DE3609925A1 - Einrichtung zur simulation von neuronensystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Simulation von Neuronensystemen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In verschiedenen Regionen des Gehirns gibt es Gruppen von Neuronen, bei denen sich die Dendriten zu Bündeln formen. Von jeder Nervenzelle gehen im allgemeinen zwei bis fünf Dendriten aus, in einigen Fällen ist diese Anzahl auch höher. Scheibel & Scheibel haben in einem Aufsatz in der Zeitschrift "International Journal of Neuroscience" 1973, Bd. 6, Seiten 195 ff darauf hingewiesen, daß die Dendritenbündelung anscheinend eng zeitgebunden mit der beginnenden Entwicklung von diskreten Aufgaben des motorischen Vermögens eines Lebewesens ist. Innerhalb des Reifungsprozesses können auch Änderungen innerhalb der Anordnung der Dendriten auftreten, und zwar auch dann, wenn die Dendriten bereits ihre endgültige Länge erreicht haben. Innerhalb eines Dendritenbündels verlaufen zwischen fünf bis dreißig Dendriten über gemeinsame Entfernungen zwischen 50 µm und einigen hundert, ja sogar einigen tausend Mikrometern. Die Dendriten gehen dabei von Nervenzellen aus, die teilweise relativ weit voneinander entfernt sind. Längs des Bündels verlassen Dendriten das Bündel, andere schließen sich dem Bündel an. Die einzelnen Schäfte der Dendriten liegen häufig so eng aneinander an, daß mit dem Mikroskop kein Zwischenraum gesehen werden kann. Die meisten Dendriten innerhalb des Bündels verlaufen zu den Nervenzellen zurück, von denen sie ausgegangen sind.

Zur Entwicklung der Dendriten zu Dendritenbündeln sei noch verwiesen auf Scheibel et al, "Experimental Neurology", Band 38, 1973, Seiten 301 bis 310.

In der DE-OS 34 29 078 ist eine Einrichtung zur Simulation der Formatio reticularis beschrieben, die im wesentlichen durch eine Datenverarbeitungsanlage gebildet wird, die eine Vielzahl von miteinander verknüpften elektronischen Modulrechnern oder kurze Modulen entsprechend den Neuronen und ihren Verbindungen sowie mehrere die Funktionen der Module anregende Rechner aufweist. Die Datenverarbeitungsanlage ist nach Art eines mehrwertigen Permutographen aufgebaut, wobei den Elementen bzw. Kanten des Permutographen in der elektronischen Schaltung die einzelnen Module bzw. Verbindungswege zwischen den Modulen entsprechen.

In dieser Patentanmeldung ist gezeigt, wie der Lauf von Signalen innerhalb eines Neuronensystems verstanden und in einer Datenverarbeitungsanlage so simuliert werden kann, daß eine Redundanz potentieller Befehlsausübung herrscht. Diese Redundanz besagt, daß das gesamte Neuronensystem von einem einzigen Neuron, d. h. in der Simulationseinrichtung von einem einzigen Modul, zu der jeweils notwendigen Handlung veranlaßt werden kann, jedoch trifft in der Regel dasjenige Modul, das die dringendste Information besitzt, die tatsächliche Entscheidung.

Die in der angegebenen Patentanmeldung vorgeschlagene Datenverarbeitungsanlage arbeitet nach einer Permutationslogik, die von G. G. Thomas in dem Aufsatz "On Permutographs" erläutert ist. Dieser Aufsatz ist in der Zeitschrift "Supplemento ai Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo" Serie II/2, S 275-286, veröffentlicht worden. Bei dieser mehrwertigen Logik, die auch Negationslogik genannt wird, wird in der Anwendung auf die Simulationseinrichtung jeder Permutation der n Werte eine Nummer zugeordnet, die zum einen die Adresse eines Moduls, zum anderen auch eine bestimmte Permutation der in diesem Modul abgespeicherten Hamiltonkreise definiert. Jeder Hamiltonkreis ist ein geschlossener Weg, der durch sämtliche Module verläuft, jedoch durch jedes Modul nur einmal, und ist einer bestimmten Handlungsintention zugeordnet. Hamiltonkreise werden durch eine Folge von Operatoren, die sogenannte Negationsfolge definiert, wobei jeder Operator bzw. Negator den Umtausch zweier Werte in den Adressen zweier Module bedeutet, die in einem Hamiltonkreis direkt aufeinanderfolgen. Durch die gesamte Negationsfolge beim Durchlaufen des Permutographen kann unmittelbar ein Handlungsprogramm dargestellt werden.

In der erwähnten Patentanmeldung ist aufgezeigt, wie innerhalb der Simulationseinrichtung eine Handlungsintention in ein Handlungsprogramm umgesetzt wird, insbesondere zu dem Zweck, sogenannte intelligente Roboter herstellen zu können.

In der vorliegenden Patentanmeldung soll auf der Permutations- bzw. Negationslogik aufgebaut werden, da diese für eine Simulation der Prozesse in Neuronensystemen sich als geeignet erwiesen hat. Die bekannte Simulationseinrichtung gemäß der DE-OS 34 29 078 spricht das Problem der Dendritenbündelung jedoch nicht an. Wie oben erwähnt, beherbergt diese Dendritenbündelung offenbar analoge Repräsentationen eines spezifischen Ausganges und Handlungsablaufes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Simulationseinrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der die Dendritenbündelung und auch die Änderung von Dendritenbündelungen erklärt und simuliert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß wird eine Simulationseinrichtung angegeben, bei der in den Modulen als Intentionen gespeicherte Hamiltonkreise bzw. Hamiltonwege nur durch eine ganz bestimmte Anlagerung bzw. Apposition von Informationspfaden realisiert werden können. Durch die Anlagerung der Informationspfade kommunizieren die Module miteinander dialogisch, so daß deren jeweiliger Ausgang von diesem Dialog abhängig ist. Die Ausgänge der dialogischen Module werden entweder in einer Komparatorkaskade in einem stufenweisen Vergleich zu einem Gesamtausgang komprimiert; ebenso ist ein paralleler Vergleich möglich, analog zu dem Vorschlag von Scheibel & Scheibel, "Anatomy of Constancy", erschienen in "Annals New York Academy of Sciences", 1977, S. 424 oder bevorzugt mit einem sogenannten Zweiröhrensystem. Der Gesamtausgang des Modulsystems kann dann zur Ansteuerung z. B. von Effektoren benutzt werden.

Zunächst sei die Bildung des Ausgangssignales eines Modulrechners einer Modulgruppe für den einfachen Fall erklärt, daß in jedem Modul nur ein einziger Hamiltonweg, der auch ein Hamiltonkreis sein kann, abgespeichert ist und von jedem Modul nur ein einziger Informationspfad ausgeht.

Der in dem Modul abgespeicherte Hamiltonweg, der einer Intention des Moduls entspricht, kann durch eine bestimmte Permutationsfolge dargestellt werden, nämlich durch die Folge der als Permutation geschriebenen Adressen derjenigen Module, die längs des Hamiltonweges aufeinanderfolgen.

Der von jedem Modul ausgehende Informationspfad kehrt zu seinem Modul zurück, wobei dieses nicht notwendig ist, wenn der Informationspfad eine bidirektionale Hauptdatenleitung aufweist. Dieser Informationspfad ist dem bestimmten Hamiltonweg seines Moduls zugeordnet.

