Устройство для моделирования нейрона Советский патент 1988 года по МПК G06G7/60 

-

(Л

Изобретение относится к медицинской технике и может быть йспользова- , но при нейрофизиологических модельных экспериментах. Цель изобретения - повьшение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции песси- мума. Для этого в устройство введены группа элементов 2 задержки, формирователь 7 спайка, второй сумматор 8 и пороговьй элемент 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

фиг, f

Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы в медицине и может быть использовано в нейрофизиологических мо- дельных экспериментах.

Цель изобретения - повьшение достоверности моделирования нейрона путем воспроизведения реакции пессимума

На фиг, 1 представлена функциона- льная схема устройства для моделирования нейрона; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирователя спайка.

Устройство для моделийования ней- рона содержит формирователи 1 входных сигналов, блоки 2 задержки, блоки 3 задания весовых коэффициентов, аддитивный сумматор 4, функциональньй преобразователь 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, формирователь 7 спайка, второй сумматор 8, пороговый, элемент 9, первый ждущий мультивибратор 10, первьй масштабирующий усилитель 11, второй ждущий му- льтивибратор 12, первый, инерционный элемент 13, первый блок 14 умножения второй масштабирующий усилитель 15, сумматор 16, второй инерционный элемент 17, второй блок 18 умножения, третий масштабирующий усилитель 19.

Устройство работает следующим образом.

На входы формирователей 1 входных сигналов поступают входные импульсные последовательности, в которых происходит стандартизаид1я импульсов по длительности .и амплитуде, задерживается далее в блоках 2 задержки, моделирующих синаптическую задержку экзоцитоза. Задержанные импульсные последовательности подаются на блоки

3задания весовых коэффициентов, где происходит масштабирование импульсов

по амплитуде в соответствии с типом синапса (возбуждающий или тормозящий Преобразованные сигналы поступают на входы аддитивного сумматора 4, где осуществляется пространственное суммирование с учетом знаков сиг 1налов. Суммарньй сигнал с выхода сумматора

4подается на функциональный преобразователь 5 с трапецеидальной характеристикой. Если величина его.не превышает величину порога, задаваемую характеристикой функционального преобр зователя 5, на выходе последнего сигнал, равный нулю. При превышении велчины порога суммарным сигналом с вы

г

5 0 5 0

Q

5

5

0

5

хода сумматора 4 на выходе функциона- льного преобразователя 5 появляется напряжение в соответствии с положением рабочей точки на его характеристике. Это напряжение с выхода преобразователя 5 поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту, ч.то приводит к генерации импульсов, частота которых пропорциональна пос- тупающему напряжению. Импульсы подаются на вход формирователя 7 спайка, где осуществляется дальнейшее их преобразование. Кроме того, сигнал с выхода функционального преобраз ователя 5 подаетЬя также на первьй вход второго сумматора 8, на второй вход которого поступает сигнал через пороговый элемент 9. Если сигнал с выхода аддитивного сумматора 4 не превышает зону нечувствительности порогового элемента 9, то на выходе порогового элемента сигнал равен нулю и на сумматор 8 поступает лишь сигнал с выхода функционального преобразователя 5.

При возрастании сигнала с выхода функционального преобразователя 5 на-- пряжение на выходе сумматора 8 возрастает аналогичным образом. Это напряжение, поступая с выхода сумматора 8 на управляющий вход формирователя 7 спайка, уменьшает амплитуду генерируемых блоком 6 им пульсов, а также увеличивает их длительность и умень- шает величину следовой гиперполяриза- циИо Эти изменения спайков происходят пока суммарный сигнал с выхода сумма- тора 4 находится в линейной зоне функционального преобразователя 5, т.е. пока сигнал с выхода второго сумматора 8 возрастает. Как только последний входит в зону насьш1ения характеристики функционального преобразователя 5, выходной сигнал сумматора 8 становится постоянным и изменение параметров спайков прекращается. Включение в этот момент порогового элемента 9 предотвращает обратные изменения параметров спайков при дальнейшем увеличении сигнала с выхода сумматора 4 и связанное с этим уменьшение сигнала на выходе функционального преобразователя 5. Характеристики функционального преобразователя 5 и порогового элементу 9 подобраны таким образом, что уменьшающийся с функционального преобразователя 5 и увеличивающийся с порогового элемента 9 сигналы суммируются, в связи с

чем выходной сигнал сумматора 8 не изменяется и параметры спайков в этом случае неизменны. Таким образом, изменение параметров спайков и следовой гиперполяризации происходит только с повышением частоты разрядов нейрона.

Формирователь 7 спайка работает следующим образом.

На вход первого ждущего мультивибратора 10 поступают прямоугольные .импульсы с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту, частота которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5. Ждущий мультивибратор 10 генерирует импульсы, длительность которых регулируется напряжением, поступаюгцим с выхода масштабирующего усилителя 11, на вход которого поступает напряжение с выхода сумматора 8. Далее с выхода ждущего мультивибратора 10 импульс поступает на второй ждущий мультивибратор 12 и первый инерцион- ный элемент 13, сглаживающий прямот угольный импульс, в результате чего последний приобретает форму, близкую к спайку реального нейрона. Этот сигнал с выхода первого инерционного эле мента 13 поступает на первый вход первого блока 14 умножения, на второй вход поступает сигнал статического коэффициента, определяющего амплитуду генерируемого спайка. Он поступает с выхода второго масштабирующего усилителя 15, вход которого соединен с управляющим входом формирователя 7 спайка. Результирующий сигнал спайка поступает с выхода первого блока 14 умножения на вход сумматора 16. Второй ждущий мультивибратор 12 запускается задним фронтом импульса первого мультивибратора 10 и генерирует отрицательный прямоугольный импульс, поступающий на вход второго инерционного элемента 17, Его выходной сигнал в виде суммы двух экспоненциальных составляющих с .большой постоянной времени спада поступает на первый вход второго блока 18 умножения, на второй вход которого поступает сигнал статического коэффициента с выхода третьего масштабирующего усилителя 19, вход которого подключен к управляющему входу формирователя 7 спайка. Результирующий отрицательньй сигнал с выхода второго блока 18 умножения, моделирующий следовую гиперполяриза

.

JQ

5 0 5 д 5

0

5

0

цию, поступает на другой вход сумматора 16. Суммарный сигнал, представляющий собой спайк, образуется на выходе сумматора 16, являющимся одновременно выходом формирователя 7 спайка и выходом устройства. Коэффициентами усиления масштабирующих усилителей 11, 15 и 19 устанавливаются масштабы и диапазоны изменения параметров спайка.

Формула изобретения

умножения, к второму входу которого подключен выход второго масштабирующего усилителя, а выход первого блока умножения соединен с первым входом сумматора, выход втйрого инерционного элемента подключен к первому входу второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а второй вход - с выходом

Вход

Управл вход

третьего масштабирующего усилителя, выход первого масштабирующего усили- теля соединен с управляющим входом j первого ждущего мультивибратора, вхот ды всех трех масштабирующих усилителей объединены и являются управляющим входом формирователя спайка, выход сумматора является выходом формировав

теля.

г.г