SU519730A1 - Устройство дл моделировани нейрона - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  и обработки электрических сигналов и предназначено дл  иснользовани  в качестве аналого-дискретного элемента обработки информации в системах распознавани  образов, а также в предсказывающих устройствах , в частности в электронных системах автоматического управлени  и контрол  состо ни  электро- и радиооборудовани  летательных аппаратов.

Известно устройство дл  моделировани  нейрона, содержащее блоки формировани  входных сигналов, последовательно соединенные пороговый блок, генератор импульсов, блок дифференцировани  и усилитель-формирователь выходных импульсов, и пространственно-временной сумматор, выход которого подключен к соответствующему входу генератора импульсов, а первый и второй входы соединены с выходами блока торможени  и возбуждени , входы которых нодключены к выходам соответственно первого и второго блоков формировани  входных сигналов.

Однако известное устройство не обеспечивает необходимой точности моделировани .

Предложенное устройство отличаетс  тем, что, с целью увеличени  точности моделировани , оно содержит блок моделировани  адаптации, блок моделировани  эффекта on, блок моделировани  запоминани  стимула и

блок моделировани  эффекта off .и постактивационного усилени , входы которых подключены к выходал соответствующих блоков формировани  входных сигналов, причем выходы блока моделировани  адаптации и блока моделировани  эффекта on соединены соответственно с третьим и четвертым входами пространственно-временного сумматора. Выходы блока моделировани  запоминани  стимула и блока моделировани  эффекта off и нростактивационного усилени  подключены к соответствующим входам генератора импульсов, а к другому входу блока моделировапи  запоминани  стимула пoдKv ючeп выход усилител -формировател  выходных импульсов.

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - статическа  характеристика устройства.

На фиг. 1 обозначено: 1 - 4 - входы простанственно-временного сумматора, 5i - 5б - блоки формировани  входных сигналов , 6 - блок .моделировани  запоминани  стимула, 7 - блок моделировани  эффекта off и постактивационного усилени , 8 - блок торможени , 9 - блок возбуждени , 10 - блок моделировани  адаптации, 11 - блок моделировани  эффекта on, 12 - пространственно-временной сумматор, 13 - пороговый блок, 14 - генератор импульсов, 15 - блок

дифференцировани , 16 - усилитель-формирователь выходных импульсов, 17 - выходна  клемма.

.На блоки формировани  входных сигналов устройства поступают сигналы от других мо де ей нейрона или рецепторов. В блоках 5i- 5б осуществл етс  умножение поступающих с.игналов на некоторый коэффициент, значение которого измен етс  в пределах О-1.

В пространственно-временном сумматоре 12 производитс  суммирование во времени и пространстве комбинации приход щих сигналов , причем сигналы, поступающие от бло-, ка возбуждени  9, способствуют возбуждению устройства. Сигналы с выхода блока торможени  8 оказывают на устройство тормоз щее воздействие и преп тствуют его возбуждению .

Сумма входных сигналов с пространственно-временного сумматора 12 поступает на генератор импульсов 14, моделирующий аксонный холмик биологического нейрона. Если сумма возбуждающих и тормоз щих сигналов меньше установленного порога чувствительности , то на выходе генератора импульсов сигнал отсутствует (устройство дл  моделировани  нейрона не вобуждено). При надпороговом возбуждении устройства, когда сумма возбуждающих и тормоз щих сигналов превышает порог его чувствительности, генератор импульсов осуществл ет преобразование накапливаемой на пространственно-временном сумматоре суммы входных сигналов в частоту выходной импульсации генератора импульсов подобно аксонному холмику биологического нейрона.

Непрерывное изменение порога чувствительности устройства в щироких пределах от бесконечности (режим полной нечувствительности ) до минимального значени  (режим максимальной чувствительности с предельной частотой, определ емой периодом рефрактерности модели аксонного холмика) осуществл етс  пороговым блоком 13.

При возбуждении устройства импульсы с генератора 14 дифференцируютс  блоком 15, который служит дл  управлени  работой усилител -формировател  выходных импульсов 16. При поступлении импульсов с дифференцирующего блока усилитель-формирователь выходных импульсов усиливает их и формирует па выходной клемме 17 импульс, близкий по форме к импульсу ритмики биологического нейрона. Моделирование периодов абсолютной и относительной рефрактерностей осуществл етс  за счет переходных процессов в цеп х усилител -формировател  выходных импульсов.

