JP2549454B2 - Neuron mimetic network and neuron mimicking unit - Google Patents

Neuron mimetic network and neuron mimicking unit

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JP2549454B2
JP2549454B2 JP2178784A JP17878490A JP2549454B2 JP 2549454 B2 JP2549454 B2 JP 2549454B2 JP 2178784 A JP2178784 A JP 2178784A JP 17878490 A JP17878490 A JP 17878490A JP 2549454 B2 JP2549454 B2 JP 2549454B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、神経回路網を模倣したニューラルコンピュ
ータ等の神経細胞模倣回路網及び神経細胞模倣ユニット
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neural cell mimicking network such as a neural computer that imitates a neural network and a neural cell mimicking unit.

従来の技術 近年、文字認識や連想記憶、運動制御等の従来のノイ
マン型コンピュータでは比較的困難な問題に対応するた
め、生体の神経系を模倣し、並列処理や学習の可能なニ
ューラルコンピュータの研究が行われ、様々なモデルが
提案されている。同時に、そのモデルをハードウエアで
実現するものも種々考えられている。その内、電気回路
により実現したものの一例として、第12図に示すような
ものがある。これは、特開昭62−295188号公報中に示さ
れるもので、基本的には、S字形伝達関数を有する複数
の増幅器1と、各増幅器1の出力を他の層の増幅器の入
力に一点鎖線で示すように接続する抵抗性フィールドバ
ック回路網2とが設けられている。各増幅器1の入力側
には接地されたコンデンサと接地された抵抗とによるCR
時定数回路3が個別に接続されている。そして、入力電
流I1,I2,〜,INが各増幅器1の入力に供給され、出力は
これらの増幅器1の出力電圧の集合から得られる。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to deal with the relatively difficult problems of conventional Neumann computers such as character recognition, associative memory, and motion control, research on neural computers that imitate the nervous system of the living body and enable parallel processing and learning Has been done and various models have been proposed. At the same time, various devices that implement the model with hardware are also being considered. Among them, an example realized by an electric circuit is as shown in FIG. This is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-295188, and basically, a plurality of amplifiers 1 having an S-shaped transfer function, and the output of each amplifier 1 is input to the input of the amplifier of another layer. A resistive fieldback network 2 is provided which connects as shown by the dashed line. CR on the input side of each amplifier 1 with a grounded capacitor and a grounded resistor
The time constant circuits 3 are individually connected. The input currents I 1 , I 2 , ..., IN are then supplied to the inputs of each amplifier 1 and the output is obtained from the set of output voltages of these amplifiers 1.

ここに、神経細胞間の結合の強さは、各細胞間の入出
力ラインを結ぶ抵抗4(抵抗性フィードバック回路網2
中の格子点)の抵抗値で表され、神経細胞応答関数は各
増幅器1の伝達関数で表される。また、神経細胞間の結
合には、周知のように興奮性と抑制性とがあり数学的に
は結合係数の正負符号により表される。しかし、回路上
の定数で正負を実現するのは困難であるので、ここで
は、増幅器1の出力を2つに分け、一方の出力を反転さ
せることにより、正負の2つの信号を生成し、これを適
当に選択することにより実現するようにしている。
Here, the strength of the connection between the nerve cells depends on the resistance 4 (resistive feedback network 2
It is represented by the resistance value of the inside lattice point), and the nerve cell response function is represented by the transfer function of each amplifier 1. Further, as is well known, the coupling between nerve cells has excitability and inhibitory property, and is mathematically represented by the sign of the coupling coefficient. However, since it is difficult to realize positive and negative with a constant on the circuit, here, the output of the amplifier 1 is divided into two, and one output is inverted to generate two positive and negative signals. Is properly selected.

また、第13図は特開昭62−295188号公報提案内容を示
し、第12図のものを改良したものである。これは、数学
的解析に基づき回路を簡素化したものであり、増幅器1
に代えて単一の出力を持つ負利得増幅器5を用い、抵抗
性フィードバック回路網2に代えてクリップドTマトリ
ックス回路6を用いて構成したものである。
FIG. 13 shows the contents of the proposal of Japanese Patent Laid-Open No. 62-295188, which is an improvement of the one shown in FIG. This is a simplified circuit based on mathematical analysis.
Instead, a negative gain amplifier 5 having a single output is used, and instead of the resistive feedback network 2, a clipped T matrix circuit 6 is used.

何れにしてもこれらの回路は基本的にはアナログ方式
のものである。即ち、入出力量を電流値や電圧値で表
し、内部の演算処理も全てアナログ的に行うものであ
る。
In any case, these circuits are basically of analog type. That is, the input / output amount is represented by a current value or a voltage value, and the internal arithmetic processing is also performed in an analog manner.

発明が解決しようとする課題 ところが、アナログ方式の場合、例えば増幅器等の温
度特性や電源投入後のドリフト等のため、精度よく安定
させて動作させるのは困難である。特に神経回路網の場
合、増幅器の数は少なくとも数百個程度必要であり、か
つ、非線形な動作を行わせるので、動作の安定性は重要
である。また、例えば抵抗値等の回路定数の変更も容易
ではなく、汎用性に乏しい。
However, in the case of the analog method, it is difficult to perform stable operation with high accuracy due to, for example, temperature characteristics of an amplifier or the like, drift after power-on, and the like. Particularly in the case of a neural network, the number of amplifiers is required to be at least several hundreds, and nonlinear operation is performed, so that the operation stability is important. Further, it is not easy to change the circuit constant such as the resistance value, and the versatility is poor.

このようなことから、神経回路網をデジタル方式によ
り表現したものが、例えば電子情報通信学会技術研究報
告、ICD88−130中の「完全ディジタルニューロチップの
構成」により報告されている。しかし、これは従来のア
ナログ方式のものをエミュレートしたもので、アップダ
ウンカウンタを用いる等、回路がやや複雑なものとなっ
ている。
For this reason, a digital representation of the neural network is reported, for example, in the Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, "Configuration of Completely Digital Neurochip" in ICD88-130. However, this is an emulation of the conventional analog type, and the circuit is slightly complicated, such as using an up-down counter.

課題を解決するための手段 請求項1記載の発明では、複数の神経細胞模倣ユニッ
トを備えてパルス密度によって定められた入力を処理す
る神経細胞模倣回路網において、前記各神経細胞模倣ユ
ニットが、複数の入力線と、各入力に対して個別に設け
られてパルス密度で定められた結合係数を記憶したメモ
リと、これらのメモリの内容を順次読出す読出し手段
と、読出された前記メモリの内容と入力内容とをデジタ
ル的に演算処理してパルス密度によって定められたそれ
ぞれ2値化された出力として出力する演算処理手段とを
有し、ある神経細胞模倣ユニットの出力を自己又は他の
神経細胞模倣ユニットの入力に結合させ、特に、演算処
理手段については請求項2記載の発明のように論理演算
処理手段により構成した。
Means for Solving the Problems In the invention according to claim 1, in a nerve cell mimicking network which comprises a plurality of nerve cell mimicking units and processes an input determined by a pulse density, each of the nerve cell mimicking units has a plurality of Input lines, memories for separately storing coupling coefficients determined by the pulse density for each input, reading means for sequentially reading the contents of these memories, and the contents of the read memory. And an arithmetic processing unit that digitally processes the input contents and outputs as binarized outputs determined by the pulse density, and outputs the output of a certain nerve cell mimicking unit to self or another nerve cell mimicking. It is connected to the input of the unit, and in particular, the arithmetic processing means is constituted by the logical operation processing means as in the invention of claim 2.

このための神経細胞模倣ユニットとして、請求項3記
載の発明では、複数の入力信号を処理し、処理結果を表
す神経細胞模倣出力信号を出力するための神経細胞模倣
ユニットにおいて、パルス密度による信号量で表された
入力信号を受けるための複数の入力線と、パルス密度で
定められた結合係数を格納するためのメモリと、前記入
力線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対応する
前記メモリから読出される結合係数との論理積を入力線
毎に演算する第1論理演算手段と、この第1論理演算手
段からの興奮型信号を各々入力して論理演算する第2論
理演算手段と、前記第1論理演算手段からの抑制型信号
を各々入力して論理演算する第3論理演算手段と、これ
らの第2論理演算手段と第3論理演算手段との出力信号
を合成して神経細胞模倣出力信号を出力する第4論理演
算手段とにより構成した。
As a nerve cell mimicking unit for this purpose, in the invention according to claim 3, in the nerve cell mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a nerve cell mimicking output signal representing the processing result, the signal amount based on the pulse density A plurality of input lines for receiving an input signal represented by, a memory for storing a coupling coefficient defined by a pulse density, the input signal received from the input line and the memory corresponding to the input line. A first logical operation means for calculating a logical product with a coupling coefficient to be read for each input line; a second logical operation means for inputting an excitatory signal from the first logical operation means to perform a logical operation; A nerve cell by synthesizing output signals of the third logical operation means for performing logical operation by inputting each of the suppression type signals from the first logical operation means, and the output signals of these second logical operation means and third logical operation means It was constructed by the fourth arithmetic logic means for outputting a 倣出 force signal.

神経細胞模倣回路網ないしは神経細胞模倣ユニットに
関して、具体的には、請求項4記載の発明では、前記各
神経細胞模倣ユニットを、複数の入力線と、各入力に対
して個別に設けられてパルス密度で定められた結合係数
とグループ分け用の1ビット情報とを記憶した少なくと
も3ビット以上のメモリと、前記グループ分け用の1ビ
ット情報を除いてこれらのメモリの内容を順次読出す読
出し手段と、読出された前記メモリの内容と入力内容と
の論理積を順次計算する論理積手段と、複数の論理積の
結果同士の論理和を前記メモリ中の前記グループ分け用
の1ビット情報により分けられるグループ別に順次計算
する論理和手段と、グループ別の演算結果同士を論理演
算処理して出力する論理演算手段とにより形成した。
Regarding the nerve cell mimicking network or the nerve cell mimicking unit, specifically, in the invention according to claim 4, each of the nerve cell mimicking units is provided with a plurality of input lines and is individually provided for each input and pulsed. A memory of at least 3 bits or more for storing a coupling coefficient determined by the density and 1-bit information for grouping, and a reading means for sequentially reading the contents of these memories excluding the 1-bit information for grouping. A logical product means for sequentially calculating the logical product of the read contents of the memory and the input contents, and a logical sum of the results of a plurality of logical products is divided by the 1-bit information for grouping in the memory. It is formed by a logical sum means for sequentially calculating by group and a logical operation means for performing logical operation processing of the operation results for each group and outputting.

