Устройство для моделирования условнорефлекторных связей замыкательного типа Советский патент 1982 года по МПК G06G7/60 

Изобретение относится к моделированию нейтронных сетей и может быть использовано в кибернетике, самоорганизующихся стабильных системах управляющего воздействия, информационных системах, вычислительной технике.

Известно устройство для моделирования условных рефлексов, содержащее запоминающие блоки, регулирующие механизмы, информационные каналы связи, предназначенное для построения и управления произвольными движениями обширного и вместе с тем ограниченного класса задач: безусловнорефлекторной деятельности ,условного рефлекса первого, второго и более высокого порядков. При разработке устройств акцептируется внимание на регулирующих механизмах и, в меньшей степени, на вопросах информацион ного обеспечения 1

Принципиально новые возможности управпения системой высших уровней произвольных движений, в число которых входит продуктивное мышление реализуются динамическими временны ми связями. Отсутствие формализованных моделей, построенных на результатах качественной теории, является препятствием для.их использования в прикладных задачах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования условных рефtoлексов, содержащее первосигнальный запоминающий блок и блок внутренней памяти. Функциональные возможности устройства расширяются за счет моделирювания условнорефлекторISного изменения возбудимости подкорковых нервных центров и коры 21.

Недостатком известного устройства является ограничение функциональных 20 возможностей устройства задачей моделирования мышления как серии условных рефлексов с заторможенным эффекторным концом. Моделирование продуктивного мышления, порождаю1цего HO97вую информацию, я маетности информацию принятия решения за счет механического использования возможностей устройства, выполнить невозможно. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет отбора и перерабо ки информации принятия решения динамической временной связью конструк тивного типа, а также упрощение стру туры моделируемых процессов за счет саморегулирования разрешающей возможности внутреннего канала динамической временной связи конструктивного типа. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первосигнальный запоминающий блок и блок внутренней памяти, второсигнальный запоминающий блок, блоки умножения, сумматоры, функциональный преобразователь, накопитель, инверторы и дополнительный сумматор, выход которого является выходом устройства, выход первосигнального запоминающего блока подключен к первому и второму выходам первого блока умножения, и первому входу второго блока умножения и к первому входу третьего бло ка умножения, второй вход которого соединен с выходом второсигнального запоминающего блока и с первыми входом четвертого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока внутренней памяти, к первому и второму входам пятого блока умноже ния и к второму входу второго блока умножения, выход первого блока умнож ния соединен с первыми входами шесто го и седьмого блоков умножения, второй вход шестого блока умножения подключен к выходу блока внутренней памяти и к первому входу восьмого блока умножения, второй вход .которого соединен с выходом первосигнального запоминающего блока и с первым входом девятого блока умножения, вто рой вход которого подключен к выходу пятого блока умножения и к первому входу десятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второсигнального запоминающего блока, с вторым входом седьмого блока умножения и с третьим входом аосьмого блока умножения, выходы вто рого, третьего и четвертого блоков у ножения подключены к входам первого сумматора, выход которого через функ циональный преобразователь соединен с первыми выходами одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого блоков умножения, выходы которых подключены к соответствующим входам накопителя, выходы шестого и девятого блоков умножения соединены с входами второго сумматора, первые входы третьего и четвертого сумматоров подключены к выходу седьмого блока умножения ,аторые входы -третьего и четвертого сумматоров соединены с выходами седьмого и десятого блоков умножения выходы второго, третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно к вторым входам одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого блоков умножения, выходы которых через соответствующие инверторы подключены соответственно к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, выходы которых соединены с входами дополнительного сумматора, вторые входы пятого, шестого и седьмого сумматоров подключены к выходам втооосигнального запоминающего блока, блока внутренней памяти м первосигнального запоминающего блока. На фиг. 1 изображена структура устройства для моделирования условнорефлекторных связей замыкательного типа; на фиг. 2 - функциональная cxt ма, отражающая физиологическую сущность устройства; на фиг. 3 - алгоритм отбора и переработки информации принятия решения динамической .