Устройство для моделирования нейрона

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 60(51)5 С 0 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСН(21) 4603731/30-14 (22) 13. 10.88 (46) 15.08,90. Бюл, (71) УФимский авиац им. Серго Орджоники (72) А,Г.Буков, А.А Н,А,Савельева и АВ (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свид Р 1501101, кл, С 06 Р 30онный инзеКолесникСавельев ти в э ССР 88тельст Г 7/60 АНаЮЮ В СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВ ИЯНЕЙРОНА(57) Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использова-.но в экспериментах при исследованиипроцессов в нервных. структурах, атакже в нейрокибернетике, Цель изобретения - повышение точности дендритных выходов устройства за счет моделирования возможности отделения волновых сигналов из любого участка дендрита между синаптическими контактами,Это достигается тем, что сигналы локальных постсинаптических потенциалов (ЛПСД) поступают на неинвертирующие входы сумматоров 16 прямой цепи17 блоков 7 моделирования дендритов иинвертирующие входы сумматоров 18 обратной цепи 19,в результате чего поцепям 17 и 19 распространяются прямая и обратная волны потенциалов,взаимодействующие по перекрестнымсвязям, Прямые и обратные волны по,тенциалов отводятся благодаря дополнительно введенным элементам 21 и 25задержки от точек между ними, Функцйонально соответствующим любой промежуточной точке между синапсами;взаимодействуют в сумматорах 22 и поступают на дендритные выходы. В результате этого сигналы на дендритных выходах учитывают действие обратнойволны, запаздывая относительно времени распространения ЛПСП, а такжеотличаются амплитудой от ЛПСП в зависимости от величины затухания придвижении волны потенциала до дендритного выхода. 2 ил.Изобретение относится к устроиствам аналогового моделирования нервной системы и может быть использовано в экспериментах при исследованиипроцессов в нейронных структурах, атакже в нейрокибернетике,Цель изобретения - пожня.,ение точности дендритных выхода. -путем моделирования возможности отведения волновых сигналов из любого участка.дендрита между синаптическими контактами. .На Фиг.1 представлена Функциональ-.ная схема предлагаемого устройствадля моделирования нейрона; на Фиг.2 -Функциональная схема. блока моделирс"вания дендрита,Устройство для моделирования ней -рона содержит резистарные элементы 1,20блоки моделирования возбуждающих 2 итормозящих 3 синапсав, каждый изкоторых состоит из согласующего усилителя 4, накопительного элемента 5 иэлемента 6 синаптическо задержкиблоки 7 моделирования дендритов, нрсксимальные выходы 8 блоков 7, яддитивньп сумматор 9, пороговый блок10, состояций из элемента 11 сравнения, формирователя 12 порога Формирователя 13 выходных импульсов и бло- "ка 14 обратной связи, а также блока15 синхронизацииБлок 7 моделироьания дендрита(Фиг 2) содержит первую группу сумматоров 16, прямую цепь 17, в горуюгруппу суьматоров 18, обратную цепь19, первую 20 и вторую 21 группы элементов задержки. ,группу двухвхадовыхсумматоров 22, инвертор 23, третью 24и четвертую 25 группу элементов задержки.Устройство для моделирования нейрона работает следующим образом.Выходные сигналы в виде спяйковай 45 последовательности подаются .Ня выходы управляемых резистор:.ых элементов 1, где масштабируются по амплитуде в соответствии с. несом синаптическагоконтакта, далее поступают на Входы ,блоков моделирования возбуждающих 2 и тормозящих 3 синапсов где через согласующие усилители 4 попадают на накопительные элементы 5, при этом изменяют Форму, длительность и знак55 (возбуждающий или тормозящий синапс) и преобразуются в локальные постсинаптические потенциалы (ЛПС 11), Далее они задерживаются на время синаптическсй задержки в элементах 6 ипоступают на входы соответствующих блоков 7 моделирования дендритов соответственно расположению синяпсов на каждом реальном дендрите, Также как и в известном устройстве результирующие сигналы с выходов 8 блоков 7 суммируются в адцитивном сумматоре 9, где происходит их алгебраическое и Временное суммирование, Сум 1 г:Ярный сигнал с вьглода сумматора 9 поступает на вход порогового блока 10, которым является первый вход элемена 11 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение порога с выхода 1ФормирОВЯтзля 12 порогами При ОтсУтстВии импульсации на выходе устройства на- пряжение ня выходе Формирователя 12 порога, соответствует начальному значению порога. При превышении этого значения величиной суммарного сигнала с выхода сумматора 9 ня выходе элемента 11 появляется сигнал, при этом. Формирователь выходных 13 импульсов генерирует импульсную последовательность блэкую пс Форма к спайкамУ частота которой пропорциональнанапряжению нЯ Выходе элемента 12 Адаптивная подстройка параметров устройства осуществляется аналогична прототипу при помощи блока 14 обратной связи и блока 15 синхронизации, При наличии импульса на выходе устройства сигнал с выхода Формирователя 13 поступает на вход блока 14 обратной связи, на выходе ксторогс появляется сигнал, поступающий на Вход Фарьирователя 12 порога, в результате чего увеличивается величина порагг, что моделирует реакцию привыкания на пороговом уровне, Сигнал с Выхода Формирователя 13 поступает также на вход блока 15 синхронизации вместе с входными сигналами устройства, поступающими ня саответствуюцие