Модель рецептора-мышечного веретена

 

Изобретение относится к моделированию биологических сенсорных систем и может использоваться как объект при исследовании закономерностей преобразования информации о длине и напряжениях в мышце рецепторами растяжения - мышечными веретенами, а также входить самостоятельным элементом в модели биологических структур для изучения нейронных механизмов управления координированным сокращением мышц с учетом проприоцептивной информации. Цель изобретения - повышение достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологического аналога. Это реализуется за счет введения в состав известного устройства N-1 моделей 1 интрафузального волокна и моделей гамма-мотонейронов, а также дополнительных связей между известным устройством и введенными элементами. Основным элементом модели рецептора - мышечное веретено является модель 1 интрафузального волокна, представляющая сократимые свойства интрафузальных мышечных волокон и свойства центральных несократимых образований, преобразующих возникающие в них вследствие растяжения веретена или активного сокращения мышечных волокон рецепторные потенциалы в импульсные потоки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) (5!j 4 С 06 G ?/60

Гв!;,;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двто ском свидктельствч.Фив. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4311769/28-14 (22) 07.08.87 (46) 30.09.89. Бюл. ¹ 36 (71) Институт физиологии им. И.П.Павлова (72) С.П.Романов (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1164746, кл. G 06 G 7/60, 1983. (54) МОДЕЛЬ РЕЦЕПТОРА — МЬПЦЕЧНОГО

ВЕРЕТЕНА (57) Изобретение относится к моделированию биологических сенсорных систем и может использоваться как объект при исследовании закономерностей преобразования информации о длине и напряжениях в мышце рецепторами растяжения — мышечными веретенами,а также входить самостоятельным элементом в модели биологических структур для изучения нейронных механизмов управления координированным сокращением

2 мышц с учетом проприоцептивной информации. Цель изобретения — повышение достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологического аналога. Это реализуется за счет введения в состав известного устройства N-i моделей 1 интрафузального волокна и моделей гамма-мотонейронов, а также дополнительных связей межпу известным устройством и введенными элементами, Основным элементом модели рецептора — мышечное веретено является модель 1 интрафузального волокна, гредставляющая сократимые свойства интрафузальных мышечных волокон и свойства центральных несократимых образований, преобразующих возникающие в них вследствие растяжения веретена или активного сокращения мышечных волокон рецепторные потенциалы в импульсные потоки. 1 э.п. ф-лы, 2 ил.

3 :: 7i752

Изобретение относится к области моделирования биологических сенсорных систем и может использоваться как объект при исследовании закономерностей преобразования информации о дли:.— не и напряжениях в мьппце рецептора ы растяжения — мышечными веретенаьа,. а также входить самостоятельным эле= ментом в модели биологических структур для изучения нейронных механизмов управления координированным сокращением мьппц с учетом проприоцептивной информации.

Цель изобретения — повышение достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологического аналога.

На фиг.1 представлена функциональная модель рецептора-мьппечного веретена; на фиг.2 — модель интрафузального волокна.

Модель рецептора — мышечного веретеча содержит 77 модели 7 интрафузального волокна, аналоговые входы 2 25 типа Длина мышцы", импульсные входы

3, модели ч гамма — мотонейронов, аналоговые выходы 5 типа "Активное напряжение", аналоговые входы 6 типа Активное напряжение"., -..мпульсные

ЗО выходы 7 первичнгпх окончаний, импульсные выходы 8 вторичных окончании о

Модель 1 интрафуэального волокна содержит блок 9 моделирования функции нервно-мышечного соединения, блок

1Î моделирования функция электровозбудимьж свойств мышечных мембран,. блок 11 задания исходного уровня мем-. бранного потенциала, блок 12 моделиJ рования функции электромеханяческого преобразования, блок 13 моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от активной силы и скорости ее изменения, блок 14 моделирования кзменения уровня возбудимости в зависимости от. дляны интрафуэального мьппечного волокна и скорости ее изменения, блок ",5 моделкрования упруговязких свойств последовательного компонента мышцы, блок

1 6 моделирования упруг овя эких с войс т в параллельного компонента мьппцы„ блек

17 моделирования свойств центральной области интрафузального волокна, блок 18 моделирования условий работы янтрафузальных волокон, нуль-орган

l9, преобразователи 2О аналоговых напряжений в импульсные потоки.

Модель рец:,тора — м .: .ого ре тена Loqep;ò ù о;:щ,:.:. <-. .:.— и интрафуз альных волокон, работает следуюшим образом (фиг,,:, В пассивном состоянии. когда по входам 3 от моделей 4 гамма-мотонейронов не поступают сигналы, изменением напряжения на входе 2 имитируется растяжение вер вательно, каждой из рафузальных волокон, соединены в мышце. В жение на выходах 7 и етена и, следомоделей 1 инттак как они все ответ на растя8 генерируются повременном растяжении центральных областей и осуществляющие разгрузку параллельно им расположенных других интрафуэальньх волокон веретена.

Так как ЯЦ-волокна обычно короче ЯС:.:.- трафуэальчых волоксн и оканчивают= ся вблизи капсулы, то они осуществляют разгрузку скр ающих волокон частично снимая напряжение (усилие) с их центральных образований. В модели это воспроизводится эапнсанием связей с выходов 5 некоторых моделей

1 интрафузальных волокон на входы 6 остальных моделей 1, Модели 4 работают независимо и частота на их выходах может быть самой различной.

Импульсные потоки на выхода 7 и 8 формируются в соответствии с этими .;-астотами и напряжением на входе 2 модели рецептора — мышечного веретена.

