Устройство для моделирования нейрона Советский патент 1989 года по МПК G06G7/60 

31501101

дами сумматоров 7 и 8 прямой и обратной цепи. При этом происходит распространение в проксимальном направле- .нии от каждого активированного синап- , са положительной прямой волны возбуждения либо торможения по последовательно соединенным чередующимся сумматорам 7 и элементам задержки 9 и обратной волны, распространяющейся ю по обратной цепи сумматоров 8 и блоков 10 задержки. При этом осуществляется взаимодействие волн согласно знакам по введенным перекрестным связям между прямой и обратной цепями блока 6 моделирования дендрита. Сигнал на выходе блока 6 резко отличается от простой суммы синаптических потенциалов, что имеет место в биологическом объекте. Кроме того, настройка элементов 9 и 10 задержки может отражать особенности индивидуальной морфологии объекта, а именно ден- дриона реального нейрона, что также отражается на выходном сигнале устройства и значительно повышает точность моделирования. 8 ил.

Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использовано в экспериментах при исследовании нейронов и нейронных структур. Цель изобретения - повышение точности моделирования и расширение функциональных возможностей за счет моделирования волновых процессов распространения локальных вызванных постсинаптических потенциалов в дендритных волокнах нейрона с учетом двунаправленности волокна. Локальные потенциалы в виде пульсирующих напряжений поступают с выходов блоков 2 моделирования синапсов на входы блоков 6 моделирования дендритов, являющихся входами сумматоров 7 и 8 прямой и обратной цепи. При этом происходит распространение в проксимальном направлении от каждого активированного синапса положительной прямой волны возбуждения либо торможения по последовательно соединенным чередующимся сумматорам 7 и элементам задержки 9 и обратной волны, распространяющейся по обратной цепи сумматоров 8 и блоков 10 задержки. При этом осуществляется взаимодействие волн согласно знакам по введенным перекрестным связям между прямой и обратной цепями блока 6 моделирования дендрита. Сигнал на выходе блока 6 резко отличается от простой суммы синаптических потенциалов, что имеет место в биологическом объекте. Кроме того, настройка элементов 9 и 10 задержки может отражать особенности индивидуальной морфологии объекта, а именно дендриона реального нейрона, что также отражается на выходном сигнале устройства и значительно повышает точность моделирования. 8 ил.

,-

Изобретение относится к устройст- вам аналогового моделирования нервной системы и монет быть использовано в экспериментах при исследовании нейронов и нейронных структур.

Цель изобретения - повьшение точ ности моделирования и расширение функциональных возможностей за счет моделирования волновых процессов распространения локальных постсинапти- ческих потенциалов в дендритных волок нах нейрона с учетом двунаправленнос- ти волокна.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый из блоков моделирования дендр итного волокна введены прямая и обратная цепи, состоящие из последовательно включенных чередующихся между собой трехвходовых сумматоров по первому неинвертирующему входу и элементов задержки, причем обратная цепь начинается с сумматора, а выход ее последнего элемента задержки соединен через инвертор с входом первого элемента задержки прямой цепи, вторые неинвертирующие входы сумматоров пря- мой цепи соединены с инвертирующими входами смежных с ними сумматоров обратной цепи и являются входами блока моделирования дендрита, выход канздо- го элемента задержки прямой цепи со- единен с .вторым неинвертирзтощим входом соответствующего сумматора обратной цепи и является выходом блока моделирования дендрита, которьй, в свою очередьj является дендритным выходом устройства, а выход каждого элемента задержки обратной цепи соединен с третьим неинвертирующим входом соответствующего сумматора прямой цепи.

25

20 30

45 Q

35

40

прямая цепь оканчивается элементом задержки, выход которого является выходом блока моделирования дендрита, который соединен с входами аддитивного сумматора, а входы каждого из блоков моделирования дендриТов соединены с выходами, соответствующей группы блоков моделирования синапсов, к входам которых подключены выходы уп- |равляемь1х резистивных элементов, вхо- цы которых являются синаптическими входами устройства.

