Устройство для моделирования нервной клетки

 

(i() 898459

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) За лено 02.02,79 (21) 2721557/18-24 (Sl) N. Кл .

G 06 G 7/60 с присоединением заявки ¹Государстееииый комитет (23) Приоритет по деизм изобретений и открытий

Опубликовано 15 .01 . 82.Бюллетень №2

Дата опубликований опксання 15 .О1 .82 (53) УДК 681. 333 (088. 8) А.И. Вейнгер и Н.И.Бочкарева !

1

0, 4

- :я

1 т

Ордена Ленина физико-технический ин4Хщуд им. А.Ф.Иоффе АН СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОДЕЛИРОВАНИЯ НЕРВНОЙ

КЛЕТКИ

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам многофункциональных элементов " нейристоров, имитирующих свойства нервной клетки.

Известен нейристор, который представляет собой устройство, состоящее иэ ячеек, связанных между собой последовательно электрическими связями.

Каждая из ячеек представляет собой сочетание ключа и накопителя. Формирование импульса происходит при поступлении электрической энергии через замкнутый ключ в накопитель, при заполнении накопителя ключ размыкается, 15 при этом импульс в рассматриваемой ячейке исчезает; замыкание ключа в предыдущей ячейке дает разрешение на замыкание ключа в последующей ячейке; такой цикл повторяется последовательно во всех ячейках линии.

Разряд накопителя после прохождения импульса составляет рефрактерный период нейристора, во время которого данная ячейка нечувствительна к возбуждению 11 °

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является нейристор, который образован цепочкой поперечных (вертикальных)тиристоров, являющихся ключами и сформированных вплавлением алюминиевых кружков в эпитаксиально выращенные трехслойные кремниевые структуры, каждый каскад тиристора эашунтирован конденсатором, являющимся накопителем, и соединен через нагрузочный резистор с источником питания. При подаче импульса напряжения на крайнюю ячейку нейрис торной линии она переключается в состояние низкого сопротивления, при этом возникает разность потенциалов между данной ячейкой и последующей, в верхнем слое тиристора возникает дрейфовый тоК, что вызывает переключение последующей ячейки и т.д. Таким образом, вдоль нейристор"

89845 ной линии распространяется без затухания импульс возбуждения (23.

Недостатком данного нейристора (общим для всех известных устройств нейристорных линий) является то, что в устройстве нельзя управлять важнейшими параметрами нейристора (амплитудой распространяющегося импульса и быстродействием нейристора). Амплитуда импульса задана разностью напря- 39 жений срыва тиристора, быстродействие, определяемое длительностью рефрактерного периода, также постоянная вели-. чина, зависящая от емкости конденсатора и времени восстановления тирис- 1 гора.

Цель изобретения — повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для моделирования gO нервной клетки, содержащее и ячеек, каждая из которых включает накопитель и нагрузочный резистор и источник питания, введены резисторы связи, а накопитель каждой ячейки выполнен в 35 виде параметрического диода, анод которого соединен с одним выводом нагрузочного резистора своей ячейки, другой вывод которого подключен" к шине нулевого потенциала, катод пара- ар метрического диода каждой ячейки соединен с положительным полюсом источника питания, катод параметрического. диода предыдущей ячейки через соответствующий резистор связи соединен с катодом параметрического диода последующей ячейки.

На чертеже дан общий вид предлагаемого устройства.

Устройство состоит из и последовательности ячеек 1, условно обозначенных на чертеже пунктиром, причем число ячеек неограничено . Каждая ячейка содержит параметрический диод 2

45 и нагрузочный резистор 3. Устройство включено в цепь источника питания 4, ячейки соединяются между собой резисторами связи .

При подаче напряжения от источника питания 4 на последовательность ячеек, в каждой ячейке напряжение распределяется между параметрическим диодом 2 и, резистором 3 пропорционально сопротивлению утечки диода 2 и ре". зистору . Причем величина напряжения источника питания 4 выбирается таким образом, чтобы напряжение на диоде 2 было меньше напряжения сры9 4 ва U „,т.е. напряжение, при котором емкость диода увеличивается с ростом количества заряда как q"" гдее >0.