Jeder Informationspfad ist in aufeinanderfolgende Dialogabschnitte aufgeteilt, die jeweils von neutralen Abschnitten unterbrochen sind. Längs jedes Informationspfades sind in den Dialogabschnitten Permutationen der n Werte in gleicher Reihenfolge abgespeichert, wobei die Permutationsfolge der natürlichen Adressenfolge der Module des Modulsystems entspricht. Eine dieser Permutationen ist die erste Permutation zur Darstellung des Hamiltonweges des mit diesem Informationspfad verbundenen Moduls. Die anderen Permutationen zur Darstellung des eigenen Hamiltonweges sind in Dialogabschnitten anderer Informationspfade abgespeichert.

Jedes Modul informiert die übrigen Module über die zur Darstellung seines Hamiltonweges noch fehlenden Permutationen. An den die erste Permutation enthaltenden Dialogabschnitt seines Informationspfades apponiert sich ein Dialogabschnitt eines anderen Informationspfades, der die in der Reihenfolge zweite Permutation des Hamiltonweges enthält, an diesen dann ein Dialogabschnitt eines weiteren Informationspfades, der die dritte Permutation enthält usw., so lange, bis die Permutationsfolge des Hamiltonweges aufgebaut ist. Dies erfolgt mehr oder minder vollständig.

Ist ein bestimmter Dialogabschnitt nicht verfügbar, so wird
der Aufbau unterbrochen, oder
der nächstgeforderte Dialogabschnitt angebaut, oder
an demjenigen Dialogabschnitt des eigengen Informationspfades weitergebaut, dessen Permutation mit dem letzten apponierten Dialogabschnitt übereinstimmt.

Hierdurch entstehen Informationspfadbündel.

Über die Dialogabschnitte kommunizieren die an der Bündelung beteiligten Informationspfade und damit die mit diesen verbundenen Module dialogisch: In den Dialogabschnitten der Informationspfade werden die Permutationen benachbarter Dialogabschnitte miteinander verglichen. Die Daten dieses Vergleichs, d. h. Informationsaustausches, werden an das Ausgangsmodul gemeldet, stehen über die Dialogabschnitte jedoch auch den beteiligten Modulen zur Verfügung.

In dem Ausgangsmodul wird festgestellt, inwieweit die Permutationsfolge der angelagerten Dialogabschnitte innerhalb des Bündels mit derjenigen des gespeicherten Hamiltonweges übereinstimmt. Nur die Teile des gespeicherten Hamiltonweges können realisiert werden, die durch die Anlagerung der Informationspfade bestätigt werden.

Wird der gespeicherte Hamiltonweg vollständig bestätigt, so erscheint am Ausgang des Moduls - wenn dieses aktiviert ist - die diesen Hamiltonweg vollständig definierende Negationsfolge, ansonsten nur ein Teil dieser Folge.

Zusammenfassend: Der in jedem Modul als Intention gespeicherte Hamiltonweg kann nur durch Anlagerung von Informationspfaden dialogisch realisiert werden.

Die an der Bündelung beteiligten Module müssen im übrigen nicht unifunktionale Module sein, d. h. Module nur mit einer Art von Rezeptoren. Es können durchaus Module mit unterschiedlichen Rezeptoren bei der Bündelung beteiligt sein. Dies würde dem Konzept des multimodalen Neurons entsprechen, das z. B. in der Formatio reticularis des Mittelhirns angesiedelt ist und auf "Kombinationen visueller, körperlicher und auditiver Reize anspricht" (Scheibel & Scheibel, a. a. O. 1977, Seite 427).

Gehen von jedem Modul mehrere Informationspfade aus, so repräsentiert jeder Informationspfad einen eigenen Hamiltonweg, der als sogenannte moduläre Intention im Modul vorliegt. Den Pfaden werden Nummern zugeordnet, wobei Anlagerungen nur zwischen Informationspfaden mit gleicher Pfadnummer möglich sind.

Die beschriebene Simulationseinrichtung wird getaktet betrieben, wobei die einzelnen modulären Informationspfade und die zugeordneten Hamiltonwege im Sinne der dialogischen Intention aktiviert werden. Zu jedem Zeitpunkt kann maximal ein Hamiltonweg wirken. Mit der Taktsteuerung können auch Dialogpausen vorgegeben werden, in denen dann kein Hamiltonweg wirkt und das Modul auch nach außen nicht kommuniziert.

In jedem Modul können mehr Hamiltonwege gespeichert sein, als durch Informationspfade repräsentiert werden. Aus dieser gespeicherten Zahl kann jeweils ein Hamiltonweg bzw. eine Weggruppe ausgewählt werden und den gerade wirksamen Hamiltonweg bzw. die wirksame moduläre Hamiltonweggruppe ersetzen. Diese Änderung erfolgt durch eine Gruppensteuereinheit, die z. B. einem einfachen Zeitgesetz oder einem Monitorprogramm unterliegt. In dem Monitorprogramm wird z. B. die quantitative Realisierbarkeit der wirksamen Hamiltonwege überwacht. Sinkt diese unter einen gewissen Wert, so erfolgt die erwähnte Änderung. Nach einer solchen Änderung, die die Permutationsfolge längs der Informationspfade unberührt läßt, muß sich aufgrund des angegebenen Bauprinzipes für die Bündelung der Informationspfade auch diese zwangsläufig ändern. Dies entspricht genau der erwähnten zeitgebundenen Änderung von Dendritenbündeln im Laufe der Entwicklung eines Lebewesens.

Jedes Modul ist mit einem Sensor verbunden, dessen Umweltsignale in dem Modul bearbeitet werden. Vorzugsweise wird ein individueller Sensor verwendet, der mit seinem individuellen Modul kommuniziert. Ist das Modul eingeschaltet, dann wird gleichzeitig auch der diesem Modul zugehörige individuelle Sensor empfangsbereit. Nur wenn der Sensor, dem "Willen" des Moduls entsprechend, empfangsbereit ist, wird von dem Modul überhaupt eine Umweltinformation verarbeitet.

Die Zuordnung eines individuellen Sensors zu seinem individuellen Modul erfolgt durch die Aufteilung der Sensorfläche in eine Erregungsfläche, die mit dem Modul in beiden Richtungen verbunden ist, und eine Hemmfläche mit lediglich einer Leitung zum Modul. In der Natur ist eine solche Aufteilung beobachtet worden. So wechseln sich z. B. in Sehrezeptoren Flächen mit ausschließlich erregender und ausschließlich hemmender Funktion wechselweise ab. Aus der Anatomie niederer Tiere ist gesichert, daß sich ihre Sehorgane in zweigeteilte Rezeptorflächen aufgliedern, wobei eine Fläche sich nur aus Photorezeptoren zusammensetzt, während die zweite Fläche über keine Photorezeptoren verfügt. Nur zu der ersten Fläche führen auch efferente Leitungen von den Neuronen, die zur Einschaltung dieser Flächen dienen; vgl. B.-A. Batelle "Efferent innervation to Limulus eyes" in TINS - August 1984, S 177 ff.