временной связью конструктивного типа, выполняемый данным устройством. Устройство состоит (фиг.1)из первосигнального запоминающего блока 1, второсигнального запоминающего блока 2, блока 3 внутренней памяти, с первого по тринадцатый блоков 4-16 умножения, с первого по седьмой сумматоров 17-23 I функционального преобразователя 2k, накопителя 25, инверторов 2б-28 знаков сигналов, дополнительного сумматора 29. Устройство работает следующим образом. На вход блока 1 поступает сигнал видеоинформации, отражающий условия внешней среды, на вход блока 2 поступает сигнал голосовой информации, содержащий второсигнальную установку, на вход блока 3 поступает сигнал внутренней информации, передающий комбинации сигналов безусловнорефлекторного раздражителя и комбинации сигналов условнорефлекторных раздражителей, (первосигнальиых и второсигнальных) ассоциативно связанных с безусловнорефлекторными. К дирование первосигнальной, второсиг нальной и внутренней информации дол но выполняться в единой метрике информационного языка устройства, Первичную переработку информации принятия решения выполняют блокасм -8 умножения следующим образом. На два входа блока k поступают сигналы первосигнальной информации, на входь блока 5 умножения поступаю сигналы первосигнальной и внутренней информации, на входы блока 6 умноже ния поступают сигналы второсигнальной и первосигнальной информации, на входы блока 7 умножения поступают сигналы второсиг нальной и внутренней информации, на ,два входа блока 8 умножения посту-: пает сигнал внутренней информации. В результате переработки информации блоками 4-8 умножения происходит перераспределение уровней информа.тивности сигналов таким образов ., что имеет место внутрирефлекторное (блоки А , 8 умножения и межрефлекторные блоки 5-7) совмещение информационных признаков, в процессе которого усиливаются уровни информативности сигналов. Вторичную переработку информации производят блоками 9-13 следующим об разом. На первые входы 9 и 10 блоков умножения поступает сигнал из блока Ц, на второй вход блока 9 поступает сиг нал из блока 3, на второй вход блока 10 умножения поступает сигнал из бло ка 2, на один из входов 12 и 13 блоков умножения поступает сигнал из блока 8, на другой вход блока 12 умножения поступает сигнал из блока на другой вход блока 13 из блока 2, на три входа блока 11 поступают сигналы из 1-3 блоков. В результате вторичной переработки информации происходит перераспределение уровней информативностей сигналов таким образом, что достигается межрефлекторная с внутрирефлекторной совместимостью информацион ных признаков, кроме внутри рефлекто ной совместимости признаков второсигнальной информации. Физиологическая сущность процесса переработки информации устройством раскрывается схемой моделирования 9 динамической временной связи конструктивного типа (фиг.2) с элементами а,, где в - нейрон-носитель первосигнального возбуждающего импульса в первом центре коры условного рефлекса; а - нейрон-носитель второсигнального возбуждающего импульса в. речевой зоне коры; с - нейрон-носитель внутреннего возбуждающего импульса в безусловнорефлекторном нервном цент ре подкорки. Стрелки указывают наличие возбуждающих выходов, подключенных к возбуждающим входам, например выход (а ) - к выходу , в,а - ., в - с, С - а - возбуждающие синапв - сы, имитирующие межрефлекторное соемещение взаимодействующих возбуж,саю щих импульсов, т.е. неспецифическое возбуждение, в - в, ..,- итирует взаимодействие в caMi,x нейронах, т.