Устройство для моделирования нейрона

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 4050471/28-14 (22) 04.04.86 (46) 30.06. 88. Бюл. № 24 (72) А. В. Савельев (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1238583, кл. G 06 (i 7/60, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА (57) Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и процессов высшей нервной деятельности и может быть использовано, в частности, при изучении адаптивных процессов памяти в нейрофизиологических экспериментах, а также как функциональный элемент в системах искусственного

„„SU„„1406613 А1 интеллекта. 11ель изобретения повышение точности моделирования биологических процессов в нейронах за счет воспроизведения адаптивных свойств ностт TdHH÷åñêîé иотенциации. 11оставленная цель достигается тем, что в известнос устройство для моделирования нейрона дополнительно введены инте гратор 13 с большой постоянной времени интегрирования и блок 3 задания весового коэффициента адаптивности, причем вход последне о соединен с выхо. ом первого фу нкциîíального преобразователя 6, а выход блока 3 задания весового коэффициента адаптивности соединен с входом интегратора 13, выход которого подклюин к уl1рdí, tÿêíïèì вxoëам первого и второго функциональных преобразователей 6 и 5.

1 ил.

1406613

Изобретение огносится к устройствам

»налог>)HOI моделирования нервной системы и процессов высшей нервной деятельности и чожет быть использовано, в частности, при излче««ии адаптивных процессов в»мяти в нейрофизиологических экспериментах, а также как функциональныи .«емент «l система искусствен««ога интеллекта.

Це)ью изобретения является 110Hbl«le«I«I( точности моделирования биологических нейронов la c÷åò воспроизведения адаптивHblx свойств посттетанической иотенпиапии.

На чертеже изображена функциональная сxема устройсгва для чоделирования нейрона.

Устройство для чоделирования нейрона содержит формирователь входных сигHd

loB, преобразователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 задания весовых коэффицие«гов, первый сумматор 4, второй 5 и первый 6 функциональные преобразователи, второй сумматор 7, преобразователь 8 напряжения в частоту. инерционное звено 9, гретий сумчытор 10, блок 11 задания иор01», блок 12 за«»ния весового коэффициента адаптации, интегратор 1 3.

Устройство для чоделировыния нс йроня работает сле,1х кипим образом.

Входные возбуждающие и торчозя>цие сигH;«,1«I в виде частоты следования ичпуль oB H();1»K)T(Hd входы форчировытелей водных сигналов l. Последовательности импульсов, стабилизированные (Io»ч>«л«>туде и длительности с частотой следования, рывной вход«>ой частоте, нодак)тся с их выходов ня преобрязовыгели 2 частоты в

» з яр я к « II(. 1;» -åå Гl ро;О 1я и(. рез 6 Г>0ки 3 >алания весOHhlx коэффициентOB

oil«l»H ãич((ких контактов, Hапряж< ние, ироHop>«I«OH;1льное частоте в.<о«Hblx импульсов, носTóï»åã с вы. одов блоков 3 ны вхо;1ы сумматоры 4, где llðîèñxîäèò сумчирование с соответс1 иую>пим модальности сигнала з«(акоч (воз6) кдаю>пий или горчозящий1.

Если состояние входов таково, что с мчарное напряжение с выхода лмматора

4 I(превышает величину HopOI возбуждения устройства, задаваечого вторым функциональным преобрызователем 5, напряжение «I» вы. одах первого 6 и второго 5 функпиона. >bH« lx преобразователей и B T()рого суччатора 7 равны нулк), в связи с ч(.м имцульсация на выло It преобразователя <) напряжения в частоту, ко<орый является выходом устройства, отсутсгвует, IIpH этом напряжение на выходе инерционного звена 9 равно нулю, ы на«>ряжение с выхода третьего суммагор» 10, равное инвертированному напряженик) с блока 1! задания порога, поддерживает н(личину llopora второго функциональногO иреооразователя 5 чаксичальной. Напряжение на выx0, 1»л после,«ов >тельно соеди«>енных 6.«OKd !2 задания ««е(ово> о коэффициента ад»птапии и ин>егрытора 13 также равны нулю, что

10 !

