Устройство для моделирования нейрона

Устройство для моделирования нейрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зайвлено 28.05.75 (21) 2138807/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.77. Бтоллетень № 13 (45) Дата опубликования описании i11,07.77 (51) М. Кл. la 066 7/60

Государственный номитет

Совете Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УД1(681.333 (088,8) (72) Авторы изобретения

С. Н. Гринченко и С, Л. Загускин

Ростовскими ордена Трудового Красного Знамени государственйьтй" университет (71) Заявитель (54), УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА

Изобретение относится к области моделироваятя нейронов и может найти применение в бионике, в частности при создании управляющих систем роботов, Известно устройство для воспроизведения функциональных свойств нейрона, принцип действия которого основан на преобразовании энергии, получаемой от некоторого источника (1

Известное устройство не обеспечивает воспроизведения функциональных изменений размеров сомы нейрона и аксонного холмика.

Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому является устройство для моделирования адаптивного нейрона, содержащее источник энергии, последовательно соединенные блок пространственно-временного суммирования, лервый функциональный преобразователь, сумматор, дополнительный регулируемый источник энергии, блок экстремального регулирования динамического порога активации нейрона и второй функциональный преобразователь, последовательно соединенные инвертор и пропорционально-интегральный регулятор, выход которого подключен ко второму входу сумматора, а вход инвертора соединен с первым входом блока экстремального регулирования динамического порога активации нейрона (21.

Это устройство также не обеспечивает воспроизведения особенностей первой фазы процесса затормаживания нейрона, наблюдаемых в цитохимических экспериментах и которые характеризуются интенсивными кратковременными энергетическими затратами, Целью предполагаемого изобретения является

10 расширение класса решаемых моделью нейрона задач.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены: блок вычисления критерия поискового экстремального регулирования и последова15 тельно соединенные блок дифференцирования, блок выпрямления и второй дополнительный регулируемый источник энергии, выходом подключенный ко второму входу блока экстремального регулирования динамического порога активации ней20 рона н ко второму входу второго функционального преобразователя, причем первый вход блока вычисления критерия поискового регулирования подключен к выходу блока дифференцирования, второй вход — к выходу регулируемого источника

25 энергии, а выход — к функциональному входу

5536

3 .У блока экстремального регулирования динамического порога активации нейрона, причем к выходу устройства через регулируемый источник энергии, подключен третий вход второго функционального преобразователя, выход которого является выходом устройства, а четвертый вход — соединен с выходом блока пространственно-временного суммирования и со входом блока дифференцирования, второй вход первого функционального преобразователя соединен с выходом второго функционального преобразователя, входы блока пространственно-временного суммирования являются входами устройства, На чертеже изображена блок-схема предпагаемого устройства. 15

Устройство содержит и входов 1, подключенных к блоку 2 пространственно-временного суммирования, первый функциональный преобразова-, тель 3, регулируемый источник 4 энергии, второй функциональный преобразователь 5, блок 6 экстре- 20 мального регулирования динамического порога ак-, . тивации нейрона, сумматор 7, первый дополнительный регулируемый источник 8 энергии, инвертор 9, пропорционально-интегральный регулятор, 10, блок 11 дифференцирования, блок 12 вь{прямле- И . - ния, второй дополнительный регулируемый источник 13 энергии, блок 14 вь{числения критерии поискового экстремального регулирования и выход 15 (потоки энергии на схеме обозначены двойными . стрелками) . ЗО

Принцип работы предлагаемого устройства сос- . тоит в следующем. На входы 1 поступают входные воздействия Х (i = 1,..., n), суммирующиеся в блоке 2 пространственно-временного суммирова- > ния, выходом которого является величина суммар. 85 ного входного воздействия Хвх. В функциональном преобразователе 3, реализующем функцию

{{>

Ев„= F y (Хвх- (.), эта величина преобразуется в величину сигнала, характеризующего уровень дисбаланса энеРгии Евх вызванного входным воз- . 40 действием, причем величина выходного сигнала нейрона 9 выступает в качестве одного из аргу. ментов функции F .

Помимо функционального преобразователя 3, величина суммарного входного воздействия Хвх поступает на блок 11 дифференцирования, осуществляющий функциональное преобразование этой величины в сигнал, характеризующий уровень дисЪ баланса энергии ьвх, вызванного скоростью изменения входного воздействия:

Е- (а) д ъх gg ъх (.