Введение дополнительных элементов - сумматоров, элементов задержки и инверторов , соединенных определенным образом, позволяет значительно повысить точность моделирования реальных нейронов, в особенности кортикальньк, за счет обеспечения возможности воспроизведения волновых эффектов распространения и взаимодействия локальных вызванных постсинаптических потенциалов в дендритах, не учитьшаемых в известных устройствах. Указанное соединение дополнительно введенных элементов позволяет образовать дендритные выходы устройства, что значительно расширяет его функциональные возможности за счет Представления нейрона как многовходово-многовыходового элемента, причем их число индивидуально в отличие от известных устройств с одним выходом.

Предлагаемое устройство для моделирования нейронов, содержащее блоки моделирования дендритов, позволяет моделировать волновые процессы распространения локальных постсинаптических потенциалов в дендритных волокнах нейрона с учетом двунаправленное

ти волокна, что осуществляется в устройстве благодаря определенному соединению дополнительно введенных элементов .

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства для моделирования нейрона; на фиг, 2 - временные диаграммы работы блока моделирования дендрита; на фиг. 3 - контрольные точки двухсинаптического блока моделирования дендрита; на фиг. А - вид локальных постсинаптических потенциалов (возбуждающих, тормозящие анало- гичны, но инвертированы); на фиг, 5функциональная схема (до уровня стандартных функциональных элементов) блока формирования порога; на фиг. 6 - принципиальная схема формирователя выходных импульсов; на фиг. 7 - функциональная схема блока-обратной связи; на фиг. 8 - функциональная схема блока синхронизации.

Устройство для моделирования нейрона (фиг. 1) содержит управляемые резистивные элементы 1, блоки 2 моделирования синапсов, согласующие усилители 3, накопительные элементы 4, элементы 5 задержки, соединенные последовательно и образующие блоки моделирования синапса, блоки 6 моделирования дёндритов, состоящие из трех- входовых сумматоров 7 и 8 и элементов 9 и 10 задержки, образующих прямую и обратную цепи, соответственно, и имеющие дендритные выходы 12, аддитивный сумматор 13, входы которого подключены к выходам блоков 6, пороговый блок 14, включенный на выход сумматора 13, блок 14 состоит из элемента 15 сравнения, вход которого служит входом блока 14, блока 16 формирования порога, выход которого .включен на второй вход блока 15, фор- мирователя 17 выходных импульсов, подключенного к выходу блока, 15, блока 18 обратной связи, выход которого подключен к входу бло,ка 16, а вход соединен с выходом устройства, которым является выход блока 17, блок 19 синхронизации, вход которого соединен с выходом устройства, выходы блока синхронизации соединены с управля- ющими входами рези- .тивных элементов 1.

Устройство для моделирования нейрона работает следуюр;им образом.

0

0

5

Входные сигналы в виде частоты следования спайков подаются с входов устройства через управляемые резистивные элементы 1, где происходит их масштабирование по амплитуде в соответствии с весом каждого синаптичес- кого контакта, на входы блоков 2 моделирования возбуждающих и тормозящих синапсов, которыми являются входы соответствующих согласующих усилителей 3, с выходов которых импульсные последовательности поступают на накопительные элементы 4, где происходит изменение формы и длительности импульсов, причем знак их зависит от наличия или отсутствия инвертирования в элементах 4 (возбуждающий или тормозящий синапс).

Далее сигналы поступают на входы элементов 5 задержки, моделирующих за- задержку выделения медиатора в соответствующем синапсе, выходы которых являются выходами блоков 2 моделиро5 вания синапсов, объединенных в группы, каждая из которых моделирует синапсы, расположенные на одном дендрите.