Основным элементом модели рецептора — мьпнечного веретена является моцель 1 интрафузального вслокна (фиг.2), представляющая сократимые свойства кнтрафузальных мьиечных волокон и свойства центральных несократимьж образований, которые являются местом расположения окончанкй импульсные последовательности, в межимпульсных интервалах которых отражаются свойства входного сигнала.

Реакция ЯС-интрафузальных волокон (1„..К) характеризуется более выраженной динамической фазой ответа на вьгходе 7 в момент растяжения, а

ЯЦ-интрафузальные волокна (К+1...N)— статическим компонентом во время действия растяжения, Если интрафузальные Bолакна акти 3HbI (т.е. по входам 3 от моделей 4 поступают импульсные последовательности), то возникают активные силы (напряжения на выходах 5), укорачивающие собственные интрафузальные волокна при од5 15 афферентных нейронов, преобразующих возникающие в них вследствие растяжения веретена или активного сокра" щения мьппечных волокон рецепторные потенциалы в импульсные потоки. Нелинейные свойства преобразования длины и напряжения интрафузальных мышечных волокон реализуются теми же блоками, что и в прототипе.

В активном состоянии интрафузального мышечного волокна, когда поступает импульсный поток по входу

3 модели, на выходе 5 появляется напряжение, которое, пройдя блок 15 и второй сумматор в блоке 17, вызовет изменение "рецепторных" потенциалов и уменьшение напряжения на выходе третьего интегрирующего уси лителя блока 17 соответствующее активному укорочению (сокращению) модели 1 интрафуэального мьнпечного волокна. Укорочение будет продолжаться до тех пор, пока сумма напряжений на входе третьего суммирующего усилителя блока 17 не станет близкой нулю и напряжение на выходе нуль-органа 19 не закроет поступление напряжения по второму входу на третий интегрирующий усилитель. В активном состоянии добавляется еще два контура регулирования с выхода третьего интегрирующего усилителя: через блоки 14, 10, 12, 18 (на второй вход четвертого суммирующего усилителя) и через 14, 10, 12, 15, 17, 18 (на третий суммирующий и интегрирующий усилители). Все 6 контуров регулирования обеспечивают полную имитацию в представленной схеме условий работы и особенностей поведения интрафузальных волокон веретена в мьппце, что дает основания для рассмотрения ее как модели рецептора мьппечного веретена. формула изобретения !. Модель рецептора — мышечного. веретена, содержащая модель интрафузального волокна и модель гаммамотонейрона, аналоговый вход модели интрафузального волокна является входом "Длина мышцы", а импульсный вход соединен с выходом модели гаммамотонейронов, о т л и ч а ю ш а я— с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем приближения к свойствам биологичес5

55 выход каждой иэ них соединен " импульсным входом соответствующей модели интрафузального волокна, дополнительно содержащей импульсные выходы, соответствующие первичным и вторичным рецепторным образованиям веретена, и аналоговые входы "Активное напряжение", к которым подключены выходы "Активное напряжение" каждой из

N-К моделей интрафузальных волокон. где K — модели, не имеющие внешних выходов "Активное напряжение", которые моделируют ЯС-интрафузальные волокна, К вЂ” моделируют свойства ЯЦинтрафузальные волокна, входы Длины мышцы" N моделей интрафуэальных волокон объединены и являются входом модели рецептора — мышечного веретена.

2. Модель по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что,в каждую модель интрафузального волокна, содержащую последовательно соединенные блок моделирования функции нервно-мьппечного соединения, блок моделирования функции электровозбудимых свойств мьппечных мембран, блек моделирования функции электромеханического преобразования и .блок моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от активной силы и скорости ее изменения, выходы которого подключены к одним входам блока моделирования функции злектровозбудимых свойств мышечных мембран, к другим входам которого подключены выходы блока моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от длины интрафузального мышечного волокна и скорости ее изменения, а также цва блока, моделирующих свойства последовательной и параллельной упруговязких компонент мьппцы, информационный вход первого и управляющий вход второго подключены к выходу — блока моделирования функции электромеханического преобразования, а информационный вход второго и управляющий вход первого подключены к выходу блока моделирования изменения уровня возбудимости в зависимости от длины интрафузального мышечного волокна и скорости ее изменения, введены блок моделирования свойств центральной области интрафузального волокна, блок моделирования условий работы интра11752 6 кого аналога, в: ;:е введены l<- . модеЛей интрафуэального волокна и моделей гамма-мотонейронов, причем

1511752

Составитель А.Сапко

Редактор О.Спесивых ТехредМ.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 5905/52 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101 фуэального волокна и два преобразователя аналоговых напряжений в импульсные потоки, причем выходы блоков, моделирующих свойства последовательной и параллельной упруговязких компонент мышцы, соединены соответствующими входами блока моделирования свойств центральной области интрафуэального волокна,первый выход которого соединен с первым входом блока моделирования условий работы интрафузального волокна, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования функций электромеханического преоб.— разования, являющимся одновременно выходом "Активное напряжение" модели интрафузального волокна,второй и третий выходы блока:".оделирования свойств центральной области интрафузального волокна соединены с соответствующими входами первого и второго преобразователей аналогового напряжения в импульсные потоки, выходы которых являются импульсными выходами модели интрафузального волокна, второй вход блока моделирования условий работы интрафузального волокна является входом "Активное напряжение" модели интрафузального волокна, третий вход блока моделирования свойств центральной области интрафузального волокна является входом "Длина мьш.цы" модели интрафузального волокна.