Устройство для моделирования нейрона

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (ill

А(iq1)5 G 06 G 7/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (? 1) 4676407/14 (22) 11.04.89 (46) 30, 04. 91, Бюл, Ф 16 (71) УАимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.В, Савельев, Н,A. Савельева, А.А, Колесников и А,Г, 1((ухов (53) 681.333 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 963003, кл. G 06 С 7/60, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЙРОНА (57) Изобретение относится к устройствам медицинской техники и может быть использовано в частности при исследовании нервной системы методами моделирования. 11ель изобретения повьппение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции меднатора при специфических видах реакции нейрона. Поставленная цель достигается .тем, что в известное устройство для моделирования нейрона дополнительно введены первый преобразователь

14 частоты в напряжение, компаратор

15, второй преобразователь 16 частоты в напряжение, релейный элемент 17.

Предложенное соединение дополнительно введенных элементов позволяет воспроизводить тонкие нейройиэиологические механизмы ответов реальных биологических нейронов и расширить Функциональные возможности устройства. ! з,п.h-лы, 1 ил.

1645973

Изобретение относится к устройствам медицинской техники и может быть использовано, в частности, при исследовании нервной системы методами мо5 делирования.

Цель изобретения — повышение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции медиатора при специфических видах реакции ней10 рона на внешнюю стимуляцию, На чертеже изображена функциональная схема устройства для моделирования нейрона.

УСтройство для моделирования нейрона содержит блоки 1 моделирования синапсов, каждый из которых состоит из согласующего элемента 2 с последовательно соединенными элементом 3 задержки и масштабируюпум элементом 4, аддитивний сумматор 5, блок 6 моделирования вызванных постсинаптических потенциалов (ВПСП), состоящий из первого 7, второго 8 динамических звеньев, ключа 9 и второго сумматора 10, элемент 11 сравнения, блок 12 задания порога, формирователь 13 выходных импульсов, первый преобразователь 14 частоты в напряжение, компаратор 15, второй преобразователь 16 частоты в напряжение и релейный элемент 17, !

Устройство работает следующим образом.

На синаптические входы блоков которыми являются входы согласующих элементов 2, поступают входные возбуждающие и тормозящие сигналы, .которые задерживаются в элементах 3, масштабируются по амплитуде в элементах 4, поступают на входы суммато-,10 ра 5 и суммируются в нем с учетом знака. Суммарный сигнал поступает на вход блока 6 ВПСП, т,е. на входы первого 7.и второго 8 динамических звеньев. В исходном состоянии ключ 9 45 замкнут (при нуле на управляющем входе), в связи с чем оба выхода звеньев подключены к входам второго сумматора 10. Динамические звенья 7 и 8 обеспечивают временное суммирование поступающих с выхода сумматора 5 сигналов и преобразование их в вызванные постсинаптические потенциалы, причем параметры динамических звеньев идентифицируются на реальном объекте так, "5 что динамика этого преобразования для звена 7 соответствует динамике ВПСП ацетилхолинового медиатора, а для звена 8 — динамике ВПСП, вызванных медиатором нехолинергического типа, динамика преобразования в котором несводима к динамическим характеристикам высвобождения холинергического медиатора, т.е. к характеристикам звена 7, Сигналы с выходов динамических звеньев 7 и 8, суммируясь во втором сумматоре, поступают с его выхода на первый вход элемента 11 сравнения, где сравниваются с напряжением порога, поступающим с выхода блока 12 здания порога и, если они превышают напряжение порога, на выходе элемента

11 сравнения появляется разность его входных напряжений, поступающая на вход формирователя 13 выходных импульсов, генерирующего спайк. При этом выходной импульс поступает на входы сброса динамических звеньев 7 и 8 и сбрасывает вызванные постсинаптические потенциалы путем разряда их конденсаторных элементов, Процессы повторяются, и на выходе формирователя 13 наблюдается импульсная последовательность спайков.Кроме того, после- донательностьспайков поступает на вход преобразователя 14 частоты в напряжение, где выделяется среднее значение техущей частоты следования выходных спайков, Это напряжение поступает на вход компаратора 15, генерирующего прямоугольный импульс всякий раз, ко да напряжение с выхода блока