Die Aufteilung der Sensorfläche erfolgt nach einem Grundverhältnis, der von Günther so genannten Proemialrelation, d. h. einem Umtauschverhältnis basierend auf einem Ordnungsverhältnis, ausgehend von der Permutation, die dem mit dem Sensor verbundenen Modul als Adresse zugeteilt ist. Bei einer Viererpermutation werden die Teilflächen so bestimmt, daß mit den ersten beiden Ziffern in einem x-y-Koordinatensystem, ausgehend vom Nullpunkt, eine erste Fläche, mit der dritten und vierten Ziffer wieder vom Nullpunkt ausgehend, eine zweite Fläche aufgespannt wird. Die erste und die zweite sowie die dritte und die vierte Ziffer stehen jeweils in einem Ordnungsverhältnis. Als Wirkflächen, also Erregungs- bzw. Hemmfläche, dienen die kleine Fläche und die Restfläche. Die Erregungsfläche wird von der ersten Fläche, die Hemmfläche von der zweiten Fläche abgeleitet.

Aufgrund der lexikographischen Anordnung der Permutationen gibt es zu jedem Flächenpaar eines Sensors ein nach der Gestalt zwar isomorphes, in der Wirkung jedoch inverses Flächenpaar. Die zwei Flächen stehen in einem Umtauschverhältnis.

Bei höherwertigen Permutationen setzt sich der Wechsel zwischen Ordnungsverhältnis und Umtauschverhältnis regelmäßig fort. Solche nach diesem Bildungsgesetz individualisierte Sensoren seien proemielle Sensoren genannt.

Im übrigen ist es auch möglich, daß mehrere Module, z. B. eine ganze Modulgruppe, von einer komplexen Umweltinformation beaufschlagt werden, auf die dann jedes Modul entsprechend seiner Information das zugehörige Ausgangssignal generiert. Eine solche Variante ist u. a. in der bereits erwähnten DE-OS 34 29 078 realisiert.

Unabhängig davon, wie die Umweltinformation über die Sensoren den Modulen mitgeteilt wird, liegt an deren Ausgang jeweils eine Negationsfolge an, die derjenigen mehr oder minder entspricht, die dem gespeicherten und gerade wirksamen Hamiltonweg zugeordnet ist. Alle Negationsfolgen müssen zu einer Handlungsanweisung, z. B. für Effektoren, etwa in Form eines Handlungsprogrammes führen. Dies erfolgt in einem Handlungsprogrammrechner, der die Negationsfolgen miteinander vergleicht, Übereinstimmungen registriert und diese Übereinstimmungen unter Berücksichtigung des Handlungsprogrammes weiterverarbeitet.

Der Handlungsprogrammrechner weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Zentraleinheit ein Zweiröhrensystem auf, wobei jede Röhre aus aneinandergefügten Ringen aufgebaut ist, und die Röhren sich ineinander verschieben können. Längs des Umfanges der Ringe sind Speicherplätze für Negatoren vorgesehen, wobei jeweils in einen Ring eine Negationsfolge eingegeben werden kann, die einer vollständigen Handlungsintention entspricht. Die Anzahl der aktiven Speicherplätze pro Ring ist daher unterschiedlich.

Die Speicherplätze der Ringe jeder Röhre werden durch die Ausgangssignale unterschiedlicher Informationssysteme gefüllt, im einfachsten Falle von zwei unterschiedlichen Modulen oder von Modulgruppen mit ähnlicher Handlungsintention, d. h. ähnlichen gespeicherten Hamiltonwegen, oder von einer Modulgruppe und einem Handlungsprogrammspeicher.

Die beiden Röhren werden getaktet ineinandergeschoben und während jeden Schiebetaktes gegeneinander gedreht, wobei in Vergleichern festgestellt wird, ob gemeinsame Handlungsintentionen zwischen den beiden unterschiedlichen Informationssystemen vorliegen oder nicht. Eine gemeinsame Handlungsintention liegt vor, wenn zwei sich gegenüberliegende Ringe beider Röhren die gleiche Negationsfolge, d. h. die gleiche negativsprachliche Information zeigen. Dies wird als Paarung bezeichnet.

Nichtpaarung heißt dementsprechend keine Übereinstimmung der Negationsfolgen und somit keine gemeinsame Handlungsintention.

Werden letztlich eine oder mehrere gemeinsame Handlungsintentionen festgestellt, so wird dies als Handlungsanweisung weitergegeben.

Das Zweiröhrensystem darf selbstverständlich nicht als rein mechanisches oder mechanisch bewegtes Gebilde gesehen werden. Das Verschieben und Verdrehen der "Röhren" erfolgt zweckmäßigerweise elektronisch. Eine geometrische Assoziation zu im Ring ebenen, aufgespaltenen Nervenfaserenden (Speicherplätze für Negatoren) ist jedoch beabsichtigt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen Transversalschnitt durch die meduläre Formatio reticularis einer ausgewachsenen Katze;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Dendritenbündels;

Fig. 3 einen Schnitt längs III-III in Fig. 2, in dem die Anlagerung bzw. Apposition von Dendriten sichtbar ist;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Anlagerungsbereich zweier Dendriten nach einer Hypothese von Scheibel & Scheibel;

Fig. 5 einen Teil einer Einrichtung zur Simulation eines Neuronensystemes gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Bildung von Dendritenbündeln;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Datenverarbeitunsanlage für einen Roboter, der Umweltinformationen bearbeiten kann, mit einer Sensorik, einem Modulsystem, einem Handlungsprogrammrechner und Effektoren;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Moduls gemäß der Erfindung entsprechend einer Nervenzelle;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Informationspfades;

Fig. 9 eine Teildarstellung von mehreren, jeweils von einem Modul entsprechend Fig. 7 ausgehenden und wieder zu diesem hinführenden Informationspfaden;

Fig. 10 eine Schemadarstellung eines mit einem Modul gemäß Fig. 7 verbundenen Sensors;

Fig. 11 schematisch eine Komparatorfolge als Handlungsprogrammrechner für die Verarbeitung der Ausgangssignale zweier Modulgruppen;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Komparators in dem Handlungsprogrammrechner;

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Zweiröhrensystems als Handlungsprogrammrechner;

Fig. 14 einen Querschnitt durch das Zweiröhrensystem;

Fig. 15 schematisch eine Abwicklung eines Teiles des Zweiröhrensystems mit der elektronischen Auswerteschaltung.

In dem Gehirnschnitt gemäß Fig. 1 ist deutlich sichtbar, wie die Dendriten 1 von Neuronen 2 ausgehen und gebündelt in einem Matrixmuster verlaufen. Ein Teilabschnitt eines Dendritenbündels ist in Fig. 2 gezeigt. Im Schnitt gemäß Fig. 3 durch das Dendritenbündel ist die Anlagerung von einzelnen Dendriten aneinander gut sichtbar. Die Anlagerungsbereiche A sind verstärkt gezeichnet. In Fig. 4 ist der Anlagerungsbereich A zwischen zwei Dendriten 1 a und 1 b in deren Längsrichtung stark vergrößert gezeichnet, wobei dieser Darstellung eine Hypothese von Scheibel & Scheibel zugrundeliegt; a. a. O., 1973, Seie 200, Fig. 3C. In dem Verbindungsbereich erstrecken sich die Oligosaccharid- bzw. Glycoprotein-Seitenkettensysteme von beiden Membranen 3 a und 3 b der Dendriten 1 a bzw. 1 b einander entgegen, wobei diese in extraneurale Hyoluronate eingebettet sind. Die aneinander anliegenden Dendriten 1 a und 1 b tauschen nach der angesprochenen Hypothese über diese Seitenkettensysteme Informationen aus.

