Устройство для моделирования условного рефлекса Советский патент 1978 года по МПК G06G7/60 

1

Даниое изобретение относится к области моделирования: нервной системы. Оно может быть использовано в моделях нервной системы, а также в обучающихся классификаторах и в- о-бучающихс-Я системах управления, предусм.атр.ивающих автоматический режим и режим: ручного управления.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство по авторскому свидетельству № 429434, содержащее ассоциа-тивньш запоминающий блок, входы регистра: ввода признаков: и ввода основной информации Которого подключены ко входам устройств-а, и ассоциативный постоянный запоминающий блок, вход регистра ввода признаков которого соединен с выходом регистра вывода основной информации ассоциативного запоминающего блока, причем выход регистра ввода основной информации ассоциативного запоминающего блока подключен через диодный элемент к выходу регистра ввода признаков ассоциативного постоянного запоминающего блока .

Такое устройство условные рефлексы второгО и более: высокого порядка не моделирует.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно моделирование условных рефлексов второго и более в-ысокого порядков.

Эта 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 возмол ным 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

в целом, так и от информаили, постулающей на входы блока обратной связи.

Таким образом, оказывается возможным моделировать зависимость реакции нервной системы на сигнал извне от образа, лерерабатываемого 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 заторможенньГм эффекторньш концом и переход ее в рефлексы с незаторможенным 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

1соединены 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

2и 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 запоминаюш его 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 бёзусловнорефлекторных 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 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 ассоциативный,-запом инающий блок 4 и записываются в одну из свободных ячеек этогоблока.

Эти сигналы проходят также в ассоциативнуй постоянный запоминающий блок 5, в котором происходит операция логи:ч еско,го, сравнения их с признаками безусловнЬрёф.леКторных р-аздражитеЛейГ Соответствие этих сигналов с признаками в блоке 5 не обнар.ужива.ется-, и- поэтому на выходе устройства (йа выходе блока 5) нет никаких сигналов.- -.

Затем на, входь устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую безусловнорефлекторный раздражитель, т. е. совпадающую с одной из хранящихся в признаковой части ячеек блока 5.;;;

Сигналы проходят через бло,к 1 в ассоциативный запоминающий блок 4 и записывакэтся в следующую ячейку. Кроме этого, они проходят в ассоциативный постоянный запоминающий блок-5 ив результате опер-ации обнаруживается их соответствие признакам одного из безусловных раздражителей.- Из ячейки, в признаковой части которой- обнаруживается соответствие, считывается информация. Она имитирует эффективную реакцию животного, на выходе устройства появляются соответствующие сигналы.

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 сигналов, поступающих на входы устройства, этот признак может считаться порогом. В частном случае таким признаком может быть амплитуда электрических сигналов. Признаком сортировки может быть определенное числом, за.писанное в определенной части. признаковой части ячеек. Изменяя признак, сортировки ;в ассоциативном постоянном запоминающем устройстве, в частном случае:устанавливая определенный порог срабатывания пороговых элементов, мы можем настраивать , каждую ячейку, моделируя таким образом изменение возбудимости нервных центров, изменение амплитудных или: информационных порогов нервных центров..

Затем .на. входы .устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую подкрепление или неподкрепление или «наказание .ассоциативной связи. Эти сигналы через блок прямой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающий блок 4 в две «работавщие 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. ....,..

- Б. -В режиме проявления-условвргО: рефлекса второго порядка на входы устройства йод:ают.комбинацию сигналов, подававЩуюсй на них ранее в режиме образования условного

рефлекса первого порядка и имитировавшую индифферентный раздражитель. Эти сигналы через блок прямой связи 1 поступают в ассоциативный запоминающий блок 4 и в нем происходит операция логического сравнения их с сигналами,- записанными ранее.

В результате этого сравнения отыскивается ячейка с соответствующей информацией и считывается информация из следующей за ней по порядку. Для такого считывания необходимо, чтобы выходы элементов соответствия каждой ячейки были соединены с шиной считывания по порядку ячейки. Поскольку в ячейке, следующей за той, в которой была записана информация, имитировавщая ранее индифферентный раздражитель, записана информация, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель, из блока 4 считываетгя информация, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель. Одновременно считывается информация (признак), сигнализирующая о наличии или отсутствии в прошлом подкрепления или наказания данной ассоциации.

Информация, считывающаяся из ассоциативного запоминающего блока 4, поступает в ассоцидтивный постоянный запоминающий блок 5. В нем производится операция логического сравнениями если определённая часть этой информации соответствует одному из безусловнорефлекторных раздражителей (а это должно-быть так) и другая ее часть больше или равна признаку сортировки, на выходе блока 5 появляются сигналы, имитирующие эффекторную реакцию.

