SU1585810A1 - Устройство дл моделировани мотонейронов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделировани . Цель изобретени  - повышение точности моделировани  мотонейронов путем воспроизведени  спонтанных эндогенных разр дов. Поставленна  цель реализуетс  за счет введени  в состав известного устройства релейного элемента 6, блока 7 выделени  переднего фронта, генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового сумматора 9, инвертирующего повторител  19 и элемента И 20. Предлагаемое устройство дл  моделировани  мотонейрона позвол ет значительно повысить точность моделировани  поведени  реального мотонейрона, т.к. позвол ет за счет дополнительного введени  р да элементов, соединенных предложенным образом, воспроизводить эндогенные спонтанные спайковые ответы, обусловливающие тоническую стимул цию иннервируемой мышцы без внешних стимулирующих мотонейрон воздействий. 1 ил.

Description

1C

15

1585810

Изобретение относитс  к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных -структур методом моделировани .

Цель изобретени  - повышение точности моделировани  мотонейронов гг, -- тем воспроизведени  спонтанных эндогенных разр дов.

На чертеже представлена функцио- нальна . схема предлагаемого устройства дл  моделировани  мотонейронов. Устройство дл  моделировани  мотонейронов состоит из блоков моделировани  синапсов и содержит формирова- :тели 1 сигналов, преобразователи 2 частоты в напр жение и блоков 3 задани  весовых коэффициентов сумматора 4, функционального преобразовател  5 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, релейного элемента 6, блока 7 выделени  переднего фронта , генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового сумматора 9, преобразовател  10 напр жени  в частоту, компараторов 11 по числу синаптических входов, логического блока 12, одно- 13 и двухпол рного 14 ключей, врем задающей цепи 15, формировател  16 спайка, аттенюатора 17, блока 18 выделени  заднего фронта, инвертирующего повторител  19 и элемента И 20.

Устройство дл  моделировани  мотонейррнов работает следующим образом . I

Входные возбуждающие и тормоз щие сигналы в виде частоты следовани  импульсов подаютс  на входы формирователей 1 сигналов . Последовательности импульсов, стабилизированных по амплитуде, с частотами следова20

25

30

35

40

и п к св ин ра пр то ва же об пр 2 та па пр ес ра че ко но от ро ст ус ко в че че а по В р пре тот где нос есл уст при или дви все нап лог св  пре тот лов мом это по 

Нин, равными входными частотами, подаютс  на преобразователи 2 частоты в напр жение. Преобразованные посто нные напр жени  с выходов преобразователей , уровни которых пропорциональны входным частотам и отслеживают их изменение, подаютс  через блоки 3 задани  весовых коэффициентов, Где масштабируютс  в соответствии с весом синапса и со знаком, соответствующим модельности входного стимула«(возбуждающий или тормоз щий ), подаютс  на входы сумматора 4„ где происходит их алгебраическое и временное суммирование. При превышении суммарным напр жением порога

1C

15

20

5

0

5

0

5

0

5

функционального преобразовател  5 с трапецеидальной характеристикой вход- выход на выходе последнего по вл етс  напр жение, измен ющеес  с изменением частот входных воздействий . и в соответствии с характеристикой преобразовател  5. При этом на выходе релейного элемента 6 напр жение равно нулю, равно как и на выходе блока 7 вьзделени  переднего фронта, в св зи с чем генератор 8 случайного интервала включен и на вход сумматора 9 поступают лишь сигналы с выхода преобразовател  10 напр жени  в частоту в виде импульсов, частота следовани  которых пропорциональна напр жению с выхода функционального преобразовател  5. Преобразованные напр жени  с выходов преобразователей 2 частоты в напр жение поступают также на входы соответствующих компараторов 11, на выходах которых присутствует сигнал логической 1, если напр жение на входе компаратора не равно нулю, и напр жение логического О, если напр жение на входе компаратора, а следовательно, и входной сигнал на соответствующем-входе отсутствуют. В случае, если активировано более одного входа устройства , на выходе логического блока 12 устанавливаетс  напр жение логичес- кого О, ключи 13 и 14 наход тс  в исходном положении, в результате чего врем задающа  цепь 15 отключена от формировател  16 спайка, а выход последнего подключен не- - посредственно к выходу устройства. В результате этого импульсы с выхода преобразовател  10 напр жени  в частоту поступают на формирователь 16, где формируютс  по форме и длительности в быстрые Na -спайки. В случае, если активирован только один вход устройства (это происходит обычно при активации нейтрона-пейсмекера или же наблюдаетс  при медленных движени х эффектора), на выходах всех компараторов 11 устанавливаетс  напр жение, соответствующее уровню логического О, кроме компаратора, св занного через соответствующий преобразователь 2 напр жени  в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным в данный момент нейтроном-пейсмекером. При этом на вьтходе логического блока 12 по вл етс  напр жение логической

