Устройство для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистинеских

Республик (11) 525128 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.07,74 (21) 2047968/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15,08.76. Бюллетень № 30 (45) Дата опубликования описания 08.04.77 (51) M. Кл.

G 06 G 7/60

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК

681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения

Д. М. Гедевани и Г. И, Эйдельман (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕРЕТЕНООБРАЗНОЙ

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА

Изобретение относится к области электрического моделирования.

Известно устройство для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга, содержащее генератор дискретных импульсов и генератор синусоидальных импульсов. Однако известное устройство не обеспечивает необходимой точности моделирования.

С целью увеличения точности моделирования предлагаемое устройство содержит модель нейронной сети, ко входам которой подключены выходы генераторов синуеоидальных и дискретных импульсов, модели биоэлектрической активности мозга, входы которых соединены с выходами модели нейронной сети, и модель нейрона обратной связи, выход которой подключен к выходу генератора дискретных импульсов, а вход соединен с выходами моделей биоэлектрической активности мозга.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга; на фиг. 2 — принципиальная схема модели распределения индискретных и дискретных сигналов в проводниках сети; на фиг. 3— график сложения пачек суммарной электрической активности мозга с различной дисперсией одна относительно другой и различной длительности (в качестве примера — V пачек, длительностью суммарных волн 3,3 — 7,1 мс; веретено от сложения упомянутых пачек (7,1 — 18 мс); на фиг. 4 — моделированная веретенообразная вспышка; на фиг. 5—

pap веретенообразных вспышек при различных частотах, выдаваемых генератором синусоидальных колебаний (а — 3Гц; б — 5 Гц; в — при совпадении запускающего импульса от генератора дискретных импульсов с переменной скважностью с фазой 90 волны генератора синусоидальных колебаний (развертка замедлена в сравнении с а и б) .

Устройство для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга состоит иэ

15 модели 1 нейронной сети (с дискретным и индискретным управлением) (фиг. 1), ко входам 2 и 3 которой подключены выходы генераторов 4и 5 синусоидальных и дискретных импульсов соответственно; модели 6 биоэлектрической активц ности мозга, выходы которых соединены с выходами модели нейронной сети 1, и модель 7 нейрона обратной связи, выход которой подключен к выходу генератора дискретных импульсов (вход 2 блока 1), а вход соединен с выходами модели 6 биоо5 электрической активности мозга.

Я

Модель 1 нейронной сети (фиг. 1) представлена в виде модели 8 распределения индискретных и дискретных сигналов в проводниках сети, соединенной выходами 9 с формальными нейронами 9.

Модель распределения индискретных сигналов представляет собой видоизменную модель распределения электротонических и периэлектротонических токов в нервных проводниках, состоящей из матрицы активных сопротивлений, содержащих семь горизонтальных и четырнадцать вертикальных столбцов (фиг. 2). Между вертикальными столбцами 10 и 11 в первой и седьмой строках установлены сопротивления, имеющие условные величины двадцать, а в четвертой строке сопротивление, имеющее условную величину десять. Крайние справа и слева вертикальные столбцы имеют сопротивления, условно равные нулю, к которым через зажимы 12 и 13 подводится не изменяемое по времени напряжение Ист, условно названное "поляризационным потенциалом". K зажимам 14 и 15 подводится изменяющееся по времени напряжение Ивх, поступающее от генератора 4 синусоидальных импульсов.

Зажим 14 служит также цля подведения "плюса источника дискретных сигналов Ид, поступающего от генератора 5 дискретных импульсов. От точек пересечения 16 строки сопротивлений со столбцами 17 — 24 сделаны выводы для подсоединения ко входам 25 — 32 формальных нейронов (c индискретным и дискретным управлением) .

У формального нейрона (c индискретным и дискретным управлением) 9 вход для дискретных сигналов обладает переменным порогом, зависимым от полярности и величины управляющего (индискретного) сигнала, поступающего на тот же вход от одного из выводов 25 — 32 модели распределения индискретных и дискретных сигналов в проводниках сети.

Модель 6 биоэлектрической активности мозга (фиг, 1) состоит из моделей формального нейрона, выполненных в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора и двухзвенной интегрирующей цепи, которая непосредственно и через конденсатор подключена к диодному ограничителю, соединенному с разделительным диодом, причем входы ждущих мультивибраторов моделей формального нейрона соединены со входом устройства, а разделительные диоды моделей формального нейрона соединены через соответствующие переключатели с нагрузочным элементом, подключенным к в ыходу устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В результате сложения токов, возникших от двух приложенных к модели распределения индискретных и дискретных сигналов в проводниках сети изменяемого по времени напряжения Ивх, поступает от генератора 4 синусоидальных импульсов и постоянного "поляризационного потенциала"

Ист, место расположения точки схождения токов в четвертой горизонтальной строке матрицы сопро525128 тивлений становится зависимой от величины напряжения Ивх. В зависимости от местоположения этой точки, на те или другие выводы 25 — 32, соединенные с формальными нейронами, поступает ток различного направления. Этот ток и используется в качестве индискретного сигнала. Так как "минус" источника дискретных сигналов Ид приложен ко всем формальным нейронам, то поданньй вслед за напряжением Ивх "плюс" источника импульсов И д поступит на те же выводы четвертой строки. Напряжение Ид значительно меньше Ивх, и поэтому существешю не влияет на распределение токов в матрице сопротивлений. Индискретньй сигнал, поступив на вход формального нейрона 9, в зависимости от своей полярности понижает или повышает порог возбуждения формального нейрона от поступающего вслед за этим дискретного сигнала, Остроконечньй запускающий импульс от выхода формального нейрона 9 поступает на входы формальных нейронов модели 6 биоэлектрической активности мозга и вызывает их срабатывание, Выдаваемьй формальным нейроном импульс имеет форму импульса, продуцируемого живыми нейронами. При синхронном возникновении импульсов ряда формальных нейронов, соединенных параллельно как по входам, так и по выходам, импульсы суммируются как по амплитуде, так и по длительности, причем возникшая суммарная волна сохраняет форму импульса отдельного нейрона.