55 поддерживает характеристики функциональных преобразователей 5 и 6 в исходном состоянии но их управляющим входам, что соответствует минимальному значению доступного медиатора.

В случае, если величина напряжения с выхода (умматора 4 превышает порог второго функционального преобразователя 5 и ««превышаег порога первого преобразователя 6, то устройство работает аналогично прототипу и на выходе преобразователя 8 напряжения в частоту наблюдаются импульсы, частота следования которых пропорциональны напряжению с выхода второго преобразователя 5, а порог послезнего и величины насы«пения иреобра:«)в» I елей 5 и 6 остаются в исходноч состоянии. Превышение суммарным наиряженигч с выхода сумматора 4 порога второго иреобразовател я 5, что соответствует входу нейрона в зону посттетяническои иотенциации, приводит к иоявленик) на выходе нерво>0 преобразователя

6 сиг><ала в соответствии с его характеристикой. Частота г< нерапии импульсов с вы ода преобразователя 8 нро>«орпиональны этому напряжению и со<) гветствует на;1«епрессивной актив>«нти нейрон». Это же напряжение поступает на вход инерционного звена 9, в связи с чем медленHO возрастает напряжение на выходе последí I 0, вычитаясь в сул>мыторе 1(1 из напряжения с блока !! задания порога. медленно снижает порог преобразователя

5 аналогично прототипу, что чоделирует Новыпlåíèå возбудимости нейрона при восттеты нической иотенпиапии.

Кроме того, напряжение с выходы преобразователя 6 поступает, усиливаясь предварительно в блоке 12 задания весового коэффициента lä»ïòàöèè, на вход интегратора 13. Если под действием входныих сTHMóëèðó«olll,их сигналов устройство долго находится в зоне 11TII, на выходе интегратора 13 начинает медленно возрастать напряжение. линейно изменяющееся, если напряжение на выходе преобразователя

6 пос гоянно и на:<одится в зоне ППI (стационарная тетаническыя стим улирчк)щая активность). При этом возрастают величины насыщения характеристик функциональных преобразователей 5 и 6, ня котоpbl(. напряжение с выходы интеграторы 13 подается IO их управляющим входам, в результате чего напряжение ны выходе функционального преобразователя 5 нач;нает возрастать, независимо ol того, что напряжение на его выходе не изменяе)ся. Это приводит к линейному увеличеник) час «оты генерации с выхода преобразователя 8 на««ряжения в частоту, что 0001ветствует увеличению количества доступного к высвобождению медиатора при длительных титанических высокочастотны (воз.1ействиях на нейрон. 11аиряжени(ны выход(1 ((!!)6>13

Фор,><ц.!а и:.<обр< ген<)я

1.<>LTct

, »1Л, < Р .-) (. 11»;11> < Х(>»; (! В» fi< < К il!1>сti »li < (>" < 1.1

:3<»»« 31 iti 4 t> 1t 11,„, Т-О4 l l!: 1»1

f3l t l ll ll l l l >,, i.„»;, 1 .<»,>««,>»t! <;,«1 (li 11 1< 1„>1 11 < )<><><, . 11» .

1! >(,i;. >,,-1,. Ж 3 >, :1)»ы:, 11 tl,lt,, t

l l!, 1 1 1 11 i >. i li,»(>ни<, >< I Ih 1111 <я<>! .,, «1., i !> .;.:,, It!

1 интеграторы 13 возрастает В с(н>Г1)етс! вии с егo постоянной времени 10 выхода Ik)

11ри прекращении тетынич(ской стимлляции нейроны, т. е. Нри вы. о;!е сигнала с выхода сумматоры 4 из зоны 11T(1 н«выходе преобразователя 6 напряжение отСутетВуЕт, Нрн этОМ СИГНаЛ С ВЫХОда ИНтегратора 13 сохраняет постоянным свое текущее значение и нод.(ерживыет дынное состояние характеристик нер(.дачи нре(>6рызователей 5 и 6 Ilo его унравляю<цим

Входам.

