Устройство для моделирования нейронных структур

Устройство для моделирования нейронных структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцл алистйческих

Республик (11) 478329

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61)Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04,12.73(21) 1973906/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (51} М. Кл.

G 06 g 7/60

Гасударстовнный номнтвт

Соввто Иннна1рав СССР оо долам ноабрвтвннй н открытой (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.07. 75.Бюллетень № 27 (5З) УДК 681. 335 (088. 8 ) (45) Дата опубликования описаиия05.08,75 (g2} Автор изобретения

Ф. X. файзуллин

Казанский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ульянова.-Л енина (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ

СТРУКТУР.-"".1

Устройство относится к моделированию

I нейронных структур (сетей, систем) и мо-, жет.быть использовано для проведения ! комплексных исследований информационных процессов в нейронных структурах, в том а числе для исследований принципов построе;ния нейронных классификаторов, задач поиска и обучения, задач управления.

Известно устройство для моделирования нейронных структур, содержашее блок моде- 10 пирования нейронов, первый и второй входы . которого подключены соответственно к выходам наборного поля и блока управления, а его выходы соединены с первыми входами, наборного ноля, блока управления и блока 1Ь индикации, второй вход которого подключен

1 к выходу блока управления, а выход блока индикации соединен со вторым входом блока управления; второй выход наборного поля соединен с первым входом блока интег- 20 .раторов, второй вход которого подключен к выходу блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока интеграторов.

Такое устройство имеет ограниченные

I функциональные возможности по простоте и рв эффективности проведения исследований, полноте и точности моделирования, широте класса исследуемых проблем.

Предложенное устройство, с целью уве» личения точности моделирования, содержит формирователь входных сигналов, преобра» зователь входных сигналов, интегратор и генератор случайных сигналов, вход кото рого подключен к выходу блока управления, ia выход соединен с третьим входом блока

1 моделирования нейронов и четвертым вхо дом блока управления; вход формирователя входных сигналов подключен к выходу блока ,управления, а его выход соединен с первым входом преобразователя входных сигналов ,и пятым входом блока управления, шестой вход которого подключен к первому выходу преобразователя входных сигналов, вход которого подключен к выходу блока управления, а второй выход - ко второму входу наборного поля; первый и второй входы интегратора подключены соответственно к выходам блока моделирования нейронов и блока управления, а его выход соединен с седьмым входом блока управления.

5

l0

И

50

60

3 4783 в

Ячейкой сети является аналого-дискретная модель нейрона, обладающая всеми основными функциональными свойствами биологического нейрона и реализованная на микросхемах.

Устройство позволяет: а) оперативно использовать различные модификации модели нейрона, не меняя физической структуры устройства; б) моделировать широкий класс детерминированных и вероятностных нейронных структур; в) индивидуально настраивать и регулировать параметры нейронов и всей, моделируемой структуры в целом;

1 г ) моделировать циркуляционные процессы, которые могут автоматически перестраивать структуру; д) визуально наблюдать сформированные в процессе автоматической перестройки (обучения) структуры; е) регистрировать активность отдельных нейронов и всей структуры в целом; ж) перерабатывать (кодировать) световые, акустические и смешанные сигналы.

На чертеже приведена структурная схема устройства, Устройство содержит формирователь входных сигналов 1, преобразователь входных сигналов 2, в состав которого входят .матрицы светочувствительных элементов (МСЭ) 3 и частотный фильтр 4, наборное поле 5, блок моделирования нейронов (БМН) 6. В состав БМН 6 входят подблок возбуждаюших синапсов 7, выход которого соединен с подблоком дендритов 8, к которому подключен также выход подблока тормозящих синапсов 9. Выход подблока

8 через подблок 10 тел нейронов соединен с формирователем выходных сигналов 11.

Кроме этого, в устройство входят интегратор 12, блок индикации 13, блок интеграторов 14 и блок управления 15.

Формирователь входных сигналов 1 служит для формирования входных световых и акустических сигналов, которые поступают соответственно на преобразователь 2. Формирователь 1 состоит из источника звуковых колебаний и проектора, позволяющего получать световые сигналы (изображения).

Преобразователь входных сигналов 2 служит для преобразования сенсорных сигналов в код, используемый в устройстве. Он состоит из МСЭ 3 и частотного фильтра 4, преобразующих соответственно световые и акустические сигналы. Выходные сигналы блока 2 представляют собой либо импульсы, либо потенциалы.

Наборное поле 5 предназначено для набора определенных типов моделей нейрона, осуществляемою тумблерами, и для коммутации ячеек тумблерами и шнуровыми парами независимо, а также для подключе ния к нейронам выходов преобразователя 2 и интегрирующих усилителей, Блок моделирования нейронов 6 является основной частью устройства. Он соотоит иэ подблока 7 возбуждающих синапсов — активных четырехполюсников, изменяюших в процессе обучения свои передаточные функции и моделирующих возбуждающие пластические синапсы; подблока 8 дендритов — пассивных интегрирующих цепочек, моделируюших веточки денритного дерева; подблока 10 тел нейронов, представляющего собой электронные схемы, моделирующие основные функциональные свойства тел прототипа. Такое конструктивное исполнение блока 6 позволяет просто набирать различные модификации моделей нейронов.

