Екі байланысқан нейронның синхрондық режимдері

Кіріспе

Бітіру жұмысында нейронтиптес автогенераторлар жүйесіндегі синхронизация эффектілері қарастырылды. Екі байланысқан ФинцХью-Нагумо осцилляторларында әртүрлі автотербелмелі режимдердің бар екендігі анықталды. Эксперименте байланысқан осцилляторлар жүйесінің динамикалық режимдер картасы алынды. Картада 6 түрлі тербелмелі режимдер анықталды. Олардың төртеуі әртүрлі ретті синхрондалу тілдеріне сәйкес келсе (1:1, 2:1, жоғары дәрежелі тілдері бар аймақ), біреуі квазипериодтық тербелістер аймағы, ал соңғысы тербелістердің сөну эффектісі байқалатын аймақ. Сонғы аймақтың пайда болуына осцилляторлардың арасындағы байланыс күшінің шамадан тыс үлкен болуы себеп болады.
ФинцХью-Нагумо осцилляторын сыртқы периодты күшпен синхрондау кезінде дәстүрлі 1:1 ретті синхронизация тілінен бөлек жоғарғы ретті 2:1, 3:1 ретті тілдердің орын алу аймақтары анықталды. Жоғары ретті синхронизация тілдері сыртқы күш жиілігінің айтарлықтай жоғары мәндерінде байқалады.
Алынғын нәтижелер синхронизация құбылысы үлкен рөл атқаратын жаңа радиоэлектрондық, телекоммуникациондық құрылғылырды жасауда пайдаланылуы мүмкін.
Синхронизация құбылысын үлкен ансамблдерде – нейрондық желілерде зерттеу маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Себебі, осы салада жылдам жұмыс жасайтын есептеуіш информациялық желелерді жасауға негіз болатын тұғырлы білім қазіргі кезде айтарлықтай жеткіліксіз. Нейрондық желілердегі синхронизация туралы білімдер ми сияқты күрделі басқару жүйелерін жасауға мүмкіндік береді. Ал осы жүйелерге сыртқы күштің әсерін зерттеу жүйе элементтерінің коллективтік динамикасын басқару және басудың әдістерін іздеуде басты бағыт болып табылады.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

3.2. Екі байланысқан нейронның синхрондық режимдері
Бұл бөлімде екі байланысқан ФинцХью-Нагумо осцилляторларының синхрондық режимдерін зерттеу нәтижелері көрсетілген. 1-суретте диссипативті байланысқан осцилляторлардың сүлбесі көрсетілген. Индивидуалды осцилляторлардың периодтары бір-бірінен өзгеше болып, сәйкесінше T1=0.036 c T2= 0.064 c құрайды. Осцилляторлар арасындағы байланыс күші ортақ резистор арқылы реттеліп отырылды (суретте R14-пен белгіленген). Эксперименттер барысында диссипативті байланыстың әртүрлі мәндеріне сәйкес түрлі режимдер алынды.

1-сурет. Ортақ резистор арқылы байланысқан екі ФитцХью-Нагумо осцилляторы. Байланыс резисторының мәні Rб=0.1 кОм.

2-сурет. Байланысқан және байланыспаған нейрондардың тербелістерінің көрінісі: (a) және (с) С2=1мкФ, (b) және (d) С2=2мкФ , Rб=0.1 кОм. Байланыспаған нейрондардың тербеліс периодтары әр-түрлі: (a) және (b), байланысқаннан кейін периодтар өзара тең: (с) және (d)
2-суретте байланысқанға дейінгі және байланыстан кейінгі тербелістердің кескіні көрсетілген. Суреттен көріп тұрғанымыздай байланысқа дейін осцилляторлардың тербіліс периодтары өзгеше болып, T1=0.036 c T2= 0.064 c құраған болса, ал байланыстан кейін осцилляторлардың өзара синхрондалғандығын көруге болады. Олардың тербіліс периодтары теңеліп, Ts=0.044 c құрады. Схемотехникалық эксперименттердің бірінші кезеңінде индивуалды осцилляторларды бір-бірінен өзгешелендіру үшін С2 және С4 конденсаторлардың мәні бір-бірінен 2 есе өзгеше етіп алынды. Осцилляторлардың барлың басқа параметрлері тұрақты. Эксперимент барысында сондай-ақ, толық синхрондық күйдің байланыс параметрінің кемуіне байланысты жартылай синхрондық күйге өтуі байқалды (3-сурет). Байланыс параметрінің мәнін 1 ден 950кОм-ға дейін өзгерту кезінде бірдей фазада синхрондалып тұрған екі осциллятор қарам-қарсы фазадағы синрондалу күйіне өтеді (4-сурет).
Эксперимент барысында алынған тағы бір қызық нәтиже ол осцилляторлардың бірінің тербелістерінің сөну эффектісі (5-сурет). Бұл эффект байланыс параметрінің белгілі бір критикалық мәннен артқанда ғана байқалды.

