Устройство для моделирования мотонейрона

 

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 является повышение точности моделирования мотонейронов , расширение функциональных возможностей и повышение гибкости управления эффекторами. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для моделирования нейрона дополнительно введены компараторы 7 по числу входов, логический блок 8, формирователь 12 спайков, два ключа 9, 10 - однои двуполярньгй, времязадающая цепь 11 и аттенюатор 13. Устройство позволяет воспроизводить тонкие нейрофизиологические механизмыгенерации спай ков различной природы и различного функционального действия, 3 ил. i (Л 4 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (дд y G 06 G 7/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕУЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТ6ЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4029754/28-14 (22) 26.02.86 (46) 15.07.87. Бюл. Р 26 (753 Н.А.Савельева и А.В.Савельев (53) 615.47(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 9630031 кл. G 06 G 7/601 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 781846, кл. G 06 G 7/60, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

M0ТОНЕЙР0НА (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной тех- . ники и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования, а также при построении интеллектуальSU» 1324044 А 1 ных систем управления моторикой роботов. Целью изобретения является повышение точности моделирования мотонейронов, расширение функциональных возможностей и повышение гибкости управления эффекторами. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для моделирования нейрона дополнительно введены компараторы 7 по числу входов, логический блок 8, формирователь 12 спайков, два ключа 9, 10 — одно- и двунолярный, времязадающая цепь 11 и аттенюатор 13. Устройство позволяет воспроизводить тонкие нейрофизиологические механизмы- генерации спайкон различной природы и различного функционального действия. 3 ил.! 132404

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при исследовании нейронов и нейронных структур методом моделирования, 5

Целью изобретения является повышение точности моделирования мотонейранов путем моделирования генерации спайков различной природы, На фиг. 1 изображена структурная fQ схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — форма генерируемого Ма+-спайка; на фиг. 3 — форма генерируемого

Са -спайка.

Устройство для моделирования мото†15 нейрона содержит формирователи 1 сигналов„ входы которых являются входами устройства, преобразователи 2 частоты в напряжение, блоки 3 задания весовых коэффициентов, сумматор 4, 20 функциональный преобразователь 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, компараторы 7 по числу входов устройства, логический блок 8, однои двуполярные ключи 9 и 10, времяза- 25 дающую 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 частотами следования, равными входным частотам; подаются на преобразователи 2 частоты в напряжение. Преобразованные постоянные напряжения с выходов преобразователей, уровни ко- 40 торых пропорциональны входным частотам и отслеживают их изменение, подаются через блоки 3 задания весовых коэффициентов, где масштабируются в соответствии с весом синапса и со 45 знаком, соответствующим модальности входного стимула (возбуждающий или тормозящий), подаются на входы сумматора 4, где происходит их алгебраическое и временное,. суммирование. При 50 превышении суммарным напряжением порога функционального преобразователя

5 с трапецеидальной характеристикой вход-выход на выходе последнего по.% является напряжение, изменяющееся с измеНением частот входных воздействий и в соответствии с характеристикой преобразователя 5. Зто напряжение поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту, на выходе которого появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5. Преобразованные напряжения с выходов преобразователей 2 частоты в напряжение поступают также на входы соответствующих компараторов 7, на выходах которых присутствует сигнал логической единицы, если напряжение на входе компаратора не равно нулю, и напряжение логического нуля, если напряжение на входе компаратора, а следовательно, и входной сигнал на соответствующем входе отсутствуют. В случае, если активировано более одного входа устройства, на выходе логического блока 8 устанавливается напряжение логического нуля, ключи 9 и 10 находятся в исходном положении, в результате чего времязадающая цепь ll отключена от формирователя 12 спайков, а выход последнего подключен непосредственно к выходу устройства. Благодаря этому, импульсы с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту поступают на формирователь 12,, где формируются по форме и длительности в быстрые Na— .Ф спайки, превьш ающие нулевой уровень потенциала (фиг. 2) и соответствуюшие быстрым движениям эффектора, например реакции убегания, I

В случае, если активирован только один вход устройства — это происходит обычно при активации нейрона-пейсмеt кера и наблюдается при медленных движениях эффектора, на выходах всех комлараторов 7 устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля, кроме компаратора, связанного через соответствующий преобразователь 2 напряжения в частоту и формирователь 1 входных сигналов с входом, активированным в данный момент нейроном-пейсмекером.

При этом на выходе логического блока

8 появляется напряжение логической единицы, поступающее на управляющие входы ключей 9 и 10, что вызывает подключение через ключ 9 времязадающей цепи 11 к второму входу формирователя !2 спайка и выхода формирователя 12 через ключ 10 к входу аттенюатора 13 и через него — к выходу устройства, Подключение дополнительной времязадающей цепи 11 к формировате- лю 12 значительно увеличивает ширину генерируемого устройства спайка, а

3 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 оп- 1О

21 ределяющую роль в реализации медленных тонических движений эффектора.

Блок 8 представляет собой комбинационную логическую схему, реализующую функцию 15

2 1 2

Р=Х Х °...-Х +Х Х ... ° Х +,., +

+Х Х.Х где Х, Х,...,Х вЂ” состояния входов логической схемы д» (»0» tl 1 tl )

N — число входов устройства.

Формирователь 12 спайков представляет собой динамическое звено второго порядка. При отключенной времязадающей цепи 11 оно является колебательным звеном и при поступлении на его вход прямоугольного импульса на выходе будет наблюдаться сигнал, 3О близкий по форме к N -спайку. После подключения ключом 9 времязадающей цепи 11 формирователь 12 становится инерционным звеном второго порядка и на его выходе вырабатывается сигнал, близкий по параметрам к Са—

21 35 спайку.

При использовании изобретения повышается точность моделирования реальных иотонейронов за счет воспроизведения тонких нейрофизиологических механизмов зависимости спайковой активности от стимуляции синаптических входов, расширяются функциональные возможности устройства за счет

44 4 управления эффекторами в различных режимах воспроизведения реакции убегания и тонической активности, повышается гибкость управления эффекторами благодаря введению дополнительных элементов, моделирующих генерацию спайков различной природы в одном аксоне.

Формула изобретения

Устройство для моделирования мотонейрона, содержащее N каналов, входы которых являются входами устройства, включающих в себя последовательно соединенные формирователь сигналов, преобразователь частоты в напряжение и, блок задания весовых коэффициентов, и последовательно включенные сумматор, функциональный преобразователь и преобразователь напряжения в.частоту, при этом выходы блоков задания весовых коэффициентов подключены к входам сумматора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности моделирования мотонейронов путем моделирования генерации спайков различной природы, в него дополнительно введены компараторы по числу входов, логический блок, формирователь спайков, одно- и двуполярный ключи, времязадающая цепь и аттенюатор, при этом вход каждого компаратора соединен с выходом соответствующего преобразователя частоты в напряжение, а выходы соединены с входами логического блока, выход которого подключен к 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, а второй соединен с входом аттенюатора, выход которого подключен к первому выходу ключа, 1324044

Составитель А.Фальцман

Техред И. Попович

Корр ек тор Л Бескид

Редактор А.Лежнина

Заказ 2967/53

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4