JPH08123885A - Neuron functional element - Google Patents

Neuron functional element

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JPH08123885A
JPH08123885A JP6258553A JP25855394A JPH08123885A JP H08123885 A JPH08123885 A JP H08123885A JP 6258553 A JP6258553 A JP 6258553A JP 25855394 A JP25855394 A JP 25855394A JP H08123885 A JPH08123885 A JP H08123885A
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JP
Japan
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input
signals
output
chaos
function
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6258553A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kotaro Oka
浩太郎 岡
Hiroto Ogawa
宏人 小川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08123885A publication Critical patent/JPH08123885A/en
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

PURPOSE: To process input signals in space and time manner by comparing the total sum of the output signals of chaos vibrators transmitted from the plural columns of input transmission lines with a threshold value and successively transmitting outputted signals to the continuously connected chaos vibrators. CONSTITUTION: This element is provided with the plural columns of the input transmission lines M1 for successively adding and transmitting the output of the plural linearly arrayed chaos vibrators whose vibration frequency is changed by input frequency, an addition comparison part M2 for comparing the total sum of the signals transmitted from the respective input transmission lines M1 with a prescribed threshold value and outputting binary signals and an output transmission line M3 for successively transmitting the signals to the cascade connected plural chaos vibrators. Thus, a position where the input signals are supplied and the time are nonlinearly computed, a function for propagating information received by the synapse of a dendrite by a nerve fiber is accurately approximated and the processing of the input signals in the space and time manner is made possible. Also, the function of a nerve cell is accurately approximated and the function of an axon for propagating the information emitted by the nerve cell is accurately approximated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は神経細胞機能素子に関
し、生体系の神経細胞に近い動作を行う神経細胞機能素
子に関する。近年、生体系神経科学の分野では、神経細
胞での信号伝達が単に電気信号によるものだけでなく、
分子状ガス(NO,CO)の生成や細胞内カルシウムの
動態が信号伝達に寄与していることが解明されてきてお
り、シナプス部の興奮性及び抑制性をより生体系に近づ
けることができるニューロンモデルが望まれている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nerve cell functional element, and more particularly to a nerve cell functional element that operates like a nerve cell of a living system. In recent years, in the field of biological neuroscience, signal transmission in nerve cells is not limited to electrical signals,
It has been elucidated that generation of molecular gases (NO, CO) and dynamics of intracellular calcium contribute to signal transduction, and neurons capable of bringing excitability and inhibitory property of synaptic part closer to biological system. A model is desired.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は従来の神経細胞機能素子のブロッ
ク図を示す。同図中、シナプス結合を模擬した重み付け
回路1及びシナプス後細胞を模擬した閾値処理回路2か
ら成る。重み付け回路1はn個の乗算器から成り、閾値
処理回路2は総和演算回路2A,コンパレータ2B,閾
値設定回路2C及び出力抵抗Rから成る。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a block diagram of a conventional nerve cell functional element. In the figure, it comprises a weighting circuit 1 simulating synaptic connection and a threshold processing circuit 2 simulating post-synaptic cells. The weighting circuit 1 is composed of n multipliers, and the threshold value processing circuit 2 is composed of a summing operation circuit 2A, a comparator 2B, a threshold value setting circuit 2C and an output resistance R.