Полученные сигналы локальных возбуждающих и тормозящих постсинаптических потенциалов (ПСИ) с выходов блоков 2 моделирования синапсов одной группы поступают на входы одного блока 6 моделирования дендрита соответственно их расположению на дендрите реального нейрона. Сигналы локального ПСП от каждого синапса поступают с входов блоков 6 моделирования дёндритов на вторые неинвертирующие входы сумматоров 7 прямой цепи, образуя прямую волну дендритного потенциала со знаком плюс, распространяющуюся в прямом направлении по прямой цепи, и на инвертирующие входы сумматора 8 обратной цепи, образуя волну дендрит5 ного потенциала со знаком минус, распространяющуюся в обратном направлении по обратной цепи. На каждом сумматоре 7 блока 6 происходит суммирование входного сигнала с выхода соответствующего блока 2 моделирования синапса с прямой волной дендритного потенциала, распространяющейся по прямой цепи в соответствии с декрементом затухания, задаваемьи коэффициентом передачи элементов 9 задерж0

5

0

0

5

и «вступающей на первые неинвертирующие входы сумматоров 7 с вькодов элементов 9 за/;ержки, и вычитание обратной волны, распространяющейся по обратной цепи от синапсов, расположенных правее, и поступающей на третьи неинвертирующие входы сумматоров 7. Результирующие сигналы распространяются в прямом (проксимальном) направлении к выходу блока 6 моделирования дендрита через элементы 9 задержки и правые сумматоры 7 и представляют собой прямую волну дендритного потенциала. На каяодом сумматоре 8 блока б моделирования дендрита происходит суммирование инвертированного входного сигнала, приходящего на инвертирующий вход с выхода соответствующего блока 2 моделирования синапса 2, и инвертированной обратной волны, поступающей на первый неинвертирующий вход сумматора 8 с выхода элемента 10 задержки и вычитание их из неинвертиро- ванной прямой волны, поступающей на второй неинвертирующий вход (так как последняя имеет противоположный положительный знак),. Результирующие сигналы распространяются в обратном направлении (днстальном), пока не достигают инвертора 11, .где, изменяя знак, поступают с его выхода на вход элемента 9 задержки прямой цепи, т.е. преобразуются в прямую волну, что моделирует отражение обратных волн дендритного потенциала от дистального конца дендрита. .

Таким образом, сигнал с выхода блока 6 моделирования дендрита отражает сложные взаимодействия прямых и обратных волн дендритного потенциала. и, как в реальном нейроне, не эквивалентен простой сумме задержанных сигналов с выходов блоков моделирования синапсов, что значительно повыщает точность моделирования тонких нейрофизиологических явлений в де ндритных. структурах.

Кроме, того, выходы элементов 9 задержки прямой цепи являются дендритными выходами 12 устройства, что позволяет, подключая их на входы других блоков 6 моделирования дендритов (вместо блоков 2 моделирования синапсов) , моделировать электрические синапсы дендриона нервной клетки, что чрезвычайно распространено в нейронах с развитым дендрионом.

На фиг. 3 изображены,контрольные точки на функциональной схеме блока 6 моделирования дендрита, для простоты приведен двухвходовый блок .моделиро

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вания дендрита с блоками 2 моделирования возбуждающих синапсов; на фиг, 2 изображены временные диаграммы в контрольных точках отклика блока 6 моделирования дендрита на скачки напряжения по двум входам; на фиг. 4 представлена временная диаграмма единичного локального ПСП на выходе блока 2 моделирования синапса.

Б данном случае статические коэффициенты передачи элементов 9 и О задержки равны 0,5.

На схеме по фиг. 3 можно наблюдать (в точке И - выход блока 6, а также в точках D и J - дендритные выходы блока 6) неоднократность передачи скачка напряжения, в результате происходит взаимодействие реакций от двух и более синаптических входов (А, в) во времени с последствием и распространение этого комплексного сигнала в обе стороны по дендриту. Распространение моделируется дискретизацией по времени межсинаптических интервалов путем соединения точек контакта синапсов линиями задержки в прямую и обратную стороны.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известных моделирует неэквивалентность сигнала на выходе дендрита простой алгебраической сумме ИСП от отдельных синапсов аналогично реальному нейрону путем учета волновых процессов в дендритах, реализованного так согласно описанному.

Результирующие сигналы с выходов блоков 6 моделирования дендритов поступают на входы аддитивного сумматора 13, в котором осуществляется их алгебраическое и временное суммирование. Суммарный сигнал с выхода сумматора 13 поступает на вход порогового блока 14, т.е. на первый вход элемента 15 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал, .равный величине порога с формирователя порога 16.