входы блока 15, В зависимости ат величиныэтих сигналов заданным условием с блока 15 синхронизации поступает управляощий сигнал, изменяющий сопротивление соответствующего резисторнога . элемента 1. Сигнаты Ш 1 СП В каждом блоке 7 моделирования дендрита поступают на неинвертирующие 16 и инвертирующие 18 Входы сумматорсв и этоз гс блока. В каждом сумматоре при этом происходит суммирование Л 1 ТСП с волнаи потенциала, распространяющейся вдоль прямой цепи 17 к прахсимяль5 158 ному выходу 8. Через время , относительно 1 С 1 с выхода каждого синапса 2 или 3, поступающих на сумматоры блока 7 моделирования дендрица, в сумматор блока 7 моделирования дендрита асуееествляется алгебраическое суммирование прямой и обратной волны, причем вклады этих волн в результирующий сигнал на выходе данного сумматора от ближайших к нему по обе стороны вдоль дендрита синапсов определяются соотношением постоянных времени задержкии , элементов задержки (т =т == = ь ) и коэфго .2. 111 -и 2 ,фИцИЕНтаВ ПЕрЕдаЧИ К, и К,Е этис элЕ- ментов (К= К= К; КК = К ), Соотношение этих величин определяет положение места отведения внутридендритного потенциала в промежутке между соседними синапсами и может располагаться в лю-. бом месте этого участка, что позволяет точно отразить морфологию реальных междендритных связей нейронов с развитым дендрианам, что невозможно в известном устройстве, так как дендритные выходы в нем жесткопривязанык месту синаптических контактов, В резугьтате. этого сигналы на цендритных выход;.х в известном устройстветакже функционально отличаются от сигналов .на дендритных выходах.известноо устройства, так как учитьевают действие обратйой волны,запаздьевают относительно ЛПС на время распространения ат синапсав до дендритного выхаца (электрического или химического контакта с другим дендритом) и отличается амплитудой ат ЛПСП в зависимости от величины Устройство для моделирования нейрона, содержащее управляемые резисторные элементье, блоки моделерования синапсов, состоящие из последовательно соединенных согласующих усилителей, входы которых являются входами блоков моделирования синапсав, накопи- .", тельных элементов, элементов задержки, блоки моделирования дендритов, состоящие из трехвходовых сумматоров, элементов задержки и инвертора, образующих прямую и обратную цепи так,затухания при движении волны потенциала да дендритного выхода,формула изобретения что 1 лееееетее задержки и сумматоры по первм:у еееешвертеруюеЕееу. входу включены В них последовательно и чередуются между собой, причем обратная 5цепь начинается с сумматора, а выход ее последне.го элемента задержки соединен через инвертор с входом первого элемента задержки прямой цепи, вторые неинвертирующее входы сумматоров прямой цепи соединены с инвертирующими входами смежеееех с ними сумматоров обратной цепи и являются входами блока моделирования дендрита, кото Рые соединены с выходами соответствующей ему группы блоков моделирования синапсов, Выход каждого элемента задержки прямой цепи соединен с вторым неинвертирующим входом соответствую щего суематара обратной цепи и является выходом блока моделирования дендрита и дендретньп выходом устройства, а выход каждого элемента задержки обратной цепи соединен с третьим 25 нееивер".1 рующк входом соответствующего суежатора прямой цепи, прямая цепь оканчивается элементом.задержки, выход которого является проксимальным выходом блока моделирования ЗО,дендрита, аддитивный сумматор, входыкотсраго подключены к праксимальным выходам блоков моделирования дендритов, пороговый блок, включенный на вьехап аддитивного сумматора и состоящий из элемента сравнения вход коУтарага служит входом порогового блока, блока формирования порога, выход которого включен на второй вход элемента сравнения, формирователя вы О ходных еппульсов, подключенного квыходу элемента сравнения, блока обратое связи ВыхОд которого падкепО чен к Входу блока формирования порога, а вход соединен с выходом ус тройства, которым является выход формирователя выходных импульсов, устройство также содержит блок синхронизации, входы которого соединены с выходом устройства и его входами, а выхогье по числу синаПсов подключены к управляющим входам резисторных элементов, а т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности дендритных выходов за счет моделирования 55возможности отделения волновых сигналов из любого участка дендрита между синаптическими контактами, в каждый блок моделирования дендрита введены элементы задержки по числу имею1585811 Составитель.А.Саехред А,Кравчук ктор С,Лиси Ревская Коррек Заказ 232РчИИПИ Гос Тираж 562 арственного комитета по из 113035, Москва, М(-35, Составительбретениям и открытияаушская наб., д. 4/5 рн ГКНТ С роиэводственно-издательский комбинат Патент , г.ужгород, ул. Гагарина щихся в них элементов задержки без одного, причем каждый элемент задержки включается в разрыв между имеющимся в прямой и обратной цепи последо 5 вательно включенным с ним сумматором, выходы двухвходовых сумматоров являются дендритными выходами, первый вход каждого сумматора подсоединен между выходом элементом задержки ивходом дополнительно введенного элемента задержки прямой цепи, а второйвход - между соответствующими им элементами задержки обратной цепи, число двухвходовых сумматоров равно числу участков дендрита между синаптическими контактами,