Устройство для моделирования нейрона

Союз Советских

Социалистических республик

О П И С A Н И Е ()879608

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.01 80 (2! ) 2906982/18-24 с присоединением заявки J4— (23) Приоритет (5I)M. Кл.

Я 06 (7/60

Гоаудвратмнкый камитвт

СССР ао делам изобретений и аткрыткй

Опубликовано 07.11.81. Бюллетень М 41 (53) )(ДК 681, .333 (088.8) Дата опубликования Описания 10.11.81 (72) Авторы изобретения

Х. Т. Байрамов, P. М. Тагиев и В, А. Поляруш (7!) заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА

Изобретение относится к области ана логового моделирования и может найти применение в адаптивных информационноуправляющих системах.

Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее источники входных импульсов, преобразователи частоты в напряжение, сумматор, схему сравнения, преобразователи напряжения в частоту 1 J.

Недостатком этого устройства являет1О ся неполнота моделирования процессов биологического нейрона, отсутствие в ней ряда приспособительных свойств реальной нервной клетки.

Наиболее близким по технической сущ15 ности к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее два блока пространственно-временного ,суммирования, блок задания начальных условий, блоки изменения весов межнейронных связей, блоки коррекции весов межнейронных связей, блок адаптации порога, сумматор, управляемый генератор импульсов 52).

Недостатком этого устройства является невысокая точность и невозможность моделирования влияния окружающей температуры на биологический нейрон иэ-эа от сутствия блока коррекции.

1!ель изобретения — повышение точности моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, регулируемые блоки синаптических весов, блоки пространственного временного суммирования, первый блок адаптации порога, первый вход которого подключен к первому выходу первого блока задания начальных условий, регулируемый сумматор, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к Bxollj блока формирования выходных импульсов, выход 1 -го преобразователя частоты в напряжение подключен к первому axoay -го регулируемого блока синаптических весов (= 1, 2,..., n; и — число входов), выход ) --го регулируемого

8796 блока синаптических весов соецинен с

-ым входом первого блока пространст венно временного суммирования (g =1, ...,к, К вЂ” число возбуждающих входов), выход m -го регулируемого блока синаптических весов соединен с (m --к}-ым входом второго блока пространственновременного суммирования (1п =1+к,..., и.), дополнительно ввецены второй блок адаптации rropora, второй блок задания началь- 10 ных условий, источник корректирующего напряжения и источники входных сигналов, причем выход 1 -го источника вхоцных сигналов соединен с входом 1 -го преобразователя частоты в напряжение (j =1, l5 ..., q ), первый вход второго блока адаптации порога подключен к первому входу второго блока задания начальных условий,выходы первого и второго блоков пространственно-временного суммирования соединены 2î со вторыми входами соответственно первого и второго блоков адаптации порога, первые выходы которых подключенъ соответственно к первому и второму входам регулируемогосумматора,,выход которого сое- 25 динен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход источника корректирующего напряжения соединен с третьим входом регулируемого сумматора, вторые входы 1 -ых регулируемых блоков синап- зо тических весов объединены и подключены ко второму выходу первого блока задания начальных условий (j =1„...,к), третьи входы j -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и соединены со з вторым выходом первого блока адаптации порога J =1,... К, вторые входы п-ых регулируемых блоков сииаптических весов объединены и подключены ко второму выходу второго блока задания начальных условий (m =к + 1, ...,n ), третьи входы

rn -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и соединены со вторым выходом второго блока адаптации порога (vn= +1„„т ), На фиг. 1 представлена схема источника корректирующего напряжения; на фиг. 2схема регулируемого блока синаптических весов; на фиг. 3 — схема блока адаптации порога.

Устройство для моделирования нейрона содержит источники вхоцных сигналов 1, которые по возбуждающим 2 и тормозящим 3 входам через преобразователи 4 частоты в напряжение подключены соответ55 ственно к первым и вторым регулируемым блокам синаптических весов 5, и 5, первый и второй блоки пространственно-временного суммирования б q и бп первый

08

4 и второй блоки адаптации порога 7,8, регулируемый сумматор 9, источник корректирующего напряжения 10, преобразователь напряжения и частоту 11, блок формирования выходных импульсов 12, первый и второй блоки задания начальных уоловий 13 и 14.

Регулируемый блок синаптических весов содержит транзисторы 15, 16 и резисторы 17.

Блок адаптации порога содержит безынерционный усилитель 18, дифференциал ный усилитель 19, апериодический усилитель 20.

Устройство работает следующим образом.

На входы преобразователей 4 частоты в напряжение, от источников входных сигналов 1 поступают соответственно возбуждающие и тормозящие сигналы в виде последовательности положительных импульсов.

В преобразователях 4 входные частоты преобразуются в напряжения, которые через первые и вторые регулируемые блоки синаптических весов 51 и 5, в которых происходит изменение величины напряжения пропорционально синаптическим весам, поступают на первые и вторые блоки пространствейно-временного суммирования 6 и 6 возбуждающих и тормозящих сигналов соответственно. Суммарное напряжение возбуждения с выхода первого блока пространственно-временного суммирования 6 поступает на вход первого блока адаптации порога 7, а суммарное напряжение торможения с выхода второго блока пространственно-временного суммирования 6 поступает на вход второго блока адаптации порога 8. В блоках адаптации порога 7 и

В происходит приспособительное изменение суммарных напряжений возбуждения и торможения за счет отклонения порогов ней рона от своих оптимальных значений, за. даваемых блоками задания начальных условий 13, 14. С выхоцов первого блока адаптации порога 7 и второго блока адаптации порога 8 напряжения возбуждения и торможения поступают на регулируемый сумматор 9, в котором происходит вычитание этих напряжений с одновременным изменением попученной разности на величину коррекции, задаваемой источником корректирующего напряжения 10, моделирующего влияние температуры окружающей среды на биологический нейрон. Скорректированное разностное напряжение поступает с регулируемого сумматора 9 на преобразователь напряжения в частоту 11, 879608 где преобразуется в частоту, которая приходит на формирователь выходных импульсов 12.

Изменение весовых коэффициентов синапсов в первых и вторых регулируемых блоках синаптических весов 5 и 5 можно осуществлять как вручную с блоков задания начальных условий 13, 14, так и автоматически с блоков адаптации порога

7,8 по цепям отрицательной обратной 0 связи, Введение в устройство источника корректирующего напряжения, моделирующего влияние температуры окружающей среды на биологический нейрон, блока адаптации порога и блока задания начальных условий позволяет повысить точность моделирования, приблизить модель к реальному биологическому нейрону.

Формула изобретения

Устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в на- 25 пряжение, регулируемые блоки синаптических весов, блоки пространственно-временного суммирования, первый блок адаптации порога, первый вход которого подключен к первому выходу первого блока задания начальных условий, регулируемый сумматор, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к входу блока формирования выходных импульсов, выход ) -го преобразова- з, теля частоты в напряжение подключен к ,первому входу 3 --го регулируемого блока синаптических весов (=1,2,..., n, и — число входов), выход j -ro регулируемого блока синаптических весов соединен с 40

-ым входом первого блока пространственно-временного суммирования (3 =1, . ... k к- число возбуждающих входов), выход m -ro регулируемого блока синаптических весов соединен с (тп-к)-ым входом 4 второго блока пространственно-временного суммирования (m =1+к,..., и ), О т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в него дополнительно введены второй блок адаптации порога, второй блок задания начальных условий, источник корректирующего напряжения и источники входных сигналов, причем выход

-го источника входных сигналов соеди- нен с входом 3 -го преобразователя час» тоты в напряжение (4 =l...„n ), первый вход второго блока адаптации порога подключен к первому выходу второго блока задания начальных условий, выходы первого и второго блоков пространственновременного суммирования соединены со вторыми входами соответственно первого, и второго блоков адаптации порога, первые выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам регулируемого сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход источника корректирующего напряжения соединен с третьим входом ре гулируемого сумматора, вторые входы

-ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и подключены ко второму выходу первого блока задания начальных условиЯ (2 =1,..., к ), третьи входы 4 -ых регулируемь х блоков синаптических весов объединены и соединены со вторым выходом первого блока адаптации порога () =1, к ), вторые входы rn-ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и подключены ко второму выходу второго блока задания начальных условий (111 = К+

1,..., n), третьи входы п -ых регулируемых блоков синаптических весов объединены и соединены со вторым выходом второго блока адаптации порога (m = к + 1,..., n ), Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 647698, кл. g 06 Cj 77//6600, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

No 647699, кл. С 06 4 7/60, 1976 (прототип).

879608

Составитель Л. Терехов

Редактор Н. Коляда Техред Ж.Кастелевич Корректор О. Билак

Заказ 972 3/2 1 Тираж 74 8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4