Если суммарный сигнал с выхода сумматора 13 не превьшает некоторую начальную величину порога, задаваемую по второму входу элемента 15 сравнения с выхода формирователя 16 порога, то напряжение на выходе формирователя 17 выходных импульсов отсутствует. При превьшении суммарным сигналом с сумматора 13 величины порога в элементе сравнения на выходе последнего появляется напряжение, причем величи 15

на его пропорциональна напряжению с выхода сумматора 13. Напряжение с выхода элемента сравнения поступает на вход формирователя 17 выходных импульсов, генерирую1 5его при этом импульсы, близкие по форме к спайкам реального нейрона, а частота следования их пропорциональна напряжению, поступающему на вход формирователя 17 вьЬсодных импульсов..

Адаптивная подстройка модели нейрона осуществляется аналогично прототипу при помощи блока 18 обратной связи, формирователя 17 порога и бло- ка 19 синхронизации. При этом с появлением импульсации на выходе устройства сигнал обратной связи поступает на вход блока 18 обратной связи, на выходе которого появляется сигнал, поступающий на вход формирователя 17 порога, в результате чего увеличивается величина порога, подаваемая в виде напряжения на второй вход элемента 15 сравнения. Кроме того, сиг- нал с выхода формирователя 17 выходных импульсов поступает также на вход блока 19 синхронизации, на i-й из оставшихся входов поступает сигнал с i-ro входа устройства.

В зависимости от удовлетворения этими сигналами заданных условий с блока: 19 синхронизации поступает уп- равляющий сигнал, изменяющий сопротивление 1-го управляемого резистив

ного элемента 1. Настройка устройства осуществляется подбором коэффициентов передачи (всегда меньше единицы) и постоянных времени элементов 9 и 10 задержки, попарно равных. Таким образом, параметры прямых 9 и обратных 10 элементов задержки одинаковы между собой попарно и отличаются в общем случае от соседней пары, что соответствует различным удаленностям синапсов друг от друга и неоднородности волокна., .

На фиг. 5-8 изображены функциональные до уровня стандартных элементов и принципиальные схемы блоков 16-19 соответственно.

Блок 16 формирования порога (фиг.5) может состоять из сумматора 20 и источника 21 п-остоянного опорного напряжения, причем выход сумматора является выходом блока 16, первый вход сумматора 20 - его входом, а второй вход сумматора 20 соединен с выходом

О

Q

5 0 5 О

5

о g

0

5

источника опорного напряжения (ИОН)

Блок 17 формирования выходных импульсов (фиг. 6) может быть выполнен на операционном усилителе (ОУ) 22, полевом транзисторе 23, конденсаторах 24 и 25, резисторах 26-29, диоде, 30, триггере Шмидта 31 и ключе 32. ОУ 22, транзистор 23, конденсаторы 24 и 25 и резисторы 26-29 образуют генератор 33 импульсов, управляемый напряжением, а транзистор 23, конденсатор 25 и резисторы 28 и 29 - управляемый резистивный элемент 34 времяза- дающей цепи генератора импульсов.

Блок 17 работает следующим образом. Если на вход блока подается отрицательное напряжение, диод 30 закрыт, напряжение на входе и, соответственно, выходе триггера 31 равно нулю, ключ 32 находится в разомкнутом состоянии и импульсация на выходе блока 17 отсутствует. Если напряжение на входе блока 17 становится больще нуля, диод 30 открывается и -на входе триггера появляется напряжение, равное входному, что приводит переключение его в состояние логической единицы, которое, поступая на управляющий вход ключа 32, замыкает его, в связи с чем к входу блЬка подключается выход ОУ 22, являющийся выходом генератора 33 импульсов. Генератор 33 импульсов представляет собой обычньш релаксационный генератор, частота колебаний которого определяется емкостью конденсатора 24 и сопротивлением сток-исток транзистора 23: f - . 2,2R|., C,2.j. При возрастании в положительную сторону напряжения на входе блока 17, т.е. напряжения на затворе транзистора 23, сопротивление канала последнего уменьшается линейно, что приводит к линейному увеличению частоты импульсов на выходе блока 17. Резисторы 28 и 29 и конденсатор 25 необходимы для увеличения линейности характеристики управляемого резистивного элемента 34. При необходимости диапазоны изменения частот могут быть подогнаны подачей отрицательного смещения на затвор транзистора 23 (при этом необходима развязка диода 30 и генератора 33, например, подключение диода 30 к резистору 29 через эмиттерный повторитель).