【0003】その機能は、各入力信号Xi(iは1〜n
の整数)に対して重み付け回路1の乗算器により重みW
iがそれぞれ乗算されると、その総和ΣWiXiが閾値
処理回路2の総和演算回路2Aにより演算される。この
演算結果信号Yは被比較信号としてコンパレータ2Bに
出力される。一方、閾値設定回路2Cからコンパレータ
2Bに閾値信号Ythが出力される。これにより、コンパ
レータ2Bから出力信号Z0=1/〔1+e-Y+Yth〕が
出力され、抵抗Rの両端に出力信号Z0が現れる。
The function of each input signal is Xi (i is 1 to n).
Weighted by the multiplier of the weighting circuit 1 with respect to
When each i is multiplied, the sum ΣWiXi is calculated by the sum calculation circuit 2A of the threshold value processing circuit 2. The calculation result signal Y is output to the comparator 2B as the compared signal. On the other hand, the threshold setting circuit 2C outputs the threshold signal Yth to the comparator 2B. As a result, the output signal Z0 = 1 / [1 + e −Y + Yth ] is output from the comparator 2B, and the output signal Z0 appears across the resistor R.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】生体系の神経細胞では
樹状突起上に生じた入力信号の時空間的なパターンは、
樹状突起上の特定な位置での入力信号効率(シナプス伝
達効率)を維持又は変化させることで処理している。こ
れに対して、図7に示す従来の神経細胞機能素子は同時
に入来する入力信号X1 〜Xn の信号処理は可能であ
る。しかし、時系列的に変化する入力信号の時空間的な
パターンの信号処理を行うことはできないという問題が
あった。
The spatiotemporal pattern of the input signal generated on the dendrites in the nerve cells of the biological system is as follows.
Processing is performed by maintaining or changing the input signal efficiency (synapse transmission efficiency) at a specific position on the dendrite. On the other hand, the conventional nerve cell functional element shown in FIG. 7 is capable of processing the incoming input signals X 1 to X n at the same time. However, there is a problem that the signal processing of the spatiotemporal pattern of the input signal that changes in time series cannot be performed.

【0005】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
生体系の神経細胞により近い機能を持ち、入力信号の時
空間的な信号処理が可能な神経細胞機能素子を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a nerve cell functional element having a function closer to that of a nerve cell of a biological system and capable of performing spatiotemporal signal processing of an input signal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、図1に示す如く、1次元配列された入力頻度により
振動周波数が変わる複数のカオス振動子の出力を順次加
算して伝送する複数列の入力伝送路M1と、上記複数列
の入力伝送路夫々から伝送される信号の総和を所定の閾
値と比較して2値の信号を出力する加算比較部M2と、
上記加算比較部より供給される信号を縦続接続された複
数のカオス振動子へ順次伝送する出力伝送路M3とを有
する。
According to a first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the outputs of a plurality of chaotic oscillators whose vibration frequencies are one-dimensionally arranged and whose vibration frequencies change depending on the input frequency are sequentially added and transmitted. A plurality of columns of input transmission lines M1, and an addition / comparison unit M2 that compares the sum of signals transmitted from the plurality of columns of input transmission lines with a predetermined threshold value and outputs a binary signal.
And an output transmission line M3 for sequentially transmitting the signals supplied from the addition comparison unit to a plurality of chaos oscillators connected in cascade.

【0007】請求項2に記載の発明は、前記複数列夫々
の入力伝送路の1次元配列された複数のカオス振動子
は、振動値が時間と共に、上記配列の両側に拡散する。
請求項3に記載の発明は、前記出力伝送路の縦続接続さ
れた複数のカオス振動子は、振動値が時間と共に入力側
から出力側に移流する。
According to a second aspect of the invention, in the plurality of one-dimensionally arrayed chaotic oscillators of the input transmission lines in each of the plurality of columns, the vibration value diffuses to both sides of the array with time.
According to a third aspect of the invention, in the plurality of chaos oscillators connected in cascade in the output transmission line, the vibration value is advected from the input side to the output side with time.

【0008】[0008]

【作用】請求項1に記載の発明においては、複数列の入
力伝送路夫々の一次元配列した入力頻度により周波数が
変わるカオス振動子の出力を順次伝送するため、入力信
号が供給された位置と時間とを入力信号に非線型演算し
て樹状突起のシナプスで受けた情報を神経線維で伝搬す
る機能をより正確に近似でき、入力信号の時空間的な信
号処理が可能となり、加算比較部は各入力伝送路から伝
送される信号の総和の閾値処理を行うため、神経線維を
伝搬してきた入力信号を加算して閾値処理を行う細胞体
の機能を正確に近似でき、また、出力伝送路はカオス振
動子を縦続接続しているため、細胞体の発した情報を伝
搬する軸索の機能を正確に近似できる。
According to the first aspect of the present invention, since the output of the chaotic oscillator whose frequency changes according to the input frequency in which the input transmission paths of the plurality of columns are arranged one-dimensionally is sequentially transmitted, the position where the input signal is supplied is The function of non-linearly calculating time and the input signal and propagating the information received at the synapse of dendrites in the nerve fiber can be approximated more accurately, and the spatiotemporal signal processing of the input signal becomes possible. Performs threshold processing on the sum of the signals transmitted from each input transmission path, so that the input signal that has propagated through the nerve fibers can be added to accurately perform the thresholding function of the cell body. Since the chaotic oscillators are connected in cascade, the function of the axon that propagates the information emitted by the cell body can be approximated accurately.

