Модель мышцы

 

Союз Советскмк

Социалистические

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

734798 (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 10.01.78 (2! ) 2581375!28-13 (61)M. Кл.

G 09 В 23/28 с присоединением заявки J%

Государстееииый комитет (23) Приоритет (53) УД1(615. .47 1(088.8)па делам иааоретеиий и открытий

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 17.05.80 (72) Автор изобретения

С. П. Романов (71) Заявитель

Институт физиологии им. И. П. Павлова АН СССР (54) МОДЕЛЬ МЫШЦЫ

Изобретение относится к области моделирования биологических систем и может быть использовано при исследовании нейронных механизмов управления мышечным сокращением.

Известна модель мышцы, которая содер5 жит а последовательно соединенных интеграторов с. сопротивлением в обратной связи 1 . Эта модель воспроизводит кривые одиночных и тетанических сокрашений, изменяя напряжете на своем то выходе в соответствии с частотой следо.вания импульсов, поступающих по еевхо . ду.

Недостатком модели является то, что на ней не воспроизводится присущая

I5 реальной мышце зависимость развития силы сокращения от частоты следования раздражающих импульсов, что ограничивает диапазон использования модели при

20 исследовании, нейронных механизмов управления мышечным сокращением.

Целью изобретения является расширение функциональных свойств модели и приближение их к свойствам реальной мышцы.

Цель достигается тем, что в модель дополнительно введены блок умножения и нелинейный элемент, причем вход первого интегратора соединен с выходом блокеь умножения, один из входов которого является входом модели мышцы, в другой подключен к выходу нелинейНого элемента, вход которого соединен выходом последнего (A -го) интегратора.

На фиг. 1 изображена структурная схема модели мышцы; на фиг. 2 — характеристика нелинейного элемента; на фиг. 3 — зависимость напряжения or частоты следования раздражающих импульсов для реальной мышцы (A ) и для модели (б).

Модель мышцы содержит гт последовательно соединенных, например, трех интеграторов 1, 2, 3, охваченных обрат ными связями через резисторы 4., 5, 6, 7, 8 и 9, величины сопротивлений ко торых определяют вид кривой одиlë÷íî-го сокращения. Выход последнегo г. — г;;, интегратора 3 является выходок:. 10 модели мышцы и подключен к входу нелинейного элемента 11. Выход нелинейного элемента 11 связан с одним из входов блока 12 умножения, второй вход которого является входом 13 модели, а выход блока 12 умножения подключен на вход первого из цепочки интегратора 1. О

Модель работает следующим образом.

B исходном состоянии напряжение на выходе модели равно нулю, на выходе нелинейного элемента и ме ется "единичное" напряжение, а напряжение на выходе блока умножения равно нулю, так как на входе модели нет сигнала. При поступлении на вход модели импульсов их амплитуда умножается на напряжение, поступающее с выхода нелинейного элемента, и преобразованные импульсы поступают на вход цепочки интеграторов.

На выходе модели напряжение изменяется, воспроизводя кривую мышечного сокращения. Изменением напряжения на выход модели мышцы изменяют напряжение на выходе нелинейного элемента., и входной импульсный поток умножается на новую величину. При частоте следования импульсов на входе модели, меньшей частоты слияния одиночных сокращений, импульспроходят через блок умножения умножентными на "единицу". При увеличении частсты следования импульсов одиночные сок-. ращения на выходе модели сливаются сначала в зубчатый, а затем в гладкий тетанус, при этом входной имцульсны.. .: поток умножается на величину, отли н- -о на единицы, и на интегратор поступ=-. ют импульсы измененной ампли- уды.

Таким образом коэффициент умножения входного импульсного потока определяется напряжением на выходе модели, которое в свою очередь зависит от амплитуды импульсов на выходе блока умножения.

Нелинейный элемент преобразует налряжение, поступающее на его вход в за-висимость, представленную на фиг. 2,, где ось абсцисс-напряжение, поступающее с выхода модели мышцы, а ось ординат-напряжение на выходе нелинейного элемента, отражающее закон преобразования амплитуды входного импульсного потока для получения нелинейной зависимости развития напряжения на выходе модели от частоты следования импульсов на ее входе, которая пред4

=тавлена на фиг. 3. Характеристика не.-..;нейного элемента вычислена теоретически с помощью графического построения и получена экспериментально на модели мышцы.

П остоянны е вре ме ни интегр аторов и коэффициенты в цепях обратной связи подбираются так, чтобы одиночная кривая сокращения по своим параметрам соответствовала кривой развития напряжения реальной мышцы. Параметры входного импульсного потока также соответствуют величинам, наблюдаемым в физиологическом эксперименте.

Все это позволяет проводить эксперименты на модели в реальном масштабе времени и непосредственно сравнивать результаты биологического и модельного эксперимента. Модель мышцы с нелинейным характером преобразования частоты входного импульсного потока в силу сокращения позволяет расширить диапазон применимости модели и переносить данные модельного эксперимента на биологический объект во всем диапазоне частот импульсных потоков, поступающих на вход модели мышцы.

Фар мула изобретен ия

Модель мышцы, содержащая г последовательно соединенных интеграторов, =. с"опротивлением в обратной связи, отличающаяся тем, что., с целью расширения функциональных свойств модели и прибли кения ихк свойствам еальной мышцы, в модель дополнителььведены блок умножения и нелинейный элемент, причем вход первого интегратора соединен с выходом блока умножения, один из входов которого является входом модели мышцы, а другой подключен к выходу нелинейного элемента, вход которого соединен с выходом последнего (n -го) интегратора.

Источники информации, принятыЕ во внимание при экспертизе

1. Романов С. П. Моделирование механизмов сигнального уровня управления мышечным сокращением, "Физиологический журнал", СССР, 1974, N. 10, с. 1508-1517.

Е НИИПИ Заказ 2094/5З Тираж 465 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1,0 дВ

0,2 го

734798

Вu УРЮ Гц