Устройство для моделирования ритмов гормональной регуляции

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 934508(23) Прнорнте лам изфбретеиийи открытий поБюллетень М 21.Л. Кузьменко 71) Заявител скии инсхиту скии государственныи ме) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РИТМОВ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИИэобрет ческому мо систем и и вания ритм в биофизич эксперимен Известн рования неосится к э нию биолог чено для мо нальной ре физиологич е ктри- еских елиров еднаэн в горм ских и ах. елиро ляции ки Ур троиствоной сети я модел оде ржащ модели неирслоя 11,Недостатсутствие воритмообразонейронной с однородног ательного процести. устройства является ожности моделирования Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования ферментативной активности, содер жацее модели нейронов, элементы задержки, ключи, коммутатор, генератор На устройстве моделируются ритмы . фермент ативной активности, образующиеся при работе устройства за счет структуры соединений нейронных элементов в сети и внешних сигналов,подаваемых с генераторов2.Однако для более точного моделирования ритмов гомеостатических систем, к которым относится система гормональной регуляции, необходимо учитывать влияние на такие системывнешних ритмов со стороны другихсистем организма), оказывающих существенное влияние на образованиерабочих ритмов гомеостатическойсистемы. Такие ритмы играют большуюроль в пластической регуляции и перестройке работы биологической системы, в данном случае, системы эндокринной регуляции,Цель изобретения - повышение точности моделирования эа счет учетавоздействия внешних ритмов на рабочие ритмы системы.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для моделированияритмов гормональной регуляции, содержащее источники напряжения, ней934508 Составитель Л. Терехедактор Е,Лушникова Техред А. Бабинец Корректор Е. Ров ко писн филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,акаэ 3942/47 Тираж 31 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Х 1-35, Раушская наб., д. 47534508 4 рой преобразователь напряжения в 45 50 55 3 9 ронные элементы, элементы задержки, генераторы импульсов, сумматоры, преобразователи напряжения в частоту и формирователи выходных импульсов, введены блоки ритмообразования и две группы блоков моделирования гор" мональной регуляции, причем входы первого, второго, третьего и четвертого блоков ритмообразовдния соединены с выходами соответствующих источников напряжения, первый выход первого блока ритмообразования подключен к первым входам всех блоков моделирования гормональной регуля(ции 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 входам всех блоков моделирования гормональ" ной 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 вторыми 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 1-го блока моделирования гормональной регуляции первой группы подключен к (-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 (-го блока моделирования гормональной регуляции второй группы соединен с (-тым входом второго сумматора, выход которого через вто 5 10 15 20 25 30 35 40 частоту, второй формирователь выходных импульсов и четвертый элемент задержкиподключен 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 нейронного элемента подключены 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, вюход 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. 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 вхо5 93450дом ключа, выход которого являетсявыходом блока, управляющий вход ключа подключен к выходу блока сравнения, второй вход которого соединен свыходом второго сумматора, первый 5и второй входы которого являются соответственно третьим и четвертымвходами блока, вход третьего преобразователя частоты в напряжение является пятым входом блока, входы пер 1 Ового и второго преобразователейчастоты в напряжение являются соответственно шестым и седьмым входамиблока.На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на Фиг. 2 - схеманейронного элемента ритмообразования; на фиг. 3 - схема нейронногоэлемента гормональной регуляции;на фиг. 4 - схема нейронного эле омента; на фиг, 5 - схема интегратора,Устройство содержит источники 1напряжения, генераторы 2 импульсов,нейронные элементы 3 и 4 ритмообра- изования, нейронные элементы 5 и 6гормональной регуляции, нейронные элементы 7 и 8, элементы 9 задержки.