Период абсолютной рефрактерности определ етс  временем формировани  одиночного импульса на выходе усилител -формировател  16, а период относительной рефрактерности - временем восстановлени  этого усилител .

Статическа  характеристика устройства (на фиг. 2) воспроизводит статическую характеристику биологического нейрона. В зависимости от настройки порога устройства и предыстории его возбуждени  устройство осуществл ет умножение входной частоты импульсов .

Использование блока дифференцировани  15 позвол ет также измен ть в широких пределах наклон линейных участков статической характеристики за -счет обратной св зи между выходом и входом устройства без потери устойчивости его работы. Свойство адаптации биологического нейрона , определ емое взаимодействием процессов возбуждени  и торможени  на мембране, достигаетс  за счет включени  в схему блока 10 моделировани  адаптации. Приход щий на блок моделировани  адаптации возбуждающий (тормоз щий) сигнал запускает одновременно тормоз щий (возбуждающий) процесс , который развиваетс  по экспоненциальному закону и через определенный промежуток времени компенсирует возбуждающий

(тормоз щий) сигнал. Измен   параметры

блока моделировани  адаптации, можно в

широких пределах регулировать врем  и

глубину адаптации.

Блок моделировани  on вызывает реакцию устройства на по вление или увеличение сигнала, подаваемого с блока формировани  входного сигнала. Эти моменты времени устройство отмечает генерацией пачек импульсов, длительность которых зависит от

параметров и настройки блока моделировани  эффекта on.

При подаче сигнала с блока Ь через блок 7 устройство генерирует пачки импульсов в моменты времени, соответствующие началу

уменьщени  или исчезновени  анализируемого сигнала, при этом моделируетс  эффект о// биологического нейрона. При соответствующей настройке блока 7 в устройстве моделируетс  свойство постактивационного усилени , которое заключаетс  в постепенном повышении частоты выходных импульсов устройства после подачи через блок 7 посто нного по уровню сигнала. Врем  и глубину постактивационного усилени  можно регулировать изменением параметров блока 7.

Блок 6, имеющий два входа, моделирует в устройстве свойство кратковременного запоминани  стимула при длительном его воздействии и постепенного забывани  его при

выключении стимула. На входы блока 6 сигналы поступают как с выходной клеммы 17, так и непосредственно с блока формировани  входных сигналов 5i. При по влении сигнала хот  бы на одном

из входов блока 6 на его выходе по вл етс  сигнал, нарастающий по экспоненциальному закону. Этот сигнал поступает на вход генератора импульсов 14 и поддерживает частоту импульсации на выходе устройства. При

мгновенном отключении сигналов на входе

ycTpoftctBa частота импульсадии на его выходе уменьшаетс  по экспоненциальному закону .

Врем  запоминани  и забывани  стимула можно измен ть путем регулировани  параметров блока моделировани  запоминани  стимула.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл - моделировани  нейрона, содержащее блоки формировани  входных сигналов, последовательно соединенные пороговый блок, генератор импульсов, блок дифференцировани  и усилитель-формирователь выходных импульсов, и пространственновременной сумматор, выход которого подключен к соответствующему входу генератора импульсов, а первый и второй входы соединены с выходами блоков торможени  и возбуждени , входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков формировани  входных сигналов, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности моделировани , оно -содержит блок моделировани  адаптации, блок моделировани  эффекта on, блок моделировани  запоминани  стимула и блок моделировани  эффекта off и постактивационного усилени , входы которых подключены к выходам соответствующих блоков формировани  входных

   сигналов, причем выходы блока моделировани  адаптации и блока моделировани  эффекта on соединены с третьим и четвертым входами пространственно-временного сумматора , выходы блока моделировани  запоминани  стимула и блока моделировани  эффекта off и постактивационного усилени  подключены к соответствующим входам генератора импульсов, а к другому входу блока моделировани  запоминани  стимула подключей выход усилител -формировател  выходных импульсов.

   ы-