Устройство для моделирования импульсной активности мотонейронов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистически к

Республик ()920772 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.07.79 (2 I ) 2800979/28-13 с присоединением заявки И (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 18.04.82 (51)M. Кл.

G 06G 7/60

focyaapcòâàííûé кемнтет

СССР о денет» нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621,47 (088. S) I

Н. К. Полещук, В. П. Шафранский и Ю. В. Лупандин г (72) Авторы изобретения

Ф

Петрозаводский государственный университет им О. В. Куусинена (7 I ) 3 а я ви тел ь (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕ ЛИРОБА НИЯ

ИМПУЛЬСНОЙ АКТИВНОСТИ МОТОНЕЙРОНОВ

Изобретение относится к средствам моделирования и изучения нейрофизиопогических импульсных процессов и можетбыть использовано в медико-биологических исследованиях и учебных целях.

Известно устройство для моделирования импульсной активности мотонейронов, которое содержит блок генераторов, включающий задающий генератор импульсов и генератор шума, импульсный сумматор и регистратор 1 .

Недостатком известного устройства является то, что с его помощью нельзя моделировать наличие пауз, обусловленных синаптическими процессами и свойствами мотонейронов, корреляционную зависимость длительности последующих межимпульсных интервалов от предыдуших, связь разрядов с дыхательным периодом, нестандартность режима работы мотонейрона, а также разную степень синхронизации между несколькими одновременно работающими единицами.

В результате этого полученные закономерности распределения межимпульсных интервалов значительно отличаются от распределений, зарегистрированных в реальных условиях, что вносит большую неточность при анализе процесса группит рования импульсных разрядов нескольких одновременно работающих мотонейронов.

Кроме того, это устройство не обеспечивает возможность воспроизведения импульсной активности других нейронов и.рецепторов, что существенно ограни« чивает диапазон использования модели для анализа различных импульсных нейрофизиологических процессов в научных исследованиях .и учебных целях.

LIens изобретения — повышение точности моделирования импульсной активности мотонейронов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования импульсной активности мотонейронов, содержащее блок генераторов, включающий задающий генератор импульсов и генератор шума, импульсный сумматор

3 92 и регистратор, введены блок сумматоров напряжения, блок преобразователей напряжение-частота, коммутатор, имеющий три отдельные секции, в блок генераторов дополнительно введены генератор сдвига, генератор табличного задания функции и вариатор напряжения, при этом блок генераторов, блок сумма торов напряжения, блок преобразователей напряжение-частота и импульсный сумматор соединены последовательно через соответствующие секции коммутатора, первый выход задающего генератора импульсов соединен с входами генератора сдвига и генератора табличного задания функции, е выход импульсного сумматора - с входом регистратора.

На чертеже изображена структурная схеме устройства для моделирования импульсной активности мотонейронов, Устройство содержит блок генераторов, блок 1 сумматоров напряжения, блок 2 преобразователей напряжениечес тоте, импульсный сумматор 3, к оммутатор с тремя секциями 4, 5 и 6.

Причем блоки генераторов, сумматоров напряжения, преобразователей, напряжение-частота и импульсный сумматор соединены последовательно через соответствующие секции коммутатора, Блок генераторов состоит из задающего генератора 7 импульсов с выходами 8, 9 и 10, генератора 11 сдвита, генератора 12 табличного задания функции, вариатора 13 напряжений, генератора 14 шуме.

Блок 1 состоит из девяти сумматоров напряжений, каждый иэ которых имеет многоканальный вход, все каналы которого идентичны, и одноканальный выход.

Блок 2 состоит иэ девяти линейных преобразователей напряжение-частота. ,Количество линейных преобразователей может быть при необходимости неограничено увеличено, Импульсный сумматор 3 имеет многоканальный вход, все каналы которого идентичны, и выход 15, к которому подключается регистратор (не показан), Секция 4 коммутатора включает выходы блока генераторов и многоканель ные входы блока 1 сумматоров: секция 5 выходы блока 1 сумматоров и входы блока 2 преобразователей;секция 6выходы блока 2 преобразователей и входы импульсного сумматора 3, причем в каждой иэ секции предусмотрена возможность подключения регистрирующей аппаратуры.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 7 на выходе 8 выдает напряжение прямоугольной формы; амплитуде н длительности положительной и отрицательной фаз плавно регулируются.

На выходе 9 задающего генератора 7 напряжение линейно растет в течение положительной фазы прямоугольного

t6 напряжения на выходе 8 и линейно па дает и течение отрицательной фазы прямоугольного напряжения на выходе 8.

На выходе 10 задающего генератора 7 напряжение линейно падает в течение

15 положительной фазы прямоугольного напряжения не выходе 8 и линейно растет в течение отрицательной фазы того же напряжения. Крутизна переднего и заднего фронтов напряжений с выходов 9

20 и 10 плавно регулируются.

