Устройство для моделирования импульсной активности мотонейронов

О П И С А Н И Е и)920772ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСациалистическнкРеспубликпо делат нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 18.04,82 ЪН. К, Полешук, В. П. Шафранский и Ю. В. ЛупандинГ(72) Авторы изобретения ФПетрозаводский государственный университет им О, В. Куусинена(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕ ЛИРОБА НИЯИМПУЛЬСНОЙ АКТИВНОСТИ МОТОНЕЙРОНОВ 15 Изобретение относится к средстваммоделирования и изучения нейрофизиопогических импульсных процессов и может .быть использовано в медико-биологических исследованиях и учебных целях,Известно устройство для моделированияимпульсной активности мотонейронов, которое содержит блок генераторов, включвюший задающий генератор импульсови генератор шума, импульсный сумматор и регистратор 13,тоНедостатком известного устройстваявляется то, что с его помошью нельзямоделировать наличие пауз, обусловленных синаптическими процессами и свойствами мотонейронов, корреляционнуюзависимость длительности последуюшихмежимпульсных интервалов от предыдуших, связь разрядов с дыхательнымпериодом, нестандартность режима работы мотонейронв, а также разную степень синхронизации между несколькимиодновременно работающими единицами.В результате этого полученные закономерности распределения межимпульсныхинтервалов значительно отличаются отраспределений, зарегистрированных вреальных условиях, что вносит большуюнеточность при анализе процесса группитрования импульсных разрядов несколькиходновременно рвботаюших мотонейронов.Кроме того, это устройство не обеспечивает возможность воспроизведенияимпульсной активности других нейронови .рецепторов, что существенно ограничивает диапазон использования моделидля анализа различных импульсных нейрофизиологических процессов в научныхисследованиях и учебных целях,11 ель изобретения - повышение точности моделирования импульсной активности мотонейронов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для моделированияимпульсной активности мотонейронов,содержашее блок генераторов, включающий задающий генератор импульсов игенератор шума, импульсный сумматор3 92и регистратор, введены блок сумматоровнапряжения, блок преобразователей напряжение-частоте, коммутатор, имеющийтри отдельные секции, в блок генераторов дополнительно введены генераторсдвига, генератор табличного заданияфункции и вариатор напряжения, приэтом блок генераторов, блок сумматоров напряжения, блок преобразователейнапряжение-частоте и импульсный сумматор соединены последовательно черезсоответствующие секции коммутатора,первый выход задающего генератораимпульсов соединен с входами генератора сдвига и генератора табличногозадания функции, е выход импульсногосумматора - с входом регистратора.На чертеже изображена структурнаясхема устройства для моделированияимпульсной активности мотонейронов,Устройство содержит блок генераторов, блок 1 сумматоров напряжения,блок 2 преобразователей напряжениечастота, импульсный сумматор 3, коммутатор с тремя секциями 4, 5 и 6.Причем блоки генераторов, сумматоров напряжения, преобразователей, напряжение-частота и импульсный сумматор соединены последовательно черезсоответствующие секции коммутатора,Блок генераторов состоит из задающего генератора 7 импульсов с выходами 8, 9 и 10, генератора 11 сдвита,генератора 12 табличного задания функции, вариатора 13 напряжений, генератора 14 шуме.Блок 1 состоит из девяти сумматоровнапряжений, каждый иэ которых имеетмногоканальный вход, все каналы которого идентичны, и одноканальный выход.Блок 2 состоит иэ девяти линейныхпреобразователей напряжение-частота,,Количество линейных преобразователейможет быть при необходимости неограничено увеличено, Импульсный сумматор 3 имеет многоканальный вход, всеканалы которого идентичны, и выход 15,к которому подключается регистратор(не показан),Секция 4 коммутатора включает выходы блока генераторов и многоканальные входы блока 1 сумматоров:секция 5выходы блока 1 сумматоров й входыблока 2 преобразователей;секция 6 -выходы блока 2 преобразователей ивходы импульсного сумматора 3, причемв каждой иэ секции предусмотрена возможность подключения регистрирующейаппаратуры. Устройство работает следующим образом,Задающий генератор 7 на выходе 8выдает напряжение прямоугольной формы;амплитуда н длительности положительнойи отрицательной фаз плавно регулируются,На выходе 9 задающего генератора 7напряжение линейно растет в течениеположительной фазы прямоугольного16 напряжения на выходе 8 и линейно падает и течение отрицательной фазы прямоугольного напряжения на выходе 8.На выходе 10 задающего генератора 7напряжение линейно падает в течение15 положительной фазы прямоугольного напряжения на выходе 8 и линейно растетв течение отрицательной фазы того женапряжения, Крутизна переднего и заднего фронтов напряжений с выходов 920 и 10 плавно регулируются.