SU934508A1 - Устройство дл моделировани ритмов гормональной регул ции - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РИТМОВ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ

изобретение относитс  к электрическому моделированию биологических систем и предназначено дл  моделиро вани  ритмов гормональной регул ции в биофизических и физиологических экспериментах. Известно устройство дл  моделировани  нейронной сети, содержащее модели нейронов в виде однородного сло  13 Недостатком устройства  вл етс  сутствие возможности моделировани  ритмообразовательного процесса нейронной сети. 1аиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  моделировани  ферментативной активности, соде жащее модели нейронов, элементы задержки , ключи, коммутатор, генерато На устройстве моделируютс  ритмы ферментативной активности, образующиес  при работе устройства за счет структуры соединений нейронных элементов в сети и внешних сигналов, подаваемых с генераторов 2. Однако дл  более точного моделировани  ритмов гомеоста т ических систем , к которым относитс  система гормональной регул ции, необходимо учитывать вли ние на такие системы внешних ритмов (со стороны других систем организма, оказывающих существенное вли ние на образование рабочих ритмов гомеостатической системы. Такие ритмы играют большую роль в пластической регул ции и перестройке работы биологической системы , в данном случае, системы эндокринной регул ции. Цель изобретени  - повышение точности моделировани  за счет учета воздействи  внешних ритмов на рабочие ритмы системы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  моделировани  ритмов гормональной регул ции, содержащее источники напр иени , нейронные элементы, элементы задержки, генераторы импульсов, сумматоры, преобразователи напр й ени  в частоту и формирователи выходных импульсов, введены блоки ритмообразовани  и две группы блоков моделировани  ropмональной регул ции, причем входы первого, второго, третьего и четвертого блоков ритмообразов,дни  соединены с выходами соответствующих источников напр жени , первый выход первого блока ритмообразовдни  подключен к первым входам всех блоков моделировани  гормональной регул (ции первой группы, второй вь1ход первого блока ритмообразовани  соединен с вторыми входами всех блоков моделировани  гормональной регул ции первой группы, первый выход второго блока ритмообразовани  подключен к третьим входам всех блоков моделировани  гормональной регул ции, первой группы, второй выход второго блока ритмообразовани  соединен с четвертыми входами всех блоков моделировани  гормональной регул ции первой группы , первый выход третьего блока ритмообразовани  подключен к первым входам всех блоков моделировани  гормональной регул ции второй группы, второй выход третьего блока ритмообразовани  соединен с Ёторыми входами всех блоков моделировани  гормональной регул ции второй группы, первый выход четвертого блока ритмообразовани  подключен к третьим входам всех блоков моделировани  гормональной регул ции второй группы, второй выход четвертого блока ритмообразовани  соединен с четвертыми входами всех блоков моделировани  гормональной регул ции, выход i-ro блока моделировани  гормональной регул ции первой группы подключен к i-му входу первого сумматора, выход которого через первый преобразователь напр жени  в частоту, первый формирователь выходных импульсов и первый элемент задержки соединен с первым входом первого нейронного элемента, выход которого через второй и третий элементы задержки подключен к п тым входам всех блоков моделировани  гормональной регул ции первой группы, выход i-ro блока моделировани  гормональной регул ции второй группы соединен с i-тым входом второго сумматора , выход которого через второй преобразователь напр жени  в частоту, второй формирователь выходных импульсов и четвертый элемент задержки подключен к второму входу

первого нейронного элемента, выход второго элемента задержки соединен с первым входом второго нейронного элемента, выход которого подключен к шестым входам всех блоков моделировани  гормональной регул ции второй группы, шестые и седьмые входы всех блоков моделировани  гормональной регул ции первой группы соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, п тые и седьмые входы всех блоков моделировани  гормональной регул ции второй группы подключены к выходам соответствующих генераторов импульсов, все входы,

кроме первого и второго, первого нейронного элемента соединены с выходами соответствующих генераторов импульсов, все входы, кроме первого, второго нейронуого элемента подклюмены к выходам соответствующих генераторов импульсов.

Блок ритмообразовани  содержит сумматоры, интеграторы и блоки сравнени , причем входы первого и второго сумматора  вл ютс  входами блока, выход первого сумматора подключен к входу первого интегратора, выход которого  вл етс  первым выходом блока и соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнени , выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, ва(од которог о  вл етс  вторым выходом блока и соединен с вторым входом второго блока сравнени , выход которого подключен к управл ющему входу первого интегратора , выход первого блока сравнени  соединен с управл ющим входом второго интегратора.