【0009】請求項2に記載の発明においては、入力伝
送路のカオス振動子の振動値が時間と共に配列の両側に
拡散するため、神経線維は隣接する部位に双方向に信号
伝搬が可能であることを正確に近似できる。請求項3に
記載の発明においては、出力伝送路のカオス振動子の振
動値が時間と共に入力側から出力側に移流するため、軸
索における興奮の伝搬方向が離れる方向であるという機
能を正確に近似できる。
According to the second aspect of the present invention, since the oscillation value of the chaotic oscillator in the input transmission line diffuses to both sides of the array with time, the nerve fiber can bidirectionally propagate the signal to the adjacent portion. Can be approximated exactly. In the invention according to claim 3, since the vibration value of the chaotic oscillator of the output transmission line is advected from the input side to the output side with time, the function that the propagation direction of excitement in the axon is away is accurately described. Can be approximated.

【0010】[0010]

【実施例】図2は本発明の神経細胞機能素子の一実施例
のブロック図を示す。同図中、101 〜10mは入力伝
送路(図1におけるM1)である。入力伝送路101
10m夫々はm個のコンパートメント、つまり重み付け
回路12と加算回路142〜14n とから構成されてお
り、入力端子111 〜11n 夫々から入来する信号は重
み付け回路121 〜12n 夫々で所定の重み係数を乗算
されて重み付けされた後、加算器142 〜14n で加算
され総和が得られる。各入力伝送路の重み付け回路12
1 〜12n 夫々の重み係数は重み付け制御回路15から
設定される。なお、上記nは例えば50程度とする。
FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of the nerve cell functional device of the present invention. In the figure, 10 1 to 10 m are input transmission lines (M1 in FIG. 1). Input transmission line 10 1 ~
Each of the 10 m is composed of m compartments, that is, the weighting circuit 12 and the adding circuits 14 2 to 14 n, and the signals coming from the input terminals 11 1 to 11 n are respectively input to the weighting circuits 12 1 to 12 n . After being multiplied by a predetermined weighting coefficient and weighted, the sums are obtained by adding at the adders 14 2 to 14 n . Weighting circuit 12 for each input transmission line
The weighting factors 1 to 12 n are set by the weighting control circuit 15. The above n is, for example, about 50.

【0011】重み付け制御回路15内には入力伝送路単
位でn個のカオス振動するカオス振動子が1次元配置さ
れている。このカオス振動子は例えば、(1)式に示す
ようなロジスティック関数を用いる。 f(x)=1−wx2 ・・・ (1) ここで、xは振動子への入力であり、wは入力頻度によ
り1〜2.0の範囲で変化する。ロジスティック関数は
wの値を変化させることにより振動周波数が変化し、w
>1.44においてカオス振動することが知られている。勿
論、この関数以外にもカオス振動する振動子であればど
のような関数を用いても良い。
In the weighting control circuit 15, n chaotic oscillators that oscillate in a chaotic manner are one-dimensionally arranged for each input transmission line. This chaotic oscillator uses, for example, a logistic function as shown in equation (1). f (x) = 1-wx 2 (1) Here, x is an input to the vibrator, and w varies in the range of 1 to 2.0 depending on the input frequency. In the logistic function, the vibration frequency changes by changing the value of w.
It is known that chaos oscillation occurs at> 1.44. Of course, any function other than this function may be used as long as it is a vibrator that causes chaotic oscillation.

