Устройство для моделирования ритмов гормональной регуляции Советский патент 1982 года по МПК G06G7/60 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РИТМОВ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ

изобретение относится к электрическому моделированию биологических систем и предназначено для моделиро вания ритмов гормональной регуляции в биофизических и физиологических экспериментах. Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее модели нейронов в виде однородного слоя 13 Недостатком устройства является сутствие возможности моделирования ритмообразовательного процесса нейронной сети. 1аиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования ферментативной активности, соде жащее модели нейронов, элементы задержки, ключи, коммутатор, генерато На устройстве моделируются ритмы ферментативной активности, образующиеся при работе устройства за счет структуры соединений нейронных элементов в сети и внешних сигналов, подаваемых с генераторов 2. Однако для более точного моделирования ритмов гомеоста т ических систем, к которым относится система гормональной регуляции, необходимо учитывать влияние на такие системы внешних ритмов (со стороны других систем организма, оказывающих существенное влияние на образование рабочих ритмов гомеостатической системы. Такие ритмы играют большую роль в пластической регуляции и перестройке работы биологической системы, в данном случае, системы эндокринной регуляции. Цель изобретения - повышение точности моделирования за счет учета воздействия внешних ритмов на рабочие ритмы системы. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования ритмов гормональной регуляции, содержащее источники напряиения, нейронные элементы, элементы задержки, генераторы импульсов, сумматоры, преобразователи напряй ения в частоту и формирователи выходных импульсов, введены блоки ритмообразования и две группы блоков моделирования ropмональной регуляции, причем входы первого, второго, третьего и четвертого блоков ритмообразов,дния соединены с выходами соответствующих источников напряжения, первый выход первого блока ритмообразовдния подключен к первым входам всех блоков моделирования гормональной регуля(ции первой группы, второй вь1ход первого блока ритмообразования соединен с вторыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, первый выход второго блока ритмообразования подключен к третьим входам всех блоков моделирования гормональной регуляции, первой группы, второй выход второго блока ритмообразования соединен с четвертыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, первый выход третьего блока ритмообразования подключен к первым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, второй выход третьего блока ритмообразования соединен с Ёторыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, первый выход четвертого блока ритмообразования подключен к третьим входам всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, второй выход четвертого блока ритмообразования соединен с четвертыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции, выход i-ro блока моделирования гормональной регуляции первой группы подключен к i-му входу первого сумматора, выход которого через первый преобразователь напряжения в частоту, первый формирователь выходных импульсов и первый элемент задержки соединен с первым входом первого нейронного элемента, выход которого через второй и третий элементы задержки подключен к пятым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, выход i-ro блока моделирования гормональной регуляции второй группы соединен с i-тым входом второго сумматора, выход которого через второй преобразователь напряжения в частоту, второй формирователь выходных импульсов и четвертый элемент задержки подключен к второму входу

первого нейронного элемента, выход второго элемента задержки соединен с первым входом второго нейронного элемента, выход которого подключен к шестым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, шестые и седьмые входы всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, пятые и седьмые входы всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы подключены к выходам соответствующих генераторов импульсов, все входы,

кроме первого и второго, первого нейронного элемента соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, все входы, кроме первого, второго нейронуого элемента подклюмены к выходам соответствующих генераторов импульсов.

Блок ритмообразования содержит сумматоры, интеграторы и блоки сравнения, причем входы первого и второго сумматора являются входами блока, выход первого сумматора подключен к входу первого интегратора, выход которого является первым выходом блока и соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, ва(од которог о является вторым выходом блока и соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу первого интегратора, выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом второго интегратора.

Блок моделирования гормональной регуляции содержит преобразователи частоты в напряжение, сумматоры, блок сравнения и ключ, причем первый вход первого сумматора является

первым входом блока и соединен с выходами первого и второго преобразователя частоты в напряжение, второй вход первого сумматора является вторым входом блока и подключен к