Блок 18 обратной связи (фиг. 7) состоит из последовательно соединеннь х согласующего элемента 35,, усредняющего фильтра 36 нижних частот и масштабирующего усилителя 37. Входом блока является вход согласующего элемента 35, а выходом - выход масштабирующего усилителя 37.

При появлении импульсов на выходе блока 17 появляется напряжение на выходе фильтра 36, причем пропорцио- нальное частоте следования импульсов Это напряжение масштабируется усилителем 37 в зависимости от адаптивных свойств конкретного нейрона и поступает на вход блока 16,,где, склады- ваясь в сумматоре 20 с напряжением ИОН 21, преобразуется в напряжение порога. Данный блок 18 обратной связи реализует линейный закон адаптации нейрона. При необходимости в за- висимости от конкретного биологического аналога в обратную связь усилителя 37 может быть введена нелинейность, учитьдаающая свойства конкретного типа нейрона.

Блок 19 синхронизации (фиг, 8) состоит из N+1 согласующих элементов 3 (N - число синаптических входов), N сумматоров 39, N+1 фильтров 40 нижни частот, N логических схем 41, управляющих N ключами 42, и накопительных конденсаторов 43.

N согласующих элементов 38 являются входами (синаптическими) блока 19

подключаемыми к синаптическим входам ференцирования логических схем 41,

устройства, выходы этих элементов 38 подключены через фильтры 40 нижних частот к первым входам сумматоров 39, выходы которых через ключи 42 соединены с выходами блока 19, параллельно которым подключены накопительные конденсаторы 43, вторые входы объединены и подключены к выходу фильтра 40 нижних частот, вход которого соединен

причем на каждую логическую схему поступает напряжение, пропорционал ное частоте входной импульсной последовательности, поступающей на с 40 Ртветствующий синаптический вход (возбуждающий или тормозящий), и на пряжение, пропорциональное частоте выходного сигнала устройства. Если эти частоты постоянны, напряжения

50

через согласующий элемент 38 с входом 45 выходе дифференциаторов 44 равны ну- (аксонным) блока 19, соединяемым с лю. При этом напряжения на выходах аксоннь1м выходом устройства, выходы фильтров 40 нижних частот синаптических входов блока 19 подключены к первым входам логических схем 41, выход фильтра 40 аксонного входа блока 19 соединен с вторыми входами логических схем 41, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих ключей 42.

Логическая схема 41 содержит два дифференциатора 44,.два триггера Шмидта 45, схему И 46, причем входы дифференциаторов являются первыми и

55

триггеров 45 также равны логическому нулю. В случае изменения.частоты входной импульсной последовательности на каком-либо синаптическом входе на выходах дифференциаторов 44, соединенных с входами блока 19 через блоки 38 и 40, появляется напряжение, чт-о приводит к срабатьшанию соединенных с ними триггеров 45, подключенных к первым входам схем И 46. Триггеры 45, соединенные с вторыми входами схем И 46, срабатьшают (на выходе появляются сигнал единицы) аналогичным

и„

вторым входами логической.схемы 41, а их выходы соединены через триггеры 45 с двумя входами схемы И 46, выход которой является выходом логической схемы 4.

Блок 19 обеспечивает воспроизведение адаптивньк реакций нейрона на такие изменения частот входных импульсных последовательностей, поступающих по синаптическим входам, кй- торые приводят к изменениям частоты выходных импульсов, блок 10 реализуе сопротивление нейрона изменению его состояния, т.е. реакцию привыкания. Напряжение на i-м выходе блока

бЫХ 1

где К,,К,К f

К(К, :,,; +

бых.

(1)

вх;

8Ь1Х

константы

частота входной импульсной последовательност на 1-м входе; частота импульсной последовательности на ак сонном выходе.