このための神経細胞模倣ユニットとして、請求項5記
載の発明では、入力信号を受けるための複数の入力線
と、各入力線毎に対応する結合係数を格納するための第
1のメモリと、前記入力線毎にその入力線が興奮性グル
ープと抑制性グループとの内の何れのグループに対応す
るかを示すためのグループ情報を格納するための第2の
メモリと、前記入力線から受け取る前記入力信号とこの
入力線に対応する前記第1のメモリから読出される結合
係数との論理積を入力線毎に演算する第1論理演算手段
と、前記第2のメモリから読出される前記グループ情報
と前記第1論理演算手段から出力される論理積との論理
積を入力線毎に演算する第2論理演算手段と、前記第2
のメモリから読出される前記グループ情報の反転情報と
前記第1論理演算手段から出力される論理積との論理積
を入力線毎に演算する第3論理演算手段と、これらの第
2論理演算手段から出力される論理積同士の論理和を演
算する第4論理演算手段と、これらの第3論理演算手段
から出力される論理積同士の論理和を演算する第5論理
演算手段と、この第5論理演算手段から出力される論理
和を反転させるインバータと、このインバータ出力と前
記第4論理演算手段から出力される論理和との論理積又
は論理和を演算する論理演算手段とよりなり神経細胞模
倣出力信号を出力する出力手段とにより形成した。
As a nerve cell mimicking unit for this purpose, in the invention according to claim 5, a plurality of input lines for receiving an input signal, a first memory for storing a coupling coefficient corresponding to each input line, and A second memory for storing, for each input line, group information for indicating which of the excitatory group and the inhibitory group the input line corresponds to; and the input received from the input line First logical operation means for calculating a logical product of a signal and a coupling coefficient corresponding to this input line read from the first memory, and the group information read from the second memory Second logical operation means for calculating the logical product with the logical product output from the first logical operation means for each input line;
Third logical operation means for calculating, for each input line, the logical product of the inversion information of the group information read from the memory and the logical product output from the first logical operation means, and these second logical operation means. Fourth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from each other, fifth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from these third logical operation means, and the fifth logical operation means A neural cell mimic which comprises an inverter for inverting the logical sum output from the logical operation means, and a logical operation means for calculating the logical product or logical sum of the output of this inverter and the logical sum output from the fourth logical operation means. And an output means for outputting an output signal.

また、神経細胞模倣回路網に関して、請求項6記載の
発明では、前記各神経細胞模倣ユニットを、2つのグル
ープに分けられた複数の入力線と、各入力に対して個別
に設けられてパルス密度で定められた結合係数を記憶し
た少なくとも2ビット以上のメモリと、これらのメモリ
の内容を順次読出す読出し手段と、読出された前記メモ
リの内容と入力内容との論理積を順次計算する論理積手
段と、複数の論理積の結果同士の論理和を前記グループ
別に順次計算する論理和手段と、グループ別の演算結果
同士を論理演算処理して出力する論理演算手段とにより
形成した。
Further, regarding the nerve cell mimicking network, in the invention according to claim 6, each of the nerve cell mimicking units is provided with a plurality of input lines divided into two groups, and a pulse density is provided individually for each input. At least 2 bits or more storing the coupling coefficient defined in 1., reading means for sequentially reading the contents of these memories, and logical product for sequentially calculating the logical product of the read contents of the memory and the input contents. It is formed by means, a logical sum means for sequentially calculating the logical sum of the results of a plurality of logical products for each group, and a logical operation means for performing a logical operation processing on the operation results for each group and outputting them.

このための神経細胞模倣ユニットとして、請求項7記
載の発明では、第1の入力信号を受けるための複数の第
1入力線と、第2の入力信号を受けるための複数の第2
入力線と、第1入力線毎に対応する結合係数を格納する
ための第1メモリと、第2入力線毎に対応する結合係数
を格納するための第2メモリと、前記第1入力線から受
け取る前記第1の入力信号とこの第1入力線に対応する
第1メモリから読出される結合係数との論理積を第1入
力線毎に演算する第1論理演算手段と、前記第2入力線
から受け取る前記第2の入力信号とこの第2入力線に対
応する第2メモリから読出される結合係数との論理積を
第2入力線毎に演算する第2論理演算手段と、これらの
第1論理演算手段から出力される論力積同士の論理和を
演算する第3論理演算手段と、これらの第2論理演算手
段から出力される論理積同士の論理和を演算する第4論
理演算手段と、この第4論理演算手段から出力される論
理和を反転させるインバータと、このインバータ出力と
前記第3論理演算手段から出力される論理和との論理積
又は論理和を演算する論理演算手段とよりなり神経細胞
模倣出力信号を出力する出力手段とにより形成した。
As a nerve cell mimicking unit for this purpose, in the invention according to claim 7, a plurality of first input lines for receiving a first input signal and a plurality of second input lines for receiving a second input signal.
An input line, a first memory for storing a coupling coefficient corresponding to each first input line, a second memory for storing a coupling coefficient corresponding to each second input line, and from the first input line First logical operation means for calculating, for each first input line, a logical product of the first input signal received and the coupling coefficient read from the first memory corresponding to the first input line; and the second input line. Second logical operation means for calculating, for each second input line, a logical product of the second input signal received from the second input signal and the coupling coefficient read from the second memory corresponding to the second input line, and the first logical operation means. Third logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from the logical operation means, and fourth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from these second logical operation means. , Inverts the logical sum output from the fourth logical operation means And converter, formed by an output means for outputting the more become neurons mimic output signal and logic operation means for calculating a logical product or logical sum of the logical sum output and the inverter output from said third logic operation unit.

また、別の神経細胞模倣回路網として、請求項8記載
の発明では、前記各神経細胞模倣ユニットを、少なくと
も複数の入力線と、各入力に対して個別に2組以上設け
られてパルス密度で定められた結合係数を記憶したメモ
リと、これらのメモリの内容を順次読出す読出し手段
と、読出された前記メモリの内容と入力内容との論理積
を順次計算する論理積手段と、複数の論理積の結果同士
の論理和を前記メモリの組別に分けられるグループ別に
順次計算する論理和手段と、グループ別の演算結果同士
を論理演算処理して出力する論理演算手段とにより形成
した。
Further, as another nerve cell mimicking network, in the invention according to claim 8, at least a plurality of the respective neuronal cell mimicking units and two or more sets are individually provided for each input, and a pulse density is provided. Memories storing predetermined coupling coefficients, reading means for sequentially reading the contents of these memories, AND means for sequentially calculating a logical product of the read contents of the memory and the input contents, and a plurality of logics It is formed by a logical sum means for sequentially calculating a logical sum of product results for each group which is divided into groups of the memory, and a logical operation means for performing logical operation processing on the operation results for each group and outputting the result.

このための神経細胞模倣ユニットとして、入力信号を
受けるための複数の入力線と、入力線毎に対応する結合
係数を各々格納するための第1メモリ及び第2メモリ
と、前記入力線から受け取る前記入力信号とこの入力線
に対応する第1メモリから読出される結合係数との論理
積を入力線毎に演算する第1論理演算手段と、前記入力
線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対応する第
2メモリから読出される結合係数との論理積を入力線毎
に演算する第2論理演算手段と、これらの第1論理演算
手段から出力される論理積同士の論理和を演算する第3
論理演算手段と、これらの第2論理演算手段から出力さ
れる論理積同士の論理和を演算する第4論理演算手段
と、この第4論理演算手段から出力される論理和を反転
させるインバータと、このインバータ出力と前記第3論
理演算手段から出力される論理和との論理積又は論理和
を演算する論理演算手段とよりなり神経細胞模倣出力信
号を出力する出力手段とにより形成した。
As a nerve cell mimicking unit for this purpose, a plurality of input lines for receiving an input signal, a first memory and a second memory for respectively storing a coupling coefficient corresponding to each input line, and a memory for receiving from the input line are provided. Corresponding to the first logical operation means for calculating the logical product of the input signal and the coupling coefficient read from the first memory corresponding to the input line for each input line, the input signal received from the input line and the input line. The second logical operation means for calculating the logical product with the coupling coefficient read from the second memory for each input line, and the third logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from these first logical operation means.
Logical operation means, fourth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from the second logical operation means, and an inverter for inverting the logical sum output from the fourth logical operation means, The inverter output and the logical sum of the logical sum output from the third logical arithmetic means are used to calculate a logical product or a logical sum, and the output means outputs a neural cell mimicking output signal.

ここに、請求項5,7又は9記載の神経細胞模倣ユニッ
トに関して、請求項10記載の発明では、入力信号及び結
合係数をパルス密度による信号量で表現するものとし、
さらに、請求項11記載の発明では、各結合係数を、予め
定められた時間内でランダムに配置された第1の値の個
数と第2の値の個数との少なくとも何れか一方により定
義されるパルス密度で表現するものとした。
Here, regarding the nerve cell mimicking unit according to claim 5, 7 or 9, in the invention according to claim 10, the input signal and the coupling coefficient are represented by a signal amount based on a pulse density,
Further, in the invention according to claim 11, each coupling coefficient is defined by at least one of the number of first values and the number of second values randomly arranged within a predetermined time. The pulse density is used.