е. специфическое возбуждение, при этом взаимодействие исключается , в- в , в 3 -. а и т,д, имитирует взаимодействие спи- , цифического и неспецифического воз;буждения. Подключение возбуждающих выходов нейронов к возбуждающим входам выполнено следующим образом: первосигнальный - первосигнальный, первосигнальный - внутренний, второси - нальный - первосигнальный, внутренний - второсигнальный - внутренний внутренний, первосигнальный - первосигнальный - внутренний, первоси - нальный - первосигнальный - второигнальный, второсигнальный- первосигальный- внутренний, внутренний- внутенний- первосигнальный, внутреннийнутренний- второсигнальный. Указанные синапсы моделируют мехаизм второсигнального изменения, возудимости подкорковых нервных центров езусловного рефлекса, включенных в труктуру условного рефлекса, коркоых нервных центров условного рефекса и центров речевой зоны коры. Механизм имитирует иррадиацию возуждения в замыкательном поле и одовременно - интегрирующий нервный ентр, осуществляющий переработку нформации. Структура интегрирующего нервного ентра (фиг.2} раскрывает организаию внутреннего канала динамической ременной связи конструктивного типа. у1яественный признак организации .ниверсум связей ,обеспечивающий услоия замыкания динамической временной 79 связи конструктивного типа без участи дополнительных синапсов. Отбор информации принятия решения выполняется следующим образом. На первом уровне - сумматором 17 на вход которого поступают сигналы от блоков т.е. сигналы, пераработанные на уровне межрефлефторной совместимости информационных при наков, вычисляющим максимальный уровень информативности сигнала, достигаемого посредством функционального совмещения информационных признаков, совмещенных на уровне межрефлекторной совместимости , который поступает на вход функционального преобразователя 24, вычисляющего максимальный уровень тормозного сигнала, а также сумматорами 18-20, -на входы которых соответственно поступают сигналы от блоков 9и12, 10и11, 11 и 12 умно жения, вычисляющимися уровни информативности комбинированных сигналов посредством функционального совмещения информационных признаков межрефлекторной и внутрирефлекторной совместимости . На втором уровне - блоками умножения, на вторые входы которых соответственно поступают сигналы от сумматоров 18-20,на первые входы тормозной сигнал от преобразователя 2, вычисляющими уровень понижения информативности сигналов, проходящих переработку, и выделяющими пассивную часть информационных признаков ,т.е. тех, которые не участ вуют в принятии решения таким образом, что блок выделяет пассивную часть второсигнальных признаков,блок 15 - внутренних, блок 16 - первосигкоторые поступают в накопинальных, тель 25 информации долговременной памяти и на блоки умножения 1t-l6| инверторы 26-28, присваивающим сигналам, передающим пассивную часть признаков, отрицательный знак. На третьем уровне - сумматорами и 29 таким образом, что на второй вход сумматрра 21 поступает сигнал из второсигнального запоминающего блока 2, на второй вход сумматора 22 - из блока 3 внутренней памяти 5 а на. второй вход сумматора 23 из первосигнального запоминающе го блока 1, на первые входы которых поступают тормозные сигналы с инвертированными знаками от инверто ipOB 26-28, определяющими функциональ 98 ную рассогласованность сигналов и в числякхцими уровни сигналов второсигнальной от сумматора 21, внутренней от сумматора 22 и первосигнальнйй от сумматора 23 информации, содержадей активную часть информационных признаков, которые передаются на три входа сумматора 29, в решающем сумматоре 29 выполняется операция оценки знака {+,-) каждого из трех поступивших сигналов и операция сложения сигналов, посредством которой достигается функциональная совместимость второсигнального, внутреннего и первосигнального сигналов, передающих активные информационные признаки информации принятия решения. Специфика работы устройства - уровень сигнала информации принятого решения задается уровнем входного сигнала голосовой информации, содержащей второсигнальную установку, в качественном выполнении сигнала информации принятого решения участвует второсигнальная, первосигнальная и внутренняя информация, а уровень сигнала, поступающего в накопитель информации долговременной памяти, задается уровнем функционально совмещенных входных сигналов первосигнальной и внутренней информации, в качественном наполнении сигнала участвует второсигнальная, первосигнальная и внутренняя информация. Раскрывая физиологическую сущность сумматоров 17-23, 29, преобразователя 2А, накопителя 25, инверторов 26-2-8 устройства, можно сказать, что сумматор 17 - сумматор афферентногосинтеза,функциональный