Интегратор 12 выходного сигнала служит для преобразования выходных импульоных сигналов нейронов в аналоговую величину (напряжение), которая фиксируется вольтметром, и позволяет судить о суммарной активности нейронной структуры.

Блок индикации 1 3 позволяет судить о состоянии нейронов. При их возбуждении на его панели загораются лампочки; изменения состояний возбуждения структуры фиксируются на кинопленку. Блок индикации 13 позволяет особенно наглядно наблюдать процессы формирования и динамику циклических процессов в нейронных струкгурах.

Блок интеграторов 14 служит для фиксации с помошью самописцев сведений о возбуждении областей структуры или отдельных нейронов. Блок состоит из однотипных решаюших усилителей, работаюших в апериодическом режиме.

Блок управления 15 служит для управления регулировки и контроля параметров формирователя входных сигналов 1, и других блоков, соединенных с ним. Он позволяет, в частности, изменять пороги срабатывания нейронов, устанавливать начальные синаптические веса, регулировать время задержки аксонов и передаточные характеристики дендритов.

Генератор случайных сигналов 16 служит для "зашумления нейронов двумя способами: смешением уровня порога срабатывания к критическому и воздействием на входы. нейронов случайными последовательностями импульсов. Это позволяет очень просто преобразовывать детерминированные нейронные структуры в вероятностные.

8329

47

Устройство работает следуюшим образом.

При подготовке устройства к процессу моделирования нейронных структур на наборном поле 5 задается тип нейрона, соотношение возбуждаюших и тормозяших синапсов, топология моделирования нейронной структуры, производится подключение блока интеграторов 14 к определенной области нейронов БМН 6. B блоке управления 15 устанавливаются требуемые параметры нейронов, проверяется работоспособ ность блоков устройства и подготавливается съем данных..На генераторе 16 устанавливается нужный режим "зашумления".

После подготовки устройства проводится исследование модели нейронной структуры до достижения заданного критерия функционирования, или до выявления определенной закономерности функционирования структуры, после чего устройство BbIKBIo» чается, и полученные данные анализируются. Например, для исследования механизмов формирования энграмм на формирователе входных сигналов 1 задается определенный тип сигналов, принадлежащих одному классу (например, набор изображений определенной геометрической фигуры).

Эти сигналы, поступая на МСЭ 3 возбуждают с той или иной интенсивностью светочувствительные элементы, выходные сигналы которых, в свою очередь, кодируются последовательностью импульсов с определенной частотой на выходе рецепторных .нейронов, специально выделенных для этого на БМН 6. Сигналы с выходов рецепторных нейронов преобразуются соответственно в нейронной структуре, тип и параметры которой могут планомерно меняться как с помошью блока управления 15, так и автоматически из-за наличия пластических свойств синапсов. Условием достижения заданного критерия функционирования в данном примере является формирование энграмм, т.е. такого подмножества нейронов, которое в озб, жда етс я всегда определенным образом тогда, когда на преобразователь 2 поступают сигналы однот") заданного класса.

/ .Иособ съема данных зависит от типа исследуемой нейронной струкTóðül: при анализе детерминированных синхронных структур применяется визуальный контроль или используются дискретные регистрируюшие устройства; при анализе асинхронных и вероятностных структур используются непрерывные регистрирующие устройства, например, самописцы или кинопленка.

Интегратор выходного сигнала позволяет производить качественный анализ любого типа структур.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования нейрон15 ных структур, содержашее блок моделирования нейронов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам наборного поля и блока управления, а его выходы соединены с первыми входа20 ми наборного пола, блока управлении и блока индикации, второй вход которого подключен к выходу блока управлении, а выход блока индикации соединен со вторым входом блока управления; второй выход наборного по25 ля соединен с первым входом блока интегI раторов, второй вход которого подключен к выходу блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока инте1 граторов, о т л и ч а ю ш е е с я тем, 60 что с целью увеличения точности моделирования, оно содержит формирователь входных сигналов, преобразователь входных сигналов, интегратор и генератор случайных сигналов, вход которого подключен

З5 к выходу блока управления, а выход соединен с третьим входом блока моделирования нейронов и четвертым входом блока управления; вход формирователя входных сигналов подключен к выходу блока управления, а его выход соединен с первым входом преобразователя входных сигналов и пятым входом блока управления, шестой вход которого подключен к первому выходу преобразователя входных сигналов, вход котог-, 45 рого подключен к выходу блока управления а второй выход — ко второму входу наборного поля;первый и второй входы интегратора подключены соответственно к выходам блока моделирования нейронов и бло50 ка управления, а его выход соединен с седьмым входом блока управления.

478329

Составитель O -н щрон

Редактор O.CTeHHHa Техред И.Карандашо а Корректор г1 fle д

Заказ g g glf Изд. Рй ф Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий .Москва, 113035, Раушская наб., 4

Предприятие сПатент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24