【0012】(1)式で示されるカオス振動子をn個1
次元配列して、これらの間に(2)式で表わされる結合
関係を与える。 xj+1,i =(1−ε)f(xj,i )+0.5 ε{f(xj,i-1 )+ f(Xj,i+1 ) ・・・ (2) ここで、xj,i は時点jにおける1次元配列のi番目の
カオス振動子を表わしており、0<ε<1であり、この
値が大きいほど伝搬効率が良くなる。
N chaotic oscillators represented by the equation (1)
A two-dimensional array is provided, and a connection relation represented by the equation (2) is given between them. xj + 1, i = (1-ε) f (xj , i ) + 0.5ε {f ( xj, i-1 ) + f ( Xj, i + 1 ) (2) where X j, i represents the i-th chaotic oscillator in the one-dimensional array at time j, and 0 <ε <1, and the larger this value, the better the propagation efficiency.

【0013】この(2)式は図3に示す如く、時点j+
1のi番目のカオス振動子xj+1,iはその前の時点jの
i番目のカオス振動子xj,i と、これに隣接するカオス
振動子xj,i-1 及びxj,i+1 の振動に基いて決定される
ことを表わしている。つまり、時間が経過するに従っ
て、各カオス振動子の振動は隣接するカオス振動子に拡
散することを表わしている。
This equation (2) is, as shown in FIG.
I-th chaos oscillators x j + 1 of 1, i is the i-th chaos oscillators x j of the previous point j, and i, chaotic oscillator x j adjacent thereto, i-1 and x j, It means that it is decided based on the vibration of i + 1 . That is, as time passes, the vibration of each chaotic oscillator diffuses to the adjacent chaotic oscillator.

【0014】重み付け制御回路15は入力伝送路単位で
設けられた、時間の経過と共に変化するn個のカオス振
動子夫々の振動値を重み係数として入力伝送路101
10m夫々のn個の重み付け回路121 〜12n 夫々に
設定する。この重み係数の設定は単位時間毎に行われ
る。図4は(1),(2)式において、w=1.9 ,ε=
0.5 ,i=50,x0,i =0.0 ,x0,25=0.5 としたと
きの各カオス振動子の振動が時間jと共に拡散する様子
を示す。
[0014] weighting control circuit 15 is provided in the input transmission line units, input transmission path 10 1 to the vibration value of s n number of chaotic oscillator husband to change over time as a weighting factor
The weighting circuits 12 1 to 12 n of 10 m each are set. The weighting factor is set every unit time. FIG. 4 shows that in equations (1) and (2), w = 1.9 and ε =
The following shows how the vibration of each chaotic oscillator diffuses with time j when 0.5, i = 50, x 0, i = 0.0, and x 0,25 = 0.5.

【0015】生理的な知見によれば、樹状突起は、他の
神経細胞からの神経伝達物質による情報伝達を受ける入
力部位(シナプス)とそれにより生じたシナプス後電位
を伝搬する神経線維から形成されている。この神経線維
は隣接する部位に双方向に信号伝搬が可能である。ま
た、この樹状突起は複数のシナプスをその神経線維上に
形成することができる。神経伝達物質が到着した場合に
はシナプス形成部位(i)での入力xj,i を微小に増
(興奮性シナプス)または減(抑制性シナプス)するこ
とにより行う。上記の入力伝送路101 〜10mは、こ
の樹状突起の役割を近似表現するものである。
According to physiological findings, dendrites are formed from input sites (synapses) that receive information transmission by neurotransmitters from other nerve cells and nerve fibers that propagate the resulting postsynaptic potential. Has been done. This nerve fiber is capable of bidirectional signal propagation to adjacent regions. Also, the dendrites can form multiple synapses on their nerve fibers. When a neurotransmitter arrives, it is performed by slightly increasing (excitatory synapse) or decreasing (inhibitory synapse) the input x j, i at the synapse formation site (i). The input transmission lines 10 1 to 10 m approximately represent the role of the dendrites.

