JP6038982B2 - A system that stimulates the skull at multiple points - Google Patents
A system that stimulates the skull at multiple points Download PDFInfo
- Publication number
- JP6038982B2 JP6038982B2 JP2015039707A JP2015039707A JP6038982B2 JP 6038982 B2 JP6038982 B2 JP 6038982B2 JP 2015039707 A JP2015039707 A JP 2015039707A JP 2015039707 A JP2015039707 A JP 2015039707A JP 6038982 B2 JP6038982 B2 JP 6038982B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stimulation
- signal
- brain
- stimulus
- individual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrotherapy Devices (AREA)
Description
本発明は、多地点で頭蓋を刺激する方法とこの方法を実行するシステムに関する。 The present invention relates to a method for stimulating the skull at multiple points and a system for carrying out this method.
本発明の多地点で頭蓋を刺激する方法は、個々の刺激を頭蓋の複数の領域に加える。これは、特定の刺激信号を前記脳の領域近傍に配置された頭蓋刺激要素に加えることにより行われ、非線形結合された振動システムと見做した脳又はその一部を、刺激する。本発明は、本発明の方法を実行する多地点で頭蓋を刺激するシステムである。 The multi-site method of stimulating the skull of the present invention applies individual stimuli to multiple regions of the skull. This is done by applying a specific stimulation signal to a cranial stimulation element located in the vicinity of the brain region, stimulating the brain or part of it that is considered a non-linearly coupled vibration system. The present invention is a system for stimulating the skull at multiple points to perform the method of the present invention.
頭蓋内（脳）を刺激するあるいは頭蓋を通して脳を刺激する方法とシステムに対し、様々な提案がなされている。これ等の刺激は、刺激すべき領域の近傍に磁気パルスを加えることにより、或いは、TMS刺激即ちtDCS、ENS、TES刺激を含む電気信号を印加することにより、行われている。これ等のあるものは、頭蓋を多地点で刺激する技術思想を含む。即ち、複数の頭蓋刺激要素（電極或いは磁気コイル）を様々な神経領域に配置して、複数の刺激信号を与える。別のある技術はフィードバックのコンセプトを用いている。即ち、監視結果信号により印加する刺激信号の制御を実行して脳の活動をモニタしている。 Various proposals have been made for methods and systems that stimulate the brain (brain) or stimulate the brain through the skull. These stimulations are performed by applying a magnetic pulse in the vicinity of the region to be stimulated, or by applying an electrical signal including TMS stimulation, ie tDCS, ENS, TES stimulation. Some of these include the technical idea of stimulating the skull at multiple points. That is, a plurality of cranial stimulation elements (electrodes or magnetic coils) are arranged in various nerve regions to give a plurality of stimulation signals. Another technique uses the concept of feedback. That is, the brain activity is monitored by controlling the stimulus signal applied by the monitoring result signal.
磁気刺激信号又は電気信号の直接的印加による頭蓋刺激に関する幾つかの提案を以下に紹介する。 Several proposals for cranial stimulation by direct application of magnetic or electrical signals are introduced below.
特許文献１は、人間の脳内の神経組織を刺激するシステムと方法を開示する。これは、電気パルスを複数の場所に印加して、複数の状態（病変）の処理（そして治療）を目的としている。前記文献１は、上記の刺激信号を加える電極を人の頭蓋骨内に移植している。この方法は、電極を頭蓋骨内に移植する前に、ＴＭＳの手段により磁気刺激信号を印加して、患者が電極の移植に適しているか否かを決定する。電極を複数の場所に移植（配置）する目的は、複数の状態を一度に処理（そして治療）することである。それ等の応答信号は、それぞれ対応するプログラムにより解析される。しかし特許文献１は、複数の場所に刺激信号を印加して、単一の状態を得て処理することについては、開示していない。 U.S. Patent No. 6,057,051 discloses a system and method for stimulating neural tissue in the human brain. This is intended to treat (and treat) multiple conditions (lesions) by applying electrical pulses to multiple locations. In the document 1, an electrode for applying the stimulation signal is transplanted into a human skull. This method applies a magnetic stimulation signal by means of TMS prior to implanting the electrode into the skull to determine if the patient is suitable for electrode implantation. The purpose of implanting (placement) the electrodes at multiple locations is to treat (and treat) multiple conditions at once. These response signals are analyzed by the corresponding programs. However, Patent Document 1 does not disclose that a stimulus signal is applied to a plurality of places to obtain and process a single state.
