Устройство для моделирования мотонейронов

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования. Цель изобретения - повышение точности моделирования мотонейронов путем воспроизведения спонтанных эндогенных разрядов. Поставленная цель реализуется за счет введения в состав известного устройства релейного элемента 6, блока 7 выделения переднего фронта, генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового сумматора 9, инвертирующего повторителя 19 и элемента И 20. Предлагаемое устройство для моделирования мотонейрона позволяет значительно повысить точность моделирования поведения реального мотонейрона, т.к. позволяет за счет дополнительного введения ряда элементов, соединенных предложенным образом, воспроизводить эндогенные спонтанные спайковые ответы, обусловливающие тоническую стимуляцию иннервируемой мышцы без внешних стимулирующих мотонейрон воздействий. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) II I) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ)5 G 06 G 7/60 (21) 4434482/28-14 (22) 31.05. 88 (46} 15.08. 90. Бюл. Р 30 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Б.Г.Ильясов, А.В. Савельев и А.А. Колесников (53) 615.47(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1324044, кл. G 06 G 7/60, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

М0Т0НЕАр0Н03 (57} Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования. Цель изобретения — повышение точности моделирования мотонейронов путем воспроизведения спонтан2 ных эндогенных разрядов, Поставленная цель реализуется за счет введения в состав известного устройства релейного элемента 6, блока 7 выделения переднего фронта, генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового сумматора 9, инвертирующего повторителя 19 и элемента И 20.

Предлагаемое устройство для моделирования мотонейрона позволяет зна,чительно повысить точность моделирования поведения реального мотонейрона, т.к. позволяет за счет дополнительного введения ряда элементов, соединенных предложенным образом, воспроизводить эндогеннь е спонтанные спайковые ответы, обусловливающие тоническую стимуляцию иннервируемой мышцы без внешних стимулирующих мотонейрон воздействий. 1 ил. с

3 1585810

Изобретение относится к медицин-ской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом модели5 рования.

Цель изобретения — повышение точности моделирования мотонейронов путем воспроизведения спонтанных эндогенных разрядов. 1С

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для моделирования мотонейронов.

Устройство для моделирования мотонейронов состоит из блоков моделирования синапсов и содержит формирова— тели 1 сигналов, преобразователи 2 частоты в напряжение и блоков 3 задания весовых коэффициентов сумматора 4, функционального преобразовате- 20 ля 5 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, релейного элемента

6, блока 7 выделения переднего фронта, генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового суммато- 25 ра 9, преобразователя 10 напряжения в частоту, компараторов Ii по числу синаптических входов, логического блока 12, одно в 13 и двухполярного

14 ключей, времязадающей цепи 15, ЗО формирователя 16 спайка, аттенюатора 17, блока 18 выделения заднего фронта, инвертирующего повторителя

19 и элемента И 20.

Устройство для моделирования мотонейрОнов работает следующим об35 разом.

Входные возбуждающие и тормозящие сигналы в виде частоты следования импульсов подаются на входы формирователей 1 сигналов. Последовательности импульсов, стабилизированных по амплитуде, с частотами следования, равными входными частотами, подаются на преобразователи 2 частоты в напряжение. Преобразованные постоянные напряжения с выходов преобразователей, уровни которых пропорциональны входным частотам и отслеживают их изменение, подаются через блоки 3 задания весовых коэффициентов, где масштабируются в соответствии с весом синапса и со знаком, соответствующим модельности входного стимула (возбуждающий или тормозящий), подаются на входы сумматора 4„ где происходит их алгебраическое и временное суммирование. При превышении суммарным напряжением порога функционального преобразователя 5 с трапецеидальной характеристикой входвыход на выходе последнего появляется напряжение, изменяющееся с изменением частот входных воздействий и в соответствии с характеристикой преобразователя 5. При этом на выходе релейного элемента 6 напряжение равно нулю, равно как и на выходе блока 7 выделения переднего фронта, в связи с чем генератор 8 случайного интервала включен и на вход сумматора 9 поступают лишь сигналы с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту в вице импульсов, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5. Преобразованные нагряжения с выходов преобразователей

2 частоты в напряжение поступают также на входы соответствующих компараторов 11, на выходах которых присутствует сигнал логической "i если напряжение на входе компаратора не равно нулю, и напряжение логического "0", если напряжение на входе компаратора, а следовательно, и входной сигнал на соответствующем. входе отсутствуют. В случае, если активировано болсе одного входа устройства, на выходе логического блока 12 устанавливается напряжение .логического "0", ключи13 и 14 находятся в исходном положении, в результате чего времязадающая цепь 15 отключена от формирователя 16 спайка, а выход последнего подключен непосредственно к выходу устройства.