In Fig. 5 ist ein Teil einer Datenverarbeitungsanlage 11 gezeigt, mit der die Anlagerung von Dendriten im Gehirn simuliert wird. Kernstück dieser Datenverarbeitungsanlage sind als Rechner ausgebildete Module Mi, von denen hier nur drei mit den Nummern 1, 7 und 13 gezeigt sind, d. h. die Module M 1, M 7 und M 13. Von jedem Modul geht ein Informationspfad P 1 aus und führt wieder zu dem Ausgangsmodul zurück. Üblicherweise gehen von jedem Modul vier Informationspfade P 1, P 2, P 3 und P 4 aus und führen zu dem jeweiligen Ausgangsmodul zurück. Zur Darstellung des zugehörigen Moduls werden die Informationspfade nach einem Schrägstrich mit der Nummer des zugehörigen Moduls versehen, so daß in Fig. 5 die Informationspfade P 1/1, P 1/7 und P 1/13 zu sehen sind, außerdem noch ein Informationspfad P 1/j des hier nicht gezeigten j-ten Moduls. In bestimmten Bereichen A lagern sich die Informationspfade aneinander an. Unterhalb des Moduls M 1 ist ein solcher Bereich A dargestellt, innerhalb dessen sich die Informationspfade der Module 1, 7 und 13 aneinander anlagern. Innerhalb dieses Anlagerungsbereiches A sind Informationen zwischen den einzelnen Informationspfaden austauschbar. Ein weiterer Anlagerungsbereich A 1 ist in der rechten Hälfte der Fig. 5 zwischen dem Informationspfad P 1/1 und dem Informationspfad P 1/j gezeigt.

Die gesamte Datenverarbeitungsanlage 11, mit der das Neuronensystem einschließlich der Sensorik und dem axonalen System simuliert wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Zentrales System der Datenverarbeitungsanlage ist das Modulsystem 12, das dem Neuronensystem entspricht. Dieses Modulsystem 12 erhält primäre Eingangsdaten über die Sensorik 13. Die Ausgangsdaten des Modulsystems wurden in einem Handlungsprogrammrechner 14 zu einer Handlungsanweisung verarbeitet und schließlich den Effektoren 15, z. B. eines Roboters, zugeführt.

Die Umsetzung von Handlungsintentionen in Handlungsprogramme erfolgt nach einem Prinzip das bereits in der erwähnten DE-OS 34 29 078 erläutert ist. Auf diese Offenlegungsschrift wird Bezug genommen.

In Fig. 7 ist schematisch ein Modul M dargestellt, das stellvertretend für sämtliche Module des Modulsystems 12 steht. Alle Module sind gleich aufgebaut, unterscheiden sich nur hinsichtlich der gespeicherten Software.

In einem Handlungsintentionsspeicher 21 sind mehrere Hamiltonwege gespeichert, die jeweils einer Handlungsintention des Moduls entsprechen. Ein solcher Hamiltonweg wird durch eine Einzelsteuerung 22 ausgewählt und aus dem Handlungsintentionsspeicher 21 in einen Wegspeicher 23 eingeschrieben. Dieser Wegspeicher hat mehrere Speicherplätze, auf denen jeweils ein Negator abgelegt ist, so daß durch die Negatorenfolge längs der einzelnen Speicherplätze der Hamiltonweg definiert ist. Der Wegspeicher 23, demnach z. B. ein mehrplätziges Schieberegister, hat einen Parallelausgang für die einzelnen Negatoren, der mit einer Schwellwert- bzw. ENABLE-Schaltung 24 verbunden ist. Der ENABLE-Schaltung folgt eine Ausgangssteuerung 25, in der die abgegebenen Daten aufbereitet, z. B. seriell/parallel oder umgekehrt gewandelt werden. Die Ausgangsdaten des Moduls werden über eine Ausgangsleitung 26 nach außen gegeben.

In dem Handlungsintentionsspeicher 21 sind mehrere Hamiltonwege, z. B. 24 derartige Negatorenfolgen gespeichert, von denen jeweils nur eine einzige als Handlungsintention zu jedem Zeitpunkt entsprechend der Einzelsteuerung 22 wirksam ist. Innerhalb eines längeren Zeitabschnittes können jedoch mehrere Handlungsintentionen wirken, z. B. vier derartige Intentionen. Diese vier verschiedenen Handlungswege werden durch eine Gruppenauswahl 27 angewählt, die z. B. durch einfache Zeitgesetzsteuerung 28 in Tätigkeit tritt. Während des ersten Zeitabschnittes sind dann z. B. die ersten vier Handlungsintentionen, während des zweiten Zeitabschnittes die Handlungsintentionen 5 bis 8 usw. latent vorhanden. Aus diesen Handlungsintentionen wird dann mit Hilfe der Einzelsteuerung 22 die jeweils wirksame ausgewählt und in den Wegspeicher 23 eingeschrieben.

Sämtliche bisher erwähnten Schaltungselemente werden durch einen Prozessor 29 gesteuert, der gleichzeitig die Modulsteuerung besorgt. Dieser wird taktgesteuert, wozu ein Taktgenerator 30 mit variablem Taktausgang vorgesehen ist.

Der Informationsaustausch des Moduls mit der Umwelt erfolgt über einen Eingangs/Ausgangspuffer 31, mit dem auch die erwähnten vier Informationspfade P 1 bis P 4 über eine Sensorsteuerung 32 verbunden sind. Von dieser Sensorsteuerung gehen drei Sensorleitungen 33 zu einem Sensor 34, und zwar eine Aktivierungsleitung 33 a zum Sensor 34 und zwei Informationsleitungen 32 d und 33 c vom Sensor 34 zum Modul.

Sonstige Informationen werden über eine bidirektionale Datenleitung 33 ausgetauscht, die mit Eingangs/Ausgangspuffer 31 verbunden ist. Der Datenaustausch mit anderen Modulen erfolgt über diese bidirektionale Datenleitung 35 und, wie noch zu erläutern, über die vier Informationspfade P 1 bis P 4.

In jedem Modul ist noch ein Adressenspeicher 36 vorgesehen, in dem die Adresse des jeweiligen Modules und auch die Adressen der anderen Module des gesamten Modulsystems 12 abgelegt sind.

Innerhalb des Moduls ist noch eine Auswerteschaltung 37 vorgesehen, die einmal mit der Negatorenfolge auf der Datenleitung 26 versorgt wird und zum anderen von dem Prozessor 29 mit der Modulsteuerung. Die Auswerteschaltung 37 ist optional noch mit einer Monitor- und Programmsteuerung 38 verbunden, die z. B. in die Gruppenauswahl 27 anstelle der Zeitgesetzsteuerung oder gemeinsam mit dieser eingreift. Von der Auswerteschaltung 37 zweigt noch eine externe Ausgangsleitung 39 ab, die zu einer externen Systemsteuerung 40 führt. In dieser Systemsteuerung wird der jeweilige Zustand des gesamten Modulsystems angezeigt; außerdem kann in das Modulsystem gezielt eingegriffen werden, z. B. wiederum in die erwähnte Gruppenauswahl 27 oder hinsichtlich der unten beschriebenen Verbindung der Informationspfade.