Выход 8 задающего генератора 7используется также для запуска (синхронизации) генератора 11 сдвига и генератора 12 табличного задания функции.25 Генератор 11 сдвига на выходе выдаетнапряжение прямоугольной формы, сдвинутое во времени относительно сигналовс выхода 8 задающего генератора 7,При этом время задержки, длительностьЗО и амплитуда сигнала плавно регулируются.Генератор 12 табличного заданияфункции отрабатывает произвольную ступенчатую функцию напряжения от временив виде двенадцати следующих друг эадругом напряжений в течение одногоцикла работызадающего генератора 7.Регулировка ступеней напряжения плавнеч.Вариатор 13 напряжения с выхода.выдает постоянное во времени напряжение. Регулировка уровня плавная.Генератор 14 шума выдает напряжение шума с равномерным спектром частот,которое плавно регулируется.В зависимости от особенностей решаемой задачи к входам сумматоровнапряжений блока 1 подключаются необходимые комбинации выходных напряжений блока генераторов, Коммутацион-ные операции производятся в секции 4коммутатора. Сумматоры напряженийблока 1 производят сложение исходныхнапряжений, и с выходов каждого изних снимается напряжение, которое выражается в общем виде формулой где и - номер сумматора;5 9207- установочный коэффициент входного напряжения;ц - напряжение.Согласно структурной схеме, испульзуя секцию 5 коммутатора, полученные 5с выходов сумматоров напряжения заводятся на входы линейных преобразователей напряжение-частота блока 2. Каждыйлинейный преобразователь формирует импульсы прямоугольной формы, частота 10следования которых пропорциональна напряжению О, ), поступившему на входпреобразователей, При этом в работепреобразователей предусмотрено дварежима; для переключения использовантумблер на дваположения,В первом положении (режиме), когданапряжение на входе преобразователяравно нулю, выходная исходная частота Р 1) на выходе преобразователя равна 20нулю,Во втором режиме когда напряжениена входе преобразователя равно нулю,частота РЯ) сигнала на выходе преобразователя отлична от нуля и величинаее регулируется экспериментатором.Кроме того, в каждом линейном преобразователе имеется блок временнойзадержки ь , который блокирует прохождение импульсов, следующих относительно предыдуших ранее, чем истечет время задержки Т , которое плавнорегулируется.С выходов линеййых преобразователейнапряжение-частота необходимые выходные последовательности продифференцированных импульсов подаются на входимпульсного сумматора 3, где происходит их сложение. Коммутационныеоперации производятся в секции 6 коммутатора. Суммарный импульсный сигнал,сформированный по форме и амплитудев виде остроконечных импульсов, с выхода сумматора 3 поступает на регистра 45Таким образом, наличие в устройстве блока генераторов и сумматоровблока напряжений позволяет воспроизводить нелинейность, динамику, корреляционную зависимость и периодическую 50связь с дыхательным циклом, что повышает точность имитации следования разрядов импульсов функционирующего мотонейрона, вследствие чего повышается 72точность анализа суммарного импульсного процесса при изучении природы группирования биопотенциалов на электромиограм ме.Кроме того, с помощью устройства можно воспроизводить активность любых других нейронов центральной нервной системы .или рецепторов, проводить многофакторный анализ взаимодействия единиц, функционирующих по различным законам распределения межимпульсных интервалов и количественно оценить роль основных статистик в происхождении того или иного нейрофизиологического феномена, Все это позволяет моделировать процессыгруппирования импульсов в реальном масштабе времени и непосредственно сравнивать результаты биологического и модельного экспериментов.формула изобретенияУстройство для моделировайия импульсной активности мотонейронов, содержащее блок генераторов, включающийзадающий генератор импульсов и гейератор шума, импульсный сумматор и регистратор, о т л и ч а ю ш е е с ятем, что, с целью повышения точностимоделирования импульсной активностимотонейронов, в него введены блок сумматоров напряжения, блок преобразователей напряжение-частота, коммутатор,имеющий три отдельные секции, в блокгенераторов дополнительно введены генератор сдвига, генератор табличногозадания функции и вариатор напряжения,при этом блок генераторов, блок сумматоров напряжения, блок преобразователейнапряжение-частота и импульсный сумматор соединены последовательно черезсоответствующие секции коммутатора,первый выход задающего генератораимпульсов соединен с входами генератора сдвига и генератора табличногозадания функции, а выход импульсногосумматора - с входом регистратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.тсб 2 ог Ае в 1 Всас оусгоо рс о то 1 ог о 1 до 1 ч 11 з920772 Составитель Л. Соловьевехред С,Мигунова Коррект Пож актор Л. Веселовск 8 Тираж 732 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская на