Модель мышцы

Союз СоветскнкСоциалистическиеРеспублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 734798.47 1(088.8) по делам иааоретеиий и открытийОпубликовано 15.05.80. Бюллетень18 Дата опубликования описания 17,05.80(71) Заявитель Институт физиологии им. И. П. Павлова АН СССР(54) МОДЕЛЬ МЫШЦЫ Изобретение относится к области моделирования биологических систем и может быть использовано при исследовании нейронных механизмов управления мышечным сокращением.Известна модель мышцы, которая солер 5 жит о последовательно соединенных интеграторов с. сопротивлением в обратной связи Я. Эта модель воспроизводит кривые одиночных и тетанических сокрашений, изменяя напряжете на своем10 . выходе в соответствии с частотой следо.вания импульсов, поступающих по еевхо, дуфНедостатком модели является то, что на ней не воспроизводится присущая5 реальной мышце зависимость развития силы сокращения от частоты следования раздражающих импульсов, что ограничивает диапазон использования модели при20 исследовании, нейронных механизмов управления мышечным сокращением.Целью изобретения является расширение функциональных свойств модели и приближение их к свойствам реальной мышцы,.Цель достпгается тем, что в модель дополнительно введены блок умножения и нелинейный элемент, причем вход первого интегратора соединен с выходом блокФ умножения, один из входов которого является входом модели мышцы, в другой подключен к выходу нелинейНого элемента, вход которого соединенвыходом последнего (т 1-го) интегратора,На фиг. 1 изображена структурнаясхема модели мышцы; на фиг, 2 - характеристика нелинейного элемента;на фиг. 3 - зависимость напряжения отчастоты следования раздражающих импульсов для реальной мышцы (О ) и длямодели (б).Модель мышцы содержит П последовательно соединенных, например, трехинтеграторов 1, 2, 3, охваченных обратными связями через резисторы 4, 5, 6,7, 8 и 9, величины сопротивлений которых определяют вид кривой одиночно го сокращения. Выход последнего,г, - г, интегратора 3 является выходок:. 10 модели мышцы и подключен к входу нелинейного элемента 11, Выход нелинейного элемента 11 связан с одним из входов блока 12 умножения, второй вход которого является входом 13 модели, а выход блока 12 умножения подключен на вход первого из цепочки интегратора 1. оМодель работает следуюгцим образом,В исходном состоянии напряжение на выходе модели равно нулю, на выходе нелинейного элемента имеется "единичное" напряжение, а напряжение на выходе блока умножения равно нулю, так как на входе модели нет сигнала, При поступлении на вход модели импульсов их амплитуда умножается на напряжение, поступающее с выхода нелинейного элемента, и преобразованные импульсы поступают на вход цепочки интеграторов. На выходе модели напряжение изменяется, воспроизводя кривую мышечного сокращения. Изменением напряжения на выходе модели мышцы изменяют напряжение на выходе нелинейного элемента, и входной импульсный поток умножается на новую величину. При частоте следования импульсов на входе модели, меньшей частоты слияния одиночных сокрашений, импуль. ь. проходят через блок умножения умноженными на "единицу". При увеличении чаете ты следования импульсов одиночные сокращения на выходе модели сливаются сначала в зубчатый, а затем в гладкий тетанус, при этом входной импульсный поток умножается на величину, отльгчн-,о на "единицы", и на интегратор поступа1 Г ют импульсы измененной амплиуды, Таким образом коэффициент умножения входного импульсного потока определяется напряжением на выходе модели, которое в свою очередь зависит от амллитуды импульсов на выходе блока умножения.Нелинейный элемент преобразует налряжение, поступающее на его вход в зависимость, представленную на фиг, 2 Где ось абсцисс-напряжение, поступаюР шее с выхода модели мышцы, а ось ординат-напряжение на выходе нелинейного элемента, отражающее закон преобразования амплитуды входного импульсного потока для получения нелинейной зависимости развития напряжения на выходе модели от частоты следования импульсов на ее входе, которая пред 4:тавлена на фиг. 3. Характеристика не,-гнейного элемента вычислена теоретически с помощью графического построения и получена экспериментально на модели мышцы.Постоянные времени интеграторов и коэффициенты в цепях обратной связи подбираются так, чтобы одиночная кривая сокращения по своим параметрам соответствовала кривой развития напряжения реальной мышцы. Параметры входного импульсного потока также соответствуют величинам, наблюдаемым в физиологическом эксперименте.Все это позволяет проводить эксперименты на модели в реальном масштабе времени и непосредственно сравнивать результаты биологического и модельного эксперимента. Модель мышцы с нелинейным характером преобразования частоты входного импульсного потока в силу сокращения позволяет расширить диапазон применимости модели и переносить данные модельного эксперимента на биологический объект во всем диапазоне частот импульсных потоков, поступающих на вход модели мышцы.Фор мула изобретен ияМодель мышцы, содержащая г последовательно соединенных интеграторов, с сопротивлением в обратной связи, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что., с целью расширения функциональных свойств модели и приближенияихк свойствам реальной мьпццы, в модель дополнителььведены блок умножения и нелинейный элемент, причем вход первого интегратора соединен с выходом блока умножения, один из входов которого является входом модели мышцы, а другой подключен к выходу нелинейного элемента, вход которого соединен с выходом последнего ( о -го) интегратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Романов С. П. Моделирование механизмов сигнального уровня управления мышечным сокрашением, "Физиологический журнал", СССР, 1974, Мс 10, с, 1508-1517,дпис Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная дВ ЦНИИП 734798 094/5 З Тираж 4 Ю фВх Гц