Устройство для моделирования нейрона

(51)5 С 06 С 7 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГННТ СССР МИТЕТ ОТНРЫТИЯчЪ,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОР УСВ ТВУ(57) Изобретение относится к устройствам медицинской техники и может быть использовано в частности при исследовании нервной системы методами моделирования, 1)ель изобретения 2повьппение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции медна- тора при специфических видах реакции нейрона, Поставленная цель достигается .тем, что в известное устройство для моделирования нейрона дополнительно введены первый преобразователь 14 частоты в напряжение, компаратор 15, второй преобразователь 16 частоты в напряжение, релейный элемент 17, Предложенное соединение дополнительно введенных элементов позволяет воспроизводить тонкие нейройизнологичес" кие механизмы ответов реальных биологических нейронов и расширить Функциональные возможности устройства.з,п.б-лы, 1 ил.30 Изобретение относится к устройстваммедицинской техники и может быть использовано, в частности, при исследовании нервной системы методами мо 5делирования,1 ель изобретения - повышение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции медиатора приспецифических видах реакции ней 1 Орона на внешнюю стимуляцию,На чертеже изображена функциональная схема устройства для моделирования нейрона.УСтройство для моделирования нейрона содержит блоки 1 моделированиясинапсов, каждый из которых состоитиз согласующего элемента 2 с последовательно соединенными элементом 3задержки и масштабирующим элементом 4,аддитивний сумматор 5, блок 6 моделирования вызванных постсинаптическихпотенциалов (ВПСП), состоящий из первого 7, второго 8 динамических звеньев, ключа 9 и второго сумматора 10,элемент 11 сравнения, блок 12 заданияпорога, формирователь 13 выходных импульсов, первый преобразователь 14 частоты в напряжение, компаратор 15, второй преобразователЬ 16 частоты внапряжение и релейный элемент 17,Устройство работает следующим образом,На синаптические входы блоковкоторыми являются входы согласующихэлементов 2, поступают входные возбуждающие и тормозящие сигналыкоторые задерживаются в элементах 3,масштабируются по амплитуде в элементах 4, поступают на входы суммато-,10ра 5 и суммируются в нем с учетомзнака, Суммарный сигнал поступает навход блока 6 ВПСП, т,е, на входы первого 7.и второго 8 динамических звеньев, В исходном состоянии ключ 9замкнут (при нуле на управляющем входе), в связи с чем оба выхода звеньевподключены к входам второго сумматора 10. Динамические звенья 7 и 8 обеспечивают временное суммирование поступающих с выхода сумматора 5 сигналов и преобразование их в вызванныепостсинаптические потенциалы, причемпараметры динамических звеньев идентифицируются на реальном объекте так,"5что динамика этого преобразования длязвена 7 соответствует динамике ВПСПацетилхолинового медиатора, а длязвена 8 - динамике ВПСП, вызванных медиатором нехолинергического типа, динамика преобразования в котором несводима к динамическим характеристикам высвобождения холинергического медиатора, т.е, к характеристикам звена 7, Сигналы с выходов динамических звеньев 7 и 8, суммируясь во втором сумматоре, поступают с его выхода на первый вход элемента 11 сравнения, где сравниваются с напряжением порога, поступающим с выхода блока 12 здания порога и, если они превышают напряжение порога, на выходе элемента 11 сравнения появляется разность его входных напряжений, поступающая на вход Формирователя 13 выходных импульсов, генерирующего спайк, При этом выходной импульс поступает на входы сброса динамических звеньев 7 и 8 и сбрасывает вызванные постсинаптические потенциалы путем разряда их конденсаторных элементов, Процессы повторяются, и на выходе Формирователя 13 наблюдается импульсная последовательность спайков.1(роме того, после- донательностьспайков поступает на вход преобразователя 14 частоты в напряжение, где выделяется среднее значение текущей частоты следования выходных спайков, Это напряжение поступает на вход компаратора 15, генерирующего прямоугольный импульс всякий раз, кода напряжение с выхода блока 14 становится равным нулю, Если на выходе устройства происходит