Bevor die Funktion der Module erläutert wird, soll kurz die Philosophie der Modulprogrammierung besprochen werden. Es sei angenommen, daß das Modulsystem aus n! = 24 Modulen M 1 bis M 24 besteht. Von jedem Modul zweigen vier Informationspfade P 1, P 2, P 3 und P 4 ab. In jedem Modul sind jeweils vier Hamiltonwege, in diesem Falle seien es vollständige Hamiltonkreise HK 1 bis HK 4, durch die Gruppenauswahl 27 ausgewählt. Jedem dieser Hamiltonkreise ist ein Informationspfad zugeordnet, und zwar jeweils der Informationspfad mit der gleichen Nummer. Der erste Hamiltonkreis HK 1 des ersten Moduls M 1 führt in 24 Schritten 1 bis 24 durch alle 24 Modulgruppen entsprechend den Leitungen in der Tabelle 1. Der Weg geht entsprechend der Zahlenreihenfolge 1 bis 24 vom Modul M 1 zum Modul 7, dann zu den Modulen M 13, M 19, M 20, M 14, M 8 usw. bis schließlich im letzten 24. Schritt das Modul M 3 durchlaufen und der Kreis zum Ausgangsmodul M 1 geschlossen wird. Nach dem gleichen Schema sind in der Tabelle 1 die Hamiltonkreise HK 2, HK 3 und HK 4 für das Modul M 1 sowie die Hamiltonkreise HK 1 bis HK 4 für das Modul M 2 aufgezeichnet.

Für jedes Modul M 1 bis M 24 ist noch die als Adresse dienende Eigenpermutation aufgeführt. Die Hamiltonkreise der einzelnen Module können dementsprechend auch als eine Folge dieser Eigenpermutationen aufgefaßt werden. Dies bedeutet für den Hamiltonkreis HK 1 des Modules M 1 eine Folge von Eigenpermutationen der Module M 1, M 7, M 13 usw. bis schließlich M 9 und M 3 entsprechend Tabelle 2.

In Fig. 8 ist schematisch das Modul 1 dargestellt, von dem der Informationspfad P 1 weg- und schließlich wieder hinführt. Der Informationspfad P 1 ist abwechselnd in neutrale Abschnitte 51 und in Dialogabschnitte 52 aufgeteilt. In den Dialogabschnitten 52 sind in lexikographischer Anordnung sämtliche Permutationen der vier Werte abgespeichert. Diese Permutationen entsprechen somit nacheinander den Adressen der Module M 1, M 2, M 3 usw. bis M 24.

In Fig. 9 sind kurze Abschnitte von vier Informationspfaden P 1 der Module M 1, M 7, M 13 und Mj dargestellt. Die neutralen Abschnitte 51 der Informationspfade tragen im wesentlichen eine bidirektionale Hauptdatenleitung 53, von der gegebenenfalls Abzweigleitungen 54 zu anderen Modulen führen, wie dieses nur für den Pfad P 1 vom Modul M 1 dargestellt ist. In den Dialogabschnitten sind Permutationsspeicher 55 vorgesehen, in denen jeweils neben der erwähnten Permutation auch die Pfadnummer und die zugehörige Modulnummer abgespeichert ist. Der Permutationsspeicher 55 ist mit Anschlüssen 56 versehen, an denen die erwähnten Informationen anliegen. In jedem Dialogabschnitt 52 ist noch ein Vergleichsmodul 57 vorgesehen, das Empfangsanschlüsse 58 in einer den Anschlüssen 56 entsprechenden Zahl aufweist. Mit diesen Empfangsanschlüssen korrespondieren die Anschlüsse 56 von Permutationsspeichern 55 benachbarter Informationspfade. Über die korrespondierenden Anschlüsse 56 und 58 wird dem Vergleichsmodul 57 mitgeteilt, welcher Informationspfad von welchem Modul mit welcher Permutation apponiert ist. Mit jedem Vergleichsmodul 57 ist ein Dialogmodul 59 verbunden, über das die Daten des Vergleichsmodules auf die Hauptdatenleitung 53 bzw. auf ein Dialogmodul eines benachbarten Informationspfades aufgeschaltet werden. Dieses Dialogmodul weist zu beiden Seiten Anschlüsse 60 auf, die mit Anschlüssen von Dialogmodulen benachbarter Informationspfade korrespondieren.

Wie in Fig. 9 dargestellt, passen die Anschlüsse 56 des die siebte Permutation tragenden Permutationsspeichers 55 des vom Modul M 7 kommenden Informationspfades P 1 gerade in die Anschlüsse 58 des Vergleichsmodules 57 des Pfades P 1 vom Modul M 1 im Bereich des die erste Permutation tragenden Permutationsspeichers 55. Eine entsprechende Verbindung besteht auch zwischen dem die dreizehnte Permutation führenden Permutationsspeicher 55 des vom Modul M 13 kommenden Informationspfades P 1/13 und dem bereits apponierten Dialogabschnitt des Informationspfades P 1/7. Angedeutet ist noch ein Teil eines Dialogabschnittes eines weiteren Informationspfades; in diesem Falle wäre das der Informationspfad P 1/19, dessen Permutationsspeicher gerade die neunzehnte Permutation gespeichert hält.

Geht man in Fig. 9 die apponierten Dialogabschnitte durch, so liegen dementsprechend Dialogabschnitte mit einer Permutationsfolge an, die genau der Permutationsfolge des Hamiltonkreises HK 1 des Modules 1 entspricht, d. h. einer Reihenfolge der Eigenpermutationen der Module M 1, M 7, M 13, M 19, . . . Der im Modul M 1 gespeicherte Hamiltonkreis HK 1 wird demnach durch die Reihenfolge der apponierten Dialogabschnitte realisiert.

Dialogabschnitte der einzelnen Informationspfade werden manuell mit Hilfe von Steckern oder fest elektrisch miteinander verbunden. Der Aufbau erfolgt bevorzugt durch Roboter, die von den Modulen selbst gesteuert werden, nachdem in jedem Modul die Information vorliegt, welcher Dialogabschnitt welches Informationspfades an bereits aufgebaute Dialogabschnitte anzureihen ist. Auf diese Weise wird ein in sich geschlossenes System aufgebaut.

Ein derartig modulgesteuerter Aufbau des Gesamtsystems ist auch dann möglich, wenn die Handlungsintentionen innerhalb eines jeden Modules geändert werden, und zwar im Rahmen der Einzelsteuerung 22 oder der Gruppenauswahl 27. Bevorzugt ist hierzu der Handlungsintentionsspeicher 21 selbst wie ein vollkommenes Modul aufgebaut, wie dieses in der Tabelle 3 schematisch dargestellt ist. Der Handlungsintentionsspeicher ist ein Subsystem, das den gleichen Knotenaufbau wie das Modulsystem aufweist. Die Darstellung der 24 Hamilton- Kreise in dieser Tabelle entspricht derjenigen in Tabelle 1. Der Hamilton-Kreis 10 beginnt demnach beim Modul 10 und läuft dann über die Module mit den Nummern 16, 22, 24, 18, 12, 6, 5 usw. Die Darstellung gemäß der Tabelle 3 stellt ein vollkommenes Modul dar, bei dem es sich formal um ein Zahlenquadrat von 24, jeweils um eine Stelle nach rechts verschobenen Günther-Kreise handelt. Das Modul wird als vollkommen bezeichnet, da nach einem bestimmten Algorithmus durch 24 verschiedene Günther-Kreise das indidviduelle Intentionsmuster des Moduls hardware-mäßig programmiert ist. Durch diese Programmierung kann sich das Gesamtsystem auch bei einer Neuorientierung der Handlungsintentionen jedes Moduls selbsttätig realisieren. Das Modul realisiert sich, wie oben bereits erwähnt, "etappenweise". Die hiermit verbundene Umstrukturierung der Appositionen erfolgt einmal durch die Gruppenauswahl und hinsichtlich des Aufbaues der umstrukturierten Appositionen durch die Monitor- und Programmsteuerung 38. Die für die Umstrukturierung notwendige Software ist in dem als vollkommenes Modul aufgebauten Handlungsintentionsspeicher als Software programmiert.