Результаты нейроцитохимических экспериментов позволяют сделать вывод о целесообразности введения в модель нейрона трех регулируемых источников энергии — блоки 5,8 и 13 — реализующих соответственно функции:

Е =С(Y

g(c) (б-л,.. „{а-к)/ где 8 — дискретное время;

К вЂ” целое положительное число;

Г(° ) — единичная функция Хэвисайда.

Преобразование Q g осуществляется в блоке 12 выпрямления, полярность включения которого такова, что он пропускает лишь отрицательные сигналы. Параметры регулируемых источников энергии 8 и 13 подбираются таким образом, чтобы в момент (2) прихода тормозного сигнала величина Е,значительно превьпнала бы величину Ep й) . Регуляторные составляющие питающей энергии

Е> и Ер затрачиваются на функционирование основного регуляторного механизма нейрона — блока 6 поискового экстремального регулирования, который, изменяя динамический порог h активации нейрона, влияет как параметр на функциональный преобразователь 5, преобразующий суммарный входной сигнал Хвх нейрона в выходной сигнал (, т.е. реализующий фикцию:

Р)

Y = F> (Xaxih Ер,Q) л В этом выражении Ер

/ выступает как информационный сигнал об уровне энергии. Ер, Цель экстремального регулирования — минимизация как энергетических затрат на функциональное поведение нейрона (gh " ), так и уровня дисбаланса энергии, обусловленного скоростью из- менения„, суммарного входного воздействия (, " в„) вырабатывается в блоке 14 вычисления критерия поискового экстремального регулирования, реализующем функцию:

С1= а(Еф, Е,"х).

Информационный сигнал об уровне энергии Ер (Л) подается через инвертор 9 на вход пропорциональноинтегрального регулятора 10, выход которого Z чеоез сумматор 7, где он суммируется с сигналом, { "

Евх, поступает на вход первого дополнительного источника 8 энергии регулирования при возбуждении и торможении. Коэффициент интегрирования пропорционально-интегрального регулятора 10 подбирается в соответствии с инерционными характеристиками источника8 энергии и с характерным временем отслеживания экстремума функции 0 с помощью блока 6 экстремального регулирования, В свою очередь, пропорционально-интегральный регулятор 10,сводя к.нулю затраты энергии на процесс активного поискового экстремального регулирования Ер, отключает блок 6 экстремального регулироЮ вания после достижения системой автоматического поиска минимального значения функции Q.

Таким образом, введение укаэанных блоков и соответствующих связей позволило воспроизвести наблюдаемый в цитохимических экспериментах факт интенсивных кратковременных энергетических затрат в нейроне, возникающих в момент прихода на него тормозного сигнала (т.е. в первую очередЬ фазу процесса затормаживания нейрона), и

553636 цниипи

Подписное

Заказ 194/39

Тираж 509

Филиал ППП" Патеп ", г. Ужгород, ул. Нроекгная, 4 таким образом, повысить точность моделирования процессов, происходящих в нейроне, г.е. обеспечило, расширение функциональных возможностей уст- - ройства.

Формула изобретения

Устройство для моделирования нейрона, содержащее регулируемый источник энергии, последовательно соединенные блок пространственно-временного суммирования, первый функциональный преобразователь, сумматор, дополнительный регулируемый источник энергии, блок экстремального регупирования динамического порога активации нейрона и второй функциональный преобразователь, последовательно соединенные инвертор и пропорционально-интегральный регулятор, выход которого подключен ко второму входу сумматора, а вход инвертора соединен с первым входом блока экстремального регулирования динамического порога активации нейрона, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содержит блок вычисления критерия поискового экстремального регулирования и последовательно соединенные блок дифференцирования, блок выпрямления и второй дополнительный регулируемый источник энергии, выходом подключенный ко второму входу блока экстремального регулирования динамического порога активации нейрона и ко второму входу второго функционального преобразователя, причем первый вход блока вычисления критерия поискового регулирования подключен к выходу блока дифференцирования, второй вход— к выходу регулируемого источника энергии, а вы. ход — к функциональному входу блока экстре.

19 )лального регулирования динамического порога акгивации нейрона, причем к выходу устройства через регулируемый источник энергии, подключен третий вход второго функционального преобразователя выход которого является выходом устройства, а

1Ь четвертый вход — соединен с выходом блока про. странственно-временного суммирования и со sxîдом блока дифференцирования, второй вход первого функционального преобразователя соединен с выходом второго функционального преобразоватеф) ля, входы блока пространственно-временного суммирования являются входами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Авторское свидетельство Р 494752, 5 06 G 7/60 1968.

2, Авторское свидетельство У 224892, G 06 G 7/60, 1968.