Модель рецептора-мышечного веретена Советский патент 1989 года по МПК G06G7/60 

3t5n

Изобретение относится к области моделирования биологических сенсорных систем и может использоваться ка объект при исследовании закономерностей преобразования информации о .длине и напряжениях в ьашце рецептора1У1И растяжения - мьшечными веретенами., а также входить самостоятельным элементом в модели биологических струк- тур для изучения нейронных механизмо управления координированным сокращением мышц с учетом проприоцептивной информагщи.

Цель изобретения - повьшение дос- товарности моделирования путем приближения к свойствам биологического аналога.

На фиг,1 представлена функциональная модель рецептора-мьштечного веретенаJ на фиг,2 - модель интра™ фузального волокна.

Модель рецептора - мышечного веретена содержит N модели 1 итрафу- зального волокна, аналоговые входы 2 типа Длина Г4ышцы, импульсные входы 3, модели 4 гамма - мотонейронов, аналоговые выходы 5 типа Активное напряжение, аналоговые входы 6 типа Активное напряжение, импульсные выходы 7 первичных окончаний, импульсные выходы 8 вторичных оков:ча- ний

Модель 1 интрафузального волокна содержит блок 9 моделирования функ- ции нервно-мьшечного соединенияэ бло 10 моделирования функции электровоз- .будимых свойств мышечных мембран блок 1 задания- исходного уровня мембранного потенциала, блок 12 модели- рования функции электромеханического преобразования5 блок 13 моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от активной силы и скорости ее изменения, блок 14 модели- рования изменения уровня возбудимости в зависимости от. длины интрафз - зального мышечного волокна и скорости ее изменения, блок 1.5 моделирования упруговязких свойств последовательного компонента мьшцы, блок 16моделирования упруговязких свойств параллельного компонента мьшцы блок

17моделирования свойств централь- ной области интрафузального волокнаj блок 18 моделирования условий работы йнтрафузальных волокон, нуль-орган

19, преобразователи 20 аналоговых напряжений в импульсные потоки

Модель рецептора - кьш;; luoro .: ретена, содер 5:зщая и упга fiG- и ; ;;- интрафузальньгх волок он s pa JoTae ; - следу)щим образом (фиг.),

В пассивном состоянии, когда по входам 3 ст моделей 4 ганма-мото- нейронов не поступают сигналы, изменением напряжения на входе 2 имитируется растяжение веретена и, следовательно, каждой из моделей 1 йнтрафузальных волокон, так как они все соединены в мьшце, В ответ на растяжение на выходах 7 и 8 генерируются импульсные последовательности, в межимпульсных интервалах которых отражаются свойства входного сигнала. Реакция ЯС-интрафузальных волокон (1„,.К) характеризуется более выраженной динаг-шческой фазой ответа на выхо.де 7 в момент растяжения, а ЯЦ-интрафузальные волокна (K+1..,N) статическим компонентом во apeivm действия растяжения.. Если интрафу- зальные волокна активны (тоВ. по входам 3 от моделей 4 поступают импульсные последовательности), то возникают активные силы (напряжения на выходах 5) J укорачиваю1 1де собственные интрафузальные волокна при од- ковремек.ном растяжении центральньж областей и осуществляющиа разгрузку параллельно им р-аспололсенных других йнтрафузальных волокон веретена. Так как ЯЦ-волокна обычно короче ЯС йнтрафузальных волокон и оканчиваются вбл.изи капсулы, то они осуществляют разгрузку окрз. жаюищх волокон, частично снимая напряжен.ие (усилие) с их це.нтральнь х образований. Б модели это воспроизводится замыканием связей с выходов 5 некоторых моделей 1 йнтрафузальных волокон на входы б остальных моделей I. Модели 4 работают независимо и частота на их выходах может быть самой разл.ичной. Импульсные потоки на выходах 7 и 8 формируются в соответствии с этими частотами и напряжением на входе 2 модели рецептора - мышечного веретена,,

Основным элементом модели рецептора - мышечного веретена является модель 1 интрафузального волокна (фиг,2), представляющая сократимые свойства йнтрафузальных ьаьиечньк волокон и свойства центральных несо кратимых образований, которые являются местом расположения окончаний

5. 1

афферентных нейронов, преобразующих возникающие в них вследствие растяжения веретена или активного сокращения мьшечных волокон рецепторные потенциалы в импульсные потоки. Нелинейные свойства преобразования длины и напряжения интрафузальных мьшечных волокон реализуются теми же блоками, что и в прототипе

