CC BY
53
УДК 007:572.788.001.57
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА "КОМПЛЕКСНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД - МОДЕЛЬ НЕЙРОНА"
В.Ю. Вишневецкий, И.А. Кириченко, И.Б. Старченко, Н.Н. Чернов
Таганрогский государственный радиотехнический университет г. Таганрог, ГСП-17а, Некрасовский, 44, кафедра ЭГА и МТ Тел. (86344) 6-17-95, E-mail: ega@tsure.ru
В последние годы повысился интерес к разработке и созданию компьютеров нетрадиционного типа, в том числе и нейрокомпьютеров. Это связано прежде всего с тем, что даже самые современные, так называемые суперЭВМ, не способны решить многие практические проблемы, для решения которых нужны более мощные и более производительные вычислительные средства. Они необходимы при решении задач нейрофизиологии, искусственного интеллекта, метеорологии, сейсмологии, для глобального моделирования процессов в экосистемах и многих других. Необходимы они и при создании систем управления адаптивных интеллектуальных роботов. По современным представлениям нейрокомпьютер (НК) - это система, предназначенная для организации нейровычислений путем воспроизведения информационных процессоров, протекающих в нейронных сетях мозга. Структурной единицей НК служит специфический процессор - нейропроцессор (НП), имитирующий информационное функционирование отдельных нервных клеток - нейронов. Нейропроцессоры связываются друг с другом в нейроподобные структуры, имитирующие нейронные сети мозга. По этой причине, чем точнее НП воспроизводят информационную деятельность нервных клеток и чем ближе конфигурации искусственных нейронных сетей к конфигурациям сетей естественных, тем больше шансов воспроизвести в НК самообучение, самопрограммирование и другие свойства живых систем.
В связи с этим стал актуальным вопрос повышения уровня знаний по этому вопросу у студентов, для чего предлагается использовать лабораторный стенд, который бы наглядно продемонстрировал работу нейрона и процессы протекающие в нервной клетке.
Комплексная лабораторная установка по моделированию нейронов "Модель нейрона" предназначена для успешного усвоения студентами специальностей 190500- "Биотехнические и медицинские аппараты и системы", и 190600 -“Инженерное дело в медико-биологической практике” разделов курса, посвященных теории нервных клеток. Может использоваться для проведения лабораторных работ по курсам «Основы биологии человека и животных», “Биофизика”, "Методы медикобиологических исследований", «Моделирование процессов и систем» и др.
Комплексная лабораторная установка позволяет исследовать следующие характеристики нервных клеток:
Диапазон напряжений электрической активности нейрона (-80 -г- +40) мВ;
Потенциал покоя -70 мВ;
Длительность спайка ~3 мс.
Существует возможность отображения результатов как на осциллографе, так и на дисплее ПК.
Структурная схема комплексной лабораторной установки по моделированию нейронов, отражающая ее основные функциональные части устройства, их наименования и взаимосвязи, представлена на рис. 1.
Рис. 1
Структурная схема состоит из следующих блоков: 1 - генератор
синусоидальных напряжений; 2 - полосовой фильтр; 3 - фазосдвигающая цепочка; 4, 5, 6, 7 - блок аттенюаторов; 8 - суммарный интегратор; 9 - источник опорного напряжения; 10 - селектор импульсов; 11 - оконечный усилитель; 12 - ограничитель.
В связи с тем, что информативными параметрами работы нейронов являются не сами спайки и даже не их форма, а лишь величина межимпульсных интервалов, т.е. частота следования нервных импульсов в функции от величины возбуждения нервной клетки (т.к. в кодировании информации передаваемой от клетки к клетке не участвуют ни амплитуда нервных импульсов, ни их форма), то выходная функция нейрона может быть представлена в виде частоты следования сигналов, либо непосредственно в виде аналоговых величин. В нашем случае выходная характеристика имеет вид показанный на рис.2.
Здесь k - это коэффициент пропорциональности от функции выделяющей те интервалы в сигнале на суммирующем интеграторе, когда алгебраическая сумма больше нуля. Причем чем больше возбуждение клетки, тем выше частота следования импульсов вплоть до определяемой абсолютной рефрактерностью (в нашем случае это использование ограничителя на выходе), и наоборот, чем больше клетка
заторможена, тем больше межспайковый интервал. Таким образом выходной сигнал отражает степень возбуждения клетки. Так при интенсивном возбуждении, т.е. при большой амплитуде сигнала на интеграторе, на выходе сигнал будет с большим коэффициентом к. Который можно определить из графика выходной функции как tga=k.
Наряду с исследованием электронной модели, студентам предлагается выполнить компьютерное моделирование, позволяющее более широкий выбор и вариацию параметров. Была разработана компьютерная модель с использованием средств системы электронного моделирования Electronic Workbench (EWB). Примерный вид моделируемой характеристики показан на рис. 3.
^Oscilloscope X
Рис. 3.
Таким образом, разработан комплексный лабораторный стенд, позволяющий студентам всесторонне ознакомится с темой исследования, получить навыки работы как с электронными приборами, так и с компьютерной техникой.
Лабораторная установка была апробирована в учебном процессе кафедры ЭГА и МТ ТРТУ на занятиях студентов безотрывной формы обучения по курсу "Основы биологии человека и животных".
УДК 378.121
ОРГАНИЗАЦИЯ ПЛАНОВОЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (ПНИРС) МЕДИЦИНСКОГО ПРОФИЛЯ
Н.П. Заграй, И.А. Кириченко, И.Б. Старченко
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Плановая научно-исследовательская работа студента (ПНИРС) входит в учебные планы многоуровневой подготовки специалистов в рамках цикла специальных дисциплин, устанавливаемых вузом. Дисциплина ПНИРС присутствует
