Устройство для моделирования нейрона

 

Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использовано в экспериментах при исследовании процессов в нервных структурах, а также в нейрокибернетике. Цель изобретения - повышение точности дендритных выходов устройства за счет моделирования возможности отделения волновых сигналов из любого участка дентрита между синаптическими контактами. Это достигается тем, что сигналы локальных постсинаптических потенциалов (ЛПСД) поступают на неинвертирующие входы сумматоров 16 прямой цепи 17 блоков 7 моделирования дендритов и инвертирующие входы сумматоров 18 обратной цепи 19, в результате чего по цепям 17 и 19 распространяются прямая и обратная волны потенциалов, взаимодействующие по перекрестным связям. Прямые и обратные волны потенциалов отводятся благодаря дополнительно введенным элементам 21 и 25 задержки от точек между ними, функционально соответствующим любой промежуточной точке между синапсами, взаимодействуют в сумматорах 22 и поступают на дендритные выходы. В результате этого сигналы на дендритных выходах учитывают действие обратной волны, запаздывая относительно времени распространения ЛПСП, а также отличаются амплитудой от ЛПСП в зависимости от величины затухания при движении волны потенциала до дендритного выхода. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ()9) ()!) А1 (51)5 С 06 G 7/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ CHHT СССР! (21) 4603731/30-14 (22) 13. 10.88 (46) 15.08.90. Бюл. ¹ 30 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе .(72) А.Г.Буков, А.А.Колесников, Н.А.Савельева и А.В.Савельев (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1501101, кл. Г 06 Г 7/60, 1988 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЙРОНА (57) Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использова-. но в экспериментах при исследовании процессов в нервных. структурах, а также в нейрокибернетике. Цель изобретения — повышение точности дендритных выходов устройства за счет моделирования возможности отделения волновых сигналов из любого участка дендрита между синаптическими контактами.

Это достигается тем, что сигналы ло2 кальных постсинаптических потенциалов (ЛПСД) поступают на неинвертирующие входы сумматоров 16 прямой цепи

17 блоков 7 моделирования дендритов и инвертирующие входы сумматоров 18 обратной цепи 19,в результате чего по цепям 17 и 19 распространяются прямая и обратная волны потенциалов, взаимодействующие по перекрестным связям. Прямые и обратные волны по.тенциалов отводятся благодаря дополнительно введенным элементам 21 и 25

""àäåðæêè от точек между ними, функцйонально соответствующим любой про.межуточной точке между синапсами; взаимодействуют в сумматорах 22 и поступают на дендритные выходы. В резуль- + тате этого сигналы на дендритных выходах учитывают действие обратной волны, запаздывая относительно времени распространения ЛПСП, а также отличаются амплитудой от ЛПСП в за- Я висимости от величины затухания при движении волны потенциала до дендритного выхода. 2 ил.

1585811

Изобретение относится к устроиствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использовано в экспериментах при и(.следовании процессов в нейронных структурах, а также в нейрокибернетике, Цель изобретения — пов1;я.;ание -.О=1ности дендритных выходо1= путем моделирования возможности отведения волновых сигналов из любого участка дендрита между синаптическими контактами.

На фиг.1 представлена функциональ-ная схема предлагаемого устройства

15 для моделирования нейрона;-на фиг.2 — функциональная схема. блока моделирс". вания дендрита.

Устройство для моделирования ней— рона содержит резисторные элементы 1, 20 блоки моделирования возбуждающих 2, и тормозящих 3 синапсов, к.;-кдый из которых состоит из согласующего усилителя 4, накопительного элемента 5 и элемента 6 синаптическо:. задержки,, блоки 7 моделирования дендритов, прсксимальные выходы 8 блоков 7, аддитивный сумматор 9, пороговый блок

10, состояций из элемента 11 сравне1 ния, формирователя 12 порога,, формирователя 13 выходных импульсов и блока 14 обратной свя=-:è, а также блока

15 синхронизации„

Блок 7 моделироьания дендрита

{фиг.2) содержит первую группу сумматоров 16, прямую цепь 17, в горую группу сую атаров 18, обратную цепь

19, первую 20 и вторую 21 группы элементов задержки, группу двухвхсдовых сумматоров 22, инвертор 23, третью 24 и четвертую 25 группу элементОВ зя держки.

Устройство для моделирования нейрона работает следующим образом.

Выходные сигналы в виде спяйковай 4 последовательности подаются .11я Выходы управляемых резистор1:.ых элемента.з

1, где масштабируются по амплитуде в соответствии с. несом синаптич".ñêîãî контакта, далее поступают на Входы

5 .блоков моделирования возбуждающих 2 и тормозящих 3 синапсов„ где через согласующие усилители 4 попадают на накопительные элементы 5, при этом изменяют форму, длительность и знак

55 (возбуждающий или тормозящий синапс) и преобразуются в локальные постсинаптические потенциалы (ЛПСП), Далее они задерживаются на время синаптическсй задержки в элементах 6 и поступают на входы соответствующих блоков 7 моделирования дендритов соответственно расположению синяпсов на каждом реальном дендрите. Также как и в известном устройстве результирующие сигналы с выходов 8 блоков 7 суммируются в адцитивном сумматоре 9, где происходит их алгебраическое и временное суммирование. Су>11арный сигнал с вьглода сумматора 9 поступает на вход порогового блока 10, которым является первый вход элемен1на 11 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение парсгя с выхода

1 формирсват зля 12 порога,. При ОтсутстВии импульсации на выходе устройства Нрпряжгние на выходе формирователя 12 порога, соответствует начальному значению порога. При превышении этого значения Величиной суммарного сигнала с выхода сумматора 9 ня выходе элемента 11 псяВляется сигнял IIpH этОм. формирователь Выходных 13 импульсов генерирует импульсную последовательность бл;---,êóì пс форме к спайкам

