Модель нейрона

Модель нейрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МОДЕЛЬ НЕЙРОНА, содержащая первый блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы.сравнения , выход которой подключен к пер:вому входу блокирующего элемента И, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения , и генератор импульсов, о т личающаяс я тем, что, с целью повышения точности моделирования , выход генератора импульсов подключен к второму входу блокирующего элемента И, выход которого является выходом модели и соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого является управляющим входом модели, информационные входы которой подключены к входам первого блока памяти. Wf U2Urr-l

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) С 06 С 7/60

)((х.,(-Н; Ц«4 !

„„.«д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3461085/18-24 (22) 24,05.82 ,(46) 07.04.84. Бюл.)) 13 (72) Е.В.Айэенберг и 10,А.Cìèðíoâ (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР@ 902033, кл.G 06 G 7/60, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 176367, кл.G 06 G 7/60, 1964 (прототип) ° (54 ) (57 ) МОДЕЛЬ НЕЙРОНА, содержащая первый блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы.сравнения, выход которой подключен к первому входу блокирующего элемента И, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, и генератор импульсов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, выход генератора импульсов подключен к второму входу блокирующего элемента И, выход которого является выходом модели и соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого является управляющим входом модели, информационные входы которой подключены к входам первого .блока памяти.

1084829

Изобретение относится к биокибернетике и бионике и может быть использовано для распознавания образов, кодируемых совокупностью последовательных бинарных кодов, для анализа функциониронания отдельного нейрона и нейронных сетей, для построения систем автоматического управления непрерывными технологическими процессами..

Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее сумматор, схемы сравнения, блок памяти ключа, преобразователь напряжения в частоту и формирователь импульсных сигналов

111 . 15

Недостатком этого устройства является относительно малая точность моделирования, Наиболее близким к изобретению. является устройство для моделирования ориентировочных рефлексов, содержащее первый блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, выход которой подключен к первому входу блокирующего элемента

И, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, и генератор импульсов.

Кроме того, второй выход блока сравйения через блок постоянной времени . соединен с входом блока, воспринимаю- З0 щего входные сигналы, выход которого подключен к входам блоков памяти (2) .

Известное устройство позволяет получать ритмические регулярные колебания, однако не позволяет синхрони- 35 зовь:вать эти колебания и воздейстновать на их характер.

Белью изобретения является повышение точности моделирования, что позволяет расширить возможности использования "устройств", взятых из живой природы н технических системах, и расширить представления о функцирнировании мозга путем более.точного модели онания его клеток.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем первый блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения,выход которой подключен к первому входу блокирующего элемента И, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, и генератор импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу блокирующего элемента И, 55 выход которого является выходом модели и соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого является управляющим входом модели, информационные входы которой 60 подключены к входам первого блока памяти.

На фиг.1 приведена блок-схема модели, на фиг.2 — диаграммы отработки ступенчатого входного сигнала, на 65 фиг.З - функциональная группа моделей нейронов.

Модель нейрона (фиг.1) содержит первый блок 1 памяти, выполненный на интеграторе, схему 2 сравнения, генератор 3 импульсов, блокирующий элемент И 4 и второй блок 5 памяти, также выполненный на интеграторе.

Причем функционально генератор 3 является для нейрона внешним источником синхронизации и физически нахо дится вне нейрона. Функциональная группа моделей нейронов (фиг.3) включает распределитель б, задающий генератор 7, нейроны .8.

° модель работает следующим образом.

Входные импульсные последовательности, поступающие на входы блока 1,. суммируются, преобразуясь в аналоговый сигнал, сравниваемый с помощью схемы 2 сравнения с аналоговым си<гналом блока 5. Превышение значения напряжения на выходе блока 1 по сравнению с напряжением на выходе блока 5 вызывает отработку следящей системы, а именно: элемент И 4 пропускает импульсы от генератора 3 до тех пор, пока не сравняются значения аналоговых напряжений на входе схемы 2 сраннения.

Работа модели иллюстрируется временной диаграммой (фиг.2), где изображена отработка моделью ступенчатого воздействия на схему сравнения.

С помощью управляющего входа U>«(t ) можно влиять на передаточную функцию модели, обрабатывающей входные сигналы, характеризукщие непрерывно протекающий технологический процесс.

-густь u, (t), uy(t),...,u„(t) входные переменные, характеризующие некоторый технологический процесс, Uq„lL(t ) — управляющая импульсная последовательность.

В режиме слежения динамически выполняется равенство и

Ъ 0АИ)д(- ) с Ф ад® оз() зьа ® с И.m<=1 со

1 Ф.

K a,)LL;LtLdt=a<(LLLtldt

-ao -00 -Ю где a„a>„a — коэффициенты, характеризующие модель.

Пусть и

Б,s„(t) =Е a„J u (t)at, (3) (р

Тогда

1 t

„(t " a>j „(t)dt=a J 3 (t) t

3 ВНх о (4) Пусть

Q)q„(t) р(u| (t) u,(t) u„(с) (5) -1084829

ru 8» где ф (U (t ), П (),...,Uq(t ) — функционал, обеспечивающий наилучшее в некотором смысле функционирование системы.

Представляя (5 ) в (4 ), получаем вырах ение для искомого U (t )

1

I UÄ (t ) at = — (U»(t ) — a, Ф (U< (), -ОР

SX

-о

2 (6) Поскольку известно, что в головном мозге имеются образования, функционально сходные с кольцевыми линиями задержки или распределителями синхронизирующих импульсов в вычислительной технике, представляется реальным фрагмент схемы функционирования группы нейронов (фиг.З), выполненных по предложенной схеме (фиг.1 ).

На распределитель 6 поступает им- 20 пульсная последовательность от задающего генератора 7. Назовем ее ритм основным биоритмом организма и обозначим его частотучерез F. Если обозначить число выходов кольца через 25

К, то частота импульсов на каждом выходе равна Г = F/K, Нейроны 8 соединены параллельно для надежности функционирования системы в целом н выполняют одинаковую щ в параллельно соединенной группе работу.

На каком-то отрезке времени входная информация на нейрон не изменяется, т.е. в результате выполняется ,У „ = const. В этом случае пилообраэньй сигнал от выхода интегратора обратной связи блока 5 имеет вид по фиг.2 (интервал П). На выход схемы

2 сравнения разрешающее напряжение подается только пока выполняется неравенство Usq Uoc .

При оптимальном выборе постоянной времени интегратора обратной связи блока 5, если в момент прихода синхрониэирующего импульса на элемент И выполнялось неравенство U „Ë c, то к приходу следующего синхрониэирующего импульса потенциала Ugg не успеет разрядиться настолько, чтобы не выполнялось это неравенство, но к приходу еще одного синхрониэирующего импульса неравенство уже не выполнится и необходим новый подзаряд емкости интегратора обратной связи..В резуль-, тате при Uqx = const (состояние покоя) выполняется равенство частоты

Usb x(t ) Г

Таким образом, модель при различных входных сигналах, имитирующих работу рецепторов, выдает импульсную последовательность, совпадающую с известными примерами.

Устройство позволяет также закодировать последовательным импульсным кодом любую пространственно-временную "картину", представленную совокупностью бинарных импульсных последовательностей.

1084829

4 фм М

)4

l4 ф

Составитель А.Яицков

Редактор И.Шулла Техред A.Êèêåìåýåé Корректор g.påøeòíèê

Заказ 2013/45 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, уЛ.Проектная,4