Устройство для моделирования нейрона Советский патент 1981 года по МПК G06G7/60 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА

Изобретение относится к области аналогового моделирования и может найти применение в адаптивных информационноуправляющих системах. Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее источники входных импульсов, преобразователи частоты в на пряжение, сумматор, схему сравнения, преобразователи напряжения в частоту Til. Недостатком этого устройства является неполнота моделирования процессов биологического нейрона, отсутствие в ней ряда приспособительных свойств реальной нервной клетки. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее два блока пространственно-временного румми эования, блок задания начальных ус ловий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога, сумматор, управляемый генератор импульсов Г2. Недостатком этого устройства является невысокая точность и невозможность моделирования влияния окружающей температуры на биологический нейрон из-за от сутствия блока коррекции. Цель изобретения - повыщение точнооти моделирования. Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, регулируемые блоки синапт ческих весов, блоки пространственного временного суммирования, первый блок адаптации порога, первый вход которого подключен к первому выходу первого блока задания начальных условий, регулируемый сумматор, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к входу блока формирования выходных импульсов, выход -го преобразователя частоты в напряжение подключен к первому входу -го регулируемого блока синаптических весов ( - 1, 2,..., п, п-число входов), выход 1 -го регулируемого блока синаптических весов соединен с j -ым входом первого блока пространственно временного суммирования (j 1, ...,к, к- число возбуждающих входов), выход m -го регулируемого блока синаптических весов соединен с (m -к)-ым входом второго блока пространственновременного суммирования (,..., ут)1 дополнительйо введены второй блок адаптации порога, второй блок задания начальных условий, источник корректирующего напряжения и источники входных сигналов, причем выход i -го источника входных . сигналов соединен с входом i -го преобразователя частоты в напряжение ( i 1, ..., П ), первый вход второго блока адаптации порога подключен к первому входу вто рого блока задания начальных условий, выходы первого и второго блоков пространст венно-временного сумм фования соединены 00 вторыми входами соответственно первого и второго блоков адаптации порога, первые выходы которых под1слюченЬ1 соответственно к первому и второму входам регултфуемого сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжеНИИ в частоту, выход источника корректирующего напряжения соединен с треты-1м входом регулируемого сумматора, вторые входы -j -ых регулируемых блоков синапTs-psecKHx весов объединены и подключены ко второму выходу первого блока задания начальных условий (j 1,...,к), третьи входы j -ых регулируемых блоков синаптичоских весов объедт5не ш и соединены со вторым. выходом первого блока адаптации порога 1,... К вторые входы т-ых регулируемых блоков синапгическнх весов объединены и подключены ко второму выходу второго блока задания начальных условий (т-к + 1, ...,1Л ), третьи входы m -ых регулируемых блоков сннаптических весов объединены и соединены со вторым выходом второго блока адаптации порога ,.,,n). Ыа фиг. 1 представлена схема источш ка корректирующего напряжения; на фиг. 2 схема регулируемого блока синаптических весов; на фиг. 3 - схема блока адаптации порога. Устройство для моделтфования нейрона содержит источники входных сигналов 1, которые по возбуждающим 2 и тормозящим 3 входам через преобразователи 4 частоты в напряжение подключены соответ ственно к первым и вторым рс-гудируемым блокам синаптических F+&COB 5, и Бл .пер вый и второй блоки лространстпенно-временного суммироватш G и Gr , первый и второй блоки адаптации порога 7,8, регулируемый сумматор 9, источник корректирующего напряжения 10, преобразователь напряжения в частоту 11, блок формирования выходных импульсов 12, первый и второй блоки задания начальных условий 13 и 14. Регулируемый блок синаптических весов содержит транзисторы 15, 16 и резисторы 17. Блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель 18, дифференциальный усилитель 19, апериодический усилитель 20. Устройство работает следующим образом. На входы преобразователей 4 частоты ,в напряжение, от источников входных сигналов 1 поступают соответственно возбуждающие и тормозящие сигналы в виде последовательности положительных импульсов. В