Устройство для моделирования мотонейрона Советский патент 1987 года по МПК G06G7/60 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использо- вано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования .

Целью изобретения является повы- гаеиие точности моделирования мотонейронов путем моделирования генерации спайков различной природы.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - форма генерируемого Na -спайка; на фиг. 3 - форма генерируемого Ca -спайка.

Устройство для моделирования мото- f5 ной сигнал на соответствующем входе

нейрона содержит формирователи 1 сигналов,, входы которых являются входами устройства, преобразователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 задания весовых коэффициентов, сумматор 4, функциональный преобразователь 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, компараторы 7 по числу входов устройства, логический блок 8, однои двуполярные ключи 9 и Ю, времяза- 25 выходу устройства..Благодаря зтому.

дающую цепь 11, формирователь 2 спайков и аттенюатор 13,

Устройство работает следуюищм образом.

Входные возбуждающие и тормозящие сигналы в виде частоты следования импульсов подаются на входы формирователей 1 сигналов. Последовательности импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности, с часто 1;ами следования, равными входным частотам,- подаются на преобразователи 2 частоты в напряжение. Преобразованные постоянные напряжения с выходов преобразователей, уровни которых пропорциональны вкодньш частотам и отслеживают их изменение, подаются через блоки 3 задания весовых коэффициентов, где масштабируются в соответствии с весом синапса и со знаком соответств5Тощим модальности входного стимула (возбуждающий или тормозящий), подаются на в ходы сумматора 4, где происходит их алгебраическое и временное,, суммирование. При превьшгении. сз ммарным напряжением порога функционального преобразователя 5 с трапецеидальной характеристикой вход-выход на выходе последнего появляется напряжение, изменяющееся с измерением частот входных воздействи и в соответствии с характеристикой преобразователя 5. Это напряжение поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту, на выходе которого появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5, Преобразованные напряжения с выходов преобразователей 2 частоты в напряжение поступают также на входд.1 соответствующих компараторов 7 на выходах которых присутствует сигнал логической единицы, если напряжение на входе компаратора не равно нулю, и напряжение логического нуля, если напряжение на входе компаратора, а следовательно, и входотсутствуют. В случае, если активировано более одного входа устройства, на выходе логического блока 8 устанавливается напряжение логического . 20 нуля, ключи 9 и 10 находятся в исходном положении, в результате чего вре- мязадающая цепь 11 отключена от формирователя 12 спайков, а выход последнего подключен непосредственно к

5

0

5

0

5

импульсы с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту поступают на формирователь .12,, где формируются по форме и длительности в быстрые Na - спайки, превышающие нулевой уровень потенциала (фиг. 2) и соответствую- шие быстрым движениям эффектора, например реакции убегания. I

В случае, если активирован только один вход устройства - это происходит обычно при активации нейрона-пейсме- кера и наблюдается при медленных движениях эффектора, на выходах всех комлараторов 7 устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля, кроме компаратора, связанного через соответствующий преобразователь 2 напряжения в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным в данный момент, нейроном-пейсмекером. При этом на выходе логического блока 8 появляется напряжение логической единицы, поступающее на управляющие входы ключей 9 и 10, что вызывает подключение через ключ 9 времязадаю- щей цепи 1 к второму входу формирователя 12 спайка и выхода формирователя 12 через ключ 10 к входу аттенюатора 13 и через него - к выходу устройства. Подключение дополнительной времязадающей цепи 11 к формировате- шо I2 значительно увеличивает ширину генерируемого устройства спайка, а

подключение выхода формирователя I2 через аттенюатор 13 уменьшает амплитуду генерируемого спайка так,что он не превьшает нулевой уровень потенциала (фиг. 3). Спайк генерируется так- же при условии превьшения напряжением с выхода сумматора 4 порога функционального преобразователя 5. Это состояние соответствует генерации медленных Са -спайков, играющих оп- ределяющую роль в реализации медленных тонических движений эффектора.

Блок 8 представляет собой комбинационную логическую схему, реализующую функцию

Р-X - X .,«, X X ,. , . V г

х,-Х.х„

где Х,Х ,.,.,Xjy - состояния входов

логической схемы (О или 1); N - число входов устройства.

Формирователь 12 спайков представляет собой динамическое звено вто- рого Порядка. При отключенной вре- мязадающей цепи 11 оно является колебательным звеном и при поступлении на его вх од прямоугольного импульса на выходе будет наблюдаться сигнал, близкий по форме к N -спайку. После подключения ключом 9 времязадающей цепи 11 формирователь 12 становится инерционным звеном второго порядка и на его выходе вырабатывается сигнал, близкий по параметрам к Са - спайку.

При испопьзовании изобретения повышается точность моделирования реальных мотонейронов за счет воспро- изведения тонких нейрофизиологических механизмов зависимости спа ковой активности от стимуляции синаптйчес- ких входов, расширяются функциональные возможности устройства за счет

управления эффекторами в различных режимах воспроизведения реакции убегания и тонической акт.ивности, повышается гибкость управления эффекторами благодаря введению дополнительных элементов, моделирующих генерацию спайков различной природы в одном аксоне.

Ф О рмула изобретения

Устройство для моделирования мотонейрона, содержащее N каналов, .входы которых являются входами устройства, включающих в себя последовательно соединенные формирователь сигналов, преобразователь частоты в напряжение и. блок задания весовых коэффициентов, и последовательно включенные сумматор, функциональный преобразователь и преобразователь напряжения в.частоту, при этом выходы блоков задания весовых коэффициентов подключены к входам сумматора, о тличающе- е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования мотонейронов путем моделирования генерации спайков различной природы, в него дополнительно введены компараторы по числу входов, логический блок, формирователь спайков, одно- и двуполярный ключи, времязадающая цепь и аттенюатор, при этом вход каждого компаратора соединен с-выходом соответствующего преобразователя частоты в напряжение, а выходы соединены с входами логического блока, выход которого подключен к управляющим входам ключей, времязадающая цепь подключена через однопо- лярный ключ к формирователю спайков, выход которого соединен с входом дву- полярного ключа, первый пыхрд которого является выходом устройства, а второй соединен с входом аттенюатора, выход которого подключен к первому выходу ключа.

-70

фие.З

Редактор А.Лежнина

Составитель А,Фальцман Техред И. Попович

Заказ 2967/53 Тираж 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л;Бескид

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования, а также при построении интеллектуальных систем управления моторикой роботов. Целью изобретения является повышение точности моделирования мотонейронов, расширение функциональных возможностей и повышение гибкости управления эффекторами. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для моделирования нейрона дополнительно введены компараторы 7 по числу входов, логический блок 8, формирователь 12 спайков, два ключа 9, 10 - одно- и двуполярньгй, времязадающая цепь 11 и аттенюатор 13. Устройство позволяет воспроизводить тонкие нейрофизиологические механизмы- генерации спай ков различной природы и различного функционального действия, 3 ил. i (Л 4 4