Блок моделировани  гормональной регул ции содержит преобразователи частоты в напр жение, сумматоры, блок сравнени  и ключ, причем первый вход первого сумматора  вл етс 

первым входом блока и соединен с выходами первого и второго преобразовател  частоты в напр жение, второй вход первого сумматора  вл етс  вторым входом блока и подключен к

выходу третьего преобразовател  частоты в напр жение, выход первого сумматора соединен с первым входом блока сравнени  и информационным входом ключа, выход которого  вл етс  выходом блока, управл ющий вход клю ча подключен к выходу блока сравнени , второй вход которого соединен выходом второго сумматора, первый и второй входы которого  вл ютс  со ответственно третьим и четвертым входами блока, вход третьего преобразовател  частоты в напр жение  вл етс  п тым входом блока, входы первого и второго преобразователей частоты в напр жение  вл ютс  соответственно шестым и седьмым входами блока. На фиг. 1 представлена обща  схе ма устройства; на фиг. 2 - схема нейронного элемента ритмообразовани ; на фиг. 3 - схема нейрюнного элемента гормональной регул ции; на фиг. А - схема нейронного элемента; на фиг. 5 - схема интеграто ра. Устройство содержит источники 1 напр жени , генераторы 2 импульсов, нейронные элементы 3 и А ритмообразовани , нейронные элементы 5 и 6 гормональной регул ции, нейронные э менты 7 и 8, элементы 9 задержки. Нейронный элемент ритмообразовани  содержит блок.10 быстрого ритмообразованид и блок 11 медленного ритмообразовани , каждый из которых содержит сумматоры 12 и 13, раторы 1 и 15, блоки 16 и 17 сравнени , выходы 18-21 интеграторов  вл ютс  выходами нейронного элеме та. Нейронный элемент гормональной регул ции содержит группу блоков 22 моделировани  гормональной регул ции , сумматор 23, преобразователь 2 напр жени  в частоту, формирователь 25 выходных импульсов. Каждый блок моделировани  гормональной регул ции содержит преобразователи 26 частоты в напр жение, сумматоры 27 28, блок 29 сравнени  и ключ 30. Нейронный элемент содержит преоб разователи 31 и 32 частоты в напр жение , сумматор 33, преобразователь 3 напр жени  в частоту, формироватёль 35 выходных импульсов. Интеграторы 1 и 15 содержат резистор 36, операционный усилитель 3 конденсатор 38 и ключ 39. Ритм изменени  суммарного напр жени  блока ритмообразовани  образуетс  вследствие отставани  вклю86 чени  интегратора 15 по сравнению с включением интегратора . Интегратор 15 включаетс  в работу в момент , когда напр жение на выходе интегратора 1 достигает напр хсени  на втором входе блока 16 сравнени , которое определ етс  напр жением соответствующего источника. Интегратор 15 имеет большую крутизну роста напр жени  на своем .выходе, в результате чего через врем  t напр жение и сравн етс  с напр жением U выхода интегратора Т. В зависимости от соотношени  весов входов блока 17 сравнени  равновесие и, ьи, вес первого входа блока где а сравнени ; Ь - вес второго входа блока сравнени  17 будет соответствовать равенству напр жений U-f и U2, или Uj 7 U- при а 7 Ь или и 2; UH при а Ь. В момент, когда напр жение на втором входе блока сравнени  превысит напр жение на его первом входе, учитыва  веса входов, на выходе схемы сравнени  по вл етс  напр жение, которое поступает на второй вход интегратора И. Ключ 39 интегратора }, в отличие от аналогичного ключа интегратора 15, имеет нормальное положение закрытое. Напр жение с выходз блока сравнени  открывает ключ интегратора Т, что приводит к срыву его работы. Напр жение на первом входе блока 16 сравнени  вследствие этого резко падает и ключ 39 интегратора 15 переходит в открытое положение . Таким образом в блоке ритмообразовани  восстанавливаетс  первоначальна  ситуаци  и начинаетс  новый ци кл, I В дальнейшем устройство работает следующим образом. Напр жение с выхода блока медленного ритмообразовани  поступает на входы сумматора 28. Ритмически мен ющеес  напр жение, поступающее затем на второй вход блока 29 сравнени , определ  порог чувствительности блока 22 моделировани  гормональной регул ции. Таким образом этот блок имеет переменный порог, который в фоновом режиме, т.е. если на входы блока 9 поступает посто нное напр жение, то мен етс  в простой ритмической зависимости . Эта ритмическа  зависиMocTb легко перестраиваетс  в ритм любого заданного типа при подаче напр жений на другие входы блока 5. Така  периодическа  переменность порога характерна дл  клеток большинст ва тканей организма. Веса входов сумматора 28 и веса блока 29 сравнений устанавливаютс  пропорционально весам входов сумматора 23. Этим достигаетс  то, что блоки 22 с большим порогом возбуждени  в случае возникновени  возбуждени  в них внос т наибольший вклад в частоту выходной импульсной последовательности на выходе блока, и напротив, легковозбудимые каналы 22 внос т относительно меньший вклад в частоту выходной импульсной последовательности . Таким образом легковозбудимые каналы с малыми порогами включаютс  в работу чаще при незначительных изменени х в работе устройства и соответствуют плавной регулировке . Каналы же 22 с высокими порогами включаютс  только при значитель ных отклонени х в работе устройства и соответствуют грубой регулировке