преобразователях 4 входные частоты преобразуются в напряжения, которые через первые к вторые регулируемые блоки синаптических весов 5 и 5, в которых происходит изменение величины напряжения пропорционально синаптическим весам, поступают на первые и вторые блоки пространствеНно-временного суммирования 6 и 6 возбуждающих и тормозящих сигналов соответственно. Суммарное напряжение возбуждения с выхода первого блока пространственно-временного суммирования 6,, поступает на вход первого блока адаптации порога 7, а суммарное напряжение торможения с выхода второго блока пространственно-временного суммирования 6л поступает на вход второго блока адаптации порога 8. В блоках адаптации порога 7 и 8 происходит приспособительное изменение суммарных напряжений возбуждения и торможения за счет отклонения порогов нейрона от своих оптимальных значений, задаваемых блоками задания начальных условий 13, 14. С выходов первого блока адаптации порога 7 и второго блока адаптации порога 8 напряжения возбуждения и торможения поступают на регулируемый сумматор 9, в котором происходит вычиTamie этих напряжений с одновременным изтленением полученной разности на величину коррекции, задаваемой источником кс ректирующего напряжения 10, моделируюшего влияние температуры окружак щей среды на биологический нейрон. Скорректированное разностное напряжение поотупает с регулируемого сумматора 9 на лреобразоватеяь нагфяжения в частоту 11, где преобразуется в частоту, которая приходит на формирователь выходных импульсов 12, Изменение весовых коэффициентов синапсов в первых и вторых регулируемых блоках синаптическкх весов 5 и 5л можно осуществлять как вручную с блоков задания начальных условий 13,14, так и автоматически с блоков адаптации порога 7,8 по цепям отрицательной обратной связи. Введение в устройство источника корректирующего напряжения, моделирующего влияние температуры окружающей среды на биологический нейрон, блока адаптации порога и блока задания начальных условий позволяет повысить точность моделирования, приблизить модель к реальному биологическому нейрону. Формула изобретения Устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, регулируемые блоки синаптических весов, блоки пространственно-временного суммирования, первый блок адаптации порога, первый вход которого подключен к первому выходу первого блока задания начальных условий, регулируемый сумматор, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к входу блока формирования выходных импульсов, выход -го преобразова геля частоты в напряжение подключен к /тервому входу ( -го регулируемого блока синаптических весов (i 1,2,..., п, Y - чио ло входов), выход -го регулируемого блока синаптических весов соединен с -ым входом первого блока пространственно-временного суммирования ( j 1. . ..., К. к- число возбуждающих входов), выход m -го регулируемого блока синаптических весов соединен с (т-к)-ым входом второго блока пространственно-временного суммирования (п 1+к,..., и ), о т л и чающееся тем, что, с целью повыщения точности в него дополнительно введены второй блок адаптации порога, второй блок задания начальных условий, источник корректирующего напряжения и источники входных сигналов, причем выход -го источника входных сигналов соеду нен с входом -го преобразователя частоты в напряжение (l 1,...,п ), первый вход второго блока адаптации порога подключен к первому выходу второго блока задания начальных условий, выходы первого и второго блоков пространственно временного суммирования соединены со вторыми входами соответственно первого . и второго блоков адаптации порога, первые выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам регулируемого сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход источника корректирующего напряжения соединен с третьим входом реулируемого сумматора, вторые входы j -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и подключены ко второму ыкоцу первого блока за Дания начальных условий (j 1,...,К ), третьи входы j -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и соединены со вторым выходом первого блока адаптации порога (j 1, ..., К ), вторые входы m-ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и подключены ко второму выходу второго блока задания начальных условий (W К + 1,..., и), третьи входы m -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и соединенъ со вторым выходом второго блока адаптации порога (т К+1,..., п ), Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 647698, кл. q 06 Q 7/60, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 647699, кл. G 06 7/60, 1976 прототип).

17

Фг/г.