Устройство для моделирования нейрона высших отделов

(51) 5 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ й АВТОРСИОМУ исти комкин,во СССР 1988. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМПРИ ГКНТ СССР;(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА ВЫСШИХ ОТДЕЛОВ(57) Изобретение относится к бионикеи биокибернетике и может быть использовано при исследовании процессов ввысших отделах головного мозга методами моделирования. Цель изобретения - повышение достоверности моделирования функциональных свойств1561076 20 нейронов высших отделов мозга путемВоспроизведения свойств активной мем.браны дендрида. Поставленная цельреализуется за счет введения в состав известного устройства дендритных ключей 9, блоков 10 моделирования активной дендритной мембраны,Каждый из которых состоит из функционального преобразователя 11,омпаратора 12, ключа 13 и преобра 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.30Устройство для моделирования нейронов высших отделов (фиг. 1) содерхнт воз буждающие 1 и тормозящие 2 синапси" ческие входы, являющиеся входами устройства и входами блоков 3 Формирования входных сигналов, преобразователи 4 частоты в напряжение 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 - 1, блоки 8 моделирования дендритов, представляющие собой лест ничные ВС-цепи, выходы которых являются выходами блоков 8, а входами являются узлы цепей дендритные ключи 9, блоки 10 моделирования активной дендритной мембраны, каждый из которых состоит из Функционального преобразователя 11 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, компаратора 12, ключа 13 и преобразова. - теля 14 напряжения в частоту, бло 55 ки 15 развязки по количеству возбуждающих синапсов, схемы ИЛИ 16 но количеству синапсов, аддитивный сумматор 17, аксонный функциональный зователя 14 напряжения в частоту,блока 15 развязки по количествувозбуждающих сигналов, схем ИЛИ 16по количеству возбуждающих и тормозящих синапсов. Предлагаемое устройство позволяет моделировать активную мембрану дендрита и обеспечивает возможность генерации спайкав любом месте синаптического контакта с дендритом, 1 ил,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 н 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 моделирований дендритов через дендритные ключи 9, а с выходов блоков 6 - на входы блоков 10 моделирования постсиналти-, ческой мембраны, т,е. входы функциональных преобразователей 11 с трапецеидальной амплитуцной характеристикой. Численные параметры этис характеристик (пороги,. величины на.сыщений, изломов и т.д.) индивидуальны для каждого блока .10 и определяются кон кре тными биофизическими харак- теристиками дендритной мембраны конкретных клеток, идентифицируемы-, ми, например, на культуре нервной ткани. в местах локализации синапсов.1 Если сигналы с выходов блоков Ь моделирования синапсов не превьппают пороги преобразователей 11, на выходах последних напряжения равны нулю, в результате чего напряжения на.выходах компараторов 12 также равны нулю, и ключи 13 находятся взамкнутом 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 подпороговых локальных возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП), распространяющихся вдоль блока 8, представляющего собой пас-. сивную лестничную КС-цепь, с задержкой и затуханием, алгебраически суммируются с поступающими на другие входы того же блока 8 моделирования дендрита локальными тормозящими постсинаптическимипотенциалами, 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 суммарный 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, зависящее от напряжения с выхода сумматора 1,7 в соответствии с характеристикой преобразователя 18, поступающее на вход преобразователя 19 напряжения в частоту и вызывающее импульсацию соответствующей частоты на его выходе. Ф о р мул а .и з о б р е т е н и я Устройство для моделирования нейрона высших отделов, содержащее блоки моделирования дистальных синапсов, сииаптические функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходами блоков моделирования дистальных синапсов, выход каждого иэ преобразователей соединен 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 с соответствующим компаратором ипреобразователем напряжения в частоту, выход которого соецинен с вхо"дом соответствующего блока моделирования дендрита, выходы которогосоединены с входами аддитивного сумматора, выход которого соединен свыходом преобразователя напряженияв частоту, выходы блоков моделирования дистальных синапсов, располо.женных на одном дендрите, соединеныс входами соответствующего блокамоделирования дендрита, выход аддитивного сумматора через функциональный преобразователь соедийен .с входом преобразователя напряжения вчастоту, выход которого являетсявыходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделированияфункциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведейиясвойств активной мембраны дендрита,в него введены блоки моделирования активной дендритной мембраны, каждыйиз которого состоит из Жчнкционального преобразователя, вход которогоявляется входом блока моделированияактивной дендритной мембраны, каждый из которых соединяется с выходомблока моделирования каждого возбуждающего синапса, преобразователянапряжения в частоту, компаратора,входы которых соединены с выходомфункционального преобразователя,выход которого является первым выходом блока моделирования активнойдендритной мембраны, которые черезпервые входы блоков развязки и черездендритные ключи соединены с входами блоков моделирования дендритов,выходы ключей блоков моделированияактивной дендритной мембраны соединены с входами блоков. моделированиядендритов, схемы ИЛИ по числу синапсов, каждая с числом входов на одинменьше числа возбуждающих синапсов,расположенных на данном дендрите,причем выходы схем ИЛИ соединены суправляющими входами соответствующих дендритных ключей, а входы каждой схемы ИЛИ соединены с выходомкаждого блока моделирования активнойдендритной мембраны.