выходу третьего преобразователя частоты в напряжение, выход первого сумматора соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом ключа, выход которого является выходом блока, управляющий вход клю ча подключен к выходу блока сравнения, второй вход которого соединен выходом второго сумматора, первый и второй входы которого являются со ответственно третьим и четвертым входами блока, вход третьего преобразователя частоты в напряжение явл ется пятым входом блока, входы первого и второго преобразователей частоты в напряжение являются соответственно шестым и седьмым входами блока. На фиг. 1 представлена общая схе ма устройства; на фиг. 2 - схема нейронного элемента ритмообразования; на фиг. 3 - схема нейрюнного элемента гормональной регуляции; на фиг. А - схема нейронного элемента; на фиг. 5 - схема интеграто ра. Устройство содержит источники 1 напряжения, генераторы 2 импульсов, нейронные элементы 3 и А ритмообразования, нейронные элементы 5 и 6 гормональной регуляции, нейронные э менты 7 и 8, элементы 9 задержки. Нейронный элемент ритмообразования содержит блок.10 быстрого ритмообразованид и блок 11 медленного ритмообразования, каждый из которых содержит сумматоры 12 и 13, раторы 1 и 15, блоки 16 и 17 сравнения, выходы 18-21 интеграторов являются выходами нейронного элеме та. Нейронный элемент гормональной регуляции содержит группу блоков 22 моделирования гормональной регуляции, сумматор 23, преобразователь 2 напряжения в частоту, формирователь 25 выходных импульсов. Каждый блок моделирования гормональной регуляции содержит преобразователи 26 частоты в напряжение, сумматоры 27 28, блок 29 сравнения и ключ 30. Нейронный элемент содержит преоб разователи 31 и 32 частоты в напряжение, сумматор 33, преобразователь 3 напряжения в частоту, формироватёль 35 выходных импульсов. Интеграторы 1 и 15 содержат резистор 36, операционный усилитель 3 конденсатор 38 и ключ 39. Ритм изменения суммарного напряжения блока ритмообразования образуется вследствие отставания вклю86чения интегратора 15 по сравнению с включением интегратора . Интегратор 15 включается в работу в момент, когда напряжение на выходе интегратора 1 достигает напряхсения на втором входе блока 16 сравнения, которое определяется напряжением соответствующего источника. Интегратор 15 имеет большую крутизну роста напряжения на своем .выходе, в результате чего через время t напряжение и сравняется с напряжением U выхода интегратора Т. В зависимости от соотношения весов входов блока 17 сравнения равновесие и, ьи, вес первого входа блока где а сравнения;Ь - вес второго входа блока сравнения 17 будет соответствовать равенству напряжений U-f и U2, или Uj 7 U- при а 7 Ь или и 2; UH при а Ь. В момент, когда напряжение на втором входе блока сравнения превысит напряжение на его первом входе, учитывая веса входов, на выходе схемы сравнения появляется напряжение, которое поступает на второй вход интегратора И. Ключ 39 интегратора }, в отличие от аналогичного ключа интегратора 15, имеет нормальное положение закрытое. Напряжение с выходз блока сравнения открывает ключ интегратора Т, что приводит к срыву его работы. Напряжение на первом входе блока 16 сравнения вследствие этого резко падает и ключ 39 интегратора 15 переходит в открытое положение. Таким образом в блоке ритмообразования восстанавливается первоначальная ситуация и начинается новый ци кл, I В дальнейшем устройство работает следующим образом. Напряжение с выхода блока медленного ритмообразования поступает на входы сумматора 28. Ритмически меняющееся напряжение, поступающее затем на второй вход блока 29 сравнения, определяяпорог чувствительности блока 22 моделирования гормональной регуляции. Таким образом этот блок имеет переменный порог, который в фоновом режиме, т.е. если на входы блока 9 поступает постоянное напряжение, то меняется в простой ритмической зависимости. Эта ритмическая зависиMocTb легко перестраивается в ритм любого заданного типа при подаче напряжений на другие входы блока 5. Такая периодическая переменность порога характерна для клеток большинст ва тканей организма. Веса входов сумматора 28 и веса блока 29 сравнений устанавливаются пропорционально весам входов сумматора 23. Этим достигается то, что блоки 22 с большим порогом возбуждения в случае возникновения возбуждения в них вносят наибольший вклад в частоту выходной импульсной последовательности на выходе блока, и напротив, легковозбудимые каналы 22 вносят относительно меньший вклад в частоту выходной импульсной последовательности. Таким образом легковозбудимые каналы с малыми порогами включаются в работу чаще при незначительных изменениях в работе устройства и соответствуют плавной регулировке. Каналы же 22 с высокими порогами включаются только при значитель ных отклонениях в работе устройства и соответствуют грубой регулировке

На входы сумматора 27 поступает напряжение с выходов блока быстрого ритмообразования. Это напряжение суммируется с напряжением выходов преобразователей частоты в напряжёние 26 в сумматоре 27 и таким образом создается ритмическая активность на выходе блока 22. Несмотря на то, что на входы сумматоров -28 всех блоков 22 и на входы сумматора 27 этих блоков подаются синхронизированные ритмы, в результате различия весов входов сумматоров 28 и блоков сравнения 29, и различия весов сумматора 23, на выходе последнего образуется слоукный ритм, приближаю|щийся к ритму биологической системы Этот ритм напряжения на выходе сумматора 23 затем преобразуется в частоту в преобразователе 2 и на выходе формирователя 25 выходных импульсов формируется последовательность с частотой импульсов, пропорциональной ритму напряжения.

Блок 5 моделирует активность клеток гипоталамуса. С выхода блока 5 импульсная последовательность через элемент 9 задержки поступает на вход нейронного элемента 7 моделирования активности клеток гипофиза и с его выхода через второй элемент

9 задержки на вход нейронного элемента 8, моделирующего гормональную активность клеток эндокринной железы, например, щитовидной железь или коры надпочечников.