さらに、神経細胞模倣回路網に関して、請求項12記載
の発明では、複数の層を持つ階層型構造を形成する複数
の神経細胞模倣ユニットと、階層構造のある層の任意の
神経細胞模倣ユニットの出力を階層構造の他の層の任意
の神経細胞模倣ユニットの入力へ結合させる複数の信号
線と、前記神経細胞模倣ユニット中の一部をなし、複数
の入力信号を処理してその処理結果を表す神経細胞模倣
出力信号を出力するための請求項5,7又は9記載の神経
細胞模倣ユニットとにより形成した。
Further, regarding the nerve cell mimicking network, in the invention according to claim 12, the output of a plurality of nerve cell mimicking units forming a hierarchical structure having a plurality of layers and an arbitrary nerve cell mimicking unit of a layer having a hierarchical structure. And a plurality of signal lines for connecting to the input of any neuron mimicking unit of the other layer of the hierarchical structure, and forming a part of the neuron mimicking unit, processing a plurality of input signals and representing the processing result. A neuron mimicking unit according to claim 5, 7 or 9 for outputting a neuron mimicking output signal.

作用 まず、パルス密度で定められてメモリに記憶された結
合係数を順次読出し、パルス密度で定められた入力との
演算処理、例えば論理積等の論理演算処理を演算処理手
段により行う。この演算結果、例えば論理積結果が、近
似的にアナログ方式の結合係数と同様の機能を有するこ
とになり、実際の神経細胞模倣ユニットへの実際の入力
となる。ここに、一つの神経細胞模倣ユニットは多入力
であるので、演算結果、即ち論理積結果も複数あるた
め、演算処理手段中の論理和手段によりさらに演算処理
を行い、論理和をとってまとめる。この論理和を求める
処理は、アナログ計算における和の計算及び非線形関数
処理部分に相当する。
Action First, the coupling coefficient determined by the pulse density and stored in the memory is sequentially read out, and the arithmetic processing with the input determined by the pulse density, for example, logical arithmetic processing such as logical product is performed by the arithmetic processing means. The result of this operation, for example, the result of the logical product, has a function approximately similar to that of the analog coupling coefficient, and becomes an actual input to the actual neuron mimicking unit. Here, since one nerve cell mimicking unit has multiple inputs, there are a plurality of calculation results, that is, logical product results. Therefore, the logical sum means in the arithmetic processing means further performs the arithmetic processing, and the logical sums are obtained. The process of obtaining the logical sum corresponds to the sum calculation and the non-linear function processing part in the analog calculation.

このような処理において、結合には興奮性結合と抑制
性結合との2種類があるため、結合係数の正負により2
つのグループに分けて処理する。ここに、請求項6,7記
載の発明では、入力が何れの結合であるかにより予め2
つのグループに分けてグループ毎に論理和を求めるまで
の処理が行われる。一方、請求項4,5記載の発明では、
入力段階ではグループ分けせずに、2種類の結合を表す
1ビットの情報用にメモリが別個に用意され、このメモ
リ内容に応じて論理積結果を2つのグループに振り分け
て各々のグループの論理和を求める処理が行なわれる。
また、請求項8,9記載の発明では、各入力毎に興奮性結
合と抑制性結合との結合係数を記憶した2組以上のメモ
リが用意され、組別に分けられたグループ別に論理和を
求めるまでの処理が行なわれる。
In such a process, there are two types of coupling, excitatory coupling and inhibitory coupling.
Process in two groups. Here, in the inventions according to claims 6 and 7, depending on which connection the input is,
Processing is performed until each group is divided into two groups and the logical sum is obtained for each group. On the other hand, in the inventions of claims 4 and 5,
At the input stage, a memory is separately prepared for 1-bit information representing two types of combination without dividing into groups, and the logical product result is divided into two groups according to the contents of this memory, and the logical sum of each group is obtained. Is performed.
Further, in the invention according to claims 8 and 9, two or more sets of memories storing coupling coefficients of excitatory coupling and inhibitory coupling are prepared for each input, and a logical sum is obtained for each group divided. Processing up to is performed.

そして、最終的には、演算処理手段によりパルス密度
によって定められた出力として出力させる。具体的に
は、2つのグループの論理和結果について、興奮性グル
ープの論理和結果のみが「1」のときに「1」を出力
し、抑制性グループの論理和結果のみが「1」のときに
「0」を出力するように論理演算する。両グループとも
「1」のとき、或いは、両グループとも「0」のとき
は、出力は「1」,「0」の何れでもよいし、確率1/2
程度で「1」を出力するようにしてもよい。例えば、両
グループとも「0」又は「1」のときは「0」を出力す
る場合、2種類の結合の論理和のうち、一方は否定出力
に反転させて、論理演算手段により両者の論理積をとる
ことにより、興奮性結合と抑制性結合とを加味した結果
が得られることになる。また、両グループとも「0」又
は「1」のときは「1」を出力する場合、2種類の結合
の論理和のうち、一方は否定出力に反転させて、論理演
算手段により両者の論理和をとることにより、興奮性結
合と抑制性結合とを加味した結果が得られることにな
る。
Finally, the arithmetic processing means outputs the output determined by the pulse density. Specifically, regarding the logical sum result of the two groups, "1" is output when only the logical sum result of the excitatory group is "1", and when only the logical sum result of the inhibitory group is "1". Is logically operated to output "0". When both groups are "1" or when both groups are "0", the output may be "1" or "0", and the probability is 1/2
You may make it output "1" by the degree. For example, when "0" is output when both groups are "0" or "1", one of the logical sums of the two types of coupling is inverted to a negative output, and the logical product of the two is obtained by the logical operation means. By taking the value, the result in which the excitatory connection and the inhibitory connection are added can be obtained. Further, when both groups output “1” when “0” or “1”, one of the logical sums of the two types of coupling is inverted to the negative output, and the logical sum of the two is obtained by the logical operation means. By taking the value, the result in which the excitatory connection and the inhibitory connection are added can be obtained.

このように全てデジタル的な処理、特に、パルス密度
表現による信号処理によるため、増幅器の温度特性等の
影響を受ける等のアナログ方式のような不都合は生じな
い。また、結合係数についてもメモリ上に用意されるの
で、抵抗等による場合と異なり、書換え可能であり、汎
用性を持つものとなる。このようにして、動作が安定
し、論理回路等による簡略な回路構成にして、計算速度
の極めて速い神経細胞模倣ユニット数が数千のオーダと
なる神経回路網を実現できることになる。
As described above, since all the digital processing, particularly the signal processing by the pulse density expression, does not cause the inconvenience of the analog method such as the influence of the temperature characteristic of the amplifier. Further, since the coupling coefficient is also prepared in the memory, it can be rewritten and has versatility unlike the case of using a resistor or the like. In this way, it is possible to realize a neural network whose operation is stable and which has a simple circuit configuration such as a logic circuit and in which the number of nerve cell mimicking units with an extremely high calculation speed is on the order of several thousands.

実施例 本発明の一実施例を第1図ないし第11図に基づいて説
明する。第1図ないし第3図は何れもi番目のある1つ
の神経細胞模倣ユニット11の単体構成を示し、第1図は
請求項6,7記載の発明に相当する神経細胞模倣ユニッ
ト、第2図は請求項4,5記載の発明に相当する神経細胞
模倣ユニット例を示し、第3図は請求項8,9記載の発明
に相当する神経細胞模倣ユニット例を示す。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11. 1 to 3 each show a single structure of one i-th nerve cell mimicking unit 11, and FIG. 1 is a nerve cell mimicking unit corresponding to the invention of claims 6 and 7, FIG. Shows an example of a nerve cell mimicking unit corresponding to the inventions of claims 4 and 5, and FIG. 3 shows an example of a nerve cell mimicking unit corresponding to the inventions of claims 8 and 9.

第1図の場合、神経細胞模倣ユニット11は、興奮性と
抑制性とで2つのグループa,bに分けられた複数の入力
線(第1,2入力線)12aj,12bjと、入力に対して個別に設
けられて結合係数Tijを記憶した少なくとも2ビット以
上のメモリ(第1,2メモリ)としてのシフトレジスタ13a
j,13bjと、これらのシフトレジスタ13に記憶された内容
(結合係数)を同期クロックに同期して順次読出すため
の読出し手段(図示せず)と、読出されたシフトレジス
タ13の内容と入力内容との論理積を順次計算する論理積
手段(第1,2論理演算手段)としてのANDゲート14aj,14b
jと、複数の論理積の結果同士の論理和をグループ別に
順次計算する論理和手段(第3,4論理演算手段)として
の2つのORゲート15a,15bと、一方のグループについて
のORゲート15aの論理和出力と他方のグループについて
のORゲート15bの論理和出力のインバータ16による否定
との論理積を順次計算するANDゲート(論理演算手段)1
7とにより形成されている。ここに、インバータ16とAND
ゲート17とにより論理演算手段(出力手段)18が構成さ
れている。また、ANDゲート14、ORゲート15、論理演算
手段18なる論理回路により請求項1記載の発明にいう演
算処理手段19が構成されている。
In the case of FIG. 1, the nerve cell mimicking unit 11 has a plurality of input lines (first and second input lines) 12a j , 12b j divided into two groups a and b for excitability and inhibitory property, and inputs. Shift register 13a as a memory (first and second memories) of at least 2 bits or more, which is separately provided for each and stores the coupling coefficient T ij
j , 13b j , a reading means (not shown) for sequentially reading the contents (coupling coefficient) stored in these shift registers 13 in synchronization with a synchronization clock, and the read contents of the shift register 13. AND gates 14a j , 14b as a logical product means (first and second logical operation means) for sequentially calculating a logical product with the input contents
j , two OR gates 15a and 15b as logical sum means (third and fourth logical operation means) for sequentially calculating logical sums of a plurality of logical product results for each group, and an OR gate 15a for one group AND gate (logical operation means) 1 for sequentially calculating the logical product of the logical sum output of the above and the logical output of the OR gate 15b for the other group and the negation by the inverter 16
It is formed by 7 and. Where inverter 16 and AND
A logical operation means (output means) 18 is constituted by the gate 17. Further, the AND gate 14, the OR gate 15, and the logical operation means 18 constitute the arithmetic processing means 19 according to the present invention.

