Устройство для моделирования мотонейронов

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов инейронных структур методом модели 5ров ания.Цель изобретения - повышение точности моделирования мотонейронов путем воспроизведения спонтанных эндогенных разрядов.На чертеже представлена Функциональная схема предлагаемого устройства .для моделирования мотонейронов,Устройство для моделирования мотонейронов состоит из блоков моделирования синапсов и содержит формирова -тели 1 сигналов, преобразователи 2частоты в напряжение и блоков 3 задания весовых коэффициентов сумматора 4, Функционального преобразовате Оля 5 с трапецеидальной амплитуднойхарактеристикой, релейного элемента6, блока 7 выделения переднего фронта, генератора 8 случайного интервала времени, двухвходового сумматора 9, преобразователя 10 напряженияв частоту, компараторов 11 по числусинаптических входов, логическогоблока 12, одно и двухполярного14 ключей, времязадающей цепи 15,ЗОформирователя 16 спайка, аттенюатора 17, блока 18 выделения заднегофронта, инвертирующего повторителя19 и элемента И 20,Устройство для моделированиямотонейронов работает следующим образом.гВходные возбуждающие и тормозящиесигналы в виде частоты следованияимпульсов подаются на входы формирователей 1 сигналов. Последовательности импульсов, стабилизированныхпо амплитуде, с частотами следования, равными входными частотами, подаются на преобразователи 2 частотыв напряжение. Преобразованные постоянные напряжения с выходов преобразователей, уровни которых пропорциональны входным частотам и отслеживают их изменение, подаются через блоки 3 задания весовых коэффициентов,где масштабируются в соответствиис весом синапса и со знаком, соответствующим модельности входногостимула(возбуждающий или тормозя 55гций), подаются на входы сумматора 4где происходит их алгебраическое ивременное суммирование. При превышении суммарным напряжением порога Функционального преобразователя 5 с трапецеидальной характеристикой вход- выход на выходе последнего появляется напряжение, изменяющееся с изменением частот входных воздействий и в соответствии с характеристикой преобразователя 5. При этом на выходе релейного элемента 6 напряжение равно нулю, равно как и на выходе блока 7 выделения переднего Фронта, в связи с чем генератор 8 случайного интервала включен и на вход сумматора 9 поступают лишь сигналы с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту в вице импульсов, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5, Преобразованные нагряжения с выходов преобразователей 2 частоты в напряжение поступаюттакже на входы соответствующих компараторов 11, на выходах которых присутствует сигнал логической "1", если напряжение на входе компаратора не равно нулю, и напряжение логического "0", если напряжение на входе компаратора, а следовательно, и входной сигнал на соответствующем входе отсутствуют. В случае, если активировано болсе одного входа устройства, на выходе логического блока 12 устанавливается напряжение логического "0", ключи 13 и 14 находятся в исходном положении, в результате чего времязадающая цепь 15 отключена от формирователя 16 спайка, а выход последнего подключен непосредственно к выходу устройства, В результате этого импульсы с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту поступают на Формирователь 16, где формируются по Форме и длительности в быстрые г 1 а -спайки. В случае, если активирован только один вход устройства (это происходит обычно при активации нейтрона-пейсмекера или же наблюдается при медленных движениях эффектора), на выходах вех компараторов 11 устанавливается напряжение, соответствующее уровню логиче кого 0", кроме компаратора,вязанного через соответствующий преобразователь 2 напряжения в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным в данный момент нейтроном-пейсмекером. При этом на выходе логического блока 12 появляется напряжение логической5 15858нпоступающее на управляющие входы ключей 13 и 14, что вызывает подключение через ключ 13 времязадающейцепи 15 к второму входу Формирова 5теля 16 спайка и выхода Формирователя 16 через ключ 14 к зхопу аттенюатора 17 и через него - к выходуустройства. Подключение дополнительной времязадающей цепи 15 к формирователю 16 значительно увеличиваетширину генерируемого устройством спайка, а подключение выхода Формирователя 16 через аттенюатор 17 уменьшает амплитуду генерируемого спайка 15так, что он не превышает нулевойуровень потенциала. В случае, еслинапряжение с выхода сумматора 4 непревышает пОрога Функционального.