3-сурет. Фазалық кеңістіктегі фазалық кескіндер. Өстерде сәйкесінше бірінші және екенші осциллятордың шығыс потенциалы орналасқан. Диссипативтік байланыстың мәніне байланысты осцилляторлар әртүрлі синхрондық күйлерден өтіп тұр. (a) - толық синхрондық күй, ал (b), (c) және (d) суреттерде толық фазалық синхронизацияның жоғалғандығын көруге болады.

4-сурет. Тербелістер фазаларының айырымының диссипативті байланыстың мәніне тәуелділігі. Диссипативті байланыс R артқан сайын фаза бойынша синхрондалу қарама-қарсы фазадағы синхрондалуға айналып отыр.

5-сурет. Байланыс күшінің мәні критикалық мәннен, яғни R=950 кОм-нан артқан кезде осцилляторлардың біреуінде тербелістердің сөну эффектісі байқалады.

Эксперименттердің екінші кезеңінде де осциллятор бір-бірінен өзгеше болды, бірақ бұл өзгешелік конденсатордың көмегімен емес, R6 резистордың көмегімен жасалынды, яғни бірінші осциллятордың периодын өзгерту үшін R6 резисторының мәні өзгеріп отырылды. Динамикалық режимдер жиіліктік айырмашылық және байланыс параметрі жазықтығында салынды. Жиіліктік айырым (частотная расстройка) ретінде R12R6 қатынасы алынды, байланыс параметрінің мәні 1 ден 950 кОм-ға дейінгі интервалда өзгертілді.

6-сурет. Байланысқан осцилляторлар жүйесі үшін жасалынған эксперименттік динамикалық карта режимдері.

6-суреттен көріп тұрғанымыздай, динамикалық режимдер картасында төмендегідей аймақтар анықталды:
1 Периоды 1-ге тең негізгі синхрондалу тілі (Арнольд тілі), бұл режимді толық синхрондалу режимі (pashe locked) десек болады;
2 Бұл аймақта да осцилляторлар синхрондалған, бірақ толық фазалық емес, жиіліктік синхрондалу (frequency locked) байқалады;
3 Бұл аймақта синхрондалудың n:m режимі байқалады, яғни 2:1 синхрондалу. Бірінші осциллятордың бір рет тербелгенде екінші осциллятор екі рет тербеліс жасайды;
4 Квазипериодтық тербелістер аймағы;
5 Тербелістердің сөну эффектісі байқалатын аймақ, бұл аймақтың пайда болуына осцилляторлардың арасындағы байланыс күшінің шамадан тыс үлкен болуы себеп болады;
6 Жоғары дәрежелі синхрондалу тілдері бар аймақ. Бұл аймақ 3 аймаққа ұқсас, бірақ оған қарағанда әлдеқайда күрделі.

7-сурет. Байланысқан осцилляторлардың тербелістер реализациясы және фазалық кескіндері. Жоғарыдан төменге қарай: толық синхрондық режим (phase locked), жартылай синхрондық (frequency locked) және 2:1 синхрондалу режимдері (n:m).

8- сурет. Байланысқан осцилляторлардың тербелістер реализациясы және фазалық кескіндері. Жоғарыдан төменге қарай: квазипериодтық, тербелістердің сөну эффектісі байқалатын режим және жоғары дәрежелі синхрондалу тілдері ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.