Устройство для моделирования нейрона

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 8 У Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 963003(5 )М. Кл,0 06 С 7/60 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА циалов, Последние тельности существе от спайков, но в д для моделирования сигналы идут через вания синаптически аддитивный суммато ния без изменения и формы. по форме и длинно отличаются анном устроистве нейрона входные блоки моделирох элементов и р в блок сравнеих длительности Изобретение относится к устройствам моделирования нервной системы и может быть использовано в системах распознавания образов и управления.Известно. устройство для моделирования нейрона,.состоящее из блока питания, блока сравнения, формирователя выходных импульсов, формирователя порога, блока управления резисторными элементами, аддитивного сумматора, соединенных с ним блоков моделирования синаптицеских элемен-. тов, каждый из которых включает управляемый резисторный элемент, соединенный с ним выходом накопитель, входы которого соединены с внешним входом устройства для моделирования нейрона и с блоком управления резисторными элементами 1 1. К недостаткам этого устройстватносится невозможность моделированияызванных постсинаптицеских потенНаиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования нейрона, содержащее блок питания, элемент сравнения, выход которого подклюцен к входу блока формирования выходного сигнала и через блок формирования порогового значения к первому входу элемента сравнения и аддитивный сумматор, входы которого соединены с выходами благоков моделирования синапсов, содержа щие последовательно соединенные буферные каскады, резисторы и элементы задержки. Кроме этого, устройств3 9630содержит группы блоков моделирования синапсов, аддитивные сумматоры,последовательно соединенные черезэлементы задержки, блок управленияреэисторными элементами, а в блокахмоделирования синапсов накопители иэлементы И 12,Недостатком известного устройстватакже является невозможность моделирования вызванных постсинаптичес оких потенциалов, так как оно такжене содержит в себе функциональныхэлементов, изменяющих форму и длительность входных сигналов. Нелинейное изменение амплитуды входного 1сигнала в блоке моделирования синапса при совпадении входного сигнала с выходным сигналом аддитивногосумматора посредством логическихэлементов И накопителей и управляемых резисторных элементов незначительно преобразует форму входного сигнала по сравнению с изменением Формыспайка (потенциала действия) припреобразовании его в вызванный постсинаптический потенциал и происходитслучайным образом, поэтому не способно обеспечить моделирование вызванных постсинаптических потенциалов.Цель изобретения - повышение точ 30ности моделирования за счет моделирования вызванных постсинаптическихпотенциалов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для моделированиянейрона, содержащее элемент сравнения, выход которого подключен к входам Формирователя импульсов и блокаформирования порогового значения, выход формирователя импульсов подключен к первому входу элемента сравне Ония, и аддитивный сумматор, входы которого соединены с выходами блоковмоделирования синапсов, каждый изкоторых включает последовательно соединенные согласующий элемент, масштабирующий резистор и элемент задержки, введен блок моделирования вызванных постсинаптических потенциалов,вход которого соединен с выходом аддитивного сумматора, выход блока формирования порогового значения подключен к управляющему входу блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход которого соединен с вторым входом элемента срав- янения, причем блок моделирования вызванных постсинаптических потенциаловсодержит масштабируЬщий резистор,03 4ограничительный диод, интегрирующий,конденсатор, управляющий транзистори два токоразрядных резистора, одинвывод масштабирующего резистора является входом блока моделированиявызванных постсинаптических потенциалов, другой вывод масштабирующего резистора через ограничительный диодподключен к выходу блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, одному выводу первого типоразрядного резистора, к электродууправляющего транзистора и к однойобкладке интегрирующего конденсатора,другая обкладка которого соединенас шиной нулевого потенциала и черезвторой токоразрядный резистор с другим выводом первого токаразрядногорезистора и с коллектором управляющего транзистора, база которого подключена к управляющему входу блока.Включение блока моделированиявызваннь 1 х постсинаптических потенциалов перед элементом сравнения обеспечивает моделирование систематического преобразования входных сигналовв вызванные постсинаптические потенциалы. Включение в блок моделирования вызванных пастсинаптическихпотенциалов конденсатора позволяетизменять входные сигналы по формеи длительности аналогично изменениям при переходе от спайков (потенциалов действия) к вызваннымпостсинаптическим потенциалам вреальном нейроне. Включение в блокмоделирования вызванных постсинаптических потенциалов транзистора. позволяет моделировать сбрасываниевызванного постсинаптического потенциала в реальном нейроне при генерировании и спайка.