифферентный раздражитель, Через блокпрямой связи 1 она поступает в блок 4. Производится запись ее в одну из свободных ячеек ассоциативного запоминающего блока 4.Затем на входы устройства подают комбинацию сигналов - раздражитель условногорефлекса первого порядка. Она проходит че 5907726рез блок прямой связи 1 в блок 4, производится ее запись в следующую ячейку блока4, и одновременно опрос всех других ячеекэтого блока - операция логического сравне 5 ния. В результате этой операции отыскивается ячейка, в которой ранее была записанатакая же комбинация сигналов, и считываетсяинформация из следующей за ней ячейки, т. е.из той, в которой был записан безусловно 10 рефлекторный раздражитель.Эта информация, как и в описанном вышережиме 2, вызывает ответную реакцию ассоциативного постоянного запоминающего блока 5 - появление на его выходе сигналов,15 имитирующих эффективную реакцию.Затем подают на соответствующие входыустройства сигнал подкрепления или наказания.Г, В режиме проявления условного рефлек 20 са второго порядка.На входы устройства подают сигналы, подававшиеся первыми в описанном выше режиме 3. Тогда они еще были индифферентными.Теперь они записываются в очередную сво 25 бодную ячейку блока 4 и одновременно в результате операции логического сравненияопределяется ячейка, в которой они ранее были записаны, и выводится информация из следующей за ней ячейки.30Таким образом, в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 из блока 4 поступает комбинация сигналов - раздражительусловного рефлекса первого порядка. Таккак в признаковой части ячеек блока 5 нет35 совпадающей с ней комбинации сигналов, онане соответствует ни одному из признаковбезусловнорефлекторного раздражителя, навыходе блока 5 не появляется никаких сигналов.40 Однако одновременно раздражитель условного рефлекса первого порядка поступает навозбуждающие входы моделей нейронов 3блока обратной связи 4. Одновременно онапоступает на тормозящие входы моделей ней 45 ронов блока прямой связи 1, препятствуяпрохождению сигналов со входов устройствачерез блок 1. Выходы моделей нейронов 3блока 2 соединены со входами ассоциативного запоминающего блока 4,50 Таким образом раздражитель условногорефлекса-.первого- порядка;. блокируя прохождение сигналов через блок 1, поступаетчерез блок обратной связи 2 либо полностью,либо в несколько редуцированном виде в блок55 4, где вновь будет произведена запись и зарегистрировано соответствие.В результате этого в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 будет выведенакомбинация сигналов, имитирующая безуслов 60 норефлекторный раздражитель и на выходеэтого блока появятся сигналы, имитирующиеэффекторный конец реакции.Затем на соответствующие входы устройст.ва подают сигналы подкрепления или наказа.65 ния. Следует особо отметить, что эти сигналымогут изменять состояние не одной, а нескольких ячеек и, таким образом, будет подкрепляться или наказываться целая цепочка ассоциаций,Устройство позволяет также моделировать условные рефлексы второго порядка на основе предварительного образования ассоциативной связи между двумя индифферентными раздражителями с последующим образованием условного рефлекса первого порядка на один из этих раздражителей. При этом латентный .период условного рефлекса второго порядка оказывается независимым от времени между образованием ассоциативной связи между двумя индифферентными раздражителями и образованием условного рефлекса первого порядка на один из этих раздражителей даже в том случае, если в это время устройством фиксировались какие-то другие ассоциации. Опрос ассоциативного запоминающего блока через блок обратной связи позволяет перескочить через эти другие ассо. циации.Д. Условные рефлексы более высокого порядка моделируются аналогично.Е. Режим условнорефлекторной деятельности с заторможенным эффекторным концом,Этот режим возможен в тех случаях., когда определенная часть информации, считываемая из блока 4, меньше признака сортировки блока 5, но больше признака сортировки блока 4,Ж. Сигналы, поступающие на входы устройства и на входы блока 2 обратной связи могут быть различной амплитуды, (Амплитуда может быть и признаком сортировки),Так как входы блока прямой связи 1 соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи 2, а входы блока 2 соединены с тормозящими входами моделей нейронов в самом общем случае, окажется заторможенной некоторая группа моделей нейронов как в блоке 1, так и в блоке 2.При этом в самом общем случае на выходе этих блоков информация окажется отличающейся как от информации, поступавшей на входы устройства, так и от информации, поступавшей на входы блока обратной связи,При этом каждая реакция устройства будет зависеть от информации, получившейся в результам взаимодействия этих информаций и которая может совпадать с любой из них,более или менее приближаться к любой изних и может значительно отличаться от каждой из этих информаций. Таким образом моделируется влияние информации, перерабатываемой в данный момент в нервной системена процесс восприятия - новой информациии влияние новой информации на нее.Таким образом предлагаемое устройствопозволяет моделировать:а) условные рефлексы второго и более высокого порядка,б) условные рефлексы с заторможеннымэффекторным концом и переход их в условные рефлексы с незаторможенным эффекторным концом,в) влияние образов, перерабатываемыхнервной системой, на процесс восприятия образов, поступающих извне, и наоборот, что20 является расширением функциональных возможностей устройства.Формула изобретенияУстройство для моделирования условногорефлекса по авт. св.429434, о тл и ч а ю щаеся тем, что, с целью расширения функциЗ 0 ональных возможностей, а именно моделирования рефлексов второго и более высоких порядков, в него введены блоки прямой и обратной связи, которые содержат модели нейронов с возбуждающими и тормозящими входа 55 ми, причем возбуждающие входы моделей нейронов блока прямой связи соединены с тормозящими входами моделей нейронов блока обратной связи с соответствующими входами ассоциативного постоянного запоминающего40 блока и являются входами устройства, тормозящие входы моделей нейронов блоха прямойсвязи и возбуждающие входы моделей нейронов блока обратной связи соединены с соответствующими выходами ассоциативного за 45 поминающего блока, входы которого соединены соответственно с выходами моделей нейронов блока прямой и обратной связи.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе50 1. Авторское свидетельство СССР429434,кл, б Обб 7(60, 1974,Заказ 920/1НПО пография, пр. Сапунова, 2 Изд, Юз 175 сударственного к по делам изо 13035, Москва, ЖТира митета Совета М ретений и откры -35, Раушская н 818 Подписиинистров СССРйб., д. 4/5