Устройство для моделирования мотонейрона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) (И) 5 д 606 С 7 ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4029754/28-14(56) Авторское свидетельство СССР У 963003, кл. С 06 С 7/601981,Авторское свидетельство СССР В 781846, кл. С 06 С 7/60, 1979, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИОТОНЕЙРОНА(57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования, а также при построении интеллектуальных систем управления моторикой роботов. Целью изобретения являетсяповышение точности моделирования мотонейронов, расширение функциональных воэможностей и повышение гибкости управления эффекторами. Поставленная цель достигается тем, что визвестное устройство для моделирования нейрона дополнительно введеныкомпараторы 7 по числу входов, логический блок 8, формирователь 12спайков, два ключа 9, 10 - одно- идвулолярный, времязадающая цепь 11и аттенюатор 13. Устройство позволяет воспроизводить тонкие нейрофизиологические механизмы генерации спа кон различнои природы и различногфункционального действия. 3 ил,132404Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования,5Целью изобретения является повышение точности моделирования мотонейронов путем моделирования генерацииспайков различной природы,На фиг. 1 изображена структурная Осхема предлагаемого устройства; нафиг, 2 - Форма генерируемого Ма+-спай.ка; на Фиг. 3 - форма генерируемогоСа-спайка,Устройство для моделирования мотов 15нейрона содержит формирователи 1 сигналов входы которых являются входами устройства, преобразователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 заданиявесовых коэффициентов, сумматор 4, 20функциональный преобразователь 5,преобразователь 6 напряжения в частоту, компараторы 7 по числу входовустройства, логический блок 8, однои двуполярные ключи 9 и 10, времязадающую цепь 11, формирователь 12 спайков и аттенюатор 13.Устройство работает следующим образом,Входные возбуждающие и тормозящие сигналы в виде частоты следова-ния импульсов подаются на входы формирователей 1 сигналов. Последовательности импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности, с 35частотами следования, равными входным частотам; подаются на преобразователи 2 частоты в напряжение. Преобразованные постоянные напряжения свыходов преобразователей, уровни которых пропорциональны входным частотам и отслеживают их изменение, подаются через блоки 3 задания весовыхкоэффициентов, где масштабируются всоответствии с весом синапса и со 45знаком, соответствующим модальностивходного стимула (возбуждающий илитормозящий), подаются на входы сумматора 4, где происходит их алгебраическое и временное,. суммирование. При 50превышении суммарным напряжением порога функционального преобразователя5 с трапецеидальной характеристикойвход-выход на выходе последнего по%является напряжение, изменяющееся сизмеНением частот входных воздействийи в соответствии с характеристикойпреобразователя 5, Зто напряжение поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту, на выходе которого появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода функциональногопреобразователя 5. Преобразованныенапряжения с выходов преобразователей 2 частоты в напряжение поступаюттакже на входы соответствующих компараторов 7, на выходах которых присутствует сигнал логической единицы,если напряжение на входе компараторане равно нулю, и напряжение логического нуля, если напряжение на входекомпаратора, а следовательно, и входной сигнал на соответствующем входеотсутствуют, В случае, если активировано более одного входа устройства,на выходе логического блока 8 устанавливается напряжение логическогонуля, ключи 9 и 10 находятся в исходном положении, в результате чего времязадающая цепь 11 отключена от формирователя 12 спайков, а выход последнего подключен непосредственно квыходу устройства. Благодаря этому,импульсы с выхода преобразователя 6напряжения в частоту поступают на формирователь 12 где формируются поформе и длительности в быстрые Ба -спайки, превьшающие нулевой уровеньпотенциала (фиг. 2) и соответствуюшие быстрым движениям эффектора, например реакции убегания,В случае, если активирован толькоодин вход устройства - это происходитобычно при активации нейрона-пейсмекера и наблюдается при медленных движениях эффектора, на выходах всехкомлараторов 7 устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля, кроме компаратора,связанного через соответствующийпреобразователь 2 напряжения в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным вданный момент нейроном-пейсмекером.При этом на выходе логического блока8 появляется напряжение логическойединицы, поступающее на управляющиевходы ключей 9 и 10, что вызываетподключение через ключ 9 времязадающей цепи 11 к второму входу формирователя 12 спайка и выхода формирователя 12 через ключ 10 к входу аттенюатора 13 и через него - к выходу устройства, Подключение дополнительнойвремязадающей цепи 1 к формировате-лю 12 значительно увеличивает ширинугенерируемого устройства спайка, а3 13240 подключение выхода формирователя 12 через аттенюатор 13 уменьшает амплитуду генерируемого спайка так,что он не превышает нулевой уровень потенциала (фиг. 3). Спайк генерируется также при условии превышения напряжением с выхода сумматора 4 порога функционального преобразователя 5. Это состояние соответствует генерации медленных Са -спайков, играющих оп2 Фределяющую роль в реализации медленных тонических движений эффектора.Блок 8 представляет собой комбинационную логическую схему, реализующую Функцию 151 21 2Р=х х х +ххх +,++ХХ . Х,где Х,ххь, - состояния входовлогической схемы(н 0 11 и),М - число входов устройства.Формирователь 12 спайков представляет собой динамическое звено второго порядка. При отключенной времязадающей цепи 11 оно является колебательным звеном и при поступлениина его вход прямоугольного импульсана выходе будет наблюдаться сигнал, 3 Облизкий по форме к Б "спайку. Послеподключения ключом 9 времязадающейцепи 11 формирователь 12 становитсяинерционным звеном второго порядкаи на его выходе вырабатывается сигнал, близкий по параметрам к Са -2 ф 35спайку.При использовании изобретения повышается точность моделирования реальных иотонейронов за счет воспроизведения тонких нейрофизиологических механизмов зависимости спайковойактивности от стимуляции синаптических входов, расширяются функциональные возможности устройства за счет45 44 4управления эффекторами в различныхрежимах воспроизведения реакции убегания и тонической активности, повышается гибкость управления эффекторами благодаря введению дополнительных элементов, моделирующих генерацию спайков различной природы в одномаксоне. Формула изобретенияУстройство для моделирования мотонейрона, содержащее Б каналов, .входыкоторых являются входами устройства,включающих в себя последовательно соединенные формирователь сигналов, преобразователь частоты в напряжение и,блок задания весовых коэффициентов,и последовательно включенные сумматор, функциональный преобразовательи преобразователь напряжения в.частоту, при этом выходы блоков заданиявесовых коэффициентов подключены квходам сумматора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности моделирования мотонейроновпутем моделирования генерации спайковразличной природы, в него дополнительно введены компараторы по числу входов, логический блок, формировательспайков, одно- и двуполярный ключи,времязадающая цепь и аттенюатор, приэтом вход каждого компаратора соединен с. выходом соответствующего преобразователя частоты в напряжение,а выходы соединены с входами логического блока, выход которого подключенк управляющим входам ключей, времязадающая цепь подключена через однополярный ключ к формирователю спайков,выход которого соединен с входом двуполярного ключа, первый выход которого является выходом устройства, авторой соединен с входом аттенюатора,выход которого подключен к первомувыходу ключа,1324044 н Л.Бес рре е Тираж 672 Государственного ко делам изобретений и от Москва, Ж, Раушск