SU478329A1 - Устройство дл моделировани нейронных структур - Google Patents

Description

1

Устройство относитс  к моделированию i нейронных структур (сетей, систем) и может быть использовано дл  проведени  комплексных исследований информационных процессов в нейронных структурах, в том числе дл  исспедований принципов пестрое- ,ни  нейронных классификаторов, задач поиска и обучени , задач управлени .

Известно устройство дл  моделировани  ; нейронных структур, содержащее блок моделировани  нейронов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам наборного пол  и блока управлени , а его выходы соединены с первыми входами .. наборного пол , блока управлени  и блока индикации, второй вход которого подключен к выходу блока управлени , а выход блока индикации соединен со вторым входом блока управлени ; второй выход наборного пол  соединен с первым входом блока интег .раторов, второй вход которого подключен к выходу блока управлени , третий вход кото- рого соединен с выходом блока интеграторов

Такое устройство имеет ограниченные функциональные-возможности по простоте и

эффективности проведени  исследований, аол ноте и точности моделировани , широте класса исследуемых проблем.

Предложенное устройство, с целью ув& личени  точности моделировани , содержит I формирователь входных сигналов, преобразователь входных сигналов, интегратор и I генератор случайных сигналов, вход кото|рого подключен к выходу блока управлени , i а выход соединен с третьим входом блока моделировани  нейронов и четвертым входом блока управлени ; вход формировател  входных сигналов подключен к выходу блока управлени , а его выход соединен с первым .входом преобразовател  входных сигналов |И п тым входом блока управлени , шестой вход которого подключен к первому выходу преобразовател  входных сигналов, вход которого подключен к выходу блока управлени , а второй выход - ко второму входу наборного пол ; первый и второй входы интегратора подключены соответственно к выходам блока моделировани  нейронов и блока управлени , а его выход соединен с седьмым входом блока управлени .

Ячейкой сети  вл етс  аналого-дискретна  модель нейрона, обладающа  всеми основными функциональными свойствами биологического нейрона и реализованна  на микросхемах.

Устройство позвол ет:

а)оперативно использовать различные модификации модели нейрона, не мен   физической структуры устройства;

б)моделировать широкий класс детерми нированных и веро тностных нейронных структур;

в)индивидуально настраивать и регулировать параметры нейронов и всей моделин руемой структуры в целом;. I

г)моделировать циркул ционные процессы , которые могут автоматически перестравать структуру;

д)визуально наблюдать сформированные в процессе автоматической перестройки (обучени ) структуры;

е)регистрировать активность отдельных нейронов и всей структуры в целом;

ж)перерабатывать (кодировать) свето- вые, акустические и смешанные сигналы.

На чертеже приведена структурна  сх&ма устройства.

Устройство содержит формирователь

входных сигналов 1, преобразователь входных сигналов 2, в состав которого вход т . матрицы светочувствительных элементов (МСЭ) 3 и частотный фильтр 4, наборное поле 5, блок моделировани  нейронов (БМН) 6. В состав БМН б вход т подблок возбуждаюших синапсов 7, выход которого соединен с подблоком дендритов 8, к которому подключен также выход подблока тормоз щих синапсов 9. Выход подблока

8 через подблок 10 тел нейронов соединен с формирователем выходных сигналов 11. Кроме этого, в устройство вход т интегратор 12, блок индикации 13, блок интеграторов 14 и блок управлени  15.

Формирователь входных сигналов 1 служит дл  формировани  входных световых и акустических сигналов, которые поступаю соответственно на преобразователь 2. Формирователь 1 состоит из источника звуковых колебаний и проектора, позвол ющего получать световые сигналы (изображени ). Преобразователь входных сигналов 2 служи пл  преобразовани  сенсорных сигналов в код, используемый в устройстве. Он сое- тоит из МСЭ 3 и частотного фильтра 4, преобразующих соответственно световые и акустические сигналы. Выходные сигналы блока 2 представл ют собой либо импульсы , либо потенциалы.Набордое поле 5 предназначено дл  набора определенных типов моделей нейрона , осуществл емою тумблерами,; и дл  коммутации.  чеек тумблерами и щнуровыми

парами независимо, а также дд  подключегни  к нейронам выходов преобразовател  2 и интегрирующих усилителей.

Блок моделировани  нейронов 6  вл етс  основной частью устройства. Он соотоит из подблока 7 возбуждаюших синапсов - активных четырехполюсников, изменшо- щих в процессе обучени  свои передаточные функции и моделирующих возбуждающие пластические синапсы; подблока 8 дендритов - пассивных интегрирующих цепочек, моделирующих веточки денритного дерева; подблока 10 тел нейронов, представл оощего собой электронные схемы, моделирующие основные функциональные свойства тел прототипа. Такое конструктивное исполнение блока 6 позвол ет просто набирать различные модификации моделей нейронов.

