УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА Советский патент 1974 года по МПК G06G7/60 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике.

Известны устройства для моделирования нейрона, содержащие пространственно-временные сумматоры на резисторах, и конденсаторах, пороговые элементы, генераторы и формирователи выходных сигналов на транзисторах.

В этих устройствах результат пространственно-временного суммирования входных сигналов представлен в виде нанряжения, что ограничивает логические возможности подготавливающего узла и класс функциональных преобразований, осуществляемых подготавливающим узлом над входными сигналами.

Цель изобретения - расширить функциональные возможности устройства, обеспечить более полное моделирование некоторых свойств биологического нейрона, в частности абсолютной и относительной рефрактерности, увеличить точность и надежность.

Для этого предлагаемое устройство содержит элементы НЕ, разрядную и зарядные цепи и широтно-импульсные модуляторы, выполненные в виде двух элементов И, выходы которых подключены к элементу ИЛИ последовательно и двум элементам НЕ, причем выход первого и вход второго элементов НЕ широтно-импульсных модуляторов подключены через элемент И к выходу устройства и ко

входу первого элемента НЕ, выход которого через разрядную цепь соединен с первым суммирующим элементом, выход второго элемента НЕ подключен соответственно к первым входам элементов И щиротно-импульсных модуляторов и через зарядные цепи к суммирующим элементам, выходы которых соединены со вторыми входами первых элементов И щиротно-импульсных модуляторов, а вторые входы вторых элементов И широтно-импульсных модуляторов соединены с выходом вторых элементов НЕ широтно-импульсных модуляторов. Представление выходных сигналов возбуждающего и тормозящего каналов в виде прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна соответственно суммам возбуждающих и тормозящих сигналов, позволяет существенно расширить класс логических преобразований над входными сигналами и в случае модулирования вычислительных функций нейрона применять простые решающие схемы. На фиг. 1 изображена схема устройства для

моделирования нейрона; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство состоит из возбуждающих 1 и тормозящих 2 входов, резисторы которых моделируют веса; входа 3, на который поступает

синхроимпульс, пороговый элемент 4, устанавливающий значение порога; суммирующих элементов 5, выполненных на конденсаторах; элемента НЕ 6, подключенного к зарядным цепям 7 и элементам И 8 и 9. Элементы И 8 и 9, элемент ИЛИ 10 и элементы НЕ 11, 12 образуют широтно-импульспые модуляторы 13 и 14. Длительность выходных импульсов широтно-импульсных модуляторов обратно пролорциональна разности напряжения на суммирующих . элементах 5, 1выполпенных на конденсаторах, и напряжения срабатывания широтно-импульсных модуляторов.

На выходе устройства включен элемент И 15, подключенный к элементу НЕ 11 широтноимпульсного модулятора 13 и элементу НЕ 12 широтно-импульсного модулятора 14. Выход элемента И 15 через элемент 16 НЕ и разрядную цепь 17 подключен к суммирующему элементу 5 тормозящего канала.

Нри отсутствии входных сигналов и нулевом значении порога конденсаторы суммирующих элементов 5 заряжены до уровня, который определяется некоторой эквивалентной постоянной времени, общей для зарядных цепей 7 и порогового элемента 4. На выходе щиротно-импульспых модуляторов 13 и 14 образуются импульсы, равные по длительности синхроимпульсам. На выходе элемента И 15 отсутствует сигнал (см. фиг. 2,а), так как на его входы подаются прямой и инвертированный импульсы.

Нри наличии входных сигналов конденсаторы суммирующих элементов 5 каналов возбуждения и торможения разряжаются на величины, пропорциональные суммарным возбуждающим и тормозящим воздействиям соответственно. Когда на вход 3 поступает синхроимпульс, происходит заряд конденсаторов суммирующих элементов 5 и при достижении уровня срабатывания схемы на входе широтно-имнульсного модулятора появляется сигнал. Время заряда определяется как степенью разряда конденсаторов, так и током заряда, зависящим от положения движка потенциометра порогового элемента 4.

На фиг. 2, б и б приведены эпюры напряжений на различных элементах схемы при одинаковых суммарных возбуждающих и тормозящих воздействиях. Фиг. 2, б соответствует положительному порогу, а фиг. 2,8 - отрицательному порогу модели нейрона (на выходе формируется импульс, длительность которого пропорциональна величине отрицательного порога).

Ноложительные обратные связи с выхода элементов НЕ 12 на входы элементов И 9 являются формирующими, одновременно они моделируют абсолютную рефрактерность каналов; после срабатывания щиротно-импульсных модуляторов 13 и 14 их состояние в интервале времени воздействия синхроимпульса не зависит от входных сигналов 1 и 2 и напряжения на конденсаторах суммирующих элементов 5. Через разрядную цепь 17 и элемент НЕ 16 происходит дополнительный разряд конденсаторов суммирующего элемента тормозящего канала при наличии на выходе узла импульса; тем самым повыщается порог срабатывания и имитируется относительная рефрактерность.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования нейрона,

содержащее пороговый элемент, подключенный ко входам устройства и к суммирующим элементам, и элемент И, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, увеличения

точности и надежности его работы, оно содержит элементы НЕ, разрядную и зарядные цепи и широтно-импульсные модуляторы, выполненные в виде двух элементов И, выходы которых подключены к элементу ИЛИ последовательно и двум элементам НЕ, причем выход первого и вход второго элементов НЕ широтно-импульсных модуяторов подключены через элемент И к выходу устройства и ко входу первого элемента НЕ, выход которого

через разрядную цепь соединен с первым суммирующим элементом, выход второго элемента НЕ подключен соответственно к первым входам элементов И щиротно-импульсных модуляторов и через зарядные цепи к

суммирующим элементам, выходы Которых соединены со вторыми входами nepBbix элементов И широтно-импульсных модуляторов, а вторые входы вторых элементов И щиротно-импульсных модуляторов соединены с выходом вторых элементов НЕ широтно-импульсных модуляторов.

-rf-т-Н Н

г

7J

77

74

, L-,

Т I L-

16

у I . 771- -Ь7 -.

1 „i, Н-J 1.Г