B результате этого импульсы с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту поступают на формирователь 16, где формируются по форме и длитель+ ности в быстрые Na -спайки. В случае, если активирован только один вход устройства (это происходит обычно при активации нейтрона-пейсмекера или же наблюдается при медленных движениях эффектора), на выходах в .ех компараторов 11 устанавливается напряжение, соответствующее уровню логиче кого "0", кроме компаратора, вязанного через соответствующий преобразователь 2 напряжения в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным в данный момент нейтроном-пейсмекером. При этом на выходе логического блока 12 появляется напряжение логической

5 15858

Il4 н поступающее на управляющие входы ключей 13 и 144, что вызывает подключение через ключ 13 времязадающей цепи 15 к второму входу формирова5 теля 16 спайка и выхода формирователя 16 через ключ 14 к зхопу аттеню4 атора 17 и через него — к выходу устройства. Подключение дополнительной времязадающей цепи 15 к формиро- 1ð вателю 16 значительно увеличивает ширину генерируемого устройством спайка, а подключение выхода формирователя 16 через аттенюатор 17 уменьшает амплитуду генерируемого спайка 15 так, что он не превышает нулевой уровень потенциала. В случае, если напряжение с выхода сумматора 4 не превышает пОрога функционального . преобразователя 5, т.е. на выходе 20 устройства отсутствует всякая импуль. сация, сигнал на выходе релейного элемента 6 становится равным напряжению логической "1", а на выходе бло- . ка 7 появляется импульc., соответст- 25 вующий переднему фронту перехода от нуля к единице на выходе релейного элемента 6. Это относится также и к моменту включения устройства. С выхода блока 7 на генератор 8 случай- Зр ного интервала поступает импульс в момент, когда устройство прекращает генерировать импульсы. Этот импульс является запускающим для генератора

8 случайного интервала, который гене3S рирует импульс через время Т после поступления запускающего импульса °

Интервал времени Т состоит из детерминированной составляющей Т,, ранее которой импульс на выходе генератора

8 появиться не может, и случайной составляющей Т, определяющей спонтанность генерации импульса на выходе генератора 8. Импульс с выхода генеpavopa 8 постУпает на пеРвый вход 45 сумматора 9, в то время как на другом входе напряжение равно нулю и проходит на вход формирователя 16 спайка.

При этом времязадающая цепь 15 отключена от формирователя спайка сиг- 5р налом нуля, поступающего с выхода логического блока 12 на управляющий вход ключа 13 и поддерживающего его в разомкнутом положении. В результате на выходе блока 16 формируется быст55 рый Иа -спайк при отсутствии сигналов

Iна синаптических входах или когда эти сигналы малой интенсивности, или уравновешиваются тормозящими л сигн»лами так, что í"..ïðÿæåíèå с выхода сумматора 4 не превышает порог преобразователя 5. Время, проходящее с момента начала "молчания" нейрона (т.е. отсутствия ритмической импульсации на выходе) до времени генерации спонтанного Na -спайка, равно Т и содержит случайную составляющую Т, отражающую роль флуктуаций эндогейных процессов нейрона. Сформированный так -ж образом спонтанный спайк проходит через коммутатор непосредственно на выход устройства, так как он находится в верхнем по схеме (фиг.1) положении в результате действия нуля с вь:хода логического блока 12 на управляющий вход коммутатора. Кроме того, импульс с выхода генератора 8 поступает на блок 18 выделения заднего фронта, на выходе которого появляется импульс орицательной полярности, соответствующий заднему фронту импульса генератора 8 и, прсходя через раэвязывающий инвертор 19, инвертируется и поступает на первый вход элемента И 20, куда одновременно по втоп и рому входу по<.тупает сигнал 1 с выхода релейного элемента 6. Только ,в случае, если нейрон продолжает молчать, т.е. с выхода релейного элемента 6 поступает сигнал "1", импульс с выхода повторителя 19 проходит через элемент И 20, становится запускающим для генератора 8 и процессы по" òîðÿþòñÿ,,т.е. через время

Т со случайной составляющей Т проис3 ходит вновь генерация спонтанного спайка.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я стpoйствo для моделирования мото- нейронов, содержащее И каналов, выходы которых соединены с тормозящими и возбуждающими входами блоков, моделирования сигналов, выходы которйх соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, формирователь спайка, аттенюатор, компараторы по числу блоков моделирования сигналов, логический блок, времязадающая цепь и одно- и двуполярный ключи, один выход последнего .является выходом устройства, а другой со1 единен с выходом устройства через аттенюатор, входы компараторов соединены с выходами блоков моделирования

1585810

Составитель А. Сапко

Редактор С. Лисина Техред А.Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 2328 Тираж 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101 синапсов, выходы которых соединены с входами логического блока, выход которого соединен с управляющими входами ключей, времязадающая цепь через однополярный ключ соединена с вторым входом формйрователя спайка, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыиения точности моделирования мотонейрона путем воспроизведения спонтанных эндогенных разрядов, в него введены релейный элемент, блоки выделения переднего и заднего фронтов, генератор случайного интервала, двувходовый сумматор, элемент И, инвертирующий повторитель, причем вход релейного элемента соединен с выходом сумматора, выход релейного элемента — с входом блока выделения переднего фронта, выход которого соединен с входом генератора случайного интервала, выход которого соединен с первым вхо дом двувходового сумматора, который включен вторым входом в разрыв между преобразователем напряжения в частоту и формирователем спайка, выход генератора случайного интервала соединен также через блок выделения заднего фронта и инвертирующий повторигель с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход - с входом генератора случайного интервала.