преобразователь 24 вычисляет импульс безусловного (внешнего) торможения, сумматор 18 совместно с блоком k умножения образуют блок афферентного анализа, который вычисляет импульс блокировочного торможения, сумматор 19 совместно с блоком умножения 15 образуют блок афферентного анализа, который вычисляет импульс безусловного, включенного в структуру условного торможения, сумматор 20 совместно с блоком 16 умножения образуют блок афферентного анализа, который вычисляет импульс условного торможения, инверторы 26-28 присваивают импульсам торможения отрицательные знаки, сумматор 21 - сумматор остаточного второсигнального возбуждения вычисляет второсигнальную составляющую локализованного второсигнального управляющего импул са, сумматор 22 - сумматор остаточного безусловного возбуждения вычис ет составляющую внутреннего импульс входящую в локализованный второси - нальный управляющий импульс, сумматор 23 сумматор остаточного условного возбуждения вычисляет перво сигнальную составляющую, входящую в локализованный второсигнальный импульс управляющего воздействия, сумматор 29 сумматор локализации и передачи импульса управляющего во действия, что равносильно замыканию динамической временной связи конструктивного типа. Сумматор 17, функциональный преобразователь 2k, сумматор 18, блок }k умножения,сумматор 19. блок 15 у ножения, сумматор 20, блок 16 умножения выполняют саморегулирование разрешающей возможности внутреннего канала динамической временной связи конструктивного типа через уравновешивание/ пропускных способностей трех параллельных каналов связи, один из которых сумматор 8, блок инвертор 26, сумматор 21 формирует второсигнальную составляющую, другой сумматор 19, блок 15, инвертор 27, сумматор 22 - внутреннюю состав ляющую, третий сумматор 20, блок 16 умнож.ения, инвертор .2 ,сумматор 23 - первосигнальную составляющую BT росигнального управляющего импульса, передающего информацию принятия решения. Механизм саморегулирования основывается на функциональном совмещении врзбуждающих синапсов сумматором 17 таким образом, что три входа подключаются к возбуждающим выходам синапсов неспецифического возбуждения, имитирующих межрефлекторное совмещение первосигнального внутреннего, второсигнального - первосигнального, внутреннего - второсигнального возбуждающих импульсов, совмещение производит афферентный синтез всех информационных признаков проходящих обработку, которые передаются на выход сумматора 17 генерализованным (функционально совмещенным) возбуждающим импульсом, который поступает на вход функционального преобразователя генерализованного возбуждающего импульса в импульс безусловного (внешнего) торможения, 910 значение которого передается на входы сумматора 18, блок 1, сумматор 19, блок 15 умноженияJсумматор 20, блок 16 умножения, остальные два входа каждого из которых подключаются к выходам возбуждающих сигналов, иммитирующих взаимодействия специфического и неспецифического возбуждения таким образом, что входы сумматора 18 и блока Ц умножения подключаются к Выходам первосигнального - первосигнального - внутреннего и внутреннеговнутреннего - первосигнального, входы блока 15 умножения и сумматоре 19 к выходам второсигнального - первосигнального - внутреннего и первосигнального - первосигнального - ЕТО росигнального, входы сумматора 20 и блока 16 умножения к выходам еторосигнального - первосигнаяь::ого- внутреннего и внутреннего - внутреннего второсигнального. Сумматор 18 и блок 1 умножения производит функциональное совмещение возбуждающих импульсов и торможение совмещенного импульса импульсом безусловного (внешнего ) торможения, в результате которого формируется импульс блокировочного торможения .а-,, передающий на выход блока умножения пассивную часть второсигнальных информационных признаков, аналогично сумматор 19. и блок 15 умножения формирует импульс безусловного, включенногов структуру условного торможения с, передающий пассивную часть внутренних информационных признаков, аналогично сумматор 20, и блок 16 умножения формирует импульс условного торможения в, передающий пассивную часть первосигнальных информационных признаков. Особенность подключения входов сумматоров 18-20 такова, что импульсы блокировочного а, безусловного, включенного в структуру условного с и условного торможения в соответственно уравновешивают второси - нальный а, внутренний с и первоси - нальный в возбуждающие импульсы, тем самым уравновешивают пропускные способности трех каналов связи и определяют разрешаю1цую возможность внутреннего канала динамической временной связи конструктивного типа. Инверторами 2б, 27 и 29 и-суммаорами 21, 22, 23 и 29 локализуют вторасигнальный управляющий импульс . 