【0016】入力信号に関するシナプス可塑性は、wの
値を増減させることにより行うことができる。例えばロ
ジスティック関数の場合には、w=1.44を境にして、非
線型振動子の振動周期が2倍づつ増加することが知られ
ている。つまり、高頻度で利用するようなシナプスに関
しては、wの値を上昇させ、振動周波数を増大させるよ
うな学習を導入することができる。またあまり利用しな
い入力に関してはwの値を減じることにより、振動周波
数を低減できる。
Synaptic plasticity with respect to the input signal can be achieved by increasing or decreasing the value of w. For example, in the case of a logistic function, it is known that the vibration period of the nonlinear oscillator increases by 2 times at the boundary of w = 1.44. That is, for synapses that are used with high frequency, it is possible to introduce learning that increases the value of w and increases the vibration frequency. Further, for an input that is not often used, the vibration frequency can be reduced by reducing the value of w.

【0017】図2において、入力伝送路101 〜10n
夫々の最終段の加算器14nから出力される総和の信号
は加算器17で加算され、被比較信号Yとされてコンパ
レータ18に供給される。コンパレータ18は閾値設定
回路19から供給される閾値信号Vthと被比較信号Yと
を比較してY≧Vthのとき値が1で、Y<Vthのとき値
が0の信号とする。このコンパレータ18の出力信号は
出力伝送路21に供給される。
In FIG. 2, input transmission lines 10 1 to 10 n
The sum total signals output from the final-stage adders 14n are added by the adder 17 to be the compared signal Y, which is supplied to the comparator 18. The comparator 18 compares the threshold value signal Vth supplied from the threshold value setting circuit 19 with the compared signal Y and outputs a signal having a value of 1 when Y ≧ Vth and a value of 0 when Y <Vth. The output signal of the comparator 18 is supplied to the output transmission line 21.

【0018】生理的に知られている細胞体の役割は、樹
状突起の神経線維を伝搬してきた入力信号を加算して、
しきい値処理して出力することである。そのような演算
を行うには、樹状突起を伝搬してきた信号を加算し、ヘ
ビサイド関数で処理することにより出力を計算すればよ
い。つまり、 xj+1,S =Φ(Σxj,s-1 ) ・・・ (3) と数式表現できる。ここで、sは細胞体を意味する添字
で、s−1は細胞体の一つ手前の樹状突起のコンパート
メントを示しており、s−1=nである。またΣは細胞
体に入力するすべての樹状突起についての加算を示す。
またΦはヘビサイド関数で、入力の和が0以上の時には
1,それ以外は0を出力する。つまり、加算器17,コ
ンパレータ18,閾値設定回路19が加算比較部M2に
対応し、細胞体の役割を近似表現している。
The physiologically known role of cell bodies is to add input signals propagated through nerve fibers of dendrites,
It is to perform threshold processing and output. In order to perform such an operation, the signals propagating through the dendrites may be added and processed by the Heaviside function to calculate the output. That is, x j + 1, S = Φ (Σx j, s−1 ) (3) Here, s is a subscript indicating a cell body, s-1 indicates a dendrite compartment immediately before the cell body, and s-1 = n. Further, Σ represents addition for all dendrites that enter the cell body.
Φ is a Heaviside function, which outputs 1 when the sum of inputs is 0 or more and outputs 0 otherwise. That is, the adder 17, the comparator 18, and the threshold value setting circuit 19 correspond to the addition and comparison unit M2 and approximately represent the role of the cell body.

【0019】図2において、出力伝送路21(図1にお
けるM3)は縦続接続されたk個の重み付け回路221
〜22kから構成されている。この重み付け回路221
〜22k夫々の重み係数は重み付け制御回路15から設
定される。重み付け制御回路15内には出力伝送路21
に対応してk個のカオス振動するカオス振動子が1次元
配置されている。このカオス振動子は(1)式で表わさ
れるロジスティック関数を用い、これらの間に(4)式
で表わされる結合関係を与える。
In FIG. 2, the output transmission line 21 (M3 in FIG. 1) has k weighting circuits 22 1 connected in cascade.
It is composed of ~ 22k. This weighting circuit 22 1
The weighting factors of .about.22k are set by the weighting control circuit 15. In the weight control circuit 15, the output transmission line 21
The k chaotic oscillators that oscillate in a chaotic manner are arranged in a one-dimensional manner corresponding to. This chaotic oscillator uses the logistic function expressed by the equation (1), and gives the coupling relation expressed by the equation (4) between them.

