Устройство для моделированияРиТМОВ фЕРМЕНТАТиВНОй АКТиВНОСТи Советский патент 1981 года по МПК G06G7/60 

Г . ; . Изобретение относится к физиологии и предназначено для моделирования ритмов ферментативных процессов в физиологических экспериментах, преимуществейно в тех случаях, когда большое количество и разнообразие исходных переменных величин, харак- тернэуюдих ритквл отдельных пар реагейтов (субстрат-фермент и фезрментсубстрат) в цепи ферментативных про цессов, затрудняют анализ ферментативных реакций в целом. Устройство может также применяться в моделировавший ряда патологических процессов связанных с нарушением ритмов ферментативной активности. . ИзвесЛгно устройство для моделирования биологических волн энцефалогралвйы, содержащее генераторы напряжеиия, пульт управления, коммугачор смеситель, КЛЮЧИ; делители йапряхгени и генератор продвигающие, импульсов 11 . На данном устройстве .вьабором соответствующих.частот .генератора продвигаювщхся импульсов обеспечивается постепенное изменение амплитуды какой-либо частоты путем пооче редного подключения .при помощи клю.чей, делителей напряжения. Недостатком этого устройства является сложность управления и невозможность введения исходных величин, характеризующих динамику количественного соотношения реагентов в ходе реакции фермент - субстрат. Наиболее близким к предлагаемотлу является устЕЮйство для моделирования нейронной сети, содержгодее мо-дели нейронов в виде однородного слоя, причем выход каждой модели нейронов через цепь обратной связи соединен с его возбуждающим входом, который подключен к тормозным входам соседних моделей нейронов 23 .;. Недостатком этого устройства является невозможность точного моделирования ритмов непрерывно протекающих ферментативных процессов. В предложенном устройстве в качестве основного элемента сети моделирования ритмов ферментативной ак.тивности применено устройство для моделирования нейрона в конкретном . .исполнении. / Принципиально возможно применение в устройстве других моделей нейронов 3. , .I Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет взаимного влияния нейронов. Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее k моде лей нейрона и k элементов задержки, введено k генераторов, k ключей, k дополнительных.элементов задержки и коммутатор, выход -ой модели ней рона :через i-ый элемент задержки соединен с первым возбуждающим входом (+1)-ой модёли нейрона, выход -ой модели нейрона через ({-1)-ый дополнительный элемент задержки соединен с первым тормозным входом ((-1.)-ой модели нейрона, выход 1-го генератора соединен с {-ьми входами всех ключей, первый выход i-ro ключа соединен со вторьви возбуждающим входом i-ой модели нейрона, второй выход i -го кглюча соединен со вторым тормозным входом i-ой модели нейрона, третьи возбуждающий и тормозной входы каждой модели нейрона подключ ны к соответствующему выводу коммутатора, выход каждого элемента заде ки соединен с соответствующим вывод коммутатора. Нпок-схема устройства представле на на чертеже. Устройство содержит блок 1 и ком мутатор 2. Блок 1 состоит из моделей 3, 3,., ...,3 нейронов, источн ков 4 сигналов, элементов 5 и б задержек , ключей 7-, . . . 7) . Устройство работает следующим образом. При подаче на возбуждакяцие входы моделей 3 нейронов сигналов с выходов генераторов 4 в цепи моделей нейронов блока 1 устанавливается некоторый ритм активности, временные и частотные характеристики которого зависят от частоты следования импульсов подаваемых сигналов на вхо ды моделей нейронов, весов этих входов и характеристик блоков 5 и 6 задержек . Эти величины задаются в каждом эксперименте в зависимости от исходных данных, которые вводятся в устройство для аналогового моделирования изучаемого процесса. Отрицательные обратные связи с выхода каждой модели нейрона на тормозной вход прелвдущей модели эквивалентны обратным связям в действительных ферментативных процессах. При этом каждая пара моделей нейронов (например 3 к 3,; 3 и 3,,) моделируют ритм количественных изменений в соответствующих парах субстрат (предшествен ник) - фермент и фермент-субстрат (продукт).: . Аналогично процесс происходит далее по цепи включенных в блок 1 моделей нейронов до последней в цепи модели нейрона 3, моделируквдего конечный продукт ферментативного про цесса, удаление из среды которого моделируется подачей сигналов на один из его тормозных входов с генератора 4 . При моделировании разветвленных или, напротив, сходящихся ферментативных процессов, а также замкнутых или частично замкнутых цепей ферментативных реакций, соответствующее дерево разветвления или же кольцо замкнутых процессов моделируются путем набора соответствующих подключений моделей нейронов через коммутатор. При этом могут быть набраны самые различные конфигурации цепей, моделирующих соответственно сложные цепи ферментативных реакций. При необходимости моделирования избытка субстрата или его алиментарной недостаточности соответственно меняется уровень сигналов, подаваемых с источников сигналов 4 на соответствующие входы функциональных преобразователей . Устройство позволяет моделировать ритмы ферментативной активности, свойственные некоторым патологическим состояниям, например при генетически обусловленном дефекте синтеза некоторого фермента. В этом случае в набранной конфигурации цепи соответствующая модель нейрона исключается из нее путем подавления его активности сигналами с генератора 4 на его тормозной вход. В естественных условиях, вследствие такого исключения фермента, происходит накопление в среде субстрата (предшественника) , который удаляется из среды другими, менее активными, механизмами . Поэтому содержание субстрата в среде начинает испытывать резкие колебания, а сама характеристика ритмов активности всей сети приобретает черты гетерокинеза. В качестве примера можно привести цистатионурию, сопровождающуюся задержкой нейро-психического развития. Это заболевание возникает в результате снижения активности фермента цистатионидазы, расщепляющего в норме цистатион на цистеин.и гомосерин. При дефекте фермента происходит накопление в тканях цистатионина, приводящее к их поражению. В работе устройства удаление субстрата моделируется путем подбора соответствующих сигналов на тормозной вход модели нейрона, моделирующего содержание данного субстрата. Кроме того, с помощью устройства можно получить модель соответствующей диеты, оптимальной при данном или другом, связанном с нарушением ферментативного процесса, генетическом заболевании. Последнее моделируется регуляцией активности моделей нейронов, моделирующих соответствуюие субстраты, что достигается подбором сигналов на их возбуждающие и тормозящие входы.

