Устройство для моделированияритмов ферментативной активности

Устройство для моделированияритмов ферментативной активности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВМ©УСКОВЫ С ВТИЙЬСТВУ (11) 805359 (61) Дополиительиое к авт. саид-ву (22) Заявлено 140379 (2t) 2759679/18-24 с присоединением заявки Й9 (23) Приоритет

Опубликовано 15.0281. Бюллетень ЙВ 6 (51)фд. Яд,з

G G 7/60

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открмтий (53) УДК 681. 333 (088.8)

Дата опубликования описания 1502В1

po--, / /, 1!

I (72) Авторы изобретения

В. Л.. Кузьменко н E. Н. Панасюк

Львовский государственный медицинский инстйтут (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РИТМОВ

ФЕРМЕНТАТИВНОИ АКТИВНОСТИ

Изобретение относится к физиологии и предназначено для моделирования ритмов ферментативных процессов в физиологических экспериментах, преимущественно в тех случаях, когда большое количество и разнообразие исходных переменных величин, харак-. теризующих ритмы отдельных пар ре" агентов (субстрат-фермент и фермЕнтсубстрат) в цапи ферментативных процессов, затрудняют анализ фермеитативных реакций в целом. устройство может также применяться и моделировании ряда патологических процессов, связанных с нарушением ритмов ферментативной активности.

Извес гно устройство для ма)1елирования биологических волн энцефалограммы, содержащее генераторы напря- 2ц жеиия, пульт управления, коммутатор, смеситель, ключи, делители напряжения и генератор продвигающих,импульсов (1). На данном устройстве, выбором соответствующих частот .генератора продвигающихся импульсов обеспечивается постепенное изменение амплитуды какой-либо частоты путем поочередного подключения .при помощи клю.чей, делителей напряжения.

Недостатком этого устройства является сложность управления и невозможность введения исходных величин, характеризующих динамику количественного соотношения реагентов в ходе реакции фермент — субстрат.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирова- ния нейронной сети, содержащее мо-дели нейронов в виде однородного слоя, причем выход каждой модели нейронов через цепь обратной связи соединен с его возбуждающим входом, который подключен к тормозным входам соседних моделей нейронов (2).

Недостатком этого устройства является невозможность точного моделирования ритмов непрерывно протекающих ферментативных процессов.

В предложенном устройстве в качестве основного элемента сети моде" лирования ритмов ферментатнвной ак,тивности применено устройство для моделирования нейрона в конкретном исполнении.

Принципиально возможно применение в устройстве других моделей нейронов (31.

Пель изобретения — расширение ., функциональных возможностей устрой80535c ства за счет взаимного влияния нейронов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее k моделей нейрона и k элементов задержки, введено k генераторов., k ключей, дополнительных, элементов задержки и коммутатор, выход i îé модели нейрона:через -ый элемент задержки соединен с первым возбуждающим входом (i+1)-ой модели нейрона, выход

"1-ой модели нейрона через (i-1)-ый дополнительный элемент задержки соединен с первым тормозным входом (i-1.)-ой модели нейрона, выход i-го генератора соединен с i-ыми входами всех ключей, первый выход i-го ключа соединен со вторым возбуждающим входом i-ой модели нейрона, второй выход i-го ключа соединен со вторым тормозным входом i-ой модели нейрона, третьи возбуждающий и тормозной 39 входы каждой модели нейрона подключены к соответствующему выводу коммутатора, выход каждого элемента задержки соединен с соответствующим выводом коммутатора. 25

Инок-схема устройства цредставлена на чертеже.

Устройство содержит блок 1 и коммутатор 2. Блок 1 состоит из моделей 31, 3, ...,3 нейронов, источников 4 сигналов, элементов 5 и 6 задержек, ключей 7 ...7х.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на возбуждающие входы моделей 3 нейронов сигналов с выходов генераторов 4 в цепи моделей нейронов блока 1 устанавливается некоторый ритм активности, временные и частотные характеристики которого зависят от частоты следования 40 импульсов подаваемых сигналов на входы моделей нейронов, весов этих входов и характеристик блоков 5 и 6 задержек. Эти величины задаются в каждом эксперименте в зависимости от 4 исходных данных, которые вводятся в устройство для аналогового моделирования изучаемого процесса. Отрицательные обратные связи с. выхода каждой модели нейрона на тормозной вход предыдущей модели эквивалентны обратным связям в .действительных ферментативных процессах. При этом каждая пара моделей нейронов (например

3 и 3 ; 3 и 3 ) моделируют ритм

1 количественных изменений в соответствующих парах субстрат (предшественник) — фермент и фермент-субстрат (продукт).