【0020】 xj+1,i =(1−γ)f(xj,i )+γf(xj,i-1 ) ・・・ (4) ここで、xj,i は時点jにおける1次元配列のi番目の
カオス振動子を表わしており、0<γ<1であり、この
値が大きいほど伝搬効率が良くなる。この(4)式は図
5に示す如く、時点j+1のi番目のカオス振動子x
j+1,i の振動はその前の時点jにおけるi−1番目のカ
オス振動子j,i−1及びi番目のカオス振動子xj,i
の振動に基づいて決定されることを表わしている。つま
り、時間が経過するに従って1次元配列のiの値が小さ
い上流側からiの値が大きい下流側に向かって振動が移
流することを表わしている。重み付け制御回路15は上
記k個のカオス振動子夫々の振動値を重み係数として重
み付け回路221 〜22k 夫々に設定する。この重み係
数の設定は単位時間毎に行われる。
X j + 1, i = (1−γ) f (x j, i ) + γ f (x j, i−1 ) ... (4) where x j, i is one dimension at time j It represents the i-th chaotic oscillator in the array, and 0 <γ <1, and the larger this value, the better the propagation efficiency. As shown in FIG. 5, this equation (4) is the i-th chaotic oscillator x at time j + 1.
The vibration of j + 1, i is the i−1 th chaotic oscillator j, i−1 and the i th chaotic oscillator x j, i at the previous time point j.
It means that it is decided based on the vibration of. That is, as time passes, the vibration is transferred from the upstream side where the value of i is small to the downstream side where the value of i is large in the one-dimensional array. The weighting control circuit 15 sets the vibration value of each of the k chaotic oscillators as a weighting coefficient in each of the weighting circuits 22 1 to 22 k . The weighting factor is set every unit time.

【0021】図6は(1),(4)式において、w=1.
53,γ=0.3 ,i=50,x0,i =1又は0としたとき
各カオス振動子の振動が時間jと共に左側から右側に移
流する様子を示す。軸索は、細胞体で発した興奮(Φの
出力値である1)を減衰しないように伝搬することが基
本的な機能である。また伝送方向は細胞体から離れる一
方向であることも特徴である。上記の出力伝送路21は
軸索の役割を近似表現するものである。
FIG. 6 shows that in the equations (1) and (4), w = 1.
It is shown that the vibration of each chaotic oscillator advects from the left side to the right side with time j when 53, γ = 0.3, i = 50, x 0, i = 1 or 0. The basic function of the axon is to propagate the excitement (1 which is the output value of Φ) generated in the cell body so as not to be attenuated. The transmission direction is also one direction away from the cell body. The output transmission line 21 described above approximately represents the role of the axon.

【0022】また高等動物神経系では、軸索周囲にミエ
リンが鞘を形成していることがままある。そのような場
合の興奮電位伝搬は鞘付部分を跳躍するように伝搬する
ことが知られている。そのような鞘付の軸索での伝搬を
このモデルで表現する場合には、(4)式においてjを
隣接した格子点上にとらないで、例えば5つ先の格子j
+5に伝搬するように書き換えればよい。
In the higher animal nervous system, myelin often forms a sheath around the axon. It is known that the excitation potential propagation in such a case propagates like jumping in the sheathed portion. In the case of expressing the propagation in such a sheathed axon by this model, for example, in the equation (4), j is not located on the adjacent grid point, but is, for example, the grid j five points ahead.
It may be rewritten so as to propagate to +5.