97 (замыкают динамическую временную свизь) следующим образом. На входы инверторов 26-28 соответственно передаются блокировочный а , безусловный Ci,,, условный в тормозные импульсы, которым присваиваются отрицательные знаки, после чего они соответственно поступают на входы сумматоров 21-23, другие входы которых подключаются к возбуждающим выходам нейронов-носителей второсигнального возбуждающего импульса, внут реннего возбуждающего импульса, первосигнального возбуждающего импульса. Сумматоры 21-23 вычисляют уровни функциональнои рассогласованности импульсов (частичное несовмещение информационных признаков ), в результате чего определяются импульсы остаточного возбуждения, передающие активную часть 20 информационных признаков от второсиг нальной установки а., первосигнально информации Вл, внутренней информации Сп сумматору 22, который функционал но совмещает информационные признаки и тем самым локализует второсигнальный управляющий импульс. Передачу вт росигнального управляющего импульса на эффекторные звенья производят авгояа ически компонентами импульса внутреннего торможения, а имень|р бло кировочным а , безусловнымJвключенным в структуру условного с, условным в торможением. Существенные признаки локализации второсигнального управляющего импуль са - это спонтанность саморегулирова ния, достигаемая посредством взаимодействия двух противоположно развивающихся тенденций ( возбуждение-торможение).. Особенности алгоритма моделирования: разрешающая возможность внутреннего канала динамической временной связи конструктивного типа в дискретном акте отбора и переработки информации принятия решения определяется отношением а X а - в X в с х с (табл.1); импульс внутреннего торможения: а,| + с - в + с (табл.2); локализованный второсигнальный управляющий импульс: а) а.л + з„ + Со а в режиме репроэ 2 ° 7 2 думгианого мышления, б), а. .4- с,. а в режиме продуктив ного мышления в ситуации самообучения, в) в режиме J, о / а „ продуктивного мышления в ситуации

признаков, передаваемых сигналами, отсутствуют признаки индиферентного раздражителя, т.е. раздражителя, информационные признаки которого ассо912обучения по первосигнальному каналу связи, г) - а -f а + с а в режиме продуктивного мышления в ситуации обучения по второсигнальному каналу связи (табл.3). Режимы работы устройства задаются отношением сигналов первосигнальной, второсигнальной и внутренней информации, поступивших на входы запоминающих блоков 1 и 2, блока 3 внутренней памяти. Режим репродуктивного мышления реализуется отношением входных сигналов соответствующим ситуации, в которой в комбинациях информационных |циативно не связаны с информационными признаками безусловнорефлекторного и условнорефлекторннх ( первосигнальных и второсигнальных)(табл.1-3, № 1). Второсигнальная а , первосигнальная В- и внутренняя информационные составляющие информации принятого решения (табл.3) имегат положительные знаки. При этом виутреняя информационная составляющая c-j представляет оценочный критерий. Режим продуктивного мышления в ситуации самообучения отражается в информации принятого решения через отрицательный оценочный критерий C, при этом с, поступающая в накопитель информации долговременной памяти, больше исходного уровня внутреннего сигнала с (табл. 1-3 , № 2). Режим продуктивного мышления в ситуации обучения по первосигнальному каналу связи отражается в информации принятого решения через отрицательную .первосигнальную составляющую -BAI при этом в ,поступающая в накопитель информации долговременной памяти, больше исходного уровня сигнала первосигнальной информации в (табл. 1-3,1 З) . Режим продуктивного мышления в ситуации обучения по второсигнальному каналу связи отражается в инфор мации принятого решения через отрицательную второсигнальную составляющую -а„. Это особый режим работы устройства, так как второсигнальная информация не является установочной. Использование предлагаемого устройства, по сравнению с известными, расширяет функциональные возможности

: : 13 972529 }k

