Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
При наличии шума гистограмма получается размытой, поэтому после построения она преобразуется в блоке подчеркивания максимумов. Это преобразование производится с помощью операции латерального торможения, для выполнения которой нейронные структуры мозга, как было показано ранее, хорошо приспособлены 1139, 1 Vi],
а)
5)
1 1 1
+ * t
t
Рис. 106. Пример работы системы выделения ритмического рисунка из шума, о) предъявляемый сигнал; б) выделенные ударные моменты; в) интервальная гистограмма выделенных ударных моментов; г) подчеркивание максимумов интервальной гистограммы; 0) последовательность импульсов на выходе системы выделения ритмического рисунка из шума.
Обработанная таким образом гистограмма используется для управления блоком выделения интервалов: коэффициент передачи этого блока определяется значением гистограммы для поступающего интервала. Таким образом, импульсы, появляющиеся через интервалы, соответствующие максимумам гистограммы, будут иметь большие амплитуды, ложные импульсы — маленькие.
Классификация ритмического рисунка. В соответствии с результатами эксперимента (§1, п. 3) описание ритмического сигнала производится с помощью двух параметров:
1) отпогаепия длительностей долей, которому человек ставит в соответствие целое число;
2) стенепи выраженности отдельных ударных моментов, составляющих ритмический рисунок.
При таком описании (как уже упоминалось выше) двудольные сигналы с отношениями долей 1,8 и 2,2 будут восприниматься как сигналы с одинаковым отношением, равным 2. Однако они будут отличаться по второму параметру, т. е. по степени выраженности ударных моментов.
В модели описание ритмического рисунка строится с помощью следующих трех блоков (рис. 105):
1) нахождение единичного интервала,
2) определение степени выраженности ударных .моментов,
3) нормализации сигнала по темпу.
Елок нахождения единичного интервала но последовательности выделенных ударных моментов находит интервал, удовлетворяющий условиям: 1) он целое число раз укладывается на периоде,
2) он приблизительно целое число раз укладывается в каждой из долей ритмического рисунка.
Блок определения степени ударности на основании информации о различии в амплитудах импульсов и величинах сдвига импульсов описания по сравнению с положением их в реальном сигнале производит вычисление степени ударности.
Наконец, блок нормализации вычисляет количество единичных интервалов в каждой доле рисунка.
На основании информации из этих трех блоков блок классификации составляет описание сигнала, считая первым импульс с максимальной степенью ударности.
2. Нейроподобные структуры, выполняющие операции, положенные в основу модели. В этой части показана возможность реализации основных блоков модели на нейроподобпых элементах со свойствами пространственной и временной суммации. Предлагаемые структуры, в силу достаточно простых свойств нейрона, могут быть реализованы на ЭВМ.
Будем считать, что нейроподобные элементы обладают следующими свойствами:
1) элементы имеют возбуждающие и тормозные входы;
2) если взвешезгная сумма поступивших на вход сигналов больше порога, то степень возбуждения элемента пропорциональна превышению этой суммы порога (в противном случае элемент пе возбуждается);
3) после прекращения подачи входных сигналов возбуждение элемента экспоненциально спадает с постоянной времени т;
4) возможен режим (это будет специально оговариваться), когда возбуждение элемента пропорционально произведению приходящих на него сигналов.
Построение интервальной гистограммы и подчеркивание ее максимумов. Импульсы, которые возникают в подсистеме выделения ударных моментов, поступают на цепочку последовательно соединенных друг с другом
Рис. 107. Геализация блоков системы выделения ритмического рисунка па шума на ней-
роподобиых элементах.
нейронов. Каждый импульс возбуждает некоторую группу элементов цепочки, создавая таким образом возбужденную область, которая распространяется вдоль цепочки с постоянной скоростью v (см. 107, а). Параметры связей между элементами можно подобрать так, что ширина возбужденной области (число одновременно возбужденных элементов) будет либо увеличиваться, либо оставаться постоянной. Степень расширения будем характеризовать величиной р, равной отношению Ах/х, где Ах — ширина возбужденной области, достигающей координаты х на слое Ьу.
Если интервал между двумя последовательно поступившими на вход импульсами равен Т, то к моменту прихода второго импульса, возбужденная область переместится на расстояние vT от начала
цепочки (слой Параллельно с возбуждением цепочки слоя каждый запускающий импульс поступает одновременно на все элементы слоя L%. Веса входов выбраны так, что элементы L% возбуждаются только тогда, когда возбуждающие импульсы поступают по обоим входам. Таким образом, возбудятся те элементы слоя L2, которые расположены над возбужденными элементами слоя Ly. Возбужденные элементы слоя Ьг посылают тормозпые импульсы на элементы слоя Lj (см. рис. 107, а), в результате чего движение возбужденной власти прекращается. Возбуждающие импульсы от элементов L2 поступают также на слой Л3, состоящий из запоминающих нейронов-элементов с большим значением постоянной времени затухания т. Каждый запоминающий нейрон суммирует пришедшее возбуждение с имевшимся ранее. Если все запускающие импульсы одинаковы, то степень возбуждения нейропон, расположенных вблизи точки х — v-T, пропорциональна числу интервалов Т в сигнале. Если же в импульспой последовательности наиболее часто встречается интервал Т, то в слое запоминающих элементов наибольшую амплитуду будет иметь элемент с координатой х -- v- Т. Для выделения максимумов полученной гистограммы используется структура, представляющая собой слои с латеральными связями (см. рис. 107, б). Подробно качество обострения в зависимости от значений параметров слоя изучено в [144].
