DE3609925C2 - - Google Patents
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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 bis 197 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 kurz 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 ist 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 eigenen Informationspfades weitergebaut, dessen Permutation mit dem letzten apponierten Dialogabschnitt übereinstimmt.
der nächstgeforderte Dialogabschnitt angebaut, oder
an demjenigen Dialogabschnitt des eigenen 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 Mittelhirnes 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. 277 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 Intention 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.
Ein Ausführungsbeispiel der 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 Datenverarbeitungsanlage
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, Seite 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 werden 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
einer 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 dem 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 Zeitsetzsteuerung 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 Hamiltonreis
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 individuelle
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 Ausgangsleistung 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 Erregungsfläche 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 Sensors 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 Zyklusspeicher 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 Umfangs 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 kognitiven Dialoges
sowie 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.
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 Programmgesteuerten 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 und 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) sind abwechselnd aus neutralen Abschnitten (51) und Dialogabschnitten (52) zusammengesetzt,
wobei die neutralen Abschnitte (51) dem Datenverkehr längs der einzelnen Informationspfade (P) und die Dialogabschnitte (52) zusätzlich dem Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Informationspfaden (P) dienen;
jeder Dialogabschnitt (52) weist einen Permutationsspeicher (55), ein Vergleichsmodul (57) und ein Dialogmodul (59) sowie Anschlüsse (56, 58, 60) zur Verbindung mit Dialogabschnitten (52) anderer Informationspfade (P) auf,
wobei die Anschlüsse jedes Dialogabschnittes (52) den zugehörigen Permutationsspeicher (55) mit einem Vergleichsmodul (57) eines Dialogabschnittes (52) eines anderen Informationspfades (P),
das zugehörige Vergleichsmodul (57) mit einem Permutationsspeicher (55) eines Dialogabschnittes (52) eines weiteren Informationspfades (P) und
das zugehörige Dialogmodul (59) mit den Dialogmodulen der verbundenen Informationspfade (P) verbinden und
in den Permutationsspeichern (55) längs jedes Informationspfades (P) in lexikographischer Reihenfolge die Permutationen der n-Werte abgespeichert sind,
in den Vergleichsmodulen (57) jeweils die in dem zugehörigen Permutationsspeicher (55) abgespeicherte Permutation mit derjenigen Permutation verglichen wird, die in dem Permutationsspeicher (55) eines verbundenen Dialogabschnittes (52) eines anliegenden Informationspfads (P) abgespeichert ist, und
in den Dialogmodulen (59) aufgrund des Vergleichs ein Datenaustausch zwischen miteinander verbundenen Dialogabschnitten (52) sowie den zugehörigen Informationspfaden (P) erfolgt;
mit dem Dialogabschnitt (52) eines Informationspfads (P 1/1) eines bestimmten Moduls (M 1), in dessen Permutationsspeicher (55) die erste Permutation der lexikographischen Permutationsfolge gespeichert ist, ist derjenige Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/7) eines anderen Moduls (M 7) über die Anschlüsse (57, 58, 60) verbunden, in dessen Permutationsspeicher die zweite Permutation des Hamiltonweges des ersten Moduls (M 1) gespeichert ist;
mit dem Dialogabschnitt (52) des anderen Modules (M 7) ist derjenige Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/13) 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 (52) den in dem bestimmten Modul (M 1) als Permutationsfolge darstellbaren Hamiltonweg zumindest teilweise repräsentieren;
das in den Vergleichsmodulen (57) erzeugte Vergleichsergebnis wird über das Dialogmodul (59) den Modulen (Mi) mitgeteilt.
die Informationspfade (P) sind abwechselnd aus neutralen Abschnitten (51) und Dialogabschnitten (52) zusammengesetzt,
wobei die neutralen Abschnitte (51) dem Datenverkehr längs der einzelnen Informationspfade (P) und die Dialogabschnitte (52) zusätzlich dem Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Informationspfaden (P) dienen;
jeder Dialogabschnitt (52) weist einen Permutationsspeicher (55), ein Vergleichsmodul (57) und ein Dialogmodul (59) sowie Anschlüsse (56, 58, 60) zur Verbindung mit Dialogabschnitten (52) anderer Informationspfade (P) auf,
wobei die Anschlüsse jedes Dialogabschnittes (52) den zugehörigen Permutationsspeicher (55) mit einem Vergleichsmodul (57) eines Dialogabschnittes (52) eines anderen Informationspfades (P),
das zugehörige Vergleichsmodul (57) mit einem Permutationsspeicher (55) eines Dialogabschnittes (52) eines weiteren Informationspfades (P) und
das zugehörige Dialogmodul (59) mit den Dialogmodulen der verbundenen Informationspfade (P) verbinden und
in den Permutationsspeichern (55) längs jedes Informationspfades (P) in lexikographischer Reihenfolge die Permutationen der n-Werte abgespeichert sind,
in den Vergleichsmodulen (57) jeweils die in dem zugehörigen Permutationsspeicher (55) abgespeicherte Permutation mit derjenigen Permutation verglichen wird, die in dem Permutationsspeicher (55) eines verbundenen Dialogabschnittes (52) eines anliegenden Informationspfads (P) abgespeichert ist, und
in den Dialogmodulen (59) aufgrund des Vergleichs ein Datenaustausch zwischen miteinander verbundenen Dialogabschnitten (52) sowie den zugehörigen Informationspfaden (P) erfolgt;
mit dem Dialogabschnitt (52) eines Informationspfads (P 1/1) eines bestimmten Moduls (M 1), in dessen Permutationsspeicher (55) die erste Permutation der lexikographischen Permutationsfolge gespeichert ist, ist derjenige Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/7) eines anderen Moduls (M 7) über die Anschlüsse (57, 58, 60) verbunden, in dessen Permutationsspeicher die zweite Permutation des Hamiltonweges des ersten Moduls (M 1) gespeichert ist;
mit dem Dialogabschnitt (52) des anderen Modules (M 7) ist derjenige Dialogabschnitt (52) eines Informationspfades (P 1/13) 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 (52) den in dem bestimmten Modul (M 1) als Permutationsfolge darstellbaren Hamiltonweg zumindest teilweise repräsentieren;
das in den Vergleichsmodulen (57) erzeugte Vergleichsergebnis wird 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 (23),
in dem der Hamiltonweg gespeichert ist, direkt nachgeschaltet
ist und die Weitergabe der in dem Wegspeicher
(23) gespeicherten Information ermöglicht, wenn durch
die Reihenfolge der angelagerten Dialogabschnitte (52)
die im Wegspeicher (23) 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) zum Überwachen der
quantitativen Realisierbarkeit eines Hamilton-Weges
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
(32) 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.
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1986
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Also Published As
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