【0023】このように、入力伝送路101 〜10m
樹状突起を近似表現し、加算器17,コンパレータ1
8,閾値設定回路19で細胞体を近似表現し、出力伝送
路21で軸索を近似表現して神経細胞の情報処理の様子
を定性的に可視化することが可能となる。また、入力伝
送路101 〜10m 夫々の重み付け回路121 〜12n
に別々に重み係数が設定され、端子111 〜11n 夫々
の入力信号は、入来したコンパートメントの位置と時間
とにより異なる重み係数を乗算される。つまり入来した
位置と時間とに応じて入力信号が非線型演算される。こ
のため、入力信号の時系列パターンのパターン認識を行
う等の入力信号の時空間的な信号処理が可能となる。
In this way, the dendrites are approximately represented by the input transmission lines 10 1 to 10 m , and the adder 17 and the comparator 1 are used.
8. The threshold value setting circuit 19 approximates the cell body, and the output transmission path 21 approximates the axon to qualitatively visualize the information processing of the nerve cell. Further, the weighting circuits 12 1 to 12 n of the input transmission lines 10 1 to 10 m, respectively.
, And the input signals of the terminals 11 1 to 11 n are multiplied by different weighting factors depending on the position and time of the incoming compartment. That is, the input signal is non-linearly calculated according to the incoming position and time. Therefore, it is possible to perform spatiotemporal signal processing of the input signal, such as pattern recognition of the time-series pattern of the input signal.

【0024】なお、図2に示す神経細胞機能素子を入力
層と中間層と出力層の神経細胞機能素子からなるニュー
ラルネットワークの入力層の神経細胞機能素子として適
用する場合、入力層の図2に示す構成の神経細胞機能素
子には端子15aから重み付け制御回路15に対して各
重み付け回路毎に定数w,γ,ε,夫々の値を設定する
ことにより、入力伝送路101 〜10m 及び出力伝送路
21の夫々の重み付け回路121 〜12n ,221 〜2
k 夫々の重み付けのパターンを変更する。
When the nerve cell function element shown in FIG. 2 is applied as a nerve cell function element of the input layer of a neural network consisting of the nerve cell function elements of the input layer, the intermediate layer, and the output layer, the input layer shown in FIG. In the nerve cell functional element having the configuration shown, the input transmission lines 10 1 to 10 m and the output are set by setting constants w, γ, ε, and values for each weighting circuit from the terminal 15a to the weighting control circuit 15. Each of the weighting circuits 12 1 to 12 n and 22 1 to 2 of the transmission line 21
Change the weighting pattern for each 2 k .

【0025】[0025]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、複数列
の入力伝送路夫々の一次元配列した入力頻度により周波
数が変わるオカス振動子の出力を順次伝送するため、入
力信号が供給された位置と時間とを入力信号に非線型演
算して樹状突起のシナプスで受けた情報を神経線維で伝
搬する機能をより正確に近似でき、入力信号の時空間的
な信号処理が可能となり、加算比較部は各入力伝送路か
ら伝送される信号の総和の閾値処理を行うため、神経線
維を伝搬してきた入力信号を加算して閾値処理を行う細
胞体の機能を正確に近似でき、また、出力伝送路はカオ
ス振動子を縦続接続しているため、細胞体の発した情報
を伝搬する軸索の機能を正確に近似できる。
According to the first aspect of the present invention, since the output of the Ocass oscillator whose frequency changes according to the input frequency in which the input transmission lines of a plurality of columns are arranged one-dimensionally is sequentially transmitted, the input signal is supplied. It is possible to more accurately approximate the function of propagating the information received at the synapse of the dendrite in the nerve fiber by performing a non-linear operation on the input signal with respect to the input position and time, and spatiotemporal signal processing of the input signal becomes possible, Since the addition comparison unit performs threshold processing on the sum of the signals transmitted from the respective input transmission paths, it is possible to accurately approximate the function of the cell body that performs threshold processing by adding the input signals propagated through the nerve fibers, and, Since the output transmission path has cascaded chaos oscillators, the function of the axon that propagates the information emitted by the cell body can be approximated accurately.