第2図の場合、神経細胞模倣ユニット11は、複数の入
力線20ijと、各入力に対して個別に設けられて結合係数
Tijとグループ分け用の1ビット情報とを記憶した少な
くとも3ビット以上のメモリ(第1,2のメモリ)として
のシフトレジスタ21ij及び1ビットメモリ22ijと、グル
ープ分け用のメモリ22ijの1ビット情報を除いてこれら
のシフトレジスタ21ijの内容を順次読出す読出し手段
(図示せず)と、読出されたシフトレジスタ21ijの内容
と入力内容との論理積を順次計算する論理積手段(第1
論理演算手段)としてのANDゲート23ijと、メモリ22ij
中の1ビット情報に応じて入力を興奮性と抑制性の2グ
ループに分けるANDゲート24aij,24bij(一方のグループ
についてはインバータ25bijが介在)による切換え論理
回路(第2,3論理演算手段)と、複数の論理積の結果同
士の論理和をグループ別に順次計算する論理和手段(第
4,5論理演算手段)としての2つのORゲート15a,15bと、
一方のグループについてのORゲート15aの論理和出力と
他方のグループについてのORゲート15bの論理和出力の
インバータ16による否定との論理積を順次計算するAND
ゲート17(論理演算手段)とにより形成されている。こ
の場合も、ANDゲート23,24、インバータ25、ORゲート1
5、論理演算手段18なる論理回路により請求項1記載の
発明にいう演算処理手段27が構成されている。
In the case of FIG. 2, the nerve cell mimicking unit 11 has a plurality of input lines 20 ij and a coupling coefficient provided individually for each input.
Of the shift register 21 ij and the 1-bit memory 22 ij as a memory (first and second memories) of at least 3 bits, which stores T ij and 1-bit information for grouping, and a memory 22 ij for grouping. Read-out means (not shown) for sequentially reading out the contents of these shift registers 21 ij except for 1-bit information, and AND means for sequentially calculating the logical product of the read-out contents of the shift register 21 ij and the input contents. (First
AND gate 23 ij as a logical operation means) and memory 22 ij
Switching logic circuit (2nd and 3rd logic operation) by AND gates 24a ij and 24b ij (inverter 25b ij intervenes for one group) that divides the input into two groups of excitatory and inhibitory according to the 1-bit information in Means) and a logical sum means for sequentially calculating the logical sum of the results of a plurality of logical products for each group (first
4, OR gates 15a and 15b as logic operation means),
AND which sequentially calculates the logical product of the logical sum output of the OR gate 15a for one group and the negation of the logical sum output of the OR gate 15b for the other group by the inverter 16
It is formed by the gate 17 (logical operation means). Also in this case, AND gates 23 and 24, inverter 25, and OR gate 1
5. The logical processing means 18 constitutes the arithmetic processing means 27 according to the present invention.

第3図の場合、神経細胞模倣ユニット11は、複数の入
力線28ijと、各入力に対して個別に2組ずつ設けられて
結合係数Tijを記憶したメモリ(第1,2メモリ)としての
シフトレジスタ29aij,29bijと、これらのシフトレジス
タ29aij,29bijの内容を順次読出す読出し手段(図示せ
ず)と、読出されたシフトレジスタ29aij,29bijの内容
と入力内容との論理積を順次計算する論理積手段(第1,
2論理演算手段)としてのANDゲート30aij,30bijと、こ
れらのANDゲート30aij,30bij出力なる複数の論理積の結
果同士の論理和を組別に分けられたグループ別に順次計
算する論理和手段(第3,4論理演算手段)としての2つ
のORゲート15a,15bと、一方のグループについてのORゲ
ート15aと他方のグループについてのORゲート15bの論理
和出力の論理和出力のインバータ16による否定との論理
積を順次計算するANDゲート17(論理演算手段)とによ
り形成されている。この場合も、ANDゲート30、ORゲー
ト15、論理演算手段18なる論理回路により請求項1記載
の発明にいう演算処理手段31が構成されている。即ち、
1つの入力に対してシフトレジスタ29aij,29bijにより
結合係数が2組用意されている。この場合、シフトレジ
スタ29aij,29bijの内容は異なっていてもよいが、本実
施例では、一方のシフトレジスタ29aijには興奮性の接
合係数Tijが格納され、他方のシフトレジスタ29bijには
抑制性の結合係数Tijが格納されている。
In the case of FIG. 3, the nerve cell mimicking unit 11 is provided with a plurality of input lines 28 ij and a memory (first and second memories) each of which is provided with two sets for each input and stores the coupling coefficient T ij. Shift registers 29a ij , 29b ij , reading means (not shown) for sequentially reading the contents of these shift registers 29a ij , 29b ij , and the read contents and input contents of the shift registers 29a ij , 29b ij. AND means for sequentially calculating the logical product of
AND gates 30a ij and 30b ij as (2 logic operation means), and a logical sum that sequentially calculates the logical sum of the results of a plurality of logical ANDs output from these AND gates 30a ij and 30b ij for each group divided into groups. Two OR gates 15a and 15b as means (third and fourth logical operation means), and an inverter 16 of a logical sum output of logical sum outputs of the OR gate 15a for one group and the OR gate 15b for the other group It is formed by an AND gate 17 (logical operation means) that sequentially calculates a logical product with negation. In this case as well, the AND gate 30, the OR gate 15, and the logical operation means 18 constitute the arithmetic processing means 31 according to the present invention. That is,
Two sets of coupling coefficients are prepared for one input by the shift registers 29a ij and 29b ij . In this case, the contents of the shift registers 29a ij and 29b ij may be different, but in the present embodiment, one shift register 29a ij stores the excitatory junction coefficient T ij and the other shift register 29b ij. The inhibitory coupling coefficient T ij is stored in.

なお、これらの構成において、論理演算手段(出力手
段)18はいずれの場合も、第4図に示すようにANDゲー
ト17に代えて、論理演算手段としてORゲート32を用いた
構成とし、最終段で論理和をとるようにしてもよい。
In any of these configurations, the logical operation means (output means) 18 is configured to use an OR gate 32 as the logical operation means instead of the AND gate 17 as shown in FIG. You may take the logical sum with.

何れの回路構成による場合も、本実施例方式では、入
出力信号は全て2値化され、かつ、同期化されたものが
用いられる。例えば、「1」と「0」との2値とする。
ある入力jの信号の量は、パルス密度で表現するものと
し、例えばある一定期間内にある「1」の状態数で表わ
される。第5図は同期クロックと0.5なる情報を表す信
号を示した図であり、同期パルス10個中に入力信号とし
ては「1」が5個、「0」が5個存在する。この時、
「1」と「0」との並び方はランダムであることが望ま
しい。
In any of the circuit configurations, in the present embodiment method, all the input / output signals are binarized and synchronized. For example, it is a binary value of "1" and "0".
The amount of a signal of a certain input j is represented by a pulse density, and is represented by, for example, the number of states of “1” within a certain fixed period. FIG. 5 is a diagram showing a signal that represents a synchronization clock and information of 0.5. There are 5 "1" and 5 "0" as input signals in 10 synchronization pulses. This time,
It is desirable that the arrangement of "1" and "0" is random.

一方、結合係数Tijも同様にパルス密度で表現し、
「0」と「1」とのビット列として予めメモリ(シフト
レジスタ13,19,29)上に用意しておく。例えば、「1001
010110」は0.5を表すが、この時、「0」と「1」の並
び方は入力と同様にランダムである方が望ましい(具体
的にどのように決めるかは後述する)。このような2値
のビット列を同期クロックに応じてメモリ(シフトレジ
スタ13,19,29)上より順次読出し、ANDゲート14,23又は
30により、入力パルス列との論理積をとる。これによ
り、あるi番目の神経細胞である神経細胞模倣ユニット
11への入力を定義する。即ち、上例を用いて説明する
と、第6図に示すように、入力信号が「1010001011」で
入力した時、これと同期してメモリ上より結合係数Tij
のビット列「1001010110」を呼出し、順次論理積をとる
ことにより、結果「1000000010」が得られ、これは入力
Vijが結合係数Tijにより変換されパルス密度が0.2とな
ることを示している。この部分は近似的には、出力のパ
ルス密度が、入力信号のパルス密度と結合係数Tijのパ
ルス密度との積となり、アナログ方式の結合係数と同様
の機能を有することを意味する。これは、信号の列が長
い程、また、「1」と「0」の並び方がランダムである
程、積に近い機能となる。なお、入力パルス列に比べて
結合係数Tijのパルス列が短く読出すべきデータがなく
なってしまった場合には、再びデータの先頭に戻って、
読出しを繰返すようにすればよい。
On the other hand, the coupling coefficient T ij is similarly expressed by pulse density,
A bit string of "0" and "1" is prepared in advance in the memory (shift registers 13, 19, 29). For example, "1001
"010110" represents 0.5, but at this time, it is desirable that the arrangement of "0" and "1" be random as in the input (how to specifically determine will be described later). Such binary bit strings are sequentially read from the memory (shift registers 13, 19, 29) according to the synchronous clock, and AND gates 14, 23 or
The logical product of 30 and the input pulse train is obtained. As a result, a nerve cell mimicking unit that is a certain i-th nerve cell
Define the input to 11. That is, to explain using the above example, as shown in FIG. 6, when the input signal is “1010001011”, the coupling coefficient T ij is read from the memory in synchronization with this.
The bit string "1001010110" of is called and the logical product is sequentially obtained, and the result "1000000010" is obtained.
It shows that V ij is transformed by the coupling coefficient T ij and the pulse density becomes 0.2. This part approximately means that the output pulse density is the product of the pulse density of the input signal and the pulse density of the coupling coefficient T ij , and has the same function as the analog coupling coefficient. This is a function closer to the product as the signal sequence is longer and the arrangement of "1" and "0" is more random. When the pulse train of the coupling coefficient T ij is shorter than the input pulse train and there is no data to be read, it returns to the beginning of the data again,
The reading may be repeated.