Полезный эффект от применения устройства заключается в возможности обобщения результатов анализов ритмов ферментативных процессов.

Формула изобретейия

Устройство для моделирования ритмов ферментативной активности, содержащее k моделей нейрона и k элементов задержки, отличающееся тем, что, с целью, расширения функциональных возможностей устройства за счет учета взаимного влияния нейронов , в устройство введено k генераторов , k ключей, k дополнительных элементов задержки и ко1«В4утатор, выход i-ой модели нейрона через 1-ый элемент задержки соединен с первым возбуждающим входом (1+1)-ой модели нейрона, выход i-ой модели нейрона через (-1)-ый дополнительный элемент задержки соединен с первьм тормозным входом (-1)-ой модели нейрона, выход i-го генератора соединен с -ьв«1и входами всех ключей, первый выход i-ro ключа соединен со вторым возбуждающим входом 1-ой модели нейрона, второй выход i-ro ключа соединен со вторым тормозным входом i-ой модели нейрона, -третьи возбуждающий и тормозной входы каждой модели нейрона подключены к соответствующему

0 выводу коммутатора, выход каждого .элемента задержки соединен с соответствующим выводом коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Авторское свидетельство СССР № 438995, кл. G 06 G 7/60, 1976,

2.Авторское свидетельство СССР № 528579, кл. G 06 G 7/60, 1974 (прототип).

3.Авторское свидетельство СССР

0 647698, кл. G 06 G 7/60, 19-76.