14 становится равным нулю. Если на выходе устройства происходит непрерывная генерация спайков (с постоянной или изменяющейся частотой), напряжение на выходе блока 14 не равно нулю и импульсов на выходе компаратора 15 не наблюдается. Если же стимуляция происходит таким образом, что приводит к генерированию нейроном пачек импульсов с чередующимися периодами молчания, напряжение, пропорциональное частоте этих импульсов на выходе преобразователя 14, периодически достигает нуля, что приводит всякий раз к срабатыванию компаратора 15 и генерации им определенной последовательности импульсов, которые поступают на вход второго преобразователя

16 частоты в напряжение, на выходе которого в результате наблюдается напряжение, пропорциональное частоте следования этих импульсов. При достаточной частоте пачек разрядов нейрона начиная с определенной максимальной величины интервала молчания

Сапко

Составитель А .

Корректор Л.Патай

Ред Л.Олийнык г едактор Л. Пчолпнск,. я

Заказ 1351 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Рзушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

164 59 между пачками напряжение, поступающее с выхода второго преобразователя 16 на вход релейного элемента 17, превышает порог срабатывания последн<-го

5 и на его выходе возникает сигнал

Это приводит к размыканию ключB 9.

Преобразование суммарного сигнала синаптических входов с выхода сумматора 5 в ВПСП производится только звеном 8, моделирующим динамику нехолинергических механизмов экэоцитоза. Параметры звена идентифицируются по конкретному биологическому объекту в данном режиме стимуляции. При пере- 15 ходе к непрерывной стимуляции (интервал между пачками сокращается до некоторого минимального, соответствующего разрешающей способности устройства) вновь включается звено 7 замы- 20 канием ключа 9 под действием нулевого сигнала с выхода релейного элемента

17, что соответствует включению холинергических механизмов зкзоцитоза.

Устройство возвращается в исходное состояние.

Формула изобретения

1, Устройство для моделирования нейрона, содержащее блоки моделирования синапсов, состоящие из последовательно соединенных согласующих элементов, масштабирующик резисторов и элементов задержки, вьыоды которых являются вьгодами блоков модспирова35 ни» синапсс в, входами которых являются входы согласующих элементов, аддитивный сумматор, блок моделирования вызванных постсинаптических по- 40 тенциалов, элемент сравнения, блок задания порога и формирователь импульсов, причем выходы блоков моделирования синапсов соединены с входом аддитивного сумматора, выход которого 45 соединен с первым входом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход которого соединен с пег>вым »ходом эя м т; срая ения, выхо„-, которого сGt .ij H =if c Bli.i;.: -H А армирователя импульсов и блоком задания порога, выхол которсго сс единен с вторым входом элемента сравь =ноя, вьюсод формирователя импульсов является выходом устройства и соединен с вторым входом блока моделирования выэванн„ос постсинаптических потенциалов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем воспроизведения реакции медиатора при специфических видах реакции нейрона на внешнюю стим ляцию в него. вве ены последовательно соединеннь е первый преобразователь частоты в напряжение, компаратор, второй преобразователь частоты в напряжение, релейный элемент, вход преобразователя частоты в напряжение со липеи с выходом формирователя выходньм импульсов, а выход репейного элемента соединен с третьим входом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок мо" делирования вызванных постсинаптических потенциалов состоит из первого и второго динам веских звеньев, ключа, сумматзра, причем входы динамических звеньев являются первым входом. блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход первого динамического звена соединен с первым входом сумматора через ключ, а выход второго динамического звене соединен с. вторым входом сумматора, выход которо"o является выходом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, входы сброса динамических звеньев являются вторым входом блока моделирования постсинаптических потенциалов, третий вход которого соединен с управляющим входом ключа.