У частота которой пропорциональна напряжению нЯ Выходе элемента 12 . Адаптивная подстройка параметров устройства осуществляется аналогично прототипу при помощи блока 14 обратной связи и блока 15 синхронизации. lIpv наличии импульса на выходе устройстВа сигнал с выхода формирователя 13

rоступает на вход блока 14 сбратной связи, на выходе ксторогс появляется сигнал, поступающий на вход фарь ирователя 12 порога, в результате чего увеличивается величина порогя, что моделирует реакцию привыкания на пороговом уровне. Сигнал с выхода формирователя 13 поступает также на вход блока 15 синхронизации Вместе с входными сигналами устройства, поступающими ня соответствуюцие входы блока 15, В зависимости ат величины этих сигналов заданным условием с блока 15 синхронизации поступает управля1ощий сигнал, изменяющий сопротивление соответствующего резисторнога . элемента 1. Сигналы 1ИП в каждом блоке 7 моделирования дендрита поступают на неинвертирующие 16 и инвертирующие 18 Входы сумматорсв и это гс блока. В каждом сумматоре при этом происходит суммирование ЛПСП с волнаи потенциала, распрас..раняющейся вдоль прямой цепи 17 к прахсималь5 158 ному выходу 8. Чере» время, относительно 3IIICII с выхода каждого синапса 2 или 3, поступающих на сумматоры блока 7 моделирования дендрица, в сумматор блока 7 моделирования дендрита Осуг»ествляется алгебраическое суммирование прямой и ооратной волны, причем вклады этих волн в результирующий сигнал на выходе данного сумматора от ближайших к нему по обе стороны вдоль дендрита синапсов определяются соотношением постоянных времени задержки „ и, элементов задержки (т = i = i = = ь ) и коэфго .Д фициентов передачи К, и R,» этих элеМЕНТОВ (zo

К = К ). Соотношение этих ве2ф 2 личин определяет положение места Отведения внутридендритного потенциала в промежутке между соседними синапсами и может располагаться в лю-. бом месте этого участка, что позволяет точно отразить морфологию реальных междендритных связей нейронов с развитым дендрионом, что невозможно в известном устройстве, так как дендритные выходы в нем жестко привязаны к месту синаптических контактов, В резугьтате. этого сигналы на цендритных выходах в известном устройстве также функционально отличаются от сигналов .на дендритных выходах. известного устройства, так как учить»вают действие обратйой волны, запаздывают относительно ЛПСЛ на время распространения от синапсов до дендритного выхоца (электрического или химического контакта с другим дендритом) и отличается амплитудой от ЛПСП в зависимости от величины

5811

Устройство для моделирования нейрона, содержащее управляемые резисторные элементы, блоки модел»»рования синапсов, состоящие из последовательно соединенных согласующих усилителей, входы которых являются входами блоков моделирования синапсов, накопи- ., тельных элементов, элементов задержки, блоки моделирования дендритов, состоящие из трехвходовых сумматоров, элементов задержки и инвертора, образующих прямую и обратную цепи так, затухания при движении волны потенциала до дендритного выхода.

Формула и з обретения что .1ле»»енты задержки t» сумматоры по перво,"у не|швертируюшему входу включены В них последовательно и чередуются между собой, причем обратная

5 цепь начинается с сумматора, а выход ее последне.го элемента задержки соединен через инвертор с входом первого элемента задержки прямой цепи, вторые не»»»»вертирующ »е входы сумматоров прямой цепи соединены с инвертирующими входами смею»ых с ними сумматоров обратной цепи и являются входами блока моделирования дендрита, которые соединены с выходами соответствующей ему группы блоков моделирования синапсов, Выход каждого элемента задержки прямой цепи соединен с вторым неинвертирующим входом соответствую20 ще"c су»»матора обратной цепи и является выходом блока моделирования дендрита к дендритным выходом устройства, а выход каждого элемента задержки обратной цепи соединен с третьим

25 чеинвер".1»рующж» входом соответствующего су»жатора прямой цепи, прямая цепь оканчивается элементом задержки, выход которого является проксимальным выходом блока моделирования

g(),дендрита, аддитивный сумматор, входы котcрoro подключены к проксимальным вь»ходж» блоков моделирования дендритов, пороговый блок, включенный на вы:.оп аддитивного сумматора I» состо35 ящий из элемента сравнения вход коУ торого служит входом порогового блока. блока формирования порога, выход которого включен на второй вход элемента сравнения, формирователя вы4О ходных »п»пульсов, подключенного к выходу элемента сравнения, блока обрат»»0»» связи ВыхОд KQTopo» О подктпО чен к Входу блока формирования порога, а вход соединен с выходом ус4 тройства, которым является выход формирователя выходных импульсов, устройство также содержит блок синхронизации, входы которого соединены с выходом устройства и его входами, а выходы по числу синаПсов подключены к управляющим входам резисторных элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности дендритных вь»ходов за счет моделирования

55 возможности отделения волновых сигналов из любого участка дендрита между синаптическими контактами, в каждый блок моделирования дендрита введены элементы задержки по числу имею1585811

Составитель.А.Сапко

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

Заказ 2328 Тираж 562 Составитель

РчИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 щихся в них элементов задержки без одного, причем каждый элемент задержки включается в разрыв между имеющимся в прямой и обратной цепи последо5 вательно включенным с ним сумматором, выходы двухвходовых сумматоров являются дендритными выходами, первый вход каждого сумматора подсоединен между выходом элементом задержки и входом дополнительно введенного элемента задержки прямой цепи, а второй вход — между соответствующими им элементами задержки обратной цепи, число двухвходовых сумматоров равно числу участков дендрита между синаптическими контактами.