ところで、1つの神経細胞模倣ユニット11は多入力で
あるので、上述した入力信号と結合係数Tijとの論理積
も多数あるので、次にORゲート15によりこれらの論理和
をとる。この時、各入力は同期化されているので、例え
ば1番目のデータが「1000000010」、2番目のデータが
「0110100100」の場合、両者の論理和は第7図に示すよ
うに「1110100110」となる。これを多入力同時に計算
し、出力とする。この部分の処理は、アナログ計算にお
ける和の計算及び非線形関数(シグモイド関数)の部分
の処理に対応する。パルス密度が低い場合、その論理和
をとったもののパルス密度は各々のパルス密度の和に近
似的に一致する。パルス密度が高くなるにつれて、論理
和の出力はだんだん飽和してくるので、パルス密度の和
とは結果が一致せず、非線形性が出てくる。論理和の場
合、パルス密度は1より大きくなることはなく、かつ、
0より小さくなることもなく、また、単調増加でありシ
グモイド関数と近似的に同様となる。
By the way, since one nerve cell mimicking unit 11 has multiple inputs, there are also many logical products of the above-mentioned input signal and the coupling coefficient T ij. Therefore, the OR gate 15 calculates the logical sum of these. At this time, since the respective inputs are synchronized, for example, if the first data is "1000000010" and the second data is "0110100100", the logical sum of both is "1110100110" as shown in FIG. Become. This is calculated for multiple inputs at the same time and used as the output. The processing of this part corresponds to the calculation of the sum in the analog calculation and the processing of the part of the non-linear function (sigmoid function). When the pulse density is low, the pulse density of the logical sum thereof approximately matches the sum of the pulse densities. As the pulse density increases, the output of the logical sum gradually becomes saturated, so the result does not match the sum of the pulse densities, and nonlinearity appears. In the case of OR, the pulse density will never be greater than 1, and
It does not become smaller than 0, and is monotonically increasing, and is approximately the same as the sigmoid function.

また、結合には興奮性と抑制性とがあり、数値計算の
場合には、結合係数の正負符号で表し、アナログ回路の
場合であれば結合係数Tijが負となる場合(抑制性結
合)には反転増幅器を用いて出力を反転させTijに相当
する抵抗値で他の神経細胞に結合させるようにしてい
る。この点、本実施例のデジタル方式にあっては、ま
ず、結合係数Tijの正負により各結合を興奮性結合と抑
制性結合との2つのグループに分け、次いで、各々入力
信号と結合係数のパルス列との論理和をとる部分までの
計算をグループ毎に行い、その後で、興奮性結合グルー
プの出力が「1」で、抑制性結合グループの出力が
「0」の時のみ神経細胞模倣ユニット11から出力「1」
を出すようにすればよい。この機能を実現するために
は、第8図に示すように、抑制性結合グループの出力の
否定と興奮性結合グループの出力との論理積をとればよ
い。これによりデジタル式であっても興奮性結合と抑制
性結合との両方を実現できる。図では、メモリとしてシ
フトレジスタ13,21又は29を用いているが、市販のメモ
リとコントローラとを組合せたものでもよい。
In addition, the coupling has excitability and inhibitory property, and in the case of numerical calculation, it is represented by the positive / negative sign of the coupling coefficient, and in the case of an analog circuit, the coupling coefficient T ij becomes negative (inhibitory coupling). The output is inverted using an inverting amplifier and is coupled to other nerve cells with a resistance value equivalent to T ij . In this respect, in the digital system of the present embodiment, first, each coupling is divided into two groups, an excitatory coupling and an inhibitory coupling, depending on whether the coupling coefficient T ij is positive or negative. The calculation up to the part that takes the logical sum with the pulse train is performed for each group, and then, only when the output of the excitatory coupling group is “1” and the output of the inhibitory coupling group is “0”, the neuronal cell mimicking unit 11 Output from "1"
Should be issued. In order to realize this function, as shown in FIG. 8, the logical product of the negation of the output of the inhibitory coupling group and the output of the excitatory coupling group may be taken. This makes it possible to realize both excitatory coupling and inhibitory coupling even if they are digital. In the figure, the shift register 13, 21 or 29 is used as the memory, but a commercially available memory and controller may be combined.

この時、入力線12aj,12bjなる入力段階で予め興奮性
結合と抑制性結合とを2つのグループに分け、どの入力
が何れの結合であるかを予め固定してグループ毎に論理
積計算、論理和計算まで行うようにしたのが第1図方式
である。また、興奮性結合、抑制性結合を表す1ビット
情報を別にメモリ22に用意し(どちらの結合が「0」で
も「1」でもよい)、このメモリ22の内容に応じて切換
え可能に構成したのが第2図方式である。この切換え機
能については、例えば第2図中に示すようにインバータ
25、ANDゲート24等による論理回路により簡単に実現で
きる他、リレー等を用いて構成することもできる。さら
に、各入力毎に興奮性結合、抑制性結合を示す結合係数
を格納するためのメモリを2組ずつ用意しておくように
したのが第3図方式である。
At this time, excitatory coupling and inhibitory coupling are divided into two groups in advance at the input stage of the input lines 12a j , 12b j , and which input is which coupling is fixed in advance and the logical product is calculated for each group. The method shown in FIG. 1 is such that the logical sum calculation is performed. In addition, 1-bit information representing excitatory coupling and inhibitory coupling is separately prepared in the memory 22 (either coupling may be “0” or “1”), and it is configured to be switchable according to the content of the memory 22. Is the method shown in FIG. Regarding this switching function, for example, as shown in FIG.
It can be easily realized by a logic circuit such as 25 and AND gate 24, and can also be configured by using a relay or the like. Further, in the system shown in FIG. 3, two sets of memories for storing coupling coefficients indicating excitatory coupling and inhibitory coupling are prepared for each input.

なお、第4図に示したようにORゲート32を用いた論理
演算手段18とし、両グループとも「0」又は「1」のと
きは「1」を出力するようにさせてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 4, the OR gate 32 may be used as the logical operation means 18, and both groups may output "1" when "0" or "1".

上述した説明は、神経細胞模倣ユニット11単体につい
てであるが、実際に機能させるためには複数の神経細胞
模倣ユニット11を設けてネットワークとする必要があ
る。このためには、例えば第9図に示すように階層型ネ
ットワーク構造とし、ある神経細胞模倣ユニット11の出
力を次層の各神経細胞模倣ユニット11の入力に結合させ
る。そしてネットワーク全体を同期させておけば、次々
と同じ機能で計算することが可能となる。
The above description is about the nerve cell mimicking unit 11 alone, but it is necessary to provide a plurality of nerve cell mimicking units 11 to form a network in order to actually function. For this purpose, for example, as shown in FIG. 9, a hierarchical network structure is used, and the output of a certain nerve cell mimicking unit 11 is connected to the input of each nerve cell mimicking unit 11 in the next layer. And if the whole network is synchronized, it is possible to calculate with the same function one after another.

ところで、このようなネットワークにおける結合係数
Tijの求め方について説明する。第10図は従来数値計算
でよく用いられている神経細胞モデル(マッカロー、ピ
ッツモデル)であり、このモデルのネットワークを考え
バックプロパゲーション手法を適用すればよい。まず、
層の構成をデジタル回路と同じにし(層の数、各層のニ
ューロンの数)、入力は0〜1のアナログ値とする。結
合係数は興奮性の場合「正」、抑制性の場合「負」と
し、第10図に関する式 yj=f(ΣxiTij) f(x)=1/(1+e-x) ……(1) を用いて計算する。これをネットワーク各層について順
次計算を行い、最終出力を得る。結合係数は最初ランダ
ムに選んでおく。入力を与えると、何んらかの出力yi
得られるので、これを望ましい出力tiと比較し、 なる式に基づいて結合係数Tijを求め直す。これを何回
か繰返すうちに、やがてある入力を与えた時に望ましい
出力が得られるようになる。この動作を予め計算機上で
行い、結合係数Tijを計算し、これをパルス密度に変換
する。この時、パルス列は前述したようにパルス間隔が
ランダムな方が望ましい。アナログ値よりパルス列を求
めるには、例えば、計算機内で乱数を発生させ、アナロ
グ値との比較を行い、乱数の方が大きければ「1」、乱
数の方が小さければ「0」とし、この操作を何回か繰返
すことにより所望のパルス列が得られる。このようにし
て得られたパルス列をそのままメモリ(シフトレジスタ
13,21,29)上に格納させる。
By the way, the coupling coefficient in such networks
The method of obtaining T ij will be described. FIG. 10 shows a nerve cell model (McCulleau, Pitts model) that has been often used in conventional numerical calculation, and the backpropagation method may be applied by considering the network of this model. First,
The layer configuration is the same as that of the digital circuit (the number of layers, the number of neurons in each layer), and the input is an analog value of 0 to 1. The coupling coefficient is "positive" for excitability and "negative" for inhibitory properties, and the equation y j = f (Σx i T ij ) f (x) = 1 / (1 + e -x ) ...... ( 1) is used to calculate. This is sequentially calculated for each layer of the network to obtain the final output. The coupling coefficient is randomly selected at first. Given an input, we get some output y i , so compare this to the desired output t i , The coupling coefficient T ij is recalculated based on the following equation. After repeating this several times, the desired output will be obtained when given an input. This operation is performed on a computer in advance, the coupling coefficient T ij is calculated, and this is converted into a pulse density. At this time, the pulse train preferably has random pulse intervals as described above. To obtain the pulse train from the analog value, for example, a random number is generated in the computer and compared with the analog value. If the random number is larger, the value is "1", and if the random number is smaller, the value is "0". A desired pulse train is obtained by repeating the above procedure several times. The pulse train thus obtained is stored directly in a memory (shift register
13,21,29) to be stored above.

なお、結合係数Tijの求め方としては、次のようにし
てもよい。即ち、階層型ネットワークの場合、次式を用
いて結合係数Tijを決定する。このとき、当初には結合
係数Tijはランダムに決定しておく。
The method of obtaining the coupling coefficient T ij may be as follows. That is, in the case of a hierarchical network, the coupling coefficient T ij is determined using the following equation. At this time, initially, the coupling coefficient T ij is randomly determined.

a.最終出力層において得られた出力と理想出力とから、
誤差信号δを計算する。
a. From the output obtained in the final output layer and the ideal output,
Calculate the error signal δ.