Средние значения частот выделяются фильтрами 40 и подаются на сумматоры 39 в виде напряжений, пропорциональных значениям частот.

В блоке 19 синхронизации сигналы с выходов фильтров 40 нижних частот (преобразователей частоты в напряжение) поступают в виде напряжений, пропорциональных частотам входных и выходного сигналов, на блоки 34 дифпричем на каждую логическую схему 41 поступает напряжение, пропорциональное частоте входной импульсной последовательности, поступающей на со- 40 Ртветствующий синаптический вход (возбуждающий или тормозящий), и напряжение, пропорциональное частоте выходного сигнала устройства. Если эти частоты постоянны, напряжения на

50

45 выходе дифференциаторов 44 равны ну- лю. При этом напряжения на выходах

55

триггеров 45 также равны логическому нулю. В случае изменения.частоты входной импульсной последовательности на каком-либо синаптическом входе на выходах дифференциаторов 44, соединенных с входами блока 19 через блоки 38 и 40, появляется напряжение, чт-о приводит к срабатьшанию соединенных с ними триггеров 45, подключенных к первым входам схем И 46. Триггеры 45, соединенные с вторыми входами схем И 46, срабатьшают (на выходе появляются сигнал единицы) аналогичным

13150

образом в случае, если изменяется : частота выходных импульсов устройства Сигнал логической единицы появляется на выходах схем И 46 только тех логических схем 41 которые соответствуют тем синаптическим входам, частота входных сигналов которых в данный момент изменяется при условии изменения выходного сигнала устройства. Это - приводит к замыканию ключей 42, соответствующих этим синапсам, и подаче jcyMMapHux сигналов с выходов сумматоров 39 через ключи 42 и конденсаторы 43 на входы управляемых резнетив ных элементов 1, изменяя их сопротивление в сторону уменьшеьшя уровня соответствующих входных сигналов, частота которых не постоянна. Это сни снижает вклад изменяющихся по частоте входных воздействий в формирование выходного сигнала, что приводит также к снижению его изменений частоты, т.е. к ее стабилизации. Таким образом, блок 19 моделирует привыкание нейрона к переменным по частоте входным сигналам, реализуя параметрическую стабилизирующую отрицательную обратную связь. Блок 19 одинаково работает как для возбуждающих, так и для тормозящих сигналов, В данном случае имеет значение изменение частоты входного сигнала независимо от его знака. Технически это реализуется тем, что блоки 38, подключаемые к возбуждающим входам, неинвертирующие, а к тормозящим - инвертир пощие.

В качестве управляющих резистив- ных элементов 1 могут быть использованы обычные полевые транзисторы.При этом управляющие сигналы с конденсаторов 43 (фиг. 8) подаются на их затворы, что приводит к изменению сопротивления исток-сток. При этом сопротивление исток-сток практически линейно зависит от управляющего сигнала. Транзисторы могут вклю}1аться как последовательно, так и параллельно в виде делителя напряжения. Конденсаторы 43 служат для сохранения остаточного напряжения (а следовательно, и сопротивления резистивных элементов 1) при отключении ключей 4.2

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря введению дополнительных элементов, соединенных определенным образом, обеспечивает возможность моделирования волновых процессов, протекающих в дендритах ре

альных нейронов. Это особенно важно при моделировании нейронов с развитым диндрионом, таких, например, как пирамидные нейроны новой коры головного мозга, клеток Иуркинье мозжечка и др., так как при развитом дендрионе основная переработка информации происходит именно в дендритных волокнах.

Благодаря выполнению блоков моделирования дендритов в виде связанных между собой прямой и обратной цепей, состоящих из чередующихся трехвходо- вых сумматоров и элементов задержки,

обеспечивается возможность моделирования волновых процессов распространения локальных ПСИ по дендритному волокну как в проксимальном, так и в дистальном направлениях, а также возможность воспроизведения сложных взаимодействий распространяющихся волн и влияния синапсов друг на друга в зависимости от их взаимного расположения при относительно небольшом количестве однотипных элементов, что значительно повышает точность моделиро- .. вания тонких нейрофизиологических процессов в реальном нейроне.

