Устройство для моделирования нейрона

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть йспользова- , но при нейрофизиологических модельных экспериментах. Цель изобретения - повьшение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции пессимума. Для этого в устройство введены группа элементов 2 задержки, формирователь 7 спайка, второй сумматор 8 и пороговьй элемент 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 06 С 7/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СЕСЕ ф

" И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,"„":,-, ц

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1 ) 4086559/28-14 (22) 09.07.86 (46) 07.04.88, Бюл. Ф 13 (75) . А.В. Савельев (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 781846, кл. G 06 G 7/60, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЙРОНА

„„SU„„. 1387023 А 1 (57) Изобретение относится к медицинской технике и может быть использова-, но при нейрофизиологических модель- . ных экспериментах. Цель изобретенияповьппение достоверности моделирования путем воспроизведения реакции пессимума. Для этого в устройство введены группа элементов 2 задержки, формирователь 7 спайка, второй сумматор 8 и пороговый элемент 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1387023

Изобретение относится к устройствам аналогового моделирования нервной системы в медицине и может быть использовано в нейрофизиологических мо5 дельных экспериментах.

Цель изобретения — повышение достоверности моделирования нейрона путем воспроизведения реакции пессимума, На фиг. 1 представлена функциона- 1р льная схема устройства для моделирования нейрона; на фиг. 2 — функциональная схема блока формирователя спайка.

Устройство для моделивования ней- 15 рона содержит формирователи 1 входных сигналов, блоки 2 задержки, блоки

3 задания весовых коэффициентов, ад" дитивный сумматор 4, функциональный преобразователь 5, преобразователь 20

6 напряжения в частоту, формирователь 7 спайка, второй сумматор 8, пороговый. элемент 9, первый ждущий мультивибратор 10, первый масштабирующий усилитель 11, второй ждущий му- 25 льтивибратор 12, первый инерционный элемент 13, первый блок 14 умножения, второй масштабирующий усилитель 15, сумматор 16, второй инерционный элемент 17, второй блок 18 умножения, 3р третий масштабирующий усилитель 19.

Устройство работает следующим образом.

На входы формирователей 1 входных . сигналов поступают входные импульс- 35 ные последовательности, в которых происходит стандартизация импульсов по длительности и амплитуде, задерживается далее в блоках 2 задержки, моделирующих синаптическую задержку 4р экзоцитоза. Задержанные импульсные последовательности подаются на блоки

3 задания весовых коэффициентов, где происходит масштабирование импульсов по амплитуде в соответствии с типом 45 синапса (возбуждающий или тормозящий), Преобразованные сигналы поступают на входы аддитивного сумматора 4, где осуществляется пространственное суммирование с учетом знаков сигналов.

Суммарный сигнал с выхода сумматора

4 подается на функциональный преобразователь 5 с трапецеидальной характеристикой. Если величина его. не превышает величину порога, задаваемую ха" рактеристикой функционального преобра зователя 5, на выходе последнего сигнал, равный нулю. При превышении величины порога суммарным сигналом с выхода сумматора 4 на выходе функциона- льного преобразователя 5 появляется напряжение в соответствии с положением рабочей точки на его характеристике. Это напряжение с выхода преобразователя 5 поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту, что приводит к генерации импульсов, частота которых пропорциональна поступающему напряжению. Импульсы подаются на вход формирователя 7 спайка, где осуществляется дальнейшее их преобразование. Кроме того, сигнал с выхода функционального преобразователя

5 подает я также на первый вход второго сумматора 8, на второй вход которого поступает сигнал через пороговый элемент 9. Если сигнал с выхода аддитивного сумматора 4 не превышает зону нечувствительности порогового элемента 9, то на выходе порогового элемента сигнал равен нулю и на сумматор 8 поступает лишь сигнал с выхода функционального преобразователя 5.

При возрастании сигнала с выхода функционального преобразователя 5 напряжение на выходе сумматора 8 возрастает аналогичным образом. Это напряжение, поступая с выхода сумматора 8 на управляющий вход формирователя 7 спайка, уменьшает амплитуду генерируемых блоком 6 импульсов, а также увеличивает их длительность и умень шает величину следовой гиперполяриза- . ции. Эти изменения спайков происходят пока суммарный сигнал с выхода сумматора 4 находится в линейной зоне функционального преобразователя 5, т.е. пока сигнал с выхода второго сумматора 8 возрастает. Как только последний входит в зону насыщения характеристики функционального преобразователя 5, выходной сигнал сумматора 8 становится постоянным и изменение параметров спайков прекращается. Включение в этот момент порогового элемента 9 предотвращает обратные изменения параметров спайков при дальнейшем увеличе нии си гнала с выхода сумматора 4 и связанное с этим уменьшение сигнала на выходе функционального преобразователя 5. Характеристики функционального преобразователя 5 и порогового элемента 9 подобраны таким образом, что уменьшающийся с функционального преобразователя 5 и увеличивающийся с порогового элемента 9 сигналы суммируются, в связи с

1387023 чем выходной сигнал сумматора 8 не изменяется и параметры спайков в этом случае неизменны. Таким образом, изменение параметров спайков и следовой гиперполяризации происходит только с повышением частоты разрядов нейрона.