なお、誤差を数値で表現すると、一般には正負両方の
値をとり得るが、パルス密度ではそのような表現はでき
ないので+成分を表す信号と、−成分を表す信号との2
つを使って誤差信号を表現するものとする。即ち、出力
をy、理想出力をdとすると、 δ≡(y XOR d)AND d δ≡(y XOR d)AND y ……(3) b.この誤差信号δから結合係数Tijを新たに求める。即
ち、 c.aの誤差信号から1つ前の層での計算に用いる誤差信
号を求める。
When the error is expressed by a numerical value, generally, both positive and negative values can be taken. However, since such an expression cannot be made by the pulse density, a signal representing a + component and a signal representing a − component are 2
Shall be used to represent the error signal. That is, assuming that the output is y and the ideal output is d, δ + ≡ (y XOR d) AND d δ ≡ (y XOR d) AND y (3) b. The coupling coefficient T ij is calculated from this error signal δ. Newly asked. That is, From the error signal of ca, the error signal used for the calculation in the previous layer is obtained.

GPi=δ+ i∩Tij,GMi=δ- i∩Tij (T=興奮性) GPi=δ- i∩Tij,GMi=δ+ i∩Tij (T=抑制性) ……(5) d.1つ前の層で誤差信号を求める。GP i = δ + i ∩T ij , GM i = δ - i ∩T ij (T = excitability) GP i = δ - i ∩T ij , GM i = δ + i ∩T ij (T = inhibitory) (5) d. Find the error signal in the previous layer.

e.b,cと同様の計算をする。 Perform the same calculation as eb, c.

f.さらに1つ前の層でd,eの計算をし、最初の層まで同
じ計算を繰返す。
f. Calculate d and e in the previous layer, and repeat the same calculation until the first layer.

このような計算を、出力yが理想出力dになるまで何
度も繰返し、最終的に結合係数Tijを求める。これを計
算機上で求め、得られたパルス列をそのままメモリ(シ
フトレジスタ13,21,29)上に格納させる。
Such calculation is repeated many times until the output y becomes the ideal output d, and finally the coupling coefficient T ij is obtained. This is obtained on a computer, and the obtained pulse train is stored in the memory (shift registers 13, 21, 29) as it is.

一方、入力データは一般にアナログ値であることが多
いので、これをパルス列に変換するには、上記の場合と
同様に乱数発生機により乱数を発生させ、これと入力デ
ータとを比較し大小判定により「1」又は「0」を発生
させれば所望のものが得られる。また、出力もパルス列
にて出力されるが、これはカウンタ等を用いればパルス
密度に相当する値を求めることができる。また、用途に
よってはパルス列出力のまま用いるようにしてもよい。
On the other hand, the input data is generally an analog value, so to convert this into a pulse train, a random number is generated by a random number generator as in the above case, and this is compared with the input data to determine the magnitude. The desired one is obtained by generating "1" or "0". Further, the output is also output in the form of a pulse train, which can be obtained as a value corresponding to the pulse density by using a counter or the like. Further, depending on the application, the pulse train output may be used as it is.

本実施例のように信号をパルス密度により表現し処理
する方式は、実際の回路のみならず、計算機上でシミュ
レートする場合にも有用である。即ち、計算機上では演
算が直列的に行われるが、アナログ値を用いて計算させ
るのに比べ、「0」「1」の2値の論理演算のみである
ので、計算速度は著しく向上するものとなる。一般に、
実数値の四則演算は、1回の計算に多くのマシンサイク
ルを必要とするが、本実施例のような論理演算では少な
くて済む。また、論理演算のみであると高速処理向けの
低水準言語が使用しやすいものとなる利点も併せ持つ。
The method of expressing and processing a signal by pulse density as in the present embodiment is useful not only for actual circuits but also for simulation on a computer. That is, the calculation is performed serially on the computer, but compared with the calculation using the analog value, only the binary logical calculation of "0" and "1" is performed, so the calculation speed is significantly improved. Become. In general,
A real-valued four arithmetic operation requires many machine cycles for one calculation, but the number of arithmetic operations required by the logical operation as in this embodiment is small. In addition, it has an advantage that a low-level language for high-speed processing can be easily used if only logical operations are performed.

ところで、第2図の神経細胞模倣ユニット11構成例に
よる具体例を説明する。まず、各入力に対する結合係数
には128ビット分のシフトレジスタ21を用いる。中身は
ローテションさせて用いるものとする。さらに、興奮
性、、抑制性を区別するために各入力に対し1ビット分
のメモリ22を持ち、「1」の時に抑制性、「0」の時に
興奮性とした。このようなユニット構成のものを、第9
図に示すようにネットワーク構成した。ここでは、3層
構造であり、図中、入力側の第1層は256個、中間の第
2層は4個、出力側の第3層は5個の神経細胞模倣ユニ
ット11からなる。このような3層構造において、第1,2
層間、第2,3層間は、ユニット同士の出入力が全て結合
されている。
Now, a specific example of the configuration example of the nerve cell mimicking unit 11 shown in FIG. 2 will be described. First, the shift register 21 for 128 bits is used as the coupling coefficient for each input. The contents should be rotated and used. Further, in order to distinguish between excitability and suppressiveness, a 1-bit memory 22 is provided for each input, and when it is "1", it is suppressive and when it is "0", it is excitable. With such a unit structure,
The network was configured as shown in the figure. Here, it has a three-layer structure. In the figure, the first layer on the input side is composed of 256, the second layer in the middle is composed of four, and the third layer on the output side is composed of five nerve cell mimicking units 11. In such a three-layer structure, the first and second
The input and output of the units are all coupled between the layers and between the second and third layers.

このようなネットワークに対し、本具体例では、手書
き文字を入力し文字認識を行わせたものである。このた
めの結合係数(シフトレジスタ21の内容)は、コンピュ
ータシミュレーションにより次のように求めた。まず、
第11図に示すような文字をスキャナで読取り、16×16の
メッシュに分け、文字部分のあるメッシュをパルス密度
「1」、ないメッシュをパルス密度「0」とした。この
256個のデータをネットワークに入力させ、出力は5個
ある第3層の神経細胞模倣ユニット11の出力中で一番出
力の大きい出力のものの位置が、認識結果となるように
した。そのため、「1」〜「5」までの数字を入力した
時、その数字に対応する番号の出力が一番大きくなるよ
うに学習させた。具体的には、各結合係数、興奮性結
合、抑制性結合の区別を、次の手順により求めた。ま
ず、本実施例と同じネットワーク構成、即ち、第1,2,3
層が各々256個、4個、5個のユニットからなるネット
ワークを計算機シミュレーション上で用意し、前述した
場合と同様な入力信号を入力させる。最初は、各結合係
数をランダムにしておくと、出力結果は必ずしも所望の
ものとはならない。そこで、前述した(2)式を用いて
各結合係数を新たに求め直し、これを何回か繰返すこと
により、所望の出力が得られるようにする。このように
求めた結合係数の絶対値を、前述した手順でパルス密度
に変換し、結果をシフトレジスタ21に書込んだ。また、
結合係数の正負が興奮性、抑制性の区別を表すので、こ
れをメモリ22に書込んだ。ここでは、入力が「0」か
「1」であるので、入力パルス列は常にLレベル、又は
Hレベルなる単純なものであり、前述したような乱数発
生機は特に必要ない。また、第3層からの最終出力は、
トランジスタを介してLEDを結び、Lレベル出力の時に
はLEDが消灯、Hレベル出力の時には点灯させるように
した。また、同期クロックの周波数は1000kHzとしたの
で、パルス密度に応じて、人間の目にはLEDの明るさが
変ることになり、一番明るいLED部分が答えとなる。計
算機シミュレーションで十分に学習させた文字に対し
て、この回路により認識を行わせた結果、計算機シミュ
レーションと同様の結果が得られたものである。
In this specific example, a handwritten character is input and character recognition is performed on such a network. The coupling coefficient (contents of the shift register 21) for this purpose was obtained by computer simulation as follows. First,
Characters as shown in FIG. 11 were read by a scanner and divided into 16 × 16 meshes, a mesh having a character portion was set to a pulse density “1”, and a mesh having no character portion was set to a pulse density “0”. this
256 pieces of data were input to the network, and the position of the output having the largest output among the outputs of the nerve cell mimicking unit 11 of the third layer having 5 outputs was set as the recognition result. Therefore, when a number from "1" to "5" is input, learning is performed so that the output of the number corresponding to the number becomes the largest. Specifically, each coupling coefficient, excitatory coupling, and inhibitory coupling were determined by the following procedure. First, the same network configuration as this embodiment, that is, the first, second, and third
A network having 256, 4, and 5 units each is prepared on a computer simulation, and the same input signal as that described above is input. Initially, if each coupling coefficient is made random, the output result is not always the desired one. Therefore, each coupling coefficient is newly obtained by using the above-mentioned equation (2), and this is repeated several times so that a desired output can be obtained. The absolute value of the coupling coefficient thus obtained was converted into a pulse density by the procedure described above, and the result was written in the shift register 21. Also,
Since the sign of the coupling coefficient indicates the excitability and the inhibitory property, this was written in the memory 22. Here, since the input is "0" or "1", the input pulse train is always L level or H level, and the random number generator as described above is not particularly necessary. Also, the final output from the third layer is
The LED is connected through a transistor so that the LED is turned off when the L level is output and is turned on when the H level is output. Also, since the frequency of the synchronization clock is set to 1000 kHz, the brightness of the LED will change to the human eye depending on the pulse density, and the brightest LED part will be the answer. As a result of recognizing the characters sufficiently learned by the computer simulation by this circuit, the same result as the computer simulation was obtained.

