Устройство для моделирования нейтрона Советский патент 1979 года по МПК G06G7/60 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА

I

Изобретение относится к области бионики и может быть использовано в адаптивных информацноино-управляющих системах.

Известна модель нейрона, содержащая блоки управляемой проводимости, интеграторы в цепях возбуждения пресинаптичёского н постсннаптического торл ожения, генератор выходных возбуждающих и тормо.зящих сигналов, воспроизводящая такие свойства биологического прототипа, как подстройка весов межнейронных связей, пространственно-временную суммацию, формирование мембранного потенциала и генерирование потенциалов действия {IJ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор 2.

Недостатком указанных свойств является неполнота моделирования процессов биологического нейрона, отсутствие в ней ряда приспособительных свойств реальной нервной клетки.

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены дрполнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога и управляемый генератор импульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу блока адаптации порога нейрона, управляющие выходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход которого .подсоединен к .первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходам регулируемого блока пространственно-временного суммирования и дополнительного регулируемого блока пространственно-временного суммирования соответственно, управляющий вход регулируемого блока пространственно-временного суммирования подсоединен ко второму выходу сумматора, суммирующие входы регулируемого 6;1ока пространствснно-времеинего суммирования подключены к выходам рёТутГйруёМбго источника энергии и п первых блоков изменения весов межнейронных связей соответственно, первые входы которйх подсоединены к выходам п первых блоков коррекции весов межнейронных связей, первый выход сумматора подключен к управЛйющему входу дополнительного регулируемого блока пространственно-временнбгб суммирования, суммирующие входы ко tupofo подсоединены к выходам ш вторых блоков изменения весов межнейронных связей, первые входы которых подключены к выходам m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей, вторые входы п первых и m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей и входы п первых и т«вторых блоков изменения весов межнейронных связей являются входами устройства. Блок коррекции весов межнейронных связей содержит соединенные последовательно биполярный ключевой элемент, у;зел памяти и согласующий усилитель, выход которого является выходом блока, входы биполярно S5r N :-::«5 :-S ;--l --1S- --, ...--.,.,.;.-.-,-..,. ... „ V, , ГО ключевого элемента являются входами блока коррекции весов межнейронных связей, при этом блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель, апериодический усилитель, соединенные с дифферен,цйаЛБным усилителем, выход-которого явля етсявь1хрдом.блока ад.аптации порога, входы безынерционного усилителя и апериодического усилителя являются входами блока . адаптации порога. На чертеже представлена функциональная схема устройства.для моделирования нейрона. Устройство содержит п первые и вторые блоки изменения весов межнейронных связей I, li, m первые и вторые блоки коррекции весов межнейронных связей 2, 2, .i: .-.;...--v5 4a t -HiTSF4 Er.j---.-i/В которые входят биполярные ключевые элементы 3, узлы памяти 4 и согласующие усидители 5, регулируемый блок пространственно-временного суммиро1вакия б, дополнительный регулируемый блок йрйст|ййст§енновременного суммирования 7, регулируемый источник энергии 8,сумматор 9, блок адаптации порога 10, в который входят безынерционный усилитель 11, апериодический усилитель 12, дифференциальный усилитель 13, управляемый генератор импульсов 14, блок задания начальных условии 15. Выход управляемого генератора импульсов 14 является выходом устройства. На входы устройстве поступают соответ cteeHHo возбуждаюш ие и тормозные сигна й в виде положительных импульсов градуально меняющейся частоты. С выхода блока изменения весов межнейронных связей 1 возбуждающий .и тормозные сигналы, вели чины которых зависят от перестраиваемых значений весов связей, поступают ни регулируемые блоки пространственно-временного суммирования 6 и 7 возбуждающих и тормозных сигналов соответственно. Суммарный возбуА дающий сигнал с выхода регулируемого блока пространственно-временного суммирования 6 и суммарный тормозной сигнал с выхода регулируемого блока пространственно-временного суммирования 7 поступают на сумматор 9, с которого разностный сигнал между возбуждающими и тормозными воздействиями поступает на блок адаптации порога 10. В блоке адаптации порога приходящий сигнал одновременно поступает на безынерционный усилитель 11 и апериодический усилитель 12, разность выходных сигналов которых вычисляется дифференциальным усилителем 13. Таким образом, в блоке адаптации порога происходит приспособительное уменьщение сигнала за счет отклонения порога нейрона от своего оптийалкного значения, задаваемого блоком задания начальны условий 15. С сигнального выхода блока адаптации порога (выход дифференциального усилителя 13) сигнал поступает на управляемый генератор импульсов 14, который генерирует ийпульсы положительной полярности градуально изменяющейся частоты в. зависимости от значений «мембра.