В устройстве для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга наименьшее значение напряжения переменной величины Ивх вызывает индискретным путем подготовку к возбуждению формального нейрона, соединенного с точкой 25. и

ЭО

Х3

I L

Ю

Болыпее значение напряжения Ивх вызывает тем же путем подготовку к возбуждению уже двух нейронов, соединенных к точкам 25 и 26, Чем выше напряжение Ивх, тем большее количество нейронов подготавливается к возбуждению и включается в работу. Таким образом, в зависимости от фазы положительной синусоидальной полуволны генератора 4, используемой в качестве напряжения nepev»e oH величины, формальные нейроны 9 блока 1 последовательно подключаются к работе и дают импульсацию от дискретных сигналов, поступающих на вход блока 1. По этой же причине формальные нейроны 9 блока 1 выключаются из работы в обратной последовательности.

Импульсация нейронов в блоке 1 запускает ряд блоков моделирования биоэлектрической активности мозга. В результате пачки суммарных волн (фиг. 3), поступающие от выходов блоков 8 на клемму 33, имеют дисперсию начала и конца пачек относительно выданных соседними блоками 6. На клемме 33 происходит сложение пачек волн по амплитуде и длительности. Так как в различное время имеет сложение разного количества волн вследствие дисперсии пачек волн, то в результате на

525128 клемме 33 получаем суммарную вспышку, имеющую в различных ее участках различную амплитуду и частоту — "вспышку" веретенообразной формы.

Длительность и форма веретенообразных вспышек находятся в зависимости от частоты синусоидального напряжения, поступающего от генератора 4.

Чем меньше частота, тем длительнее веретенообразная вспышка и тем положе нарастание и уменьшение амплитуд волн в начале и в конце вспышки (фиг. S,a,б). Для плавного следования волн вспышек друг за друтом запускающие дискретные импульсы подаются на вход 3 в конце каждой волны.

Осуществляется это следующим образом. Из генератора 5 на вход 3 блока 1 подаются запускающие импульсы до момента совпадения (по времени) с минимальной амплитудой положительной полуволны синусоидального напряжения, поступающего от ,,,хенератора 4; срабатывает один формальный ней„„рон 9 блока 1, соединенный с точкой 25, и запускает соответствующий блок 6; полученная суммарная волна от клеммы 33 поступает на вход "нейрона обратной связи" 7, на выходе которого получаем остроконечный импульс, возникающий с задержкой в конце следования суммарной волны; остроконечный запускающий импульс от выхода нейрона 7 поступает на вход 3 блока 1 и, совпадая со следующей фазой положительной полуволны синусоидального напряжения генератора 4, запускает уже два формальных нейрона 9 блока 1 (нейроны, соединенные с точками 25 и 26 и соответственные два блока 6; на клемме 33 получаем вторую суммарную волну вспышки с соответствующей амплитудой и длительностью. Предыдущая и последующие волны, несмотря на различную длительность, плавно переходят одна в другую; процесс повторяется самостоятельно и многократно до момента перехода положительной полуволны синусоидального напряжения генератора 4 в отрицательную полуволну. В этот момент через клемму ЗЗ проходит последняя волна веретенообразной вспышки (фиг. 4) .

Возможны два режима запуска.

Первый режим. Для запуска каждого веретена необходимо подать внешний запускающий импульс от генератора 5. Само веретено благодаря обратной связи через нейрон 7 течет спонтанно, то есть не требуется запускающего импульса для каждой волны веретена. Форма начала вспышки и ее длительность зависят от момента совпадения по времени внешнего запускающего импульса, поступающего от генератора 5 с одной из фаз положительной полуволны синусоидального напряжения генератора 4. Например, при совпадении запускающего импульса с фазой 90 синусоидальной положительной полуволны не наблюдается постепенного нарастания

10 вспышки (фиг. 5в), так как запускаются сразу все блоки 6 (фиг. 1) без дисперсии один относительно другого.

Второй режим. Спонтанное повторение веретена

15 без участия импульса внешнего запуска от генератора 5 осуществляется настройкой-повышением чув ствительности к дискретному сигналу входа одного из формальных нейронов 9 (фиг. 1) одного из блоков 6, В этом случае всего один внешний

20 импульс от генератора 5 вызывает циркуляцию незатухающих импульсов по пути 1 — 6 (блока с повышенной чувствительностью одного из нейронов входа) 7 — 1 и т.д. В момент подачи положительной полуволны синусоидального напряжения от генератора 4 циркулирующие импульсы служат запускающими и в то же время сами участвуют в суммации волн для образования веретенообразных вспышек.

Формула изобретения

Устройство для моделирования веретенообразной биоэлектрической активности мозга, содержащее генератор дискретных импульсов и генератор синусоидальных импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности моделирования, оно содержит модель нейронной сети, ко входам которой подключены выходы генераторов синусоидальных и дискретных импульсов, модели биоэлектрической активности мозга, входы которых соединены с выходами модели нейронной сети, и модель нейрона обратной связи, выход которой подключен к выходу генератора дискретных имульсов, а вход соединен с выходами моделей биоэлектрической активности мозга..525128

Составитель Е. Тимохина

Техред О. Луговая

Корректор Н. Бугакоив

Редактор В. Филилловв

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

Заказ S09 1/S 91 Tspaw 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

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