5,

1, поступающее на управл ющие входы ключей 13 и 14, что вызывает; подключение через ключ 13 врем задающей цепи 15 к второму входу формировател  16 спайка и выхода формировател  16 через ключ 14 к входу аттенюатора 17 и через него - к выходу устройства. Подключение дополнительной врем задающей цепи 15 к формиро- вателю 16 значительно увеличивает ширину генерируемого устройством спака , а подключение выхода формировател  16 через аттенюатор 17 уменьшает амплитуду генерируемого спайка так, что он не превышает нулевой уровень потенциала. В случае, если напр жение с выхода сумматора 4 не превышает ndpora функционального преобразовател  5, т.е. на выходе устройства отсутствует вс ка  -импуль саци , сигнал на выходе релейного элемента 6 становитс  равным напр жению логической 1, а на выходе блока 7 по вл етс  импульс, соответст- вующий переднему фронту перехода от нул  к единице на выходе релейного элемента 6. Это относитс  также и к моменту включени  устройства. С выхода блок а 7 на генератор 8 случай- ноге интервала поступает импульс в момент, когда устройство прекраш;ает генерировать импульсы. Этот импульс  вл етс  запускающим дл  генератора 8 случайного интервала, который генерирует импульс через врем  Т после поступлени  запускающего импульса. Интервал времени Т состоит из детерминированной составл ющей Т,, ранее которой импульс на выходе генератора 8 по витьс  не может, и случайной составл ющей Т, определ ющей спонтанность генерации импульса на выход генератора 8. Импульс с выхода гене- ратора 8 поступает на первьм вход сумматора 9, в то врем  как на друго входе напр жение равно нулю и проходит на вход формировател  16 спайка. При этом врем задающа  цепь 15 отключена от формировател  спайка сиг- налом нул , поступающего с выхода логического блока 12 на управл ющий вход ключа 13 и поддерживающего его в разомкнутом положении. В результат на выходе блока 16 формируетс  быст- рый Na -спайк при отсутствии сигнало iна синаптических входах или когда эти сигналы малой интенсивности, или уравновешиваютс  тормоз щими

ю 0 5 0 О З 0 5

5

106

сигналами так, что напр жение с выхода сумматора 4 не превышает порог преобразовател  5. Врем , проход щее с момента начала молчани  нейрона (т.е. отсутстви  ритмической импуль- сации на выходе) до времени генерации спонтанного Ка -спайка5 равно Т и содержит случайную составл ющую Т,, отражающую роль флуктуации эндогенных процессов нейрона. Сформированный таким образом спонтанньй спайк проходит через коммутатор непосредственно на выход устройства, так как он находитс  в верхнем по схеме (фиг.1) положении в результате действи  нул  с логического блока 12 на управл ющий вход коммутатора. Кроме того, импульс с выхода генератора 8 поступает на блок 18 выделени  заднего фронта, на выходе которого по вл етс  импульс орицательной пол рности, соответствующий заднему фронту импульса генератора 8 и, проход  через разв зывающий инвертор 19, инвертируетс  и поступает на первый вход элемента И 20. куда одновременно по второму входу поступает сигнал 1 с выхода релейного элемента 6. Только в случае, если нейрон продолжает молчать, т.е. с выхода релейного элемента 6 роступает сигнал 1, импульс с выхода повторител  19 проходит через элемент И 20, становитс  запускающим дл  генератора 8 и процессы повтор ютс , т.е. через врем  Т со случайной составл ющей Т, происходит вновь генераци  спонтанного спайка.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  моделировани  мото- нейронов,содержащее N каналов, выходы которых соединены с тормоз щими и возбуждающими входами блоков, моделировани  сигналов, выходы которых соединены с входами сз мматора, выход которого соединен с входом преобразовател  напр жени  в частоту, формирователь спайка, аттенюатор, компараторы по числу блоков моделировани  сигналов, логический блок, врем задающа  цепь и одно- и двупол рный ключи, один выход последнего . вл етс  выходом устройства, а друго 5 соединен с выходом устройства через ат тенюатор, входы компараторов соединены с выходами блоков моделировани 

   синапсов, выходы которых соединены с входами логического блока, вьпсод которого соединен с управл ющими входами ключей, врем задающа  цепь через однопол рный ключ соединена с вторым входом формировател  спайка , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности моделировани  мотонейрона путем воспроизведени  спонтанных эндогенных разр дов, в него введены релейный элемент, блоки вьщелени  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 вьщелени  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 напр жени  в частоту и формирователем спайка, выход генератора случайного интервала соединен также через блок вьщелени  заднего фронта и инвертирующий повторитель с первым входом элемента И,

   второй вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход - с входом генератора случайного интервала .