На Фиг, 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройствадля моделирования нейрона; на фиг. 2 принципиальная схема блока моделирования вызванных постсинаптическихпотенциалов; на фиг. 3 - входные ивыходные сигналы блока моделированиявызванных постсинаптических потен циалов,1устройство для моделирования нейрона состоит (Фиг, 1) из блоков1 моделирования синапсов, содержащихпоследовательно соединенные согласующие элементы 2, входы которых служатвходами устройства, масштабйрующиерезисторы 3 и элементы 1 задержки,аддитивный сумматор 5, блок 6 моде5 9630 лирования вызванных постсинаптицеских потенциалов, элемент 7 сравнения, блок 8 формирования порогового значения, формирователь 9 импульсов. Блок 6 состоит из масштабирующего 5 резистора 10, ограничительного диода 11, интегрирующего конденсатора 12, управляющего транзистора 13, первого и второго токоразрядных резисторов 14 и 15. 1 ОУстройство для моделирования нейрона работает следующим образом.На входы блоков 1 моделирования синапсов поступают входные сигналы - импульсы напряжения прямоугольной 15 формы, инвертированные (тормозные синапсы) или неинвертированные (возбуждающие синапсы) в согласующих элементах 2 (фиг. 1) проходят через резисторы 3, изменяя амплитуду в 20 соответствии со значениями сопротивлений последних, и через элементызадержки на вход аддитивного сумматора 5, в котором происходит их сложение по амплитуде и знаку, а 25 суммарный сигнал поступает на вход блока 6, В последнем ток, вызванный входными сигналами, проходит через резистор 10 (фиг. 2), диод 11 и конденсатор 12 на шину нулевого потен- зо циала, заряжая при этом конденсатор 12, который затем разряжается через резисторы 14 и 15, Напряжение на конденсаторе 12 образует выходной сигнал блока 6, формы входных и выход 35 ных импульсов которого показаны на фиг. 3, откуда видно, что превышение амплитуды выходного сигнала, соответ. - ствующего последовательности входных импульсов, над амплитудой выходного сигнала, соответствующего отдельному входному импульсу, пропорционально частоте импульсов во входной последовательности, Посредством подачи сигнала с выхода устройства для мо 45 делирования нейрона на базу транзистора 13 (фиг; 2) происходит ускоренный разряд конденсатора 12 через открытый транзистор 13 и резистор 15, Из блока 6 (фиг, 1) сигналы идут на .вход элемента 7 сравнения, в котором происходит сравнение их амплитуды с пороговым значением. При превышении последнего разностный сигнал идет в формирователь 9, откуда сигнал идет на выход устройства для моделирования 55 нейрона, а также на управляющий вход :блока 6, цто приводит к ускоренному разряду конденсатора 12 (фиг, 2) и 03 6обеспечивает моделирование сбрасывания вызванного постсинаптического потенциала в реальном нейроне. при генерировании им спайка, С выхода элемента 7 сравнения сигнал идет также на вход блока 8, который устанавливает пороговое значение на максимальный уровень, а затем постепенно снижает его до минимального уровня, который равен амплитуде выходного сигнала блока 7 при входном сигнале в виде отдельного импульса. Это обеспечивает обрабатывание входного сигнала устройством для моделирования нейрона как частотно-модулированного, что повышает помехоустойчивость передачи информации в нейронной сети, сформированной из предлагаемых устройств для моделирования нейрона, Увеличение длительности входных импульсов в блоке 6 и изменение их формы снижает требования к точности расположения импульсов во входной последовательности, так как изменение расположения импульса во входной последовательности изменяет амплитуду выходного сигнала блока 6, следовательно, и частоту выходного сигнала устройства моделирования нейрона, непрерывно и в меньшей мере, цем это происходит при подаче на вход элемента 7 сравнения непосредственно прямоугольных импульсов.Благодаря введенному блоку повышается точность моделирования и помехоустойчивость передачи информации,Формула изобретения1, Устройство для моделирования нейрона, содержащее элемент сравнения, выход которого подключен к входам формирователя импульсов и блока формирования порогового значения, выход формирователя импульсовподключен к первому входу элемента сравнения, и аддитивный сумматор, входы которого соединены с выходами блоков моделирования синапсов, каждый из которых включает последовательно соединенные согласующий элемент, масштабирующий резистор и элемент задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введен блок моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, вход которого со. 96единен с выходом аддитивного сумматора, выход блока формирования поро,гового значения подключен к управляющему входу блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, блок моделирования вызванных постсинаптических потенциалов содержит масштабирующий резистор, ограничительный диод, интегрирующий конденсатор, управляющий транзистор и два токоразрядных резистора, один вывод масштабирующего резистора является входом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, другой вывод масштабирующего резистора через ограничительный диод подключен к выходу блока моделирования вызванных постзооз 8синаптических потенциалов, одномувьводу первого токораэрядного резистора, к электроду управляющего транзистора и к одной обкладке интегри рующего конденсатора, другая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала и через второй токоразрядный резистор с другим выводомпервого тока разрядного резистора и16 с коллектором управляющего транзистора, база которого подключена куправляющему входу блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 з 1. Авторское свидетельство СССРМ 512478, кл. О 06 С 7/60, 1974.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 2889909/18-24,кл, С 06 С 7/60, 1980.,)63003 бЯ А, Яицков Составительева Техред И ГерТираж 731рственного комитетобретений и открыта, ЖРаушская рректор Н, Буря актор Н, Кова гель каэ 75 17/72 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Носк