Устройство для моделирования нейрона высших отделов Советский патент 1990 года по МПК G06G7/60 

Изобретение относится к бионике И биокибернетике и может быть использовано при исследовании процессов в высших отделах головного мозга методами моделирования.

Цель изобретения - повышение достоверности моделирования функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведения свойств активной мембраны дендрита.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для моделирования нейрона высших отделов.

Устройство для моделирования нейронов высших отделов (фиг. 1) содержит вобуждающие 1 и тормозящие 2 синапси- ческие входы, являющиеся входами устройства и входами блоков 3 формирования входных сигналов, преобразователи 4 частоты в напряжение1 и блоки 5 задания весовых коэффициентов, выходы которых являются выходами блоков 6 и 7 моделирования соответственно возбуждающих и тормозящих дистальных синапсов, состоящих из последовательно включенных блоков 3-5, блоки 8 моделирования дендритов, представляющие собой лест ничные RC-цепи, выходы которых являются выходами блоков 8, а входами являются узлы цепей, дендритные ключи 9, блоки 10 моделирования актиной дендритной мембраны, каждый из которых состоит из функционального преобразователя 11 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, компаратора 12, ключа 13 и преобразователя 14 напряжения в частоту, бло

.-

ки 15 развязки по количеству возбуж дающих синапсов, схемы ИЛИ 16 по количеству синапсов, аддитивный сумматор 17, аксонныи функциональный

.-

20

25

30

35

™ д в

50

55

преобразователь 18 и преобразователь 19 напряжения в частоту.

Устройство для моделирования нейронов высших отделов мозга работает следующим образом.

На возбуждающие синаптические 1 и тормозящие 2 входы поступают импульсные последовательности спайков, формирующиеся по амплитуде и длительности в формирователях 3 и поступающие на входы преобразователей 4 частоты в напряжение, величина импульсного напряжения на выходах которых пропорциональна входной частоте спайков, масштабируется в блоках 5 задания весовых коэффициентов, выходы которых являются выходами блоков 6 и 7 моделирования возбуждающих и тормозящих синапсов, поступает с выходов блоков 7 непосредственно на входы блоков 8 моделирования дендритов через дендритные ключи 9, а с выходов блоков 6 - на входы блоков 10 моделирования постсиналтит ческой мембраны, т.е. входы функциональных преобразователей 11 с трапецеидальной амплитудной характеристикой. Численные параметры этих( характеристик (пороги, величины насыщений j изломов и т.д.) индивидуальны для каждого блока 10 и определяются конкретными биофизическими характеристиками дендритной мембраны конкретных клеток, идентифицируе.мы- ми, например, на культуре нервной ткани-в местах локализации синапсов.

Если сигналы с выходов блоков b моделирования синапсов не превышают пороги преобразователей 11, на выходах последних напряжения равны нулю, в результате чего напряжения на выходах компараторов 12 также равны нулю, и ключи 13 находятся в

замкнутом состоянии, вследствие чего сигналы с выходов блоков 6 проходят на вторые выходы блоков 10 без изменения и поступают через вторые входы блоков 15 развязки на нормально замкнутые ключи 9 напряжением с выходов схем ИЛИ 16 и через ключи 9 на входы блоков 8 моделирования дендритов в виде под- пороговых локальных возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП), распространяющихся вдоль блока 8, представляющего собой пассивную лестничную RC-цепь, с задержкой и затуханием, алгебраически суммируются с поступающими на другие входы того же блока 8 моделирования дендрита локальными тормозящими постсинаптическими потенциалами, аналогичными по форме ВПСП, но противоположными по знаку, проходят по направлению к выходам блоков 8 и далее суммируются в аддитивном сумматоре 17. Как и в известном устройстве, если суммарньй сигнал не превышает порога аксонного функционального преобразователя 18 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, сигнал на его выходе равен нулю и импульсация с выхода преобразователя 19 напряжения в частоту отсутствует. Если общий суммарный сигнал с выхода аддитивного сумматора 17-превышает значение порога преобразователя 18, на его выходе появляется напряжение, зависяще от напряжения с выхода сумматора 17 в соответствии с характеристикой преобразователя 18, поступающее на вход преобразователя 19 напряжения в частоту и вызывающее импульсацию соответствующей частоты на его выходе.

Формула .изобретения

Устройство для моделирования нейрона высших отделов, содержащее блоки моделирования дистальных синапсов, синаптические функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходами блоков моделирования дистальных синапсов, выход каждого из преобразователей соединен

0

5

0

5

с соответствующим компаратором и преобразователем напряжения в частоту, выход которого соединен с входом соответствующего блока моделирования дендрита, выходы которого соединены с входами аддитивного сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, выходы блоков моделирования дистальных синапсовs расположенных на одном дендрите, соединены с входами соответствующего блока моделирования дендрита, выход аддитивного сумматора через функциональ- ный преобразователь соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности моделирования функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведения свойств активной мембраны дендрита, в него введены блоки моделирования активной дендритной мембраны, каждый из которого состоит из функционального преобразователя, вход которого является входом блока моделирования активной дендритной мембраны, каждый из которых соединяется с выходом блока моделирования каждого возбуждающего синапса, преобразователя напряжения в частоту, компаратора, входы которых соединены с выходом функционального преобразователя, выход которого является первым выходом блока моделирования активной дендритной мембраны, которые через первые входы блоков развязки и через дендритные ключи соединены с входами блоков моделирования дендритов, выходы ключей блоков моделирования активной дендритной мембраны соединены с входами блоков моделирования дендритов, схемы ИЛИ по числу синапсов, каждая с числом входов на один меньше числа возбуждающих синапсов, расположенных на данном дендрите, причем выходы схем ИЛИ соединены с управляющими входами соответствующих дендритных ключей, а входы каждой схемы ИЛИ соединены с выходом каждого блока моделирования активной с дендритной мембраны.

0

5

0

5

0

Изобретение относится к бионике и биокибернетике и может быть использовано при исследовании процессов в высших отделах головного мозга методами моделирования. Цель изобретения - повышение достоверности моделирования функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведения свойств активной мембраны дендрида. Поставленная цель реализуется за счет введения в состав известного устройства дендритных ключей 9, блоков 10 моделирования активной дендритной мембраны, каждый из которых состоит из функционального преобразователя 11, компаратора 12, ключа 13 и преобразователя 14 напряжения в частоту, блока 15 развязки по количеству возбуждающих сигналов, схем ИЛИ 16 по количеству возбуждающих и тормозящих синапсов. Предложенное устройство позволяет моделировать активную мембрану дендрита и обеспечивает возможность генерации спайка в любом месте синаптического контакта с дендритом. 1 ил.