なお、異なる具体例として、第3図構成のもので、第
9図に示すように3層構造にネットワーク構成し、入力
側の第1層は256個、中間の第2層は20個、出力側の第
3層は5個の神経細胞模倣ユニットとし、第11図に示す
ような文字をスキャナで読取り、同様にコンピュータシ
ミュレーション学習して結合係数を求め、シフトレジス
タ29に書込んだ。ここに、各結合係数には興奮性、抑制
性があるので、それに応じて興奮性のものは2組の内、
シフトレジスタ29a側にのみ書込み、抑制性のものはシ
フトレジスタ29b側にのみ書込むようにした。このよう
な回路により認識を行わせた結果も、計算機シミュレー
ションと同様の結果が得られたものである。
As a different concrete example, as shown in FIG. 9, the network is configured to have a three-layer structure as shown in FIG. 9. The first layer on the input side is 256, the second layer in the middle is 20, and the output is The third layer on the side was made up of five nerve cell mimicking units, the characters as shown in FIG. 11 were read by a scanner, the computer simulation learning was carried out in the same manner to obtain the coupling coefficient, and the coupling coefficient was written in the shift register 29. Here, since each coupling coefficient has excitatory and inhibitory properties, the excitable one is correspondingly selected from the two sets,
Only the shift register 29a side is written, and the suppressive one is written only to the shift register 29b side. As a result of recognition performed by such a circuit, the same result as the computer simulation was obtained.

発明の効果 本発明は、上述したように構成したので、全てデジタ
ル的な処理によるため、アナログ方式のように増幅器の
温度特性等の影響を受けるといった問題がなく、安定し
た動作を行わせることができ、また、結合係数について
もメモリ上に用意されているので、抵抗値等による場合
と異なり、書換え可能であり、汎用性を持たせることが
でき、また、論理回路等により簡略に回路構成すること
ができ、神経細胞模倣ユニット数が数千のオーダとなる
神経回路網を実現することができ、特に、パルス密度表
現による信号を扱うため、回路機能を計算機上でシミュ
レートする時も、単純2値による処理のため、計算速度
が速く、高速計算向きの低水準言語にも適したものとな
る。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is configured as described above, since it is entirely digital processing, there is no problem of being affected by the temperature characteristics of the amplifier as in the analog system, and stable operation can be performed. Also, since the coupling coefficient is also prepared in the memory, it is rewritable and versatile, unlike the case where the resistance value is used, and the circuit configuration is simplified by a logic circuit or the like. It is possible to realize a neural network with an order of several thousands of neural cell mimicking units. In particular, since a signal based on pulse density expression is handled, it is simple to simulate the circuit function on a computer. Because of the binary processing, the calculation speed is high and it is suitable for low-level languages suitable for high-speed calculation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図ないし第11図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は請求項6,7記載の発明のユニット構成を示すブ
ロック図、第2図は請求項4,5記載の発明のユニット構
成を示すブロック図、第3図は請求項8,9記載の発明の
ユニット構成を示すブロック図、第4図は変形例を示す
ブロック図、第5図ないし第8図は動作を示すパルス列
のタイミングチャート、第9図はネットワーク構成を示
す概念図、第10図は神経細胞モデルの模式図、第11図は
説明図、第12図及び第13図は従来例を示す回路図であ
る。 11……神経細胞模倣ユニット、12,20,28……入力線、1
3,21,22,29……メモリ、14,23,30……論理積手段、15…
…論理和手段、18……論理演算手段、19,27,31……論理
演算処理手段
1 to 11 show an embodiment of the present invention.
1 is a block diagram showing a unit configuration of the invention of claims 6 and 7, FIG. 2 is a block diagram showing a unit configuration of the invention of claims 4 and 5, and FIG. 3 is a diagram of claims 8 and 9 4 is a block diagram showing a unit configuration of the invention of FIG. 4, FIG. 4 is a block diagram showing a modified example, FIGS. 5 to 8 are timing charts of pulse trains showing operation, FIG. 9 is a conceptual diagram showing a network configuration, and FIG. FIG. 11 is a schematic diagram of a nerve cell model, FIG. 11 is an explanatory diagram, and FIGS. 12 and 13 are circuit diagrams showing a conventional example. 11 …… Nerve cell mimicry unit, 12,20,28 …… Input line, 1
3,21,22,29 …… Memory, 14,23,30 …… AND product, 15…
... OR means, 18 ... Logic operation means, 19,27,31 ... Logic operation processing means