Формирователь 7 спайка работает следующим образом. 10

На вход первого ждущего мультивибратора 10 поступают прямоугольные,им— пульсы с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту, частота которых пропорциональна напряжению с выхода функционального преобразователя 5.

Ждущий мультивибратор 10 генерирует импульсы, длительность которых регулируется напряжением, поступающим с выхода масштабирующего усилителя

11, на вход которого поступает напряжение с выхода сумматора 8. Далее с выхода ждущего мультивибратора 10 импульс поступает на второй ждущий мультивибратор 12 и первый инерцион" 25 ный элемент 13, сглаживающий прямо-, угольный импульс, в результате чего последний приобретает форму, близкую к спайку реального нейрона. Этот сигнал с выхода первого инерционного эле-З0 мента 13 поступает на первый вход первого блока 14 умножения, на второй вход поступает сигнал статического коэффициента, определяющего амплитуду генерируемого спайка. Он поступает с выхода второго масштабирующего уси35 лителя 15, вход которого соединен с управляющим входом формирователя 7 спайка. Результирующий сигнал спайка поступает с выхода первого блока 14 умножения на вход сумматора 16. Второй ждущий мультивибратор 12 запускается задним фронтом импульса первого мультивибратора 10 и генерирует отрицательный прямоугольный импульс, поступающий на вход второго инерционного элемента 17. его выходной сигнал в виде суммы. двух экспоненциальных составляющих с .большой постоянной времени спада поступает на первый вход второго блока 18 умножения, на

50 второй вход которого поступает сигнал статического коэффициента с выхода третьего масштабирующего усилителя

19, вход которого подключен к управ55 ляющему входу формирователя 7 спайка.

Результирующий отрицательный сигнал с выхода второго блока 18 умножения, моделирующий следовую гиперполяризацию, поступает на другой вход сумматора 16. Суммарный сигнал, представляющий собой спайк, образуется на выходе сумматора 16, являющимся одновременно выходом формирователя 7 спайка и выходом устройства. Коэффициентами усиления масштабирующих усилителей 11, 15 и 19 устанавливаются масштабы и диапазоны изменения параметров спайка.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования нейрона, содержащее группы из последовательно соединенных формирователей входных сигналов, входы которых являются входами устройства, блоков задания весовых коэффициентов, выходы которых соединены с входами аддитивного сумматора, выход которого через функциональный преобразователь подключен к входу преобразователя напряжения в частоту, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем воспроизведения реакции пессимума, в него введены группа элементов задержки, входы которых соединены с выходами формирователей входных сигналов группы, а выходы — с входами блоков задания весовых коэффициентов группы, формирователь спайка, второй сумматор и пороговый элемент, вход формирователя спайка соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, управляющий вход формирователя спайка соединен с -выходом второго сумматора, к первому входу которого подключены выход функционального преобразователя, а к второму— выход аддитивного сумматора через пороговый элемент, выход формирователя спайка является выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь спайка содержит первый и второй ждущие мультивибраторы, первый и второй инерционный элементы, два блока умножения, три масштабирующих усилителя и сумматор, причем вход первого ждущего мультивибратора является входом формирователя, выход мультивибратора соединен с входом первого инерционного элемента и входом второго мультивибратора, выход которого через первый инерционный элемент соединен с первым выходом первого блока

1387023

Уарав иод

Составитель А. Сапко

Редактор И. Шулла Техред А.Кравчук КорректорЛ. Пилипенко

Заказ 1496/49 Тираж 704 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 умножения, к второму входу которого подключен выход второго масштабирующего усилителя, а выход первого блока умножения соединен с первым входом сумматора, выход втброго инерционного элемента подключен к первому входу второго блока умножения, выкод которого соединен с вторым входом сумматора, а второй вход - с выходом третьего масштабирующего усилителя, выход первого масштабирующего усили- теля соединен с управляющим входом д первого ждущего мультивибратора, вхо; ды всех трех масштабирующих усилителей объединены и являются управляющим входом формирователя спайка, выход сумматора является выходом формирова теля.