Выход 8 задающего генератора 7 используется также для запуска (синхронизации) генератора 1 1 сдвига и генератора 12 табличного задания функции.

25 Генератор 11 сдвига на выходе выдает напряжение прямоугольной формы, сдвинутое во времени относительно сигналов с выхода 8 задающего генератора 7.

При этом время задержки, длительность щ и амплитуда сигнала плавно регулируются.

Генератор 12 табличного задания функции отрабатывает произвольную ступенчатую функцию напряжения от времени в виде двенадцати следующих друг за другом напряжений в течение одного цикла работы задающего генератора 7.

Регулировка ступеней напряжения плавнеч.

Вариатор 13 напряжения с выхода .выдает постоянное во времени напряжение. Регулировка уровня плавная.

Генератор 14 шума выдает напряжение шума с равномерным спектром частот, которое плавно регулируется.

В зависимости от особенностей решаемой задачи к входам сумматоров напряжений блока 1 подключаются необходимые комбинации выходных напряжений блока генераторов. Коммутацион- ные операции производятся в секции 4 коммутатора. Сумматоры напряжений блока 1 производят сложение исходных напряжений, и с выходов каждого из

ННх снимается напряжение, которое выражается в общем виде формулой где и - номер сумматора;

5 9207 — установочный коэффициент вход1 ного напряжения; — напряжение.

Согласно структурной схеме, испуль» зуя секцию 5 коммутатора, полученные 5 с выходов сумматоров напряжения заводятся на входы линейных преобразователей напряжение-частота блока 2. Каждый линейный преобразователь формирует импульсы прямоугольной формы, частота следования которых пропорциональна напряжению U > (q) поступившему на вход преобразователей. При этом в работе преобразователей предусмотрено два режима; для переключения использован тумблер на два положения, В первом положении (режиме), когда напряжение на входе преобразователя равно нулю, выходная исходная частота P t) на выходе преобразователя равна нулю.

Во втором режиме когда напряжение на входе преобразователя равно нулю, частота Р2 ) сигнала на выходе преобразователя отлична от нуля и величина ее регулируется экспериментатором.

Кроме того, в каждом линейном преобразователе имеется блок временной задержки +i,, который блокирует прохождение импульсов, следующих относительно предыдущих ранее, чем истечет время задержки Т, которое плавно регулируется.

С выходов линеййых преобразователей / напряжение-частота необходимые выход- З5 ные последовательности продифференцированных импульсов подаются на вход импульсного сумматора 3, где происходит их сложение. Коммутационные операции производятся в секции 6 ком- 40 мутатора. Суммарный импульсный сигнал, сформированный по форме и амплитуде в виде остроконечных импульсов, с выхода сумматора 3 поступает на регистра тор. 45

Таким образом, наличие в устройстве блока генераторов и сумматоров блока напряжений позволяет воспроизводить нелинейность, динамику, корреляционную зависимость и периодическую 50 связь с дыхательным циклом, что повышает точность имитации следования разрядов импульсов функционирующего мото1 нейрона, вследствие чего повышается

72 точность анализа суммарного импульсного процесса при изучении природы группирования биопотенциалов на электромиограм ме.

Кроме того, с помощью устройства можно воспроизводить активность любых других нейронов центральной нервной системы .или рецепторов, проводить мнс гофакторный анализ взаимодействия единиц, функционирующих по различным законам распределения межимпульсных интервалов и количественно оценить

poJI 6 основных с TG тис THK в происхожде нии того или иного нейрофизиологического феномена. Все это позволяет моделировать процессы группирования импульсов в реальном масштабе времени и непосредственно сравнивать результаты биологического и модельного экспериментов.

Формула изобретения

Устройство для моделировайия импульсной активности мотонейронов, содержащее блок генераторов, включающий задающий генератор импульсов и гейератор шума, импульсный сумматор и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования импульсной активности мотонейронов, в него введены блок сумматоров напряжения, блок преобразователей напряжение-частота, коммутатор, имеющий три отдельные секции, в блок генераторов дополнительно введены генератор сдвига, генератор табличного задания функции и вариатор напряжения, при этом блок генераторов, блок сумматоров напряжения, блок преобразователей,, напряжение-частота и импульсный сумматор соединены последовательно через соответствующие секции коммутатора, первый выход задающего генератора импульсов соединен с входами генератора сдвига и генератора табличного задания функции, а выход импульсного сумматора - с входом регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

g тц ог А,,т Е sign EiCacca о1 с т о1) ping о,ойдо, v nit QCt ч1 У, -, рн (в о)о<р. Qr. Snit,<9%.,w. ь2,1, р. 259-169.

920772

Составитель Л. Соловьев

Редактор Л. Веселовская Техред C.Ìèãóíîâà Корректор М. Пожо

Заказ 2346/58 Тираж. 73 2 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