【0026】また、請求項2に記載の発明によれば、入
力伝送路のカオス振動子の振動値が時間と共に配列の両
側に拡散するため、神経線維は隣接する部位に双方向に
信号伝搬が可能であることを正確に近似できる。また、
請求項3に記載の発明によれば、出力伝送路のカオス振
動子の振動値が時間と共に入力側から出力側に移流する
ため、軸索における興奮の伝搬方向が離れる方向である
という機能を正確に近似でき、実用上きわめて有用であ
る。
According to the second aspect of the present invention, since the vibration value of the chaotic oscillator in the input transmission line diffuses to both sides of the array with time, the nerve fiber propagates the signal bidirectionally to the adjacent portion. You can approximate exactly what is possible. Also,
According to the invention described in claim 3, since the vibration value of the chaotic oscillator of the output transmission line is advected from the input side to the output side with time, the function that the propagation direction of excitement in the axon is away is accurate. Is very useful in practice.

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

【図1】本発明素子の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of an element of the present invention.

【図2】本発明素子の一実施例のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the device of the present invention.

【図3】カオス振動子の振動の拡散を説明するための図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining diffusion of vibration of a chaotic oscillator.

【図4】(1),(2)式による振動の様子を表わす図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a state of vibration according to equations (1) and (2).

【図5】カオス振動子の振動の移流を説明するための図
である。
FIG. 5 is a diagram for explaining advection of vibration of a chaotic oscillator.

【図6】(1),(4)式による振動の様子を表わす図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a state of vibration according to equations (1) and (4).

【図7】従来素子の一例のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an example of a conventional element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 〜10m ,M1 入力伝送路 111 〜11n 入力端子 121 〜12n ,221 〜22k 重み付け回路 141 〜14n ,17 加算回路 15 重み付け制御回路 18 コンパレータ 19 閾値設定回路 21,M3 出力伝送路 M2 加算比較部10 1 to 10 m , M1 input transmission line 11 1 to 11 n input terminal 12 1 to 12 n , 22 1 to 22 k weighting circuit 14 1 to 14 n , 17 adding circuit 15 weighting control circuit 18 comparator 19 threshold setting circuit 21 , M3 Output transmission line M2 Summing comparison unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1次元配列された入力頻度により振動周
波数が変わる複数のカオス振動子の出力を順次伝送する
複数列の入力伝送路と、 上記複数列の入力伝送路夫々から伝送される信号の総和
を所定の閾値と比較して2値の信号を出力する加算比較
部と、 上記加算比較部より供給される信号を縦続接続された複
数のカオス振動子へ順次伝送する出力伝送路とを有する
ことを特徴とする神経細胞機能素子。
1. A plurality of rows of input transmission lines for sequentially transmitting outputs of a plurality of chaotic oscillators whose vibration frequencies change in accordance with a one-dimensionally arranged input frequency, and a signal transmitted from each of the plurality of rows of input transmission paths. It has an addition comparison unit that outputs a binary signal by comparing the total sum with a predetermined threshold value, and an output transmission line that sequentially transmits the signal supplied from the addition comparison unit to a plurality of cascade-connected chaotic oscillators. A neuron functional element characterized by the above.
【請求項2】 前記複数列夫々の入力伝送路の1次元配
列されたカオス振動子は、振動値が時間と共に、上記配
列の両側に拡散することを特徴とする請求項1記載の神
経細胞機能素子。
2. The nerve cell function according to claim 1, wherein the one-dimensionally arrayed chaotic oscillators of the input transmission lines in each of the plurality of columns have their oscillation values diffused to both sides of the array with time. element.
【請求項3】 前記出力伝送路の縦続接続されたカオス
振動子は、振動値が時間と共に入力側から出力側に移流
することを特徴とする請求項1又は2記載の神経細胞機
能素子。
3. The nerve cell functional element according to claim 1, wherein the chaos oscillators connected in cascade in the output transmission line have a vibration value that is transferred from the input side to the output side with time.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017516180A (en) * 2014-04-15 2017-06-15 インテル・コーポレーション Neuromorphological graph compression method, system, and computer program product using multiple associative memories

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017516180A (en) * 2014-04-15 2017-06-15 インテル・コーポレーション Neuromorphological graph compression method, system, and computer program product using multiple associative memories
US10635967B2 (en) 2014-04-15 2020-04-28 Intel Corporation Methods, systems and computer program products for neuromorphic graph compression using associative memories

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