Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Chapitre IV : mise en œuvre et applicationssignaux biologiques, ce qui n'est pas le cas pour les simulateurs numériques. Il est ainsipossible d'utiliser le matériel d'enregistrement propre à l'électrophysiologie sans avoir àmanipuler de fragiles cellules vivantes.C'est dans cette optique que nous avons développé l'ASIC "susie" présenté au chapitre III. Ilmodélise un neurone à quatre conductances et est destiné à être inclus dans notre système,baptisé "microneurone". Avec ce simulateur, l’utilisateur dispose, sur des connecteurs BNC,du potentiel membranaire, de tensions proportionnelles aux courants de chacune des quatreconductances ioniques et d’une entrée commandée en tension pour la stimulation par injectionde courant sur la membrane.Vingt paramètres du modèle sont programmables. Présentés sur un afficheur à cristauxliquides de 16 caractères, ils sont réglés grâce à un clavier à trois touches et un bouton rotatif.Leurs valeurs sont sauvegardées dans une mémoire non volatile. Enfin une liaison sérieasynchrone permet un transfert entre deux "microneurones" ou entre un "microneurone" et unmicro-ordinateur (type PC ou Apple, via, respectivement, les ports RS232C et RS244).Un mode esclave permet un pilotage direct par un micro-ordinateur via le port série, dans cecas le système "microneurone" est en attente permanente de nouveaux paramètres et le clavierest verrouillé.La mise au point de "microneurone" a été démarrée par S. Potay dans le cadre de son stage defin d'étude pour l'IUT-A GEII à Bordeaux.4.1.Choix et principe de fonctionnement.Le modèle à quatre conductances simulé par "susie" comporte un total de 32 paramètres, 23sont des tensions appliquées au circuit, 8 sont des condensateurs correspondant aux différentesconstantes de temps et à la membrane, et, enfin, le dernier est une résistance modélisant laconductance de fuite.Il s'agit de concevoir un système permettant à l'utilisateur d'ajuster ces paramètres, c'est-à-direde programmer le modèle.Comme pour "ernest", les paramètres réglés par des tensions sont générés par desconvertisseurs numérique-analogique. Pour les constantes de temps, ajustées par descondensateurs externes, nous avons introduit une nouvelle possibilité de programmation : desmultiplexeurs analogiques huit voies permettent de sélectionner un condensateur parmi huit.171
Chapitre IV : mise en œuvre et applicationsLe nombre de valeurs disponibles n'est certes pas très important, mais c'est une améliorationpar rapport à la substitution manuelle qui été utilisée sur la carte "ernest".Nous avons décidé que seul un nombre limité des paramètres serait accessible à l'utilisateur,les autres étant fixés au niveau de la carte. Ce choix permet de limiter le nombre decomposants (convertisseurs et multiplexeurs) nécessaires ainsi que le nombre de paramètres àafficher. Le choix a été fait avec l'idée que parmi les quatre conductances de l'ASIC "susie"deux servent à générer des potentiels d'actions (Sodium Na et Potassium K) et que les deuxautres viennent les moduler (Calcium Ca et Potassium Calcium dépendant K(Ca)). Dans cetteoptique les tensions d'équilibre E ion , les pentes V pente et les trois constantes de temps desconductances Na et K sont figées. De même la capacité de membrane C mem et la résistanceR fuite ne sont pas réglables. Les paramètres restants sont amplement suffisants pour modifier laforme des potentiels d'actions. Si l'utilisateur souhaite étudier plus en détail les propriétés d'unneurone à deux conductances, il peut déconnecter Na et K et utiliser Ca et K(Ca) qui restenttotalement paramétrables.clavierµC 68hc11cna 8 sortiesx 2mux 8/1x 4ASICSUSIER fuiteC mem4 XV memtensionsproportionnelles auxcourants de conductanceport sérieStimulationFigure 4-19 : schéma de principe du simulateur analogique "microneurone".La programmation des CNA et multiplexeurs est effectuée par un microcontrôleur doté d'unclavier et d'un afficheur servant d'interface utilisateur. Nous avons choisi le microcontrôleur68HC711E9 de la société Motorola. Outre ses nombreuses entrées/sorties, nécessaires pour lespériphériques que sont clavier, afficheur, CNA et multiplexeurs, ce microcontrôleur présented'autres caractéristiques utiles à notre application : La mémoire de programme interne de 12 koctets permet de se passer d'un circuit demémoire externe. Nous avons aussi utilisé son UART (Universal Asynchrone Receiver and Transmitter)interne pour réaliser une liaison série. Elle permettra d'éventuels transferts entre deuxsystèmes ou avec un micro-ordinateur.172
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