Нейронный элемент ритмообразования содержит блок 10 быстрого рит- ЗОмообразования и блок 11 медленногоритмообразования, каждый из которыхсодержит сумматоры 12 и 13, интеграторы 14 и 15, блоки 16 и 17 сравненйя, выходы 18 - 21 интеграторовявляются выходами нейронного элементдеНейронный элемент гормональнойрегуляции содержит группу блоков 22моделирования гормональной регуля- щоции, сумматор 23, преобразователь 24напряжения в частоту, Формирователь25 выходных импульсов, Каждый блокмоделирования гормональной регуляции содержит преобразователи 2645частоты в напряжение, сумматоры 27 и28, блок 29 сравнения и клюц 30. аО = ЬОгде а - вес первого входа блокасравнения;Ь - вес второго входа блокасравнения 17будет соответствовать равенствунапряжений О 1 и О 2, или О 7 О,1 приаЬ или ОО,1 при аЬ.В момент, когда напряжение на втором входе блока сравнения превыситнапряжение на его первом входе,уцитывая веса входов, на выходе схемы сравнения появляется напряжение,которое поступает на второй вход интегратора 14. Ключ 39 интегратора 14,в отличие от аналогичного ключа интегратора 15, имеет нормальное положение закрытое, Напряжение с выхода блока сравнения открывает ключинтегратора 14, что приводит к срыву его работы, Напряжение на первомвходе блока 16 сравнения вследствиеэтого резко падает и ключ 39 интегратора 15 переходит в открытое положение. Таким образом в блоке ритмо"образования восстанавливается первоначальная ситуация и начинается новый цикл,В дальнейшем устройство работаетследующим образом. Напряжение с выхода блока медленного ритмообразования поступает на входы сумматора 28.Ритмически меняющееся напряжение,поступающее затем на второй входблока 29 сравнения, определяяпорогчувствительности блока 22 моделирования гормональной регуляции. Такимобразом этот блок имеет переменныйпорог, который о Фоновом режиме,т.е, если на входы блока 9 поступает постоянное напряжение, то ме"няется в простой ритмической зависимости. Эта ритмическая зависиНейронный элемент содержит преобразователи 31 и 32 частоты в напряжение, сумматор 33, преобразователь34 напряжения в частоту, Формирователь 35 выходных импульсов,Интеграторы 14 и 15 содержат резистор 36, операционный усилитель 37,конденсатор 38 и ключ 39Ритм изменения суммарного напряжения блока ритмообразования образуется вследствие отставания вклю 86чения инте 1.ратора 15 по сравнению с включением интегратора 14. Интегратор 15 включается в работу в момент, когда напряжение на выходе интегратора 14 достигает напряжения на втором входе блока 16 сравнения, которое определяется напряиенйем со" ответствующего источника. Йнтегратор 15 имеет большую крутизну роста напряжения на своем, выходе, в результате чего через время С напряжение О сравняется с напряжением О выхода интегратора 14. В зависимости от соотношения весов входов блока 17 сравнения равновесиемость легко перестраивается в ритмлюбого заданного типа при подаче на"пряжений на другие входы блока 5.Такая периодическая переменность порога характерна для клеток большинст- Ьва тканей организма. Веса входовсумматора 28 и веса блока 29 сравнения устанавливаются пропорционально весам входов сумматора 23.Этим достигается то, что блоки 22 с фбольшим порогом возбуждения в случае возникновения возбуждения вних вносят наибольший вклад в частоту выходной импульсной последовательности на выходе блока, и напротив,легковозбудимые каналы 22 вносятотносительно меньший вклад в частоту выходной импульсной последовательности. Таким образом легковозбудимые каналы с малыми порогами вклю- Очаются в работу чаще при незначительных изменениях в работе устройстваи соответстЬуют "плавной регулировке", Каналы же 22 с высокими порогами включаются только при значитель-Иных отклонениях в работе устройстваи соответствуют "грубой регулировке",На входы сумматора 27 поступаетнапряжение с выходов блока быстрогоритмообразования. Это напряжение щсуммируется с напряжением выходовпреобразователей частоты в напряже-"ние 26 в сумматоре 27 и таким образом создается ритмическая активностьна выходе блока 22. Несмотря на то,что на входы сумматоров 28 всехблоков 22 и на входы сумматора 27этих блоков подаются синхронизированные ритмы, в результате различия весов входов. сумматоров 28 и блоковсравнения 29, и различия весов сум"матора 23, на выходе последнего образуется сложный ритм, приближающийся к ритму биологической системы,Этот ритм напряжения на выходесумматора 23 затем преобразуется в.частоту в преобразователе 21 и навыходе 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 08 89 задержки на вход нейронного элемента 8, моделирующего гормональнуюактивность клеток эндокринной железы, напрймер, щитовидной железы иликоры надпочечников.