Что такое бионика

Воздействие на тело нейрона определяется суммой воздействий от всех входов и сигналами, действовавшими до этого. Срабатывание нейрона происходит, если воздействие превысит пороговое значение К. Тогда на выход нейрона поступает стандартный сигнал Р.

Интересно, что сразу же после воздействия возбуждающего импульса пороговый уровень нейрона резко возрастает до бесконечности. Значит, никакой вновь приходящий сигнал не заставит его «срабатывать». Такое состояние сохраняется обычно в течение нескольких миллисекунд. Затем пороговый уровень снижается.

Что касается тормозящего импульса, то он представляет собой запретный сигнал, делающий невозможным «срабатывание» нейрона от импульсов других входов.

В ряде зарубежных стран ведутся интенсивные работы по искусственному воспроизведению нейронов. В США, например, в этой работе участвует ряд научно- исследовательских учреждений, учебных заведений и фирм. В простейших аналогах нейрона используют всего один полупроводниковый прибор. В более сложных моделях берут несколько полупроводниковых приборов.

Аналог нейрона, содержащий четыре полупроводниковых прибора, имеет характеристики, близкие к своему биологическому прообразу. Этот аналог может возбуждать до 100 других приборов без существенного изменения формы и величины выходного сигнала. Предложенная конструкция применялась для воспроизведения функции глаза, где в качестве чувствительного элемента использовались селено-кадмиевые фотосопротивления (фотоэлементы, сопротивление которых меняется под влиянием видимого света).

Большой эффект дало соединение полупроводниковых приборов по принципу синаптических соединений в нервных тканях. При этом удалось имитировать действие этих тканей, как своеобразных фильтров, пропускающих лишь определенную информацию.

Для имитации нейронов применяются магнитные ферритовые сердечники, схемы специальных генераторов (мультивибраторов) и другие устройства.

Модель нейрона с мультивибратором показана на рис. 24.

Рис. 24. Модель нейрона с использованием мультивибратора на полупроводниках.

Главную роль играют полупроводниковые приборы Т₂ и Т₃. В устойчивом состоянии Т₂ заперт, так как на него подано отрицательное напряжение через сопротивление R₆. Полупроводниковый прибор Т₃, напротив, находится в отпертом состоянии. При этом оказывается, что потенциал в точке А положительный (+ 20 в), а в точке Б также положительный, но ниже по величине.

Если произойдет отпирание полупроводникового прибора Т₂ и запирание Т₃, потенциал точки А резко снижается, а потенциал точки Б возрастает. В результате этого на выход возбуждения подается положительный импульс напряжения, а на выход торможения — отрицательный. Длительность импульсов зависит от выбора значений сопротивления R_т и емкости конденсатора С_т. Изменением величины емкостей С₂ и С₃ можно регулировать время возвращения системы в устойчивое состояние. Значением отрицательного напряжения, подаваемого на полупроводниковый прибор Т₂ с сопротивления R₆, определяется пороговая величина срабатывания аналога нейрона.

А возможно ли в этой схеме временное и пространственное суммирование, характерное для нейрона? Да, возможно. Для этой цели служат входные цепи, содержащие R₁, С₁ и полупроводниковый прибор Т₁. Пространственное суммирование имитируется подачей сигналов на параллельные входы, временное — накоплением энергии в конденсаторе С₁. Импульсы на вход аналога нейрона подавались определенной амплитуды и длительностью одна миллисекунда. Они были случайно распределены во времени. На выходе получался стандартный сигнал напряжением 15 в и той же длительности, что и входной сигнал.

Такая схема позволяет воспроизвести многие характеристики нейрона, кроме его способности адаптации, то есть изменения порога срабатывания в зависимости от величины входных сигналов.

Модель одного из образцов нейрона на магнитном элементе показана на рис. 25.

Рис. 25. Модель нейрона на магнитном элементе.

Ток первой обмотки многоотверстного сердечника создает основной поток Ф, расщепляющийся на два потока Ф₁ и Ф₂ там, где есть отверстия (показаны в нижней части рисунка). Сердечник намагничен до насыщения.

Во вторую обмотку поступают токи входных сигналов. Если в сумме они больше некоторой пороговой величины, то в наружных частях сердечника, где есть отверстия, произойдет изменение направления магнитного потока Ф₂.