Если у<трой< тв, для л>:,i(ëèðoâBtl»я Ilt. йрона Вновь иодвер<ыет H <ст IIIHН(скол(л В033(HCTBH К) ДО ТОГО, KЫ К Il Р ИД(Т В HL ХО 1но(. состo>3ние, f. (. . Инт(ГрытОр 1 3 IIL (нел рызрядитьс>t, 10 р<>с! напряжения If51m(ния, имеющегося в данный момент ltii накопительном кон>!енсы<ор(интеграторы 1 3. Таким образом, устройство мод(лирует нов Гo() 51101Ц М К) С Я Н О С Т ТЕ Т <3 Н И Ч (.< С К Л Ю Н ОТ (I I I i И Ы 1! И К ) .

Ъ cтроиство,!л я xk 0, 3сг<и ро!3<<и и 51 f1 L и р<>н;1, соде ржаkf(pL послед<эвате. !ьно соединеlktll>IL.

<()ОРЛ1 ИРОВВТ(.З !3 ВХОДII t>l X <. И1 Н <1. 1013, 13 X 0.!1>I KOторыих являются во36уждыннцими и тормозящимии Входы м и у(т РОЙС Гlkа, !)xo. !III>I(гы в н!<нряжение и олоки

3 Ы. Ы I l И Я 13 (L O 8 I >I Х К О Э ((> (() И I l l k L l I Г () 13, и Ы Х О, t >l h Oторых нодклн>иены к вход;)м 11(()1301 слммыторы, выход ко) орого нодклк>ч II к входу нерВОГО И 13ГОрО! О фуНКНИ(>н !1,>hfltil х II ()(. Ol>Р 1ЗОВЫТ(Х IС и (. ТРЫН(НЕ!1.1<1. 11 Н Ь1Л! И Х I РЫ К1 (ристиками, нрео6рыз()ватель Ifk и частоту, второй и третий < ум и;! Горы, инерционное звено и 6.!ок 3щи м входом третьс го сумматоры. вы хо,!

KOТОР<)ГО СОЕДИН(.<11 С >, 11() функционы.l t>liol llðco6рызователя, Второй вхоl тр Tt L го сл ммыторы соединен с выходом инерционного звена, Выход которого нодключсн к t31lxo;!x

1 5 н е Р !3 0 Г о ф У и к ц и О н а л ь и 01 o I k () L0 <) () ii 3 о 13 i! T Lx 1 Я . соединенному также L вторым входом BTo()ol o сл мматоры, нсрвыи !)Ход Kol o()ol < О(;IH11L Н L ВЫХОДОЛ1 !310()OI О фУНКЦИОН<3. IЬ

1 I O 1 O l1 () C O 6 () i3 3 O f 3 ik T LX l 5I, 13 l >l X O:! в Г О р О 1 O < л м л> «горы (оедин(и с !)ходол1 11()L оорызовыт<Х151

Hiil1() HiKL НИЯ В Ч<3(. То Г >, ВЫХО КОТОРО! О Я13 ляется Выxo.<ом у< ) ройствы, от.>««и>01<3« <

Г(М, IT(), L 11(. . I ÜÊ) IIOBI>l ill(. НИ Я ТО<()иц!(ента а )антивности, Il() lf«L м 1!хо 6лок« зы.!ы и и я ве(оного к<кэффи циснты ыды II T ll ин()сти Lоединен с выходол! н ()Bok o ((>х нк!!HO!I«, lь)<ОГО Iiр 06рiiзОB<1Т(х)я, ы ВЫХОД 6,10—

30 Kd .<ы;!а ни Я BL LHB01 » Ко 3(t) kf Itkk L нты 1) il. вы;од которого llo;LK.<ючен к уll р;! вл як>щим В: одам н(р1)ого и итороп> флнкциоl,<3,1ьных нр«о6ры <овытслсй.