за счет моделирования продуктивного и самообучающихся системах управля мьииления, упрощает структуру моделиру- ющего воздействия, технических и соемых процессов за счет саморегулирования разрешающей возможности внутреннего канала динамической временI ной связи конструктивного типа при отборе и переработке информации принятия решения в режимах репродуктивно го мышления, продуктивного мышления ,в ситуации самообучения, обучения по пераосигнальиому каналу связи, по второсигнальному каналу связи. Устройство может быть эффективно использовано в работотехнике, разрабатывающей антропоморфные механизмы третьего и более высоких поколений, в вычислительной техник при разработке центральных процессов, специализированных для целей бора, переработки информации прйня тия решения, в самоорганизующихся циальных, основанных на таких формах проявления присущих им функций, которые обладают активностью, спонтанностью, продуктивностью, отбором и т.д., например, в задачах проектирования и разработки интегрирующего информационного центра общего1сударственной автоматизированной системы сбора, обработки и передачи информации в целях учета, планирования и управления (ОГАС в системах отбора и переработки информации, при решении задачи борьсы с шумами, ког да при передаче информации организа14ия внутреннего канала обеспечивает варьирование его пропускной рпособности таким образом, что снимаются шумы и передаются полезные сигналы. Таблица

2 1,2 1 2 X 0,Jt7ti«28571 22 1,5 1 2 X 0,576923076 3-2 0,5 1 2 X 0,21«28571 1,2 хо, - 1х 0,9i28571 2 0,9«28571 2 1,5 х 0,7б92307бЭ - 1х , 1J538«6153 0,5 х 0,8571 2857 - 1х 0, 28571 28 0,42857Й28 15 9 Формула изобретения Устройство для моделирования условнорефлектормых связей замыкательного типа, содержащее первосигнальный запоминающий блок и блок внутренней памяти, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования динамической временной связи конструктивного типа, в него введены второсигнальный запоминающий блок, блоки умножения, сумматоры, функциональный преобразователь, накопитель, инверторы и дополнительный сумматор, выход которого является выходом устройства, выход первосигнального запоминающего блока подключен к первому и второму входам первого блока умножения, к первому входу второго блока умножения и к первому входу третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом вто росигнального запоминающего блока и с первым входом четвертого блока умн жения, второй вход которого подключен к выходу блока внутренней памяти, к первому и второму входам пятог блока умножения и к второму входу второго блока умножения,.выход§первого блока умножения соединен с пер выми входами шестого и седьмого бло ков умножения, второй вход шестого блока умножения подключен к выходу блока внутренней памяти и к первому входу восьмого блока умножения, вто рой вход которого соединен с выходо первосигнального запоминающего блок и .с первым входом девятого блока умножения, второй вход которого под ключен к выходу пятого блока умноже ния и к первому входу десятого блок умножения, второй вход которого сое динен с выходом второсигнального запоминающего блока, с вторым входом седьмого блока умножения и с третьим входом восьмого блока умножения, выходы второго, третьего и четвертого блоков умножения подключены к входам первого сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с первыми входами одиннадцатого,двенадцатого и тринадцатого блоков умножения, выходы которых подключены к соответствующим входам накопителя, выходы шестого и девятого блоков умножения соединены с входами второго сумматора, первые входы третьего и четвертого сумматоров подключены к выходу восьмого блока умножения, вторые входы третьего и четвертого сумматоров соединены с выходами седьмого и десятого блоков умножения, выходы второго, третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно к вторым входам одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого блоков умножения, выходы которых через соответствующие инверторы подключены соответственно к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, выходы которых соединены с входами дополнительного сумматора, вторые входы пятого, шестого и седьмого сумматоров подключены к выходам второсигнального запоминающего блока, блока внутренней памяти и первосигнального запоминающего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 590772, кл. G 06 G 7/60, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР № 612259, кл. G 06 G 7/60, 1978 (прототип).

г г