SU1561076A1 - Устройство дл моделировани нейрона высших отделов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бионике и биокибернетике и может быть использовано при исследовании процессов в высших отделах головного мозга методами моделировани . Цель изобретени  - повышение достоверности моделировани  функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведени  свойств активной мембраны дендрида. Поставленна  цель реализуетс  за счет введени  в состав известного устройства дендритных ключей 9, блоков 10 моделировани  активной дендритной мембраны, каждый из которых состоит из функционального преобразовател  11, компаратора 12, ключа 13 и преобразовател  14 напр жени  в частоту, блока 15 разв зки по количеству возбуждающих сигналов, схем ИЛИ 16 по количеству возбуждающих и тормоз щих синапсов. Предложенное устройство позвол ет моделировать активную мембрану дендрита и обеспечивает возможность генерации спайка в любом месте синаптического контакта с дендритом. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к бионике И биокибернетике и может быть использовано при исследовании процессов в высших отделах головного мозга методами моделировани .

Цель изобретени  - повышение достоверности моделировани  функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведени  свойств активной мембраны дендрита.

На чертеже изображена функциональна  схема устройства дл  моделировани  нейрона высших отделов.

Устройство дл  моделировани  нейронов высших отделов (фиг. 1) содержит вобуждающие 1 и тормоз щие 2 синапси- ческие входы,  вл ющиес  входами устройства и входами блоков 3 формировани  входных сигналов, преобразователи 4 частоты в напр жение1 и блоки 5 задани  весовых коэффициентов , выходы которых  вл ютс  выходами блоков 6 и 7 моделировани  соответственно возбуждающих и тормоз щих дистальных синапсов, состо щих из последовательно включенных блоков 3-5, блоки 8 моделировани  дендритов, представл ющие собой лест ничные RC-цепи, выходы которых  вл ютс  выходами блоков 8, а входами  вл ютс  узлы цепей, дендритные ключи 9, блоки 10 моделировани  актиной дендритной мембраны, каждый из которых состоит из функционального преобразовател  11 с трапецеидальной амплитудной характеристикой, компаратора 12, ключа 13 и преобразовател  14 напр жени  в частоту, бло

.-

ки 15 разв зки по количеству возбуж дающих синапсов, схемы ИЛИ 16 по количеству синапсов, аддитивный сумматор 17, аксонныи функциональный

.-

20

25

30

35

™ д в

50

55

преобразователь 18 и преобразователь 19 напр жени  в частоту.

Устройство дл  моделировани  нейронов высших отделов мозга работает следующим образом.

На возбуждающие синаптические 1 и тормоз щие 2 входы поступают импульсные последовательности спайков, формирующиес  по амплитуде и длительности в формировател х 3 и поступающие на входы преобразователей 4 частоты в напр жение, величина импульсного напр жени  на выходах которых пропорциональна входной частоте спайков, масштабируетс  в блоках 5 задани  весовых коэффициентов, выходы которых  вл ютс  выходами блоков 6 и 7 моделировани  возбуждающих и тормоз щих синапсов, поступает с выходов блоков 7 непосредственно на входы блоков 8 моделировани  дендритов через дендритные ключи 9, а с выходов блоков 6 - на входы блоков 10 моделировани  постсиналтит ческой мембраны, т.е. входы функциональных преобразователей 11 с трапецеидальной амплитудной характеристикой . Численные параметры этих( характеристик (пороги, величины насыщений j изломов и т.д.) индивидуальны дл  каждого блока 10 и определ ютс  конкретными биофизическими характеристиками дендритной мембраны конкретных клеток, идентифицируе.мы- ми, например, на культуре нервной ткани-в местах локализации синапсов.

Если сигналы с выходов блоков b моделировани  синапсов не превышают пороги преобразователей 11, на выходах последних напр жени  равны нулю, в результате чего напр жени  на выходах компараторов 12 также равны нулю, и ключи 13 наход тс  в