Die Dialogmodule 59 geben sechs Werte ab, die aus Vergleichen der Werte benachbarter Dialogabschnitte zustandekommen. Diese sechs Werte sind in der Tabelle 2 dargestellt und betreffen die Pfadsnummer sowie die Nummern des linken und rechten Moduls. Dies sind demnach die drei Werte 1, 1 und 7. Durch den unmittelbaren Vergleich der benachbarten Permutationen 1-2-3-4 und 2-1-3-4 werden als fünfter und sechster Wert die Konstanten erhalten, d. h. Werte, die innerhalb der Reihenfolge benachbarter Permutationen unverändert bleiben. Der vierte Wert kennzeichnet schließlich den Negator, in diesem Falle den Negator N 1, was eine Vertauschung der Werte 1 und 2 bedeutet. Die zweite Permutation des Modules M 7 geht demnach aus der ersten Permutation des Moduls M 1 durch eine Vertauschung eben dieser Werte hervor. Weitere Wertetabellen für die angesprochenen sechs Werte sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Auf die in Fig. 9 gezeigte Weise generiert sich der Hamiltonkreis HK 1 des Modules M 1 durch die Apposition von Dialogabschnitten aufeinanderfolgender Informationspfade. Kann eine Permutation des Hamiltonkreises nicht erzeugt werden, so wird entweder die Anlagerung unterbrochen oder es wird die darauffolgende Permutation angeschlossen. Die Realisierung des Hamiltonkreises erfolgt somit mehr oder minder vollständig und neben der dargestellten linearen Apposition kann noch eine zirkulare Apposition erfolgen, so daß der letzte Dialogabschnitt wieder an den ersten Dialogabschnitt im Informationspfad P 1/1 anschließt.

Ähnliches gilt für die Informationspfade P 2, P 3 und P 4.

Die Daten, die über die Dialogmodule und die Informationspfade laufen, werden jedem Modul zugeführt, und zwar dort über den Prozessor 29 mit der Modulsteuerung direkt der ENABLE-Schaltung 24. Aus dem erwähnten Vergleichsergebnis wird eine Negationsfolge erzeugt, die dem gespeicherten und gerade wirksamen Hamiltonkreis mehr oder minder vollständig entspricht. Diese Negationsfolge wird der ENABLE-Schaltung zugeführt. Stimmen die Negatoren an den korrespondierenden Speicherplätzen im Wegspeicher 23 und in der ENABLE-Schaltung 24 überein, so wird der im Wegspeicher 23 abgespeicherte Operator einmal an die Ausgangssteuerung 25 durchgelassen, im anderen Falle gesperrt. Die Sperrung wird durch einen NULL-Negator N 0 gekennzeichnet, die Ausgangsleitung 26 führt dann eine Folge von Negationsoperatoren N 1, N 2, N 3 und N 0.

Bearbeitet werden die in das Modul eingehenden Umweltinformationen immer dann, wenn der Sensor 34 vom Modul aktiviert ist. Dies erfolgt über die Aktivierungsleitung 33 a, die zu einer Erregeungsfläche 71 des Sensors 34 führt. Über ein Signal auf dieser Leitung zeigt das zugehörige Modul an, daß es aktiv und bereit ist, Umweltinformationen zu bearbeiten. Eine Rückmeldung entsprechend einer Umweltinformation vom Sensor 34 erfolgt über die von der Erregungsfläche 71 wegführende Sensorleitung 33 b. Der zweite Flächenbereich des Sensor 34 entspricht einer Hemmfläche 72, die erst durch eine entsprechende Umweltinformation aktiviert wird und dann eine aktionshemmende Rückmeldung über die Leitung 33 c an das entsprechende Modul liefert. Das Bildungsgesetz für die jeweilige Sensorfläche ist oben erläutert; in Fig. 10 ist demnach der Sensor für das Modul mit der Permutation 1-2-3-4, d. h. das Modul M 1 dargestellt.

Aus den Negationsfolgen am Ausgang der einzelnen Module wird in dem Handlungsprogrammrechner 14 ein gemeinsames Handlungsprogramm bestimmt. Dieses gemeinsame Handlungsprogramm wird wiederum durch eine Negationsfolge dargestellt, die aus mehreren Unterfolgen entsprechend Unterprogrammen zusammengesetzt sein kann. In dem Handlungsprogrammrechner werden die Negationsfolgen an den Ausgängen der Module mit diesem Handlungsprogramm verglichen, und es wird festgestellt, inwieweit das Handlungsprogramm tatsächlich ausgeführt werden kann. Der erste Schritt zur Berechnung des Handlungsprogrammes kann darin liegen, zunächst festzustellen, ob gemeinsame Handlungsprogramme für die einzelnen Module überhaupt möglich sind. Dies erfolgt z. B. in einer Kaskadenkomparatorschaltung 73 entsprechend Fig. 11.

In den einzelnen Modulen werden in der Ausgangssteuerung 25 die Negationsfolgen seriell zur Verfügung gestellt und jeweils über die Ausgangsleitung 26 einem Eingang eines Komparators 74 zugeführt. Vorausgesetzt ist hierbei, daß die Ausgangssignale aller Module einem vergleichbaren Handlungsprogramm entsprechen können; die Module selbst können durchaus unterschiedlichen Modulsystemen zugehören, z. B. einem auditiven oder einem visuellen Modulsystem. So werden die Ausgangssignale der beiden Module Ma und Mb einem Komparator 74 a zugeführt, die Signale der Module Mc und Md einem Komparator 74 c usw., schließlich die Ausgangssignale der Module My und Mz einem Komparator 74 y. Die Ausgangssignale dieser ersten Komparatorebene werden weiteren Komparatoren 75 in einer zweiten Komparatorebene zugeführt, die Ausgangssignale dieser Komparatorebene werden in einer dritten Komparatorebene mit einem Komparator 76 miteinander verknüpft. Die Komparatoren in den einzelnen Komparatorebenen, von denen in Fig. 11 nur drei gezeigt sind, zeigen insgesamt ein trichterförmiges Bild. Die anfänglich über die Ausgänge aller Module gestreute Information wird auf diese Weise verdichtet, bis am Ausgang des Komparators 76 in der letzten Komparatorebene eine Negationsfolge anliegt, die ein gemeinsames Handlungsprogramm aller Module darstellt. Diese Negationsfolge wird in ein Schieberegister 77 abgespeichert und von dort den Effektoren 15 zugeführt.