непрерывная генерация спайков (с постоянной или изменяющейся частотой), напряжение на выходе блока 14 не равно нулю и импульсов на выходе компаратора 15 не наблюдается. Если же стимуляция происходит таким образом, что приводит к генерированию нейроном пачек импульсов с чередующимися периодами молчания, напряжение, пропорциональное частоте этих импульсов на выходе преобразователя 14, периодически достигает нуля, что приводит всякий раз к срабатыванию компаратора 15 и генерации им определенной последовательности импульсов, которые поступают на вход второго преобразователя 16 частоты в напряжение, на выходе которого в результате наблюдается напряжение, пропорциональное частоте следования этих импульсов, При достаточной частоте пачек разрядов нейрона начиная с определенной максимальной величины интервала молчания73 Сапко Составитель А . Корректор Л.Патай Те.,ред Л.Олийнык гедактор Л, Пчолнпгк,я заказ 1351 Тираж 395 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рзушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,01 164 59между пачками напряжение, поступающеес выхода второго преобразователя 16на вход релейного элемента 17, превышает порог срабатывания последнего5и на его выходе возникает сигналЭто приводит к размыканию ключа 9,Преобразование суммарного сигналасинаптических входов с выхода сумматора 5 в ВПСП производится толькозвеном 8, моделирующим динамику нехолинергических механизмов экэоцитоза. Параметры звена идентиФицируютсяпо конкретному биологическому объектув данном режиме стимуляции. При переходе к непрерывной стимуляции (интервал между пачками сокращается донекоторого минимального, соответствующего разрешающей способности устройства) вновь включается звено 7 замыканием ключа 9 под действием нулевогосигнала с выхода релейного элемента17, что соответствует включению холинергических механизмов зкзоцитоза,Устройство возвращается в исходное 25состояние,Формула изобретения 1, Устройство для моделирования нейрона, содержащее блоки моделирования синапсов, состоящие из последовательно соединенных согласующих элементов, масштабирующик резисторов и элементов задержки, вьыоды которых являются вьгодами блоков модчирова 35 ни синапссв, входами которых являются входы согласующих элементов, аддитивный сумматор, блок моделирования вызванных постсинаптических по тенциалов, элемент сравнения, блок задания порога и Формирователь импульсов, причем выходы блоков моделирования синапсов соединены с входом аддитивного сумматора, выход которого 45 соединен с первым входом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход которого соединен с первыь входом эям т; срая ния, выход которого соединен с вход".Г и Ф 1 рмирователя импульсов и блоком задания порога, выхол которсго сединен с вто. рым входом элемента сравьнря, вьосод Формирователя импульсов является выходом устройства и соединен с вторьм входом блока моделирования выэваннк постсинаптических потенциалов,о т" л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем воспроизведения реакции медиатора при специФических видах реакции нейрона на внешнюю стим ляцию в него вветены последовательно соедш.еннье первый преобразователь частоты в напряжение, компаратор, второй преобразователь частоты в напряжение, релейный элемент, вход преобразователя частоты в напряжение солицеи с выходом Формирователе выходньм импульсов, а выход репейного элемента соединен с третьим входом блока моделирования выэванньм постсинаптических потенциалов.2, Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок мо" делирования вызванных постсинаптических потенциалов состоит из первого и второго динам. ческих звеньев, ключа, сумматзра, причем входы динамических звеньев являются первым входом. блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, выход первого динамического звена соединен с первым входом сумматора через ключ, а выход второго динамического звене соединен с. вторым входом сумматора, выход ко" торого является выходом блока моделирования вызванных постсинаптических потенциалов, входы сброса динамических звеньев являются вторым входом блока моделирования постсинаптических потенциалов, третий вход которого соединен с управляющим входом ключа.