замкнутом состо нии, вследствие чего сигналы с выходов блоков 6 проход т на вторые выходы блоков 10 без изменени  и поступают через вторые входы блоков 15 разв зки на нормально замкнутые ключи 9 напр жением с выходов схем ИЛИ 16 и через ключи 9 на входы блоков 8 моделировани  дендритов в виде под- пороговых локальных возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП), распростран ющихс  вдоль блока 8, представл ющего собой пассивную лестничную RC-цепь, с задержкой и затуханием, алгебраически суммируютс  с поступающими на другие входы того же блока 8 моделировани  дендрита локальными тормоз щими постсинаптическими потенциалами , аналогичными по форме ВПСП, но противоположными по знаку, проход т по направлению к выходам блоков 8 и далее суммируютс  в аддитивном сумматоре 17. Как и в известном устройстве, если суммарньй сигнал не превышает порога аксонного функционального преобразовател  18 с трапецеидальной амплитудной характеристикой , сигнал на его выходе равен нулю и импульсаци  с выхода преобразовател  19 напр жени  в частоту отсутствует. Если общий суммарный сигнал с выхода аддитивного сумматора 17-превышает значение порога преобразовател  18, на его выходе по вл етс  напр жение, завис ще от напр жени  с выхода сумматора 17 в соответствии с характеристикой преобразовател  18, поступающее на вход преобразовател  19 напр жени  в частоту и вызывающее импульсацию соответствующей частоты на его выходе .

Формула .изобретени 

Устройство дл  моделировани  нейрона высших отделов, содержащее блоки моделировани  дистальных синапсов , синаптические функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходами блоков моделировани  дистальных синапсов, выход каждого из преобразователей соединен

0

5

0

5

с соответствующим компаратором и преобразователем напр жени  в частоту , выход которого соединен с входом соответствующего блока моделировани  дендрита, выходы которого соединены с входами аддитивного сумматора , выход которого соединен с выходом преобразовател  напр жени  в частоту, выходы блоков моделировани  дистальных синапсовs расположенных на одном дендрите, соединены с входами соответствующего блока моделировани  дендрита, выход аддитивного сумматора через функциональ- ный преобразователь соединен с входом преобразовател  напр жени  в частоту, выход которого  вл етс  выходом устройства, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности моделировани  функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведени  свойств активной мембраны дендрита, в него введены блоки моделировани  активной дендритной мембраны, каждый из которого состоит из функционального преобразовател , вход которого  вл етс  входом блока моделировани  активной дендритной мембраны, каждый из которых соедин етс  с выходом блока моделировани  каждого возбуждающего синапса, преобразовател  напр жени  в частоту, компаратора, входы которых соединены с выходом функционального преобразовател , выход которого  вл етс  первым выходом блока моделировани  активной дендритной мембраны, которые через первые входы блоков разв зки и через дендритные ключи соединены с входами блоков моделировани  дендритов, выходы ключей блоков моделировани  активной дендритной мембраны соединены с входами блоков моделировани  дендритов, схемы ИЛИ по числу синапсов , кажда  с числом входов на один меньше числа возбуждающих синапсов, расположенных на данном дендрите, причем выходы схем ИЛИ соединены с управл ющими входами соответствующих дендритных ключей, а входы каждой схемы ИЛИ соединены с выходом каждого блока моделировани  активной с дендритной мембраны.

0

5

0

5

0

Claims (1)

1. Формула .изобретения

   Устройство для моделирования нейрона высших отделов, содержащее блоки моделирования дистальных синапсов, синаптические функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходами блоков моделирования дистальных синапсов, выход каждого из преобразователей соединен с соответствующим компаратором и . преобразователем напряжения в частоту, выход которого соединен с вхо5 дом соответствующего блока моделирования дендрита, выходы которого соединены с входами аддитивного сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя напряжения jq в частоту, выходы блоков моделирования дистальных синапсов, расположенных на одном дендрите, соединены с входами соответствующего блока моделирования дендрита, выход аддиJ5 тивного сумматора через функциональный преобразователь соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого является выходом устройства, отличаю20 щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования функциональных свойств нейронов высших отделов мозга путем воспроизведения свойств активной мембраны дендрита,

   25 в него введены блоки моделирования активной дендритной мембраны, каждый из которого состоит из функционального преобразователя, вход которого является входом блока моделирования 30 активной дендритной мембраны, каждый из которых соединяется с выходом блока моделирования каждого возбуждающего синапса, преобразователя напряжения в частоту, компаратора, входы которых соединены с выходом функционального преобразователя, выход которого является первым выходом блока моделирования активной дендритной мембраны, которые через первые входы блоков развязки и через дендритные ключи соединены с входами блоков моделирования дендритов, выходы ключей блоков моделирования активной дендритной мембраны соеди45 йены с входами блоков· моделирования дендритов, схемы ИЛИ по числу синапсов, каждая с числом входов на один меньше числа возбуждающих синапсов, расположенных на данном дендрите, 5θ причем выходы схем ИЛИ соединены ,с управляющими входами соответствующих дендритных ключей, а входы каждой схемы ИЛИ соединены с выходом каждого блока моделирования активной 55 дендритной мембраны.