Кроме того, импульсная последовательность с выхода блока 7 черезпоследовательно соединенные второйи третий элементы задержки поступает на тормозные входы блока 5. Такое временное разделение возбуждающего ( с блока 7 на блок.8 ) и тормозящего (с блока 7 на блок 5 воздействий соответствует временному отставанию тормозящих воздействий вгомеостатических сетях организма, иособенно, в системах гормональнойрегуляции. Такое отставание тормозящих воздействий по сравнению с возбуждающими является одной из главных причин осцилляций в сетях с обратными связями.В нейронных элементах 7 и блоке 8предусмотрены дополнительные входы,не задействованные в сети. Эти входыможно использовать для моделирования некоторых дополнительных воздействий на процессы гормональной регуляции, например, элементарнаянедостаточность йода при моделировании некоторых патологических процессов в деятельности щитовидной железы,Импульсная последовательность, поступающая с выхода нейронного элемента 7 на вход нейронного элемента 8, вес которого задается исходя из условий эксперимента, приводит к возбуждению этого блока, последовательность на выходе моделирует продукцию гормона. В естественных условиях расход гормона в организме меняется в том или ином ритме, в зависимости от состояния организма и условий, протекающих в нем процессов, что моделирустся блоком 6.Структура устройства обусловливает установление в его работе сложного гомеокинетического ритма, приб лижающегося к естественному ритму гормональной активности в организме.Устройство может представлять интерес при изучении реальных гомеостазов, т.е гомеостазов, состоящих из систем с ритмическими характеристиками и с учетом потребления продукции систем.Формула изобретения 35 1. Устройство для моделирования ритмов гормойальной регуляции, содержащее источники напряжения, нейрон ные элементы, элементы задержки, генераторы импульсов, сумматоры, преобразователи напряжения в частоту и формирователи выходных импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены блоки ритмообразования и две группы блоков моделирования гормональной регуляции, причем входы первого, второго, третьего и четвертого блоков ритмообразования соединены с выходами соответствующих источников напряжения, первый выход первого блока ритмообразования подключен к первым вхо дам всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, второй выход первого блока ритмообразования соединен с вторыми входами всех блоков моделирования гарма нальной регуляции первой группы, первый выход второго блока ритмообразования подклюцен к третьим входам всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, второй Зо 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 вторыми входами ао всех блоков моделирования гормональной 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 входамиЪвсех блоков моделирования гормональной регуляции, выход -го блока моделирования гормональной регуляции первой группы подключен к 1-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 котооаго через второй и третий элементы задержки подключен к пятым входам всех блоков моделирования гормональной регуляции первой группы, выход 1-го блока моделирования гормональной регуляции второй группы соединен с 1-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 и второго нейронного элемента, подключены к выходам соответствующих генераторов импульсов.2. Устройства по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я 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, о т л иц а ю щ е е с я тем, чта блок моделирования гормональной регуляции содержит преобразователи частоты в напряжение, сумматоры, блок сравнения и ключ, причем первый вход первого сумматора является первым вхо508 12ветственно третьим и четвертым входами блока, вход третьего преобразователя частоты в напряжение является пятью входом блока, входы первого и второго преобразователейчастоты в напряжение являются соответственно шестым и седьмым входамиблока.Источники информацкм,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССРУ 528579,кл. 6 06 0 7/60, 1974.2.Авторское свидетельство СССРйо заявке М 2759679/18-24,кл. С 06 6 7/60, 1979 (прототип). 11 934 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- з тьего преобразователя частоты внапряжение, выход первого сумматора соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом ключа, выход которого является выходом 10 блока, управляющий вход ключа подключен к выходу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый и .второй входы которого являются соот