Если налицо эта эффекторная реакция, комбинация сигналов, подававщаяся ранее в режиме образования условного рефлекса на входы устройства -как индифферентный раздражитель, не является более индифферентной, она теперь имитирует раздражитель условНого рефлекса первого порядка. „После появления эффекторной реакции экспериментатор подает на входы устройства комбт1нацию -сигналов, имитирующую подкрепление или неподкрепление или «наказание. Эти сигналы через блок прямой связи ,1. постЗДато.т ;в- ассоциативный запоминающий блок и в работавшёй только, .НТР..Э .режиме считывания ячейке произЕгадягсоответетвующие изменения того признака, который сравнивается с признаком сортировки в ассоциативном постоянном запоминающем блоке 5.

В. Режим образования условного рефлекса второго порядка.

В этом режиме на входы устройства подают комбинацию сигналов, имитирующую индифферентный раздражитель. Через блок прямой 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 условного рефлекса первого порядка. Она проходит через блок прямой связи 1 в блок 4, производится ее запись в следующую ячейку блока 4, иодновременно опрос всех других ячеек этого блока - операция логического сравнения. В результате этой операции отыскивается ячейка, в которой ранее была записана такая же комбинация сигналов, и считывается информация из следующей за ней ячейки, т. е. из той, в которой был записан «безусловнорефлекторный раздражитель.

Эта информация, как и в описанном выше режиме 2, вызывает ответную реакцию ассоциативного постоянного запоминающего блока 5 - иоявление на его выходе сигналов,

имитирующих эффективную реакцию.

Затем подают на соответствуюшие входы устройства сигнал подкрепления или наказания. Г. В режиме проявления условного рефлекса второго порядка.

На входы устройства подают сигналы, подававшиеся первыми в описанном выше режиме 3. Тогда они еще были индифферентными. Теперь они записываются в очередную свободную ячейку блока 4 и одновременно в результате операции логического сравнения определяется ячейка, в которой они ранее были записаны, и выводится информация из следующей за ней ячейки.

Таким образом, в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 из блока 4 поступает комбинация сигналов - раздражитель условного рефлекса первого порядка. Так как в признаковой части ячеек блока 5 нет

совпадающей с ней комбинации сигналов, она не соответствует ни одному из признаков безусловнорефлекторного раздражителя, на выходе блока 5 не появляется никаких сигналов.

Однако одновременно «раздражитель условного рефлекса первого порядка поступает на возбуждающие входы моделей нейронов 3 блока обратной связи 4. Одновременно она поступает на тормозящие входы моделей нейронов блока прямой связи 1, препятствуя прохождению сигналов со-входов устройства через блок 1. Выходы моделей нейронов 3 блока 2 соединены со входами ассоциативного заПоминаюйёго блока 4. -- Т-аким о.,бразом «раздражитель условного рефлекса-vnepBoro йор-ядка,- - -блоки|)уя- - прохождение сигналов через блок 1, поступает через блок обратной связи 2 либо полностью, либо в несколько редуцированном виде в блок

4, где вновь будет произведена запись и зарегистрировано соответствие.

В результате этого в ассоциативный постоянный запоминающий блок 5 будет выведена комбинация сигналов, имитирующая безусловнорефлекторный раздражитель и на выходе этого блока появятся сигналы, имитирующие эффекторный конец реакции.

Затем на соответствующие входы устройства подают сигналы подкрепления или наказания. Следует особо отметить, что эти сигналы

могут изменять состояние не одной, а нескольких ячеек и, таким образом, будет подкрепляться или наказываться целая цепочка ассоц 1аций.

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 ассоциации.

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 н 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.

Прл этом каждая реакция устройства будет зависеть от информации, получившейся в результате взаимодействия этих информации н

которая может совпадать с любой из нкх, более или менее приближаться к любой из них и может значительно отличаться от каждой из этих информации. Таким образом моделируется влияние информации,, перерабатываемой в данный момент в нервной системе на процесс восприятия - новой информации и .влияние новой информации на нее. Таким образом предлагаемое устройство

позволяет моделировать:

а)условные рефлексы второго и более высокого порядка,

б)условные рефлексы с заторможенным эффекторным концом и переход их в условные рефлексы с незаторможенным эффекторным кондом,

в)влияние образов, перерабатываемых нервной системой, на процесс восприятия образов, поступающих извне, и наоборот, что

является расширением функциональных возможностей устройства.

Формула изобретения

Устройство для моделирования условного рефлекса по авт. св. Ns 429434, отличающееся тем, что, с целью р.асщирения функциональных возможностей, а именно моделирования рефлексов второго и более высоких порядков, в него введены блоки прямой н 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 н 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 блока прямой и обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 429434, кл. G Обо 7/60, 1974.