На входы сумматора 27 поступает напр жение с выходов блока быстрого ритмообразовани . Это напр жение суммируетс  с напр жением выходов преобразователей частоты в напр жёние 26 в сумматоре 27 и таким образом создаетс  ритмическа  активность на выходе блока 22. Несмотр  на то, что на входы сумматоров -28 всех блоков 22 и на входы сумматора 27 этих блоков подаютс  синхронизированные ритмы, в результате различи  весов входов сумматоров 28 и блоков сравнени  29, и различи  весов сумматора 23, на выходе последнего образуетс  слоукный ритм, приближаю|щийс  к ритму биологической системы Этот ритм напр жени  на выходе сумматора 23 затем преобразуетс  в частоту в преобразователе 2 и на выходе формировател  25 выходных импульсов формируетс  последовательность с частотой импульсов, пропорциональной ритму напр жени .

Блок 5 моделирует активность клеток гипоталамуса. С выхода блока 5 импульсна  последовательность через элемент 9 задержки поступает на вход нейронного элемента 7 моделировани  активности клеток гипофиза и с его выхода через второй элемент

9 задержки на вход нейронного элемента 8, моделирующего гормональную активность клеток эндокринной железы , например, щитовидной железь или коры надпочечников.

Кроме того, импульсна  последовательность с выхода блока 7 через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки поступает на тормозные входы блока 5. Такое временное разделение возбуждающего (с Влока 7 на и тормоз щего (с блока 7 на блок 5) воздействий соответствует временному отставанию тормоз щих воздействий в гомеостатических сет х организма, и особенно, в системах гормональной регул ции. Такое отставание тормоз щих воздействий по сравнению с возбуждающими  вл етс  одной из главных причин осцилл ции в сет х с обратными св з ми.

В нейронных элементах 7 и блоке 8 предусмотрены дополнительные входы, не задействованные в сети. Эти входы можно использовать дл  .моделировани  некоторых дополнительных воздействий на процессы гормональной регул ции , например, элементарна  недостаточность йода при моделировании некоторых патологических процессов в де тельности щитовидной железы .

Импульсна  последовательность, поступающа  с выхода нейронного элемента 7 на вход нейрон ого элемента 8, вес которого задаетс  исход  из условий эксперимента, приводит к возбуждению этого блока, последовательность на выходе моделирует продукцию гормона. Р естественных услови х расход гормопа в организме мен етс  в том или ином ритме, в зависимости от состо ни  организма и условий, протекающих в нем процессов что моделируетс  блоком 6.

Структура устройства обусловливает установление в его работе сложного гомеокинетического ритма, приближающегос  к естественному ритму гормональной активности в организме.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 528579,кл. G Об G 7/60, 197..

2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2759679/18-2, 15 кл. G Об G 7/60, 1979 (прототип).

/

/г

/

re

1

/j

1

/у

/

/

. ф1/г. Z

2ff -

/

-

гг

18

27

20

гв Z124

2S

/J

фуг