Интегратор 12 выходного сигнала слу-. жит дл  преобразовани  выходных импульсных сигналов нейронов в аналоговую величину (напр жение), котора  фиксируетс  вольтметром, и позвол ет судить о суммарной активности нейронной структуры.

Блок индикации 13 позвол ет судить о состо нии нейронов. При их возбуждении на его панели загораютс  лампочки; изменени  состо ний возбуждени  структуры фиксируютс  на кинопленку. Блок индика-i ции 13 позвол ет особенно нагл дно наблк дать процессы формировани  и динамику циклических процессов в нейронных структурах .

Блок интеграторов 14 служит дл  фиксации с помощью самописцев сведений о возбуждении областей структуры или отдельных нейронов. Блок состоит из однотипных решающих усилителей, работающих в апериодическом режиме.

Блок управлени  .15 служит дл  управлени  регулировки и контрол  параметров формировател  входных сигналов 1, и других блоков, соединенных с ним. Он позвол ет , в частности, измен ть пороги срабатывани  нейронов, устанавливать начальные С1шаптические веса, регулировать врем  задержки аксонов и передаточные характеристики дендритов.

Генератор случайных сигналов 16 служит дл  .зашумлени  нейронов двум  способами: смещением уровн  порога срабатьг- вани  к критическому и воздействием на входы, нейронов случайными последовательност ми импульсов. Это позвол ет очен просто преобразовывать детерминированные нейронные структуры в веро тностные.

Устройство работает следующим образом .

При подготовке устройства к процессу моделировани  нейронных структур на нагборном поле 5 задаетс  тип нейрона, соот ношение возбуждающих и тормоз щих синапсов , топологи  моделировани  нейронной структуры, производитс  подключение блока интеграторов 14 к определенной области нейронов БМН 6. В блоке управлени  15 устанавливаютс  требуемые параметры нейронов, провер етс  работоспособность блоков устройства и подготавливает с  съем данных. На генераторе 16 устанавливаетс  нужный режим защумлени .

После подготовки устройства проводитс  исследование модели нейронной структуры до достижени  заданного критери  функционировани , или до вы влени  определенной закономерности функционировани  структуры, после чего устройство выключаетс , и полученные данные анализируют с . Например, дл  исследовани  механизмов формировани  энграмм на формирователе входных сигналов 1 задаетс  опре- деленный тип сигналов, при1гадлежащих одному классу (например, набор изображений определенной геометрической фигуры). Эти сигналы, поступа  на МСЭ 3 возбуждают с той или иной интенсивностью свето чувствительные элементы, выходные сигналы которых, в свою очередь, кодируютс  последовательностью импульсов с определенной частотой на выходе рецепторных . нейронов, специально выделенных дл 

этого на БМН 6. Сигналы с выходов рецеторных нейронов преобразуютс  соответственно в нейронной структуре, тип и параметры которой могут планомерно мен тьс  как с помощью блока управлени  15, так и автоматически из-за наличи  пластических свойств синапсов. Условием достижени  заданного критери  функционировани  в данном примере  вл етс  формирование энграмм, т.е. таког-о подмножества нейронов, которое возбуждаетс  всегда определенным образом тогда, когда на преобразователь 2 поступают сшнашл пд- НОТо заданного класса.

Способ г-ъема данных зависит от типа исследуемой нейр)1ной структур(,1: при «-.

анализе детерминированных синх ронных структур примен етс  визуальный контроль или используютс  дискретные регистрирукьщие устройства; при анализе асинхронных и веро тностных структур используютс  непрерывные регистрирующие устройства, например, самописцы или кинопленка. Интегратор выходного сигнала позвол ет производить качественный анализ любого типа структур.

Предмет изобретени 

Устройство дл  моделировани  нейронных структур, содержащее блок моделировани  нейронов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам наборного пол  и блока управлени , а его выходы соединены с первыми входами наборного пол , блока управлени  и блока индикации, второй вход которого подклк чен к выходу блока управлени , а выход блка индшсацрш соединен со вторым входом блка управлени ; второй выход наборного пол  соединен с первым входом блока интеграторов , второй вход которого подключен к выходу блока управлени , третий вход которого соединен с выходом блока интеграторов , отличающеес  тем, что,с целью увеличени  точности модели- ровани , оно содержит формирователь входных сигналов, преобразователь входных сигналов, интегратор и генератор случайных сигналов, вход которого подключен

к выходу блока управлени , а выход соединен с третьим входом блока моделировани  нейронов и четвертым входом блока упраалени ; вход формировател  входных сигналов подключен к выходу блока управлени , а его выход соединен с первым входом преобразовател  входных сигналов и п тым входом блока управлени , шестой вход которого подключен к первому выходу преобразовател  входных сигналов, вход котор рог о подключен к выходу блока управлени  i а второй выход - ко второму входу набо ного пол ; первый и второй входы интегратора подключены соответственно к выходам блока моделировани  нейронов и блока управлени , а его выход соединен с седьмым входом блока управлени .

in

if

ГО