МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ НЕЙРОПОДОБНОЙ СЕТИ

Оптическая нейроподобная сеть относится к системам моделирования процессов преобразования, хранения и передачи информации с использованием оптически активных элементов для преобразования световой энергии. Модель может быть использована в роботизированных системах и визуализации многомерной информации для учебных, исследовательских и других целей.
Аналоги. Известна система для моделирования генетической и лингвистической информации RU 2472221 С2, опубл. 10.01.2013, G06N 3/00 [1].
Система состоит из четырех оптически активных элементов, например, светофильтров с определенными спектральными характеристиками. Светофильтры попарно и жестко соединены друг с другом, с образованием крестообразной структуры, способной совершать вращательное движение относительно своего центра. Благодаря использованию четырех различных спектральных характеристик система способна закодировать линейную последовательность знаков, символов. В том числе, цветовым (световым) кодом возможно кодирование последовательности мономеров в биополимерах, например молекул. ДНК, моделируя не только первичную последовательность нуклеотидов, но так же и вторичную структуру ДНК, двух-цепочечную, где взаимодействие цепей основано на образовании комплементарных пар нуклеотидов. Это свойство заложено в систему, как фиксированное распределение «комплементарных» светофильтров (Фиг. 1). Недостатком данной системы является то, что она не может продемонстрировать формирование новых информационных структур, свойственных эволюционному развитию живой материи.
Заявляемая модель нейроподобной сети представляет собой техническое решение с использованием системы [1] в качестве элементарного модуля. Техническим результатом заявляемой модели является возможность моделирования структур информационных последовательностей, несущих закономерности, зависимые от типа симметрии кластера, сформированных элементарными модулями. Кроме того, при помощи предлагаемой модели оптической нейроподобной сети возможно формирование гибридных информационных последовательностей (спектральное смешение), что не позволяет сделать одиночный элементарный модуль.
На фигуре 1 показан одиночный модуль, состоящий из четырех светофильтров, попарно жестко соединенных на перпендикулярных осях. Светофильтры с различными спектральными свойствами обозначены цифрами в поле светлых окружностей.
Формирование оптических нейроподобных сетей происходит с использованием элементарных модулей, объединяемых в кластеры. Структура кластера в свою очередь создает определенные закономерности в формировании оптической информации, определяя тем самым свойства поликластерной структуры - нейроподобной сети. Примеры кластеров показаны на Фиг.2, Фиг.3.
Предлагаемая модель оптической нейроподобной сети представляет собой модульную систему.
Принцип работы модели состоит в следующем. Поток излучения, например солнечного, попадает на оптические элементы, получает определенные спектральные характеристики в соответствии со структурой кластеров. Световые потоки, полученные в результате взаимодействия исходного светового потока на оптически активные элементы, могут фиксироваться на светочувствительном носителе. Вращение модулей, сгруппированных в кластер, может происходить синхронно в одном направлении или асинхронно в разных направлениях. Благодаря этому происходит формирование дискретных сигналов, меняющихся во времени на каждом из оптических путей. Оптические характеристики дискретных сигналов будут зависеть от структуры кластера, вращательных характеристик каждого из модулей, а так же распределения (чередования) оптических элементов каждого из модулей относительно центра вращения.
Формирование нейроподобной сети возможно, например, на определенной поверхности созданием поликластерной структуры, где кластеры объединяются, формируя обобщенные оптические пути (с оптической связью) или не формируют никакие оптические связи. На фигуре 2 показан кластер с образованием обобщенных пар светофильтров, которые обозначены темными окружностями. На фигуре 2 показан случай, когда структура, состоящая из четырех модулей с перекрыванием четырех светофильтров, образует пары при наложении гомологичных светофильтров. Данный кластер автором назван «Ругоза» по аналогии с ныне вымершим классом четырех лучевых кораллов.
На фигуре 3 показан кластер, состоящий из трех модулей и образованный наложением светофильтров двух дуплетов и одного триплета. На фигуре 3 показан случай с перекрыванием в двух позициях гомологичных светофильтров и в одной позиции - гетерологичных светофильтров. Данный кластер автором назван «Спектролит».
Рассмотрим пример использования модели (Фиг. 2) для формирования последовательностей, связанных с генетической информацией (последовательность нуклеотидов), когда спектральные характеристики каждого из светофильтров кодируют определенные нуклеотиды. Рассмотрим случайную последовательность нуклеотидов и связанные с моделью закономерности, возникающие в последовательностях, при синхронном вращении всех модулей в одну сторону, и с условием, что наложение гомологичных светофильтров может кодировать один соответствующий ему нуклеотид.
На фигуре 4 показан пример симметрии в структуре линейной последовательности фрагментов (нуклеотидных последовательностей).
Обозначим условным цветом условный фрагмент последовательности знаков (последовательность нуклеотидов) - , комплементарную ей последовательность знаков - , а так же комплементарные фрагменты, образуемые второй парой фильтров -  и . Объединив в линейной последовательности ротационные варианты каждого модуля, можно увидеть распределение фрагментов в линейной последовательности, характер симметричного распределения фрагментов (Фиг.4).
При асинхронных вращениях модулей возникают разные цветовые сочетания в момент перекрывании негомологичных светофильтров. Появляются разнообразные возможности для отражения и/или пропускания различных вариантов цветового (светового) смешения и, следовательно, получения и передачи оптической информации.
Сущностью оптической связи в данном случае является прохождение потока излучения через плоскопараллельные пачки (пары или тройки) светофильтров, чередование светофильтров происходит за счет вращения модулей. Фиксация проходящего через светофильтры излучения происходит на светочувствительный носитель. На этом принципе основано триплетное формирование информации символа.
Данная модель интересна для исследования в качестве элементарного объекта, имеющего потенциал для формирования множества связанных между собой определенным образом структур, для целей моделирования биоинформационных процессов, обнаружения новых закономерностей и возможностей для обработки различных данных и сохранения генетической, цифровой и другой информации.
Литература:
1. RU 2472221 С2, опубл. 10.01.2013, G06N 3/00.