SU1401490A1

SU1401490A1 - Устройство дл моделировани афферентного нейрона

Info

Publication number: SU1401490A1
Application number: SU864100406A
Authority: SU
Inventors: Сергей Петрович Романов
Original assignee: Институт Физиологии Им.И.П.Павлова
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1988-06-07

Abstract

Изобретение относитс к электронному моделированию свойств биологических нейронов и может быть использовано при изучении на модел х нейронньтх механизмов переработки информации в зрительной и слуховой системах , в системе увеличени точности моделировани афферентного нейрона. Цель достигаетс тем, что в устройство введены источник измен емого напр жени , п управл емых генераторов и п дифференцирующих КС-цепо чек. Устройство преобразует аналоговый сигнал, соответствующий изменению рецепторного потенциала, в последовательность импульсов, которые распростран ютс с задержкой по цепочке генераторов. Новизна заключаетс в механизме преобразовани аналогового сигнала в импульсный поток и в изменении времени задержки в зависимости от частоты следовани импульсов вдоль цепочки генераторов. 2 ил. % i (Л

Description

о

(Г

о

Изобретение относитс к электронному моделированию свойств биологических нейронов и может быть использовано при изучении на модел х ней- ронных механизмов переработки информации в зрительной и слуховой системах , в системе управлени движени ми а также в бионических системах и роботостроении .

Целью изобретени вл етс узе- личение точности моделировани афферентного нейрона за счет воспроизведени в реальном масштабе времени процессов распространени сигналов по нервному волокну, обеспечива соответствующие афферентным нейронам задержку генерации импульса на выходе устройства по отношению к моменту возникновени импульса на его входе.

На фиг.1 дана блок-схема устройства дл моделировани афферентного нейрона ; на фиг.2 - схема управл емого генератора импульсов.

Устройство содержит (фиг.1) управл емые генераторы 1 импульсов, дифференцирующие RC-цепочки 2 и источник 3 измен емого напр жени (модель рецепторного образовани ).

Управл емый генератор 1 состоит из операционного усилител 4, резис- тивного делител 5, врем задающего конденсатора 6, резистора 7 обратной св зи, разделительного диода 8, масштабирующего резистора 9, выпр мительного диода 10 и первого и второго врем задающих резисторов 11 и 12.

Устройство работает следующим об- разом,

В исходном состо нии после подачи питающего напр жени и при отсутствии напр жени на выходе источника 3 на выходе всех операционньпс уси лителей 4 устанавливаетс положительное напр жение, которое поддерживаетс положительной обратной.св зью через резистивный делитель 5, Отрицательна обратна св зь через диод 8 и резисторы 7 и 9 не работает, так как диод 8 заперт положительным напр жением с выхода операционного усилител 4. Такое состо ние схемы устойчиво и может продолжатьс неограниченно долго. Конденсаторы-RC-цепочки не пропускают посто нный уровень напр жени , и на входах всех управл емых посто нным напр жением гене

Q

д

0

5

раторов поддерживает нулевой потенциал .

При по влении на выходе модели рецепторного образовани положительного напр жени происходит зар д интегрирующего конденсатора 6 через резистор 11 и диод 10. Как только напр жение на конденсаторе 6 превысит пороговый уровень, устанавливаемый ре- зистивным делителем 5, на выходе операционного усилител 4 напр жение .:. становитс отрицательным, замыкаетс цепь обратной св зи через открытый диод 8 и происходит перезар д конденсатора 6 в соответствии с посто нной времени, которой формируетс длительность отрицательного импульса на выходе генератора 1. На врем генерации импульса отрицательное напр жение с выхода операционного усилител 4 через диод 8 и резистор 12 запирает второй диод 10, блокиру действие посто нного входного напр жени на конденсатор 6 и обеспечива таким образом посто нство длительности импульса на выходе генератора 1 независимо от уровн напр жени на его входе. После окончани формировани импульса положительное напр жение с выхода операционного усилител запирает диод 8 в цепи отрицательной об-, ратной св зи и возобновл етс процесс интегрировани входного напр жени .