В активном состоянии интрафу- зального мьпяечного волокна, когда поступает импульсный поток по входу 3 модели, на выходе 5 появляется напряжение, которое, пройдя блок 15 и второй сумматор в блоке 17, вызовет изменение рецепторных потенциалов и уменьшение напряжения на выкоце третьего интегрирующего уси- лителя блока 17, соответствующее активному укорочению (сокращению) модели 1 интрафузального мьшечного волокна. Укорочение будет продолжаться до тех пор, пока сумма напряжений на входе третьего суммирукяцего усилителя блока 17 не станет близкой нулю и напряжение на выходе нуль-органа 19 не закроет поступление напряжения по второму входу на третий интегрирукщий усилитель. В активном состоянии добавляется еще два контура регулирования с выхода третьего интегрирующего усилителя: через блоки 14, 10, 12, 18 (на второй вход четвертого суммирующего усилителя) и через 14, 10, 12, 15, 17, 18 (на третий суммирукхций и интегрирующий усилители). Все 6 контуров регулирования обеспечивают полную имитацию в представленной схеме условий работы и особенностей поведения интрафузальных волокон веретена в мышце, что дает основания для рассмотрения ее как модели рецептора мышечного веретена.

Формула изобретения

1. Модель рецептора - мьшечного веретена, содержащая модель интрафузального волокна и модель гамма- мотонейрона, аналоговьм вход модели интрафузального волокна является входом Длина мьшцы, а импульсный вход соединен с выходом модели гамма мотонейронов, отличаюдая- с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологичес17526

кого аналога, Б if.e введены N-1 мо- дейей интрафузального волокна и моделей гамма-мотонейронов, причем выход каждой из них соединен с им пудьсным входом соответствующей модели интрафузального волокна, дополнительно содержащей импульсные выходы, соответствующие первичным и ричным рецепторным образованиям веретена, и аналоговые входы Активное напряжение, к которым подключены выходы Активное напряжение каждой из N-K моделей интрафузапьных волокон.

|г где К - модели, не имеющие внешних выходов Активное напряжение, которые моделируют ЯС-интрафузальные волокна, К - моделируют свойства ЯЦ- интрафузальные волокна, входы Длины

2Q мьшцы N моделей интрафузапьных волокон объединены и являются входом модели рецептора - мышечного веретена. 2. Модель по п. 1, отличающаяся тем, что,в каждую модель

25 интрафузального волокна, содержащую последовательно соединенные блок моделирования функции нервно-мьшечного соединения, блок моделирования функции электровозбудимых свойств мышечных мембран, блок модапирования функции электромеханического преобразования и .блок моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от активной силы и скорости ее изменения,- выходы которого подключены к од

35 ним входам блока моделирования функции злектровозбудимых свойств мьшеч- ных мембран, к другим входам которого подключены выходы блокамоделирования изменения уровня возбудимости в за- висимости от длины интрафузального мьшечного волокна и скорости ее изменения, а также два блока, модели- рукщих свойства последовательной и параллельной упруговязких компонент

мьшцы, информационньй вход первого и управлякшцш вход второго подключены к выходу - блока моделирования функции электромеханического преобразования, а информационный вход второго и управляющий вход первого подключены к выходу блока моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от длины интрафузального мьшечного волокна и ско55 рости ее изменения, введены блок моделирования свойств центральной области интрафузального волокна, блок моделирования условий работы интра30

фузального волсхкна и два преобразователя аналоговых напряжений в импульсные потоки, причем выходы блоков, моделирующих свойства последовательной и параллельной упруговяз- ких компонент мышцы, соединены с соответствующими входами баока моделирования свойств центральной области интрафузального волокна,первый выход которого соединен с первым входом блока моделирования условий работы интрафузального волокна, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования :функций электромеханического преоб- разования, явля ющимся одновременно вьсходом Активное напряжение модели интрафузального волокна,вто

рои и третий выходы блока моделирования свойств центральной области инт рафузального волокна соединены с соответствующими входами первого и второго преобразователей аналогового напряжения в импульсные потоки, выходы которых являются импульсными выходами модели интрафузального волокна, второй вход блока моделирования условий работы интрафузального волокна является входом Активное напряжение модели интрафузального волокна, третий вход блока моделирования свойств центральной области интрафузального волокна является входом Длина мьш.щы модели интрафузального волокна.

Изобретение относится к моделированию биологических сенсорных систем и может использоваться как объект при исследовании закономерностей преобразования информации о длине и напряжениях в мышце рецепторами растяжения - мышечными веретенами, а также входить самостоятельным элементом в модели биологических структур для изучения нейронных механизмов управления координированным сокращением мышц с учетом проприоцептивной информации. Цель изобретения - повышение достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологического аналога. Это реализуется за счет введения в состав известного устройства N-1 моделей 1 интрафузального волокна и моделей гамма-мотонейронов, а также дополнительных связей между известным устройством и введенными элементами. Основным элементом модели рецептора - мышечное веретено является модель 1 интрафузального волокна, представляющая сократимые свойства интрафузальных мышечных волокон и свойства центральных несократимых образований, преобразующих возникающие в них вследствие растяжения веретена или активного сокращения мышечных волокон рецепторные потенциалы в импульсные потоки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.