ннбго потенциала и порога нейрона. При воздействии на входы устройства различных информационных сигналов выходНое напряжение сумматора 9 отклоняется Ьт первоначального значения (оптимального значения «мембранного потенциала) и по цепям отрицательной обратной связи подстраивает коэффициенты передач регулируемых блоков пространственно-временного суммирования 6 и 7 таким образом, чтобы уменьщить влияние возбуждающих, и тормозных воздействий на «мембранный потенцйал, а ёдадбвательно, и на величину отклонения пбрбга от оптимального значения в блоке адаптации порога 10. Эти контуры подстройки; поддерживают значение порога модели нейрона в определенных пределах, при Которых не происходит перестройки передаточной функции модели за счет перестройки весов связей. Таким образом в режиме информационного преобразования сигналов устройство реализует требуемое функциональное отношен ге вход-выход. В неадекватности передаточной функции модели нейрона целевым задачам системы, в которой модель работает, на регулируемый блок пространственно-временного суммирования 6 поступает сигнал активации с регулируемого источника энергии 8, который повышает чувствительность модели нейрона к приходящим воздействиям, коГбрые, и свою очередь, отклоняют порог нен} 6наз;а пределы его оптимальных значений. Это приводит к, тому, что с управляющих выходов блока адаптации порога снимается равный по величине, но противоположный по знаку сигнал, который по цепям отрицательной обратной свяян поступает в блоки коррекции весов межнейронных связей 2. В блоках коррекции весов межнейронных связей биполярные ключевые элементы 3 при наличии информационного сигнала на соответствующем входе устройства подают сигнал отклонения порога от оптимального значения с выходов блока адаптации порега в аналоговые узлы памяти 4. с которых сигналы через согласующие усилители 5 поступают в блоки изменения весов межнейронных связей 1 и перестраивают те веса связей, на которые приходят информационные сигналы. Значение весов связей, при которых передаточная функция нейрона удовлетворяет целевым задачам системы, запоминается в аналоговом узле памяти. Таким образом устройство для моделирования нейрона перестраивает свою передаточную функцию с целью возвращения в собственное оптимальное состояние и достижения требуемой для системы, в которых работает устройство, передаточных отношений входвыход. Благодаря введению новых элементов и связей между ними повысилась точность моделирования. Формула изобретения 1. Устройство для моделирования нейрона, содержащее блок пространственно-временного суммирования, регулируемый источник энергии и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности моделирования, в него введены дополнительный регулируемый блок пространственно-временного суммирования, блок задания начальных условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога н управляемый генератор импульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу бМока адаптации порога нейрона, управляющие выходы которого подсоединены к первым входам блоков коррекции весов межнейронных связей, блок задания начальных условий подключен к первому входу блока адаптации порога нейрона, второй вход которого подсоединен к первому выходу сумматора, первый и второй входы которого подключепш к выходам регулируемого блока простраистВенно-времсиного суммирования и дополнительного регулируемого блока пространственно-временного суммирования соответственно, управляющий вход регулируемого блока пространственно-временного суммирования подсоединен ко второму выходу сумматора, суммирующие входы регулируемого блока пространственно-временного суммирования подключены к выходам регулируемого источника энергии и п первых блоков изменения весов межнейронных связей соответственно, первые входы которых подсоединены к выходам п первых блоков коррекции весов межнейронных связей, первый выход сумматора подключен к управляющему входу дополнительного регулируемого блока пространственно-временного суммирования, суммирующие входы которого подсоединены к выходам m вторых блоков изменения весов межнейронных связей, первые входы которых подключены к выходам m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей, вторые входы п первых и m вторых блоков коррекции весов межнейронных связей и входы п первых и m вторых блоков изменения весов межнейронных связей являются входами устройства. 2.Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок коррекции весов межнейронных связей содержит соединенные последовательно биполярный ключевой элемент, узел памяти и согласующий усилитель, выход которого является выходом блока, входы биполярного ключевого элемента являются входами блока коррекции весов межнейронных связей. 3.Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель, апериодический усилитель, соединеиные с дифференциальным усилителем, выход которого является выходом блока адаптации порога, входы безынерционного усилителя и апериодического усилителя являются входами блока адаптации порога. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 453710, кл. G 06 G 7/60, 1972. 2.Заявка № 2138807/24, кл. G 06 G 7/60, 20.07.76, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетель :тва.