Простота отведения сигнала с любой

точки вдоль блока моделирования дендрита позволяет использовать эти точки в качестве выходов и моделировать дендро-дендритные синапсы как химического, так и электрического типа, т.е.

представить модель нейрона не только как многовходовую (традиционное представление) , но и как многовыходовую, что значительно расширяет функциональные возможности как отдельной модели

нейрона, так и при моделировании нейронных сетей.

Благодаря тому, что путем попарного изменения параметров элементов заержки прямой и обратной цепей в бло-

ках моделирования дендритов легко

читываются морфологические особенности взаимного расположения (а следовательно, их взаимного влияния) синапсов -на дендрите, значительно увеличивается гибкос ть модели нейрона.

Расширение функциональных возможостей, а также повьшенные точность, гибкость и универсальность предлагамого устройства позволяют моделиро55

вать более широкий класс тонких нейрофизиологических явлений. Это позволяет осуществить моделирование нейронных сетей различных отделов мозга, индивидуаль{€ость которых отражается

15150110

соответствующей коммутацией входов- выходов устройства и надстройкой параметров элементов задержки, следо- вательно, дает возможность использо вать в экспериментах одну модель нейрона для достаточно широкого класса задач, снижая затраты на создание новых моделей нейронов для каждого частного случая,10

Формула изобрете ния

Устройство для моделирования нейрона, содержащее .блоки моделирования дендритов, блоки моделирования синапсов, состоящие из последовательно включенных согласующего усилителя, накопителя и элемента задержки, выход которого представляет собой выход 2о мой цепи, вторые неинвертирующие вхоблока моделирования синапса, а вход последнего - вход согласующего элемента, управляемые резистивные элементы, входы которых, являются входами устройства, выходы подсоединены к входу блока моделирования синапсов, аддитивный сумматор, входы которого соединены с выходами блока моделирования дендритов, а выход - с входом порогового блока, состоящего из последовательно соединенных блока обратной связи, блока формирования порога, элемента сравнения и формирователя выходных импульсов, выход которого является выходом порогового бло- „g прямой цепи, оканчивающейся элемен- ка и выходом устройства и подключен том задержки, выход которого являет- через блок обратной связи и блок формирования порога ко второму входу г элемента сравнения,и блок синхронизации, выходы которого соединены с упся выходом блока моделирования дендрита, подключенным к аддитивному сумматору, а входы каяздого из блоков мо- 40 делирования дендритов соединены с выходами соответствующей группы блоков моделирования синапсов.

равляющими входами резистивных элементов , а входы - с входами и выхо16

5

дом устройства, отлич.ающее- с я тем, что, с целью повьпяения точности и расширения функциональных возможностей, в каждый из блоков моделирования дендрита введены прямая и обратная цепи,г срстоящие из последовательно включенных чередующихся между собой трехвходовых сумматоров и элементов задержки, -причем в каждой из цепей выход предьздущего сумматора соединен с входом последующего элемента задержки, выход которого под- кпючеи к первому неинвертирующему входу следующего сумматора, при этом обратная цепь начинается с сумматора, а выход ее последнего элемента задержки соединен через инвертор с входом первого элемента задержки пряды сумматоров прямой цепи соединены с инвертирующими входами смежных с ними сумматоров обратной цепи и являются входами блока моделирования;

25 дендрита, вькод каждого элемента задержки прямой цепи соединен с вторым неинвертирующим входом соответствующего сумматора обратной цепи и является выходом блока моделирования ден30 дрита, представляющим собой дейдрит- ный выход устройства, а выход каждого элемента задержки обратной цепи соединен с третьим неинвертирукяцим входом соответствующего сумматора

прямой цепи, оканчивающейся элемен- том задержки, выход которого являет-

ся выходом блока моделирования дендрита, подключенным к аддитивному сумматору, а входы каяздого из блоков мо- делирования дендритов соединены с выходами соответствующей группы блоков моделирования синапсов.

cpua.2

Фие

лсп.

фиг.5

LJl3

(ftиг. в

cpus.7

1