Модель нейрона Советский патент 1978 года по МПК G06G7/60 

(64) МОДЕЛЬ НЕЙРОНА

I

Изобретение относится к области моделирования свойств биологических нейронов.

Известна электронная модель нейрона, в которой осуществляется моделирование различных функциональных особенностей, выполняется функциональное воспроизведение отдельных свойств биологическою нейрона 1.

Наиболее близким по технической cyaiности к изобретению является модель нейрона, -содержащая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы которых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров. Выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через инвертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту |2.

Однако .такие модели не обеспечивают достаточную точность воспроизведения свойств нейрона.

Целью изобретения является повышение точности модели.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенную модель введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязадающего конденсатора, общнй вывод .которых подключен ко входу

соответствующего сумматора. Другой вывод времязадающего конденсатора соед1 нем с шиной нулевого потенциала, а другой вывод делителя напряжения - с. HCTOMHHKCJM питания. Кроме того, преобразоьатель напряжения в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель напряжения, времязадающий конденсатор и выпрямительный элемент, вход которого соединен с эмиттером первого транзистора, а выход - с первым делителем напряжения. Эмиттер первого транзистора через времязадающнй конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и через второй делитель напряжения подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания.

. Функциональная схема модели представлена на чертеже.

Модель содержит интеграторы 1, управляемые ключи 2, сумматоры 3 возбуждаю-, щих и тормозящих сигналов, инвертор 4 н преобразователь напряжения в частоту 5. Ко входам сумматоров 3 подключены делители напряжения 6, 7 и времязадаюшие конденсаторы 8, 9.

.Через делители напряжения -6, 7 на сумматоры подаются нагфяження, устанавливающие исходный потенциал на базе транзистора 10 преобразователя 5. Величины сопротивлений делителей напряжения 6 и 7 устанавливают веса возбуждающих и тормозящих входов модели нейрона, так как при их активации резисторы выходов ключей 2, подключенные ко входам сумматоров, образуют делители напряжений с резисторами б и 7, понижая исходный уровень напряжения на сумматоре пропорционально отношению своих величин и числу активных входов интеграторов 1. Конденсаторы 8 и 9, подключенные к входам сумматоров 3, обеспечивают различие постоянных времени установления и спада уровня мембранного потенциала при активации возбуждающих и тормозящих входов, формируя таким образом изменения напряжения, аналогичные возбуждающему постси наптическому потенциалу и тормозящему иостсинаптическому потенциалу биологического нейрона. Между ъмиттером транзистора 10 -и общей точкой схемы включены врем язадающий конденсатор 11 и делитель напряжения 12. К эмиттеру транзистора 10 подключен делитель напряжения 13, связанный с переменным делителем напряжения 14, со.средней точки которого снимается напряжение установки величины порога электронного аналога нейрона. Последовательно с делителем напряжения 12 установлен выпрямительный элемент 15, который увеличивает постоянную времени разряда конденсатора 11. Перемещением движка делителя напряжения 14 устанавливают значение порогов в. пределах от глубокого запирания аналога до спонтанной генерации импульсов. Постоянная времени, определяемая величиной емкости конденсатора 11, устанавливает степень адаптации (или аккомодации) аналога к входному воздействию. При малом значении постоянной времени разряда конденсатора 11 получают аналог с отсутствием адаптации. При больщих значениях постоянной разряда конденсатора 11, когда импульсный интервал генерируемы;( импульсов меньше постоянной време.Ни, происходит заряд конденсатора, приводящий к повыщению порога и снижению частоты генерации ири постоянном уровне возбуждения входов, т. е. воспроизводится функция адаптации. .Напряжения с выходов сумматоров, связанных с базой транзистора 10 непосредственно или через инвертор, имеют одинаковые знаки, но складываясь на базе транзистора 10 как разноименные, они формируют исходный мембранный потенциал, определяющий активное состояние преобразователя 5. Активация одного или группы входов, присоединенных через ключи 2 к сумматору 3, связанному с инвертором 4, вызывает уменьшение напряжения на входе сумматора и уменьшение напряжения с выхода инвертора 4, но уже другой полярности. Это прив()Д1гг к возрастанию отпирающего напряжения на базе транзистора 10, поступающего с сумматора 3. Если этот потенциал достаточен для возбуждения преобразователя 5, то на выходе модели генерируется импульс и заряжается конденсатор 11, что приводит к повышению порога срабатывания модели. Постоянная времени, разряда конденсатора 1 1 определяет характер импульсного потока-при постоянном уровне активации группы входов, подключенных к сумматору 3, связанному с инвертором 4. Эта группа входов по своему воздействию, на преобразователь является возбуждающей. Активация входов,подключенных к сумматору 3, выход которого, непосредственно связан с базой транзистора 10 преобразователя 5, приводит к уменьшению напряжения на входе этого сумматора и, следовательно, к увеличению напряжения на базе транзистора 10, поступающего с выхода инвертора 4. Это напряжение является запирающим, поэтому уменьшается или прекращается генерация импульсов на выходе модели. Таким образом, группа входов, подключенных к сумматору 3, выход которого непосредственно связан с преобразователем, является тормозящей по виду воздействия на преобразователь. Рассматриваемая модель благодаря введению новых элементов и связей между ними обеспечивает более высокую точность воспроизведения свойств нейрона по сравнению с известными моделями нейрона. Формула изобретения , 1..одель нейрона, содержащая на возбуждающих и тормозящих входах интеграторы, выходы которых через управляемые ключи соединены со входами сумматоров, выход сумматора тормозящих напряжений непосредственно, а выход сумматора возбуждающих напряжений через инвертор соединены со входом преобразователя напряжения в частоту, отличающаяся тем, что, с целью повыщения точности модели, в нее введены цепочки из последовательно соединенных делителя напряжения и времязадающего конденсатора, общий выход которых подключен ко входу соответствующего сумматора; другой вывод времязадающего конденсатора соединен с щиной нулевого потенциала, а другой вывод делителя напряжения - с источником питания. 2.Модель нейрона по п. 1, отличающаяся тем, что в преобразователь напряжения в частоту введены делители напряжения, управляемый делитель напряжения, времязадающий конденсатор и выпрямительный элемент, вход которого соединен с э.миттером первого транзистора, а выход - с первым делителем напряжения; эмиттер первого транзистора через времязадающий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала п через второй делитель напряжения подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, соединенному с источником питания.

t. Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе: 1.Вартанян Г. А. и др. Механизмы деятельности центрального -х йрона. М., «Наука, 1966, с. 108. 2.Авторское свидетельство СССР М 283700, М. Кл. G 06 G 7/60, 1969.