Die in der Komparatorkaskade verwendeten Komparatoren 74, 75 und 76 sind jeweils gleich aufgebaut. In Fig. 12 ist der Komparator 74 a schematisch dargestellt, in dem die Negationsfolge NF 1 des Modules Ma und die Negationsfolge NF 2 des Modules Mb miteinander auf Übereinstimmung verglichen werden. Die Negationsfolgen sind in diesem Falle zehnstellig, es sind die Negatoren N 1, N 2, N 3 und N 0 entsprechend obiger Definition vorhanden. Die Negationsfolge NF 1 lautet demnach N 0, N 2, N 1, N 1, N 2, N 3, N 2, N 3, N 1, N 0, die Negationsfolge NF 2 lautet N 2, N 3, N 0, N 0, N 3, N 1, N 2, N 1, N 2, N 1. Die beiden Negationsfolgen NF 1 und NF 2 werden jeweils einem Eingangspuffer 78 zugeführt, der die ankommende Negationsfolge zwischenspeichert. Die Negationsfolgen werden in die Eingangspuffer asynchron eingelesen, was den Vorteil hat, daß die beiden Folgen an den Komparatoreingängen unterschiedliche Geschwindigkeit aufweisen können. Die Eingangspuffer 78 sind als in sich geschlossene ringförmige Schieberegister aufgebaut. Dies hat zur Folge, daß jeweils der gerade eintreffende Negator immer seinen vorangegangenen Wert überschreibt. Nach dem Einlesen eines Negators an einem der beiden Eingänge werden die Negationsfolgen bitweise miteinander verglichen. Hierzu wird die Negationsfolge NF 1 in ein Schieberegister 79 eingeschrieben, dessen Speicherplätze so gelegt sind, daß sie in der Reihenfolge innerhalb der Negationsfolge mit den Speicherplätzen des Eingangspuffers 78 übereinstimmen. Für das Schieberegister 79 und den Eingangspuffer 78 für die Negationsfolge NF 2 ist ein Taktgeber 80 vorgesehen, dessen Takt die Vergleichsoperationen steuert. Die jeweils gegenüberliegenden Speicherplätze des Schieberegisters 79 und des Eingangspuffers 78 für die Negationsfolge NF 2 sind mit Komparatorstufen eines in diesem Falle wiederum zehnplätzigen Komparators 81 verbunden. Am Serienausgang dieses Komparators 81 erscheint dann eine neue Negationsfolge NF 3. Diese Negationsfolge ist so aufgebaut, daß jeweils der Negator N 0 erscheint, wenn zugeordnete Negatoren der Negationsfolgen NF 1 und NF 2 nicht übereinstimmen, und daß ansonsten jeweils der gemeinsame Negator erscheint, in diesem Falle die Negatoren N 3, N 1, N 2 und N 1 an den Plätzen 5, 6, 9 und 10. Die Ausgänge des Komparators 81 sind zusätzlich zusammengefaßt und zu einem Zwischenspeicher 82 geführt, in dem die Anzahl der Übereinstimmungen des Vergleiches abgespeichert wird. In diesem Falle sind es vier Übereinstimmungen. Außerdem wird in einem Zykluspeicher 83 der momentane Vergleichszyklus angezeigt. In diesem Falle sei dieses der siebente Vergleichszyklus.

Anstatt jeweils die Ausgangsfolgen zweier unterschiedlicher Module miteinander zu vergleichen, ist es möglich, in den Komparatoren jeweils nur den Ausgang eines Modules und eine vorprogrammierte Negationsfolge miteinander zu vergleichen, wobei diese Negationsfolge einem intendierten Handlungsprogramm entspricht. Auch in diesem Fall wird im Schieberegister 77 ein Handlungsprogramm abgespeichert, das der Betätigung der Effektoren zugrundegelegt wird.

Die serielle Behandlung der Ausgangsdaten der Module in einem Kaskadenkomparator gemäß Fig. 11 kann durch eine parallele Datenverarbeitung mit Hilfe eines Zweiröhrensystems 91 entsprechend Fig. 13 ersetzt werden. Das Zweiröhrensystem 91 besteht aus einer inneren Röhre 92 und einer äußeren Röhre 93, die beide aus Ringen 94 bzw. 95 zusammengesetzt sind. Längs des Umfanges dieser Ringe 94 und 95 sind Speicherplätze und Vergleicher vorgesehen, wie weiter unten beschrieben. Die beiden Röhren 92 und 93 können ineinandergeschoben werden, wobei die einzelnen Ringe 94 und 95 miteinander fluchten und die erwähnten Speicherplätze und Vergleicher zur Deckung gebracht werden können. Der Ausgang 96 des Zweiröhrensystems führt direkt zu den Effektoren.

Wie aus Fig. 11, 14 ersichtlich, sind längs des Umfanges des inneren Ringes 92 in regelmäßigen Abständen Speicherplätze 97 vorgesehen, in denen die Negationsfolge Ni eines bestimmten Modules eingeschrieben wird. Am äußeren Umfang dieser einzelnen Ringe sind Gleitkontakte 98 vorgesehen, die mit entsprechenden Gleitkontakten 99 am Innenumfang der äußeren Röhre korrespondieren. Längs des Umfanges der äußeren Röhre 93 sind wiederum Speicherplätze 100 vorgesehen, in denen die Negationsfolge Nk eines anderen Modules eingeschrieben ist. Jedem Speicherplatz 100 ist ein Vergleicher 101 zugeordnet, in dem die Negationsfolgen Ni und Nk miteinander verglichen werden. Der Datenfluß läuft hierbei über die Gleitkontakte 98 und 99. Der Ausgang der Vergleicher 101 wird für jeden Ring einem Ausgangsspeicher 102 zugeführt und von dort an die Effektoren weitergegeben.

Die beiden Röhren 92 und 93 werden getaktet ineinandergeschoben, und zwar in solchen Schrittweiten, bei denen jeweils die Ringe 94 und 95 der inneren und äußeren Röhre 92 bzw. 93 in Deckung gelangen. Nach jedem Schiebeschritt wird die innere Röhre 92 gegenüber der äußeren Röhre 93 verdreht, so daß die Inhalte sämtlicher Speicherplätze 97 und 100 miteinander verglichen werden. Das Vergleichsergebnis wird wie im obigen Falle über die Vergleicher 101 über den Ausgangsspeicher 102 an die Effektoren weitergeleitet.

In Fig. 15 ist eine Abwicklung der Ringe für drei gegenüberliegende Speicherplätze 97 bzw. 100 dargestellt. In den drei Speicherplätzen 97 ist die Negationsfolge N 1, N 2, N 1 vorhanden, in den Speicherplätzen 100 liegt der Teil N 2, N 2, N 3 einer weiteren Negationsfolge an. Die Ausgänge der Speicherplätze sind an die drei Vergleicher 101 gelegt, so daß an deren Ausgang die Negationsfolge N 0, N 2, N 0 ansteht. Übereinstimmung herrscht demnach nur für die mittleren Negatoren der Negationsfolgen.

Das beschriebene Zweiröhrensystem kann jede Stufe eines Kaskadenkomparatorsystemes oder auch das gesamte Kaskadenkomparatorsystem ersetzen.