Работа устройства позвол ет трактовать характер преобразовани аналогового напр жени на выходе модели рецепторного образовани в последовательность импульсов на выходе генератора как присувщй афферентному нейрону процесс генерации. Резистивный делитель 5 определ ет пороги генерации импульса и его длительность, поддержива уровень срабатьгаани схемы в пределах долей вольта (коэффициент делени равен 40), Диод 8 в цепи отрицательной обратной св зи блокирует автоколебательньй режим и обеспечивает устойчивое состо ние схемы при нулевом уровне входного напр жени . Последовательно соединенные входной резистор 11 и диод 10 с параллельно ему включенными последовательно соединенными резисторами . 7 и 12, соединенные с инвертирующим входом операционного усилител 4, через резистор 9 обеспечивают боль-: Шую чувствительность схемы с малым

значением входных напр жений и уменьшают возможность насыщени дл больших напр жений, позвол охватить весь диапазон изменени входного сигнала в диапазон изменени частоты следовани импульсов на выходе генератора (и, следовательно, всего устройства ) , соответствующий моделируемому афферентному нейрону.

Использование последовательно соединенных через RC-цепочки управл емых напр жением генераторов (фиг.1) в устройстве дл моделировани афферентного нейрона позвол ет промоделировать еще некоторые свойства распространени импульсов вдоль нервного волокна, которые могут быть присущи не только афферентному нейрону , но и аксонам других клеток. Перепады напр жени во врем генерации импульсов проход т через конденсатор RC-цепочки 2 и преобразуютс в экспо ненциально измен ющиес напр жени на входах генераторов. Отрицательное напр жение, по вл ющеес в момент генерации импульса предьщущим усилителем , не измен ет напр жение на выходе последующего генератора 1. Положительный перепад напр жени интег- рир уетс на конденсатор 6 с посто нной времени входной цепи и, достигну порогового уровн , вызывает генерацию импульса вторым усилителем 4, перепад напр жени на выходе которого от отрицательного значени к положительному заставл ет сработать третий генератор 1 и т.д. По цепочке генераторов происходит распространение возникающего в первом генераторе импульса.

Особенность предлагаемого устройства дл модели1эовани афферентного нейрона заключаетс в том, что импульс в следующем генераторе возникает с большей задержкой, чем длительность генерируемого предыдущим генератором импульса на величину, определ емую параметрами RC-цепочки и посто нной времени интегрировани входной цепи, генератора. Это позвол ет сократить число генераторов в цепочке дл получени той же величин задержки. Другой особенностью устройства вл етс уменьшение времени за- д|ержки генерации импульса последующим генератором при увеличении частоты следовани импульсов на выходе предьщущего. Такой эффект присущ рекогда межим0

0

5

альным нервны проводникам, распростран ющиес с малыми пульсными интервалами пачки импульсов , увеличива зону депол ризации нервных волокон, перескакивают через несколько перехватов Ранвье, увеличива скорость проведени возбуждени . В устройстве этот эффект достигаетс автоматически вследствие увеличени положительного напр жени на входе генераторов по мере уменьшени скважности в последовательност х импульсов на выходе предьщущих 5 генераторов, что требует меньшего времени интегрировани дл достижени порога генерации.

Моделирование осуществл етс в реальном времени с параметрами преобразовани на отдельных элементах, аналогичными параметрам биологических структур, что позвол ет осуществл ть непосредственное сравнение результатов модельных и биологических экспериментов в форме, прин той в нейрофизиологических исследовани х.

Claims

Формула изобретени

Устройство дл моделировани афферентного нейрона,содержащее управл емый генератор импульсов, состо щий из первого и второго врем залающих резисторов, выпр мительного диода и врем задающ ёго конденсатора, перва обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, втора обкладка врем задающего конденсатора через масштабирующий резистор подключена к инвертирующему входу операционного усилител , выход которого соединен с катодом разделительного диода, анод которого через резистор обратной св зи подключен к второй обкладке врем задающего конденсатора, неинвертирующий вход операционного усилител соединен со средним выводом резистивного делител , первый вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход операционного усилител вл етс выходом управл емого генератора, отличающее- с тем, что, с целью увеличени точности моделировани афферентного нейрона за счет воспроизведени в реальном масштабе времени процессов распространени сигналов по нервному волокну, в него введены источник измен емого напр жени , п управл емых

0

5

0

5

0

5

генераторов и п диффереицигующих КС-цепочек,.управл емые генераторы через дифференцирующие КС-цепочки соединены последовательно, вход пер-. него управл емого генератора подключен к выходу источника измен емого напр жени , выходы всех управл емых генераторов вл ютс выходами устройства , в каждом-управл емом генераторе первый вывод первого ппе.м задающего

ре исторз соединен с входом упрпнл - емого генератора, а его второй вывод - с.анодом выпр мительного диода и через второй врем задаюп1ий резистор с анодом разделительного диода, катод выпр мительного диода подключен к второй обкладке врем задающего конденсатора,второй вьшод резистивно- го делител соединен с выходом операционного усилител .

фиг. 2