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の神経細胞模倣ユニットを備えてパル
ス密度によって定められた入力を処理する神経細胞模倣
回路網において、 前記各神経細胞模倣ユニットが、 複数の入力線と、 各入力に対して個別に設けられてパルス密度で定められ
た接合係数を記憶したメモリと、 これらのメモリの内容を順次読出す読出し手段と、 読出された前記メモリの内容と入力内容とをデジタル的
に演算処理してパルス密度によって定められたそれぞれ
2値化された出力として出力する演算処理手段と を有し、 ある神経細胞模倣ユニットの出力を自己又は他の神経細
胞模倣ユニットの入力に結合させたことを特徴とする神
経細胞模倣回路網。
1. A nerve cell mimicking network comprising a plurality of nerve cell mimicking units for processing inputs defined by pulse density, wherein each nerve cell mimicking unit comprises a plurality of input lines and for each input. Memories individually provided to store the junction coefficient determined by the pulse density, reading means for sequentially reading the contents of these memories, and digitally processing the read contents of the memory and the input contents. And an arithmetic processing means for outputting each as a binarized output determined by the pulse density, and the output of a certain nerve cell mimicking unit is coupled to the input of self or another nerve cell mimicking unit. A neural cell mimicking network.
【請求項2】演算処理手段を論理演算処理手段としたこ
とを特徴とする請求項1記載の神経細胞模倣回路網。
2. The neural cell mimicking network according to claim 1, wherein the arithmetic processing means is a logical arithmetic processing means.
【請求項3】複数の入力信号を処理し、処理結果を表す
神経細胞模倣出力信号を出力するための神経細胞模倣ユ
ニットにおいて、 パルス密度による信号量で表された入力信号を受けるた
めの複数の入力線と、 パルス密度で定められた結合係数を格納するためのメモ
リと、 前記入力線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対
応する前記メモリから読出される結合係数との論理積を
入力線毎に演算する第1論理演算手段と、 この第1論理演算手段からの興奮型信号を各々入力して
論理演算する第2論理演算手段と、 前記第1論理演算手段からの抑制型信号を各々入力して
論理演算する第3論理演算手段と、 これらの第2論理演算手段と第3論理演算手段との出力
信号を合成して神経細胞模倣出力信号を出力する第4論
理演算手段と を備えたことを特徴とする神経細胞模倣ユニット。
3. A nerve cell mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a nerve cell mimicking output signal representing a processing result, wherein a plurality of input signals represented by a signal amount according to pulse density are received. An input line, a memory for storing a coupling coefficient determined by a pulse density, a logical product of the input signal received from the input line and a coupling coefficient read from the memory corresponding to the input line is input line. A first logical operation means for each operation, a second logical operation means for inputting an excitatory signal from the first logical operation means to perform a logical operation, and a suppression type signal from the first logical operation means, respectively. A third logic operation means for inputting and performing a logic operation, and a fourth logic operation means for synthesizing output signals of the second logic operation means and the third logic operation means and outputting a nerve cell mimicking output signal. A neuron mimicking unit characterized by
【請求項4】複数の神経細胞模倣ユニットを備えてパル
ス密度によって定められた入力を処理する神経細胞模倣
回路網において、 前記各神経細胞模倣ユニットを、 複数の入力線と、 各入力に対して個別に設けられてパルス密度で定められ
た結合係数とグループ分け用の1ビット情報とを記憶し
た少なくとも3ビット以上のメモリと、 前記グループ分け用の1ビット情報を除いてこれらのメ
モリの内容を順次読出す読出し手段と、 読出された前記メモリの内容と入力内容との論理積を順
次計算する論理積手段と、 複数の論理積の結果同士の論理和を前記メモリ中の前記
グループ分け用の1ビット情報により分けられるグルー
プ別に順次計算する論理和手段と、 グループ別の演算結果同士を論理演算処理して出力する
論理演算手段と により形成し、 ある神経細胞模倣ユニットの出力を自己又は他の神経細
胞模倣ユニットの入力に結合させたことを特徴とする神
経細胞模倣回路網。
4. A nerve cell mimicking network comprising a plurality of nerve cell mimicking units for processing inputs defined by pulse density, wherein each nerve cell mimicking unit is provided with a plurality of input lines and for each input. A memory of at least 3 bits, which is separately provided and stores the coupling coefficient determined by the pulse density and the 1-bit information for grouping, and the contents of these memories except the 1-bit information for grouping Reading means for sequentially reading, logical product means for sequentially calculating the logical product of the read contents of the memory and input contents, and a logical sum of the results of a plurality of logical products for grouping in the memory The logical sum means for sequentially calculating the groups divided by the 1-bit information and the logical operation means for performing logical operation processing on the operation results of the groups and outputting the result. Forms, nerve cell mimics circuitry is characterized in that by coupling the output of one neuron mimetic unit to the input of the self or other nerve cells mimicking unit.
【請求項5】複数の入力信号を処理し、処理結果を表す
神経細胞模倣出力信号を出力するための神経細胞模倣ユ
ニットにおいて、 入力信号を受けるための複数の入力線と、 各入力線毎に対応する結合係数を格納するための第1の
メモリと、 前記入力線毎にその入力線が興奮性グループと抑制性グ
ループとの内の何れのグループに対応するかを示すため
のグループ情報を格納するための第2のメモリと、 前記入力線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対
応する前記第1のメモリから読出される結合係数との論
理積を入力線毎に演算する第1論理演算手段と、 前記第2のメモリから読出される前記グループ情報と前
記第1論理演算手段から出力される論理積との論理積を
入力線毎に演算する第2論理演算手段と、 前記第2のメモリから読出される前記グループ情報の反
転情報と前記第1論理演算手段から出力される論理積と
の論理積を入力線毎に演算する第3論理演算手段と、 これらの第2論理演算手段から出力される論理積同士の
論理和を演算する第4論理演算手段と、 これらの第3論理演算手段から出力される論理積同士の
論理和を演算する第5論理演算手段と、 この第5論理演算手段から出力される論理和を反転させ
るインバータと、このインバータ出力と前記第4論理演
算手段から出力される論理和との論理積又は論理和を演
算する論理演算手段とよりなり神経細胞模倣出力信号を
出力する出力手段と を備えたことを特徴とする神経細胞模倣ユニット。
5. A nerve cell mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a nerve cell mimicking output signal representing the processing result, wherein a plurality of input lines for receiving the input signals and each input line are provided. A first memory for storing a corresponding coupling coefficient; and group information for indicating, for each input line, which group of the excitatory group and the inhibitory group the input line corresponds to And a second memory for performing the logical product of the input signal received from the input line and the coupling coefficient read from the first memory corresponding to the input line for each input line. Means for calculating the logical product of the group information read from the second memory and the logical product output from the first logical operation means for each input line; and the second logical operation means. From memory Third logical operation means for calculating the logical product of the inversion information of the group information issued and the logical product output from the first logical operation means, and output from these second logical operation means. Fourth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products, fifth logical operation means for calculating the logical sum of the logical products output from these third logical operation means, and from the fifth logical operation means An inverter for inverting the output logical sum, and a logical operation means for calculating the logical product or logical sum of the output of this inverter and the logical sum output from the fourth logical operation means A neural cell mimicking unit, comprising:
【請求項6】複数の神経細胞模倣ユニットを備えてパル
ス密度によって定められた入力を処理する神経細胞模倣
回路網において、 前記各神経細胞模倣ユニットを、 2つのグループに分けられた複数の入力線と、 各入力に対して個別に設けられてパルス密度で定められ
た結合係数を記憶した少なくとも2ビット以上のメモリ
と、 これらのメモリの内容を順次読出す読出し手段と、 読出された前記メモリの内容と入力内容との論理積を順
次計算する論理積手段と、 複数の論理積の結果同士の論理和を前記グループ別に順
次計算する論理和手段と、 グループ別の演算結果同士を論理演算処理して出力する
論理演算手段とにより形成し、 ある神経細胞模倣ユニットの出力を自己又は他の神経細
胞模倣ユニットの入力に結合させたことを特徴とする神
経細胞模倣回路網。
6. A nerve cell mimicking network comprising a plurality of nerve cell mimicking units for processing an input determined by pulse density, wherein each nerve cell mimicking unit is provided with a plurality of input lines divided into two groups. A memory having at least 2 bits or more, which is individually provided for each input and stores a coupling coefficient determined by the pulse density, a reading means for sequentially reading the contents of these memories, and a memory for reading the memory. A logical product means for sequentially calculating the logical product of the contents and the input contents, a logical sum means for sequentially calculating the logical sum of the results of a plurality of logical products for each group, and a logical operation process for the operation results for each group It is characterized in that the output of a certain nerve cell mimicking unit is coupled to the input of self or another nerve cell mimicking unit. Nerve cells mimic circuit network.
【請求項7】複数の入力信号を処理し、処理結果を表す
神経細胞模倣出力信号を出力するための神経細胞模倣ユ
ニットにおいて、 第1の入力信号を受けるための複数の第1入力線と、 第2の入力信号を受けるための複数の第2入力線と、 第1入力線毎に対応する結合係数を格納するための第1
メモリと、 第2入力線毎に対応する結合係数を格納するための第2
メモリと、 前記第1入力線から受け取る前記第1の入力信号とこの
第1入力線に対応する第1メモリから読出される結合係
数との論理積を第1入力線毎に演算する第1論理演算手
段と、 前記第2入力線から受け取る前記第2の入力信号とこの
第2入力線に対応する第2メモリから読出される結合係
数との論理積を第2入力線毎に演算する第2論理演算手
段と、 これらの第1論理演算手段から出力される論力積同士の
論理和を演算する第3論理演算手段と、 これらの第2論理演算手段から出力される論理積同士の
論理和を演算する第4論理演算手段と、 この第4論理演算手段から出力される論理和を反転させ
るインバータと、このインバータ出力と前記第3論理演
算手段から出力される論理和との論理積又は論理和を演
算する論理演算手段とよりなり神経細胞模倣出力信号を
出力する出力手段と を備えたことを特徴とする神経細胞模倣ユニット。
7. A nerve cell mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a nerve cell mimicking output signal representing a processing result, and a plurality of first input lines for receiving a first input signal, A plurality of second input lines for receiving the second input signal, and a first for storing a coupling coefficient corresponding to each of the first input lines.
A memory and a second for storing a coupling coefficient corresponding to each second input line
A first logic for calculating, for each first input line, a logical product of a memory, the first input signal received from the first input line, and a coupling coefficient read from the first memory corresponding to the first input line. Second calculating means calculates a logical product of the second input signal received from the second input line and the coupling coefficient read from the second memory corresponding to the second input line for each second input line. A logical operation means, a third logical operation means for calculating a logical sum of logical products output from these first logical operation means, and a logical sum of logical product output from these second logical operation means And a logical product of the inverter output and the logical sum output from the third logical calculation means. Logical operation means for calculating the sum Neurons mimicking unit, characterized in that an output means for outputting the more become neurons mimic output signal.
【請求項8】複数の神経細胞模倣ユニットを備えてパル
ス密度によって定められた入力を処理する神経細胞模倣
回路網において、 前記各神経細胞模倣ユニットを、 少なくとも複数の入力線と、 各入力に対して個別に2組以上設けられてパルス密度で
定められた結合係数を記憶したメモリと、 これらのメモリの内容を順次読出す読出し手段と、 読出された前記メモリの内容と入力内容との論理積を順
次計算する論理積手段と、 複数の論理積の結果同士の論理和を前記メモリの組別に
分けられるグループ別に順次計算する論理和手段と、 グループ別の演算結果同士を論理演算処理して出力する
論理演算手段と により形成し、 ある神経細胞模倣ユニットの出力を自己又は他の神経細
胞模倣ユニットの入力に結合させたことを特徴とする神
経細胞模倣回路網。
8. A nerve cell mimicking network comprising a plurality of nerve cell mimicking units for processing inputs defined by pulse density, wherein each nerve cell mimicking unit comprises at least a plurality of input lines and for each input. And a memory for storing the coupling coefficient determined by the pulse density, the reading means for sequentially reading the contents of these memories, and the logical product of the read contents of the memory and the input contents. And a logical sum means for sequentially calculating the logical sum of the results of a plurality of logical products for each group that can be divided into groups of the memory, and a logical operation processing of the operation results for each group and outputting A neural cell mimicking unit that is coupled to the output of one neuron mimicking unit or the input of another neuron mimicking unit. Imitation circuit network.
【請求項9】複数の入力信号を処理し、処理結果を表す
神経細胞模倣出力信号を出力するための神経細胞模倣ユ
ニットにおいて、 入力信号を受けるための複数の入力線と、 入力線毎に対応する結合係数を各々格納するための第1
メモリ及び第2メモリと、 前記入力線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対
応する第1メモリから読出される結合係数との論理積を
入力線毎に演算する第1論理演算手段と、 前記入力線から受け取る前記入力信号とこの入力線に対
応する第2メモリから読出される結合係数との論理積を
入力線毎に演算する第2論理演算手段と、 これらの第1論理演算手段から出力される論理積同士の
論理和を演算する第3論理演算手段と、 これらの第2論理演算手段から出力される論理積同士の
論理和を演算する第4論理演算手段と、 この第4論理演算手段から出力される論理和を反転させ
るインバータと、このインバータ出力と前記第3論理演
算手段から出力される論理和との論理積又は論理和を演
算する論理演算手段とよりなり神経細胞模倣出力信号を
出力する出力手段と を備えたことを特徴とする神経細胞模倣ユニット。
9. A nerve cell mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a nerve cell mimicking output signal representing a processing result, wherein a plurality of input lines for receiving the input signals are provided, each corresponding to each input line. For storing each coupling coefficient
A memory and a second memory; first logical operation means for calculating, for each input line, a logical product of the input signal received from the input line and the coupling coefficient read from the first memory corresponding to the input line; Second logical operation means for calculating the logical product of the input signal received from the input line and the coupling coefficient read from the second memory corresponding to the input line, and output from the first logical operation means. A third logical operation means for calculating a logical sum of the logical products, a fourth logical operation means for calculating a logical sum of the logical products output from the second logical operation means, and a fourth logical operation And a logical operation means for calculating a logical product or a logical sum of the output of the inverter and the logical sum output from the third logical operation means. Neurons mimicking unit, characterized in that an output means for outputting a force signal.
【請求項10】入力信号及び結合係数をパルス密度によ
る信号量で表現するものとしたことを特徴とする請求項
5,7又は9記載の神経細胞模倣ユニット。
10. The input signal and the coupling coefficient are represented by a signal amount based on a pulse density.
The nerve cell mimicking unit according to 5, 7, or 9.
【請求項11】各結合係数を、予め定められた時間内で
ランダムに配置された第1の値の個数と第2の値の個数
との少なくとも何れか一方により定義されるパルス密度
で表現するものとしたことを特徴とする請求項3又は10
記載の神経細胞模倣ユニット。
11. A coupling density is represented by a pulse density defined by at least one of the number of first values and the number of second values randomly arranged within a predetermined time. Claim 3 or 10 characterized in that
The described neuronal cell mimicking unit.
【請求項12】複数の層を持つ階層型構造を形成する複
数の神経細胞模倣ユニットと、 階層構造のある層の任意の神経細胞模倣ユニットの出力
を階層構造の他の層の任意の神経細胞模倣ユニットの入
力へ結合させる複数の信号線と、 前記神経細胞模倣ユニット中の一部をなし、複数の入力
信号を処理してその処理結果を表す神経細胞模倣出力信
号を出力するための請求項5,7又は9記載の神経細胞模
倣ユニットと よりなることを特徴とする神経細胞模倣回路網。
12. A plurality of nerve cell mimicking units forming a hierarchical structure having a plurality of layers, and outputs of any nerve cell mimicking unit of a layer having a hierarchical structure to any nerve cell of another layer of the hierarchical structure. A plurality of signal lines coupled to an input of a mimicking unit and a part of the neuron mimicking unit for processing a plurality of input signals and outputting a neuron mimicking output signal representing the processing result. A nerve cell mimicking network comprising the nerve cell mimicking unit according to 5, 7, or 9.
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