Аналогично процесс происходит далее по цепи включенных в блок 1 д моделей нейронов до последней в цепи модели нейрона 3, моделирующего конечный продукт ферментативного процесса, удаление из среды которого моделируется подачей сигналов на один из его тормозных входов с генератора 4.

При моделировании разветвленных или, напротив, сходящихся ферментативных процессов, а также замкнутых или частично замкнутых цепей ферментативных реакций, соответствующее дерево разветвления или же кольцо замкнутых процессов моделируются путем набора соответствующих подключений моделей нейронов через коммутатор. При этом могут быть набраны самые различные конфигурации цепей, моделирующих соответственно сложные цепи ферментативных реакций. При необходимости моделирования избытка субстрата или его алиментарной недостаточности соответственно меняется уровень сйгналов, подаваемых с источников сигналов 4 на соответствующие входы функциональных преобразователей.

Устройство позволяет моделировать ритмы ферментативной активности, свойственные некоторым патологическим состояниям, например при генетически обусловленном дефекте синтеза некоторого фермента. В этом случае в набранной конфигурации цепи соответствующая модель нейрона исключается из нее путем подавления его активности сигналами с генератора 4 на его тормозной вход. В естественных условиях, вследствие такого исключения фермента, происходит накопление в среде субстрата (предшественника), который удаляется из среды другими, менее активными, механизмами. Поэтому содержание субстрата в среде начинает испытывать резкие колебания, à сама характеристика ритмов активности всей сети приобретает черты гетерокинеза. В качестве примера можно привести цистатионурию, сопровождающуюся задержкой нейро-психического развития. Это заболевание возникает в результате снижения активности фермента цистатионидазы, расщепляющего в норме цистатион на цистеин.и гомосерин. При дефекте фермента происходит накопление в тканях цистатионина, приводящее к их поражению.

В работе устройства удаление субстрата моделируется путем подбора соответствующих сигналов на тормозной вход модели нейрона, моделирующего содержание данного субстрата.

Кроме того, с помощью устройства можно получить модель соответствующей

"диеты", оптимальной при данном или другом, связанном с нарушением ферментативного процесса, генетическом заболевании. Последнее моделируется регуляцией активности моделей нейронов, моделирующих соответствующие субстраты, что достигается подбором сигналов на их возбуждающие и тормозящие входы.

805359

Формула изобретения

ВНИИПИ. Заказ 10905/73 Тираж 756 Подписное

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

Полезный эффект от применения устройства заключается в возможности обобщения результатов анализов ритмов ферментативных процессов.

Устройство для моделирования ритмов ферментативной активности, содержащее k моделей нейрона s k элементов задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью. расширения функцио" нальных возможностей устройства за счет учета взаимного влияния нейронов, в устройство введено К генераторов, k ключей, k дополнительных элементов задержки и коммутатор, выход i-ой модели нейрона через (-ый элемент задержки соединен с первым возбуждающим входом (i+1)-ой модели нейрона., выход i-ой модели нейрона через (i 1)-ый дополнительный эле мент задержки соединен с первьм тормозным входом (-1)-ой модели нейрона, выход i-го генератора соединен с i-eau входами всех ключей, первый выход i-ro ключа соединен со вторым з возбуждающим входом 1-ой модели нейрона, второй выход i — го ключа соединен со вторим тормозным входом i-ой модели нейрона, третьи возбуждающий и тормозной входы каждой модели нейрона подключены к соответствующему выводу коммутатора, выход каждого .элемента задержки соединен с соответствующим выводом коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15 1. Авторское свидетельство СССР

Р 438995, кл. С 06 G 7/60, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

М 528579, кл. G 06 С 7/60, 1974 (прототип).

"И) 3. Авторское свидетельство CCP

М 647698, кл. G 06 G 7/60, 1976 .