Der Ausgang der Auswerteschaltung 37 wird noch einem Monitorsystem 110 zugeführt, ebenso wie die Ausgänge des Komparatorsystemes, sei es des Kaskadenkomparators oder des Zweiröhrensystems. Dieses Monitorsystem 110 enthält eine Repräsentationsmatrix des volitiven Dialoges. In diesen beiden Matrizen ist der jeweilige Zustand des gesamten Modulsystems ablesbar. So z. B. kann die Konstantenfolge entnommen werden, d. h. diejenigen Werte, in denen Permutationen benachbarter Dialogabschnitte übereinstimmen. Eine solche Konstantengleichheit bedeutet nichts anderes als Konsens zwischen den beiden apponierten Informationspfaden bzw. den daran beteiligten Modulen. Aus den beiden Repräsentationsmatrizen kann zudem noch die Modulaktivität aller Module entnommen werden und - besonders wichtig - die quantitative Realisierbarkeit der gespeicherten Hamiltonkreise. Sinkt die Realisierbarkeit - gegeben durch die ENABLE-Steuerung 24 - unter ein bestimmtes Niveau, so kann über die Repräsentationsmatrix in die einzelnen Module eingegriffen werden, insbesondere im Hinblick auf die Gruppenauswahl der Hamiltonwege. Auch die oben erwähnte Umstrukturierung der Informationspfade kann hierüber erfolgen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Aufbau des Hamiltonkreis HK 1 von Modul M 1 durch Anlagerung

Aufbau des Handlungsintentionsspeicher als software- programmiertes vollkommenes Modul

Claims (13)

1. Einrichtung zur Simulation von Neuronensystemen aus mehreren Neuronen, die mit Rezeptoren verbunden sind und deren Dendriten zumindest teilweise in Dendritenbündeln vorliegen, mit einer gesteuerten Datenverarbeitungsanlage aus einer Anzahl von den Neuronen entsprechenden Rechnermodulen, von denen den Dendriten entsprechende Informationspfade ausgehen, wobei Module und Informationspfade ein Rechnersystem nach Art eines n-wertigen Permutographen bilden, wobei jedem Modul eine Adresse zugeteilt ist, die einer bestimmten Eigenpermutation der n Werte entspricht und wobei jedes Modul einen Prozessor mit einer Modulsteuerung sowie einen ansteuerbaren Wegspeicher aufweist, in dem als Permutationsfolge ein Weg (Hamiltonweg) durch bestimmte andere Module gespeichert ist, der jeweils einer bestimmten Handlungsintention entspricht, und wobei an einer Ausgangsleitung jedes Moduls eine Negationsfolge anliegt, die in einem Handlungsprogrammrechner in ein Handlungsprogramm umgewandelt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Informationspfade (P 1/i, P 2/i, P 3/i, P 4/i) sind abwechselnd aus neutralen Abschnitten (51) und Dialogabschnitten (52) zusammengesetzt;
die neutralen Abschnitte (51) führen eine Hauptdatenleitung (53) für den Datenverkehr längs der Informationspfade (P 1-P 4);
die Dialogabschnitte (52) weisen neben der Hauptdatenleitung (53) einen Permutationsspeicher (55), ein mit diesem verbundenes Vergleichsmodul (57) und ein Dialogmodul (59) auf;
in den Permutationsspeichern (55) sind längs jedes Informationspfades (P 1-P 4) in lexikographischer Reihenfolge die Permutation der n Werte abgespeichert;
Permutationsspeicher (55), Vergleichsmodul (57) und Dialogmodul (59) weisen Anschlüsse (56, 58, 60) auf, die zu Anschlüssen an Dialogabschnitten (52) anderer Informationspfade (P 1/k, P 2/k, P 3/k, P 4/k) passen, wobei jeweils Anschlüsse (56) der Permutationsspeicher (55) mit Anschlüssen (58) von Vergleichsmodulen (57) und die Anschlüsse (60) der Dialogmodule (59) untereinander harmonieren;
mit dem Dialogabschnitt (51) eines Informationspfades (P 1/1) eines bestimmten Modules (M 1), in dessen Permutationsspeicher (55) die erste Permutation der lexikographischen Permutationsfolge gespeichert ist, ist mit demjenigen Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/7) gleicher Art eines anderen Modules (M 7) über die harmonierenden Anschlüsse (57, 58, 60) verbunden, in dessen Permutationsspeicher die zweite Permutation des Hamiltonweges des ersten Modules (M 1) gespeichert ist;
mit dem Dialogabschnitt (52) des anderen Modules (M 7) ist derjenige Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/13) gleicher Art eines weiteren Modulrechners (M 13) verbunden, in dessen Permutationsspeicher (55) die dritte Permutation der Permutationsfolge des Hamiltonweges für das erste Modul (M 1) gespeichert ist und so fort, so daß die miteinander verbundenen Dialogabschnitte den in dem bestimmten Modul (M 1) als Permutationsfolge darstellbaren Hamiltonweg zumindest teilweise repräsentieren;
in den Vergleichsmodulen (57) werden die Inhalte der Permutationsspeicher (55) aneinander anliegender Dialogabschnitte (52) verglichen und das Vergleichsergebnis über das Dialogmodul (59) den Modulen (Mi) mitgeteilt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialogmodule (59) jeweils mit einer ENABLE- Schaltung (24) verbunden sind, die dem Wegspeicher, in dem der Hamiltonweg gespeichert ist, direkt nachgeschaltet ist und die Weitergabe der in den Wegspeicher (23) gespeicherten Information ermöglicht, wenn durch die Reihenfolge der angelagerten Dialogabschnitte (52) die im Wegspeicher gespeicherte Information repräsentiert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Modul (Mi) vier Informationspfade (P 1/i-P 4/i) ausgehen und wieder zu dem Modul (Mi) zurückkehren.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Modul (M) ein Handlungsintentionsspeicher (21) vorgesehen ist, in dem als Handlungsintentionen mehr Hamiltonwege als notwendig gespeichert sind, daß der Handlungsintentionsspeicher (21) mit einer Gruppenauswahlsteuerung (27) zur Auswahl einer bestimmten Gruppe von Hamiltonwegen verbunden ist, und daß zur Ansteuerung jeweils eines Hamiltonweges eine Einzelsteuerung (22) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenauswahlsteuerung (27) mit einer Zeitsteuerung (28) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenauswahlsteuerung (27) mit einer Monitorsteuerung (38) verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationspfade (P 1-P 4) über eine Sensorsteuerung (32) mit einem Eingangs/Ausgangspuffer (31) des Moduls (M) verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationspfade (P 1-P 4) durch die Sensorsteuerung unterbrochen oder geschlossen werden.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (M) mit einem Sensor (34) verbunden ist, dessen Sensorfläche eine Erregungsfläche (71) und eine Hemmfläche (72) aufweist, wobei diese Flächen über Sensorleitungen (33) mit der Sensorsteuerung (32) verbunden sind, und daß der Sensor (34) nur aktiviert ist, wenn seine Erregungsfläche (71) durch die Sensorsteuerung (32) aktiviert ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitungen (26) aller Module (M) mit jeweils ähnlichen Handlungsintentionen einem Handlungsprogrammrechner (14) zugeführt werden, dessen Hauptbestandteil eine Komparatoreinheit (73-76; 91) ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinheit eine Kaskadenkomparatorschaltung (73) mit mehreren Komparatorebenen (74, 75, 76) ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinheit ein Zweiröhrensystem (91) mit einer inneren Röhre (92) und einer äußeren Röhre (93) ist, die ineinander schiebbar sind und jeweils aus Ringen (94, 95) gleicher Breite aufgebaut sind, wobei längs des Umfanges jedes Ringes (94, 95) Speicherplätze (97, 100) für unterschiedliche Negationsfolgen (NF 1, NF 2) angeordnet sind, daß den Speicherplätzen (100) des äußeren Ringes (95) jeweils ein Vergleicher (101) zugeordnet ist, und daß zwischen den Vergleichern (101) und den Speicherplätzen (97) des inneren Ringes (94) Kontakte (98, 99) zur Datenübertragung vorgesehen sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplätze (97, 100) der beiden Röhren (92, 93) von unterschiedlichen Modulsystemen versorgt werden.