Кроме того, импульсная последовательность с выхода блока 7 через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки поступает на тормозные входы блока 5. Такое временное разделение возбуждающего (с Влока 7 на и тормозящего (с блока 7 на блок 5) воздействий соответствует временному отставанию тормозящих воздействий в гомеостатических сетях организма, и особенно, в системах гормональной регуляции. Такое отставание тормозящих воздействий по сравнению с возбуждающими является одной из главных причин осцилляции в сетях с обратными связями.

В нейронных элементах 7 и блоке 8 предусмотрены дополнительные входы, не задействованные в сети. Эти входы можно использовать для .моделирования некоторых дополнительных воздействий на процессы гормональной регуляции, например, элементарная недостаточность йода при моделировании некоторых патологических процессов в деятельности щитовидной железы.

Импульсная последовательность, поступающая с выхода нейронного элемента 7 на вход нейроняого элемента 8, вес которого задается исходя из условий эксперимента, приводит к возбуждению этого блока, последовательность на выходе моделирует продукцию гормона. Р естественных условиях расход гормопа в организме меняется в том или ином ритме, в зависимости от состояния организма и условий, протекающих в нем процессов что моделируется блоком 6.

Структура устройства обусловливает установление в его работе сложного гомеокинетического ритма, приближающегося к естественному ритму гормональной активности в организме.

Устройство может представлять интерес при изучении реальных гомеостазов, т.е.. гомеостэзов, состоящи из систем с ритмическими характеристиками и с учетом потребления продуции систем. Формула изобретения 1. Устройство для моделирования ритмов гормональной регуляции, соде жащее источники напряжения, нейронные элементы, элементы задержки, ге нераторы импульсов, сумматоры, прео разователи напряжения в частоту и формирователи выходных импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделиро вания, в него введены блоки ритмообразования и две группы блоков мод лирования гормональной регуляции, причем входы первого, второго, третьего и четвертого блоков ритмообра зования соединены с выходами соответствующих источников напряжения, первый выход первого блока ритмообразования подключен к первым входам всех блоков моделирования гормональной регуляций первой группы, второй выход первого блока ритмообразования соединен с вторыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, первый выход второго блока ритмообразования подключен к третьим входа всех блоков моделирования гормональ ной регуляции первой группы , второй выход второго блока ритмообразовани соединен с четвертыми входами всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, первый выход третьего блока ритмообразования подключен к первым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, второй выход третьего блока ритмообразова ния соединен с вторыми Входами всех блоков моделирования гормональ ной регуляции второй группы, первый выход четвертого блока ритмообразования подключен к третьим входам всех блоков моделирования гормональ ной регуляции второй группы, второй выход четвертого блока ритмообразования соединен с четверыми входами всех блоков моделирования гормональ ной регуляции, выход i-ro блока моделирования гормональной регуляции первой группы подключен к i-му вход первого сумматора, выход которого через первый преобразователь напряж ния в частоту, первый формирователь выходных импульсов и первый элемент задержки соединен с первым входом первого нейронного элемента, выход КОТОРОГО через второй и третий элвменты задержки подключен к пятым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, выход 1-го блока моделирования гормональной регуляции второй группы соединен с i-тым входом второ го сумматора, выход которого „через второй преобразователь напряжения в частоту, второй формирователь выходных импульсов и четвертый элемент задержки подключен к второму входу первого нейронного элемента, выход второго элемента задержки соединен с первым входом второго нейронного элемента, выход которого подключен к шестым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы, шестые и седьмые входы всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, пятые и седьмые входы всех блоков моделирования гормональной регуляции второй группы подключены к выходам соответствующих генераторов импульсов, все входы, кроме первого и второго, первого нейронного элемента соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, все входы, кроме первого и второго нейронного элемента, подключены к выходам соответствующих генераторов импульсов. 2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что блок ритмообразования содержит сумматоры, интеграторы и блоки сравнения, причем входы первого и второго сумматора являются входами блока, выход первого сумматора подключен к входу первого интегратора, выход которого является первым выходом блока и соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, выход которого является вторым выходом блока и соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу первого интегратора, выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом второго интегратора. 3.Устройство по п.1, отличаю щ е е с я тем, что блок моделирования гормональной регуляции содержит преобразователи частоты в напряжение, сумматоры,блок сравнения и ключ, причем первый вход первого сумматора является первым вхо11

дом блока и соединен с выходами первого и второго преобразователя частоты в напряжение, второй вход первого сумматора является вторым вхо дом блока и подключен к выходу тре тьего преобразователя частоты в напряжение, выход первого сумматора соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом ключа, выход которого является выходом блока, управляющий вход ключа подключен к выходу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого являются соот3 50812

ветственно третьим и четвертым входами блока, вход третьего преобразователя частоты в напряжение является пятим входом блока, входы первого и второго преобразователей частоты в напряжение являются соответственно шестым и седьмым входами блока.

Источники информацк, 10 принятые во внимание при экспертизе

/

/г

/

re

1

/j

1

/у

/

/

. ф1/г. Z

2ff -

/

-

гг

18

27

20

гв Z124

2S

/J

фуг