преобразователя 5, т.е. на выходе 20устройства отсутствует всякая импульсация, сигнал на выходе релейногоэлемента 6 становится равным напряжению логической "1", а на выходе бло- .ка 7 появляется импульс, соответствующий переднему фронту перехода отнуля к единице на выходе релейногоэлемента 6. Это относится также ик моменту включения устройства. С выхода блока 7 на генератор 8 случай Оного интервала поступаст импульс вмомент, когда устройство прекращаетгенерировать импульсы. Этот импульсявляется запускающим для генератора8 случайного интервала, который гене 35рирует импульс через время Т послепоступления запускающего импульсаИнтервал времени Т состоит из детерминированной составляющей Т ранеекоторой импульс на выходе генератора8 появиться не может, и случайнойсоставляющей Т, определяющей спонтанность генерации импульса на выходегенератора 8. Импульс с выхода генератора 8 поступает на первый входсумматора 9, в то время как на другомвходе напряжение равно нулю и проходит на вход Формирователя 16 спайка,При этом времязадающая цепь 15 отключена от Формирователя спайка сиг Оналом нуля, поступающего с выходалогического блока 12 на управляющийвход ключа 13 и поддерживающего егов разомкнутом положении. В результатена выходе блока 16 Формируется быст 55рый Иа -спайк при отсутствии сигналовна синаптических входах или когдаэти сигналы малой интенсивности,или уравновешиваются тормозящимил сигналами так, что напряжение с выхода сумматора 4 не превышает порог преобразователя 5. Время, проходящее с момента начала "молчания" нейрона (т.е. отсутствия ритмической импульсации на выходе) до времени генерации спонтанного Ма -спайка, равно Т и содержит случайную составляющую Т, отражающую роль флуктуаций эндогейных процессов нейрона. Сформированный таким образом спонтанный спайк проходит через коммутатор непосредственно на выход устройства, так как он находится в верхнем по схеме (фиг.1) положении в результате действия нуля с вь:хода логического блока 12 на управляющий вход коммутатора. Кроме того, импульс с выхода генератора 8 поступает на блок 18 выделения заднего Фронта, на выходе которого появляется импульс орицательной полярности, соответствующий заднему Фронту импульса генератора 8 и, прсходя через раэвязывающий инвертор 19, инвертируется и поступает на первый вход элемента И 20, куда одновременно по второму входу поступает сигнал "1" с выхода релейного элемента 6. Только ,в случае, если нейрон продолжает молчать, т.е. с выхода релейного элемента 6 поступает сигнал "1", импульс с выхода повторителя 19 проходит через элемент И 20, становится запускающим для генератора 8 и процессы повторяются, т.е. через время Т со случайной составляющей Т проис 3 ходит вновь генерация спонтанного спайка.Ф о р и у л а изобретения. стройство для моделирования мото- нейронов, содержащее И каналов, выходы которых соединены с тормозящими и возбуждающими входами блоков, моделирования сигналов, выходы которйх соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, Формирователь спайка, аттенюатор, компараторы по числу блоков моделирования сигналов, логический блок, времязадающая цепь и одно- и двуполярный ключи, один выход последнего .является выходом устройства, а другой соединен с выходом устройства через аттенюатор, входы компараторов соединены с выходами блоков моделированияЗаказ 2328 Тираж 561 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 синапсов, выходы которых соединеныс входами логического блока, выходкоторого соединен с управляющимивходами ключей, времязадающая цепьчерез однополярный ключ соединенас вторым входом формйрователя спайка, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыиения точности моделирования мотонейрона путем воспроизведения спонтанных эндогенныхразрядов, в него введены релейныйэлемент, блоки выделения переднегои заднего фронтов, генератор случайного интервала, двувходовый сумматор, элемент И, инвертирующийповторитель, причем вход релейногоэлемента соединен с выходом сумматора, выход релейного элемента - с входом блока выделения переднего фронта,выход которого соединен с входомгенератора случайного интервала, выход которого соединен с первым входом двувходового сумматора, которыйвключен вторым входом в разрыв междупреобразователем напряжения в частоту и формирователем спайка, выходгенератора случайного интервала соединен также через блок выделениязаднего фронта и инвертирующий повторигель с первым входом элемента И,второй вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход -с входом генератора случайного интервала,