При подаче входного импульса напряжения на первую ячейку напряжение на диоде 2 достигает напряжения срыва U „,при этом емкость увеличивается с увеличением количества заряда и дельнейшая зарядка емкости сопровождается падением напряжения на ней, а следовательно, увеличением напряжения на резисторе 3 до тех пор, пока напряжение на диоде 2 не упадет до напряжения срыва 0,,при котором увеличение заряда à емкости вновь приводит к увеличению напряжения.

Далее происходит дальнейшая зарядка емкости и через время, определяемое постоянной времени цепи ячейки на диоде 2, вновь установится напряжение, определяемое отношением сопротивлений диода 2 и резистора 3. Таким образом, диод 2 играет роль и накопителя энергии, и электрического ключа. В течение времени, когда диод 2 переключен в состояние с большой емкостью, напряжение на нагрузочном резисторе первой ячейки увеличивается и на соседнюю, вторую ячейку через резистор 5 передается импульс напряжения, достаточный для переключения ее диода 2 в состояние с большой емкостью, и импульс передается на третью ячейку. В результате импульс распространяется по последовательности ячеек беэ затухания, как и в аксоне нервной клетки.-С нагрузочного резистора 3 последней ячейки снимается выходной импульс такой же амплитуды, как и с первой ячейки.

Выходной импульс является аналогом потенциала действия нервной клетки.

Под быстродействием нейристора понимается промежуток времени после прохождения импульса, в течение которого нейристор нечувствителен к возбуждению. Быстродействие нейристора является аналогом рефрактерного периода нервной клетки. Быстродействие предлагаемого устройства определяется постоянной времени цепи ячейки Р„С, где R + - сопротивление резистора 3, С - емкость параметрического диода 2, зависящая от напряжения.

При изменении напряжения питания изменяется емкость диода 2, а следовательно, и постоянная времени. При изменении постоянной времени изменяется

Формула изобретения время рассасывания накопленного при прохождении импульса в диоде 2 заряда.

Таким образом, быстродействие нейристора регулируется напряжением источника питания и.нагруэочного резистора.

В частном случае параметрическим диодом может служить электрический плазменный зонд. Электрический плазменный зонд представляет собой металлическую проволоку, впаянную в стеклянную трубку и погруженную- в газовую плазму, вторым электродом зонда служит электрод, имеющий потенциал плазмы (например, анод газоразрядной трубки). 1(аждая ячейка в частном случае содержит плазменный. зонд и нагруэочный резистор, ячейки соединяются последовательно резисторами связи. При подаче импульса напряжения на первый зонд на нем генерируется собственный импульс, который через сопротивление резистора связи передается на второй зонд, второй зонд генерирует при этом собственный им.пульс такой же амплитуды, как и пер-. вый. Таким образом, импульс распространяется по последовательности зондов без затухания. Регулировкой напряжения питания изменяется амплитуда распространяющегося импульса, быстродействие определяется напряжением смещения зондов относительно анода.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает свойствами нервной

8459 4 клетки и позволяет в широких пределах управлять амплитудой распространяющегося импульса и быстродействием, более полно моделируя клетку.

Устройство для моделирования нерв о ной клетки, содержащее и ячеек, каж-. дая из которых включает накопитель и нагрузочный резистор,и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точнос 5 ти, в него введены резисторы связи, а накопитель каждой ячейки выполнен в виде параметрического диода, анод

Ъ которого соединен с одним выводом нагрузочного резистора своей ячейки, 20 другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, катод параметрического диода каждой ячейки соединен с положительным полюсом источника питания, катод параметри25 ческого диода предыдущей ячейки через соответствующий резистор связи соединен с катодом параметрического диода последующей ячейки.

Источники информации, 5в принятые во внимание при экспертизе

1.Золотарев В.Ф. Безвакуумные аналоги телевизионных трубок. М., "Энергия", 1972, с.161.

2;."Электроника", т.36, 1963, М 9, 5

898459

Составитель И.Дубинина

Редактор В.Бобков Твхред И. Надь Корректор Л.Шеньо

Заказ 11952/67 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4