特許文献２は、神経組織例えば脳細胞近傍の血管内に、複数の極小電極或いはそれ等のアレイを配置して、神経活動をこの複数の電極でモニタする技術を開示する。即ち、電気的刺激信号を他の電極を介して印加して現在の神経活動を監視し、それを以前に監視した神経活動と比較するシステムと方法を開示する。応用例では、脳とマシンとのインタフェースの開発、或いは人工関節制御を可能としている。 Patent Document 2 discloses a technique in which a plurality of minimal electrodes or an array thereof is arranged in a nerve tissue, for example, a blood vessel near a brain cell, and nerve activity is monitored by the plurality of electrodes. That is, a system and method is disclosed for applying electrical stimulation signals through other electrodes to monitor current neural activity and compare it to previously monitored neural activity. In the application example, the development of the interface between the brain and the machine or the artificial joint control is enabled.
一連のアルゴリズムを用いて、それぞれ活動状態にある複数の神経から得られるモニタされた信号を、空間−時間パターンに応じて分類することは、公知である。しかし、神経刺激を実行するアルゴリズムや特殊のプログラムは特許文献２には提案されていない。特許文献２は、モニタされた信号を使用するアルゴリズムに基づいて、応答信号を様々な方法で解析し、それに基づいて決定することを示唆しているにすぎない。 It is known to use a series of algorithms to classify monitored signals obtained from multiple active nerves according to spatio-temporal patterns. However, Patent Literature 2 does not propose an algorithm or a special program for executing nerve stimulation. Patent Document 2 merely suggests that the response signal is analyzed in various ways based on an algorithm that uses the monitored signal and determined based on the analysis.
更に特許文献３は、電気刺激（ＥＮＳ electorical stimulation）と磁気刺激（ＴＭＳ magnetic stimulation）を患者の体の様々な領域に、一緒に或いは別々に印加し管理するシステムと方法を開示する。特許文献３はモニタされた刺激信号に応答して刺激パラメータを適合させる。例えばＥＥＧにより適合することを提案している。ＴＭＳ刺激の場合では、変化するパラメータの一例は、パルス幅、周波数、磁界の強度と方向性である。 Further, US Pat. No. 6,057,059 discloses a system and method for applying and managing electrical stimulation (ENS electorical stimulation) and magnetic stimulation (TMS magnetic stimulation) to various regions of a patient's body together or separately. U.S. Pat. No. 6,057,059 adapts stimulation parameters in response to monitored stimulation signals. For example, it is proposed to be adapted by EEG. In the case of TMS stimulation, examples of changing parameters are pulse width, frequency, magnetic field strength and directionality.
特許文献４は、生体電気信号（ＥＥＧ）に依存して、患者の脳の刺激を行うシステムと方法を開示する。特許文献４は、複数の脳領域に加えられるＴＭＳ刺激のリアルタイムの適用を開示する。これは生体電気信号の双方向のフィードバックを用いて行う。これにより、ＴＭＳコイルのパルスのパラメータ（持続時間等）を変化させている。初期状態においては、刺激は、以前にモニタした状態に応じて、生体電気信号を加えることにより行われる。これにより患者のcognitive-emotive profile を決定する。しかし特許文献４は、生体電気信号の印加時又は印加開始時の何れに於いても、患者のcognitive-emotive profile と称する変数或いは場所に応じて、刺激を行ってはいない。 U.S. Patent No. 6,057,031 discloses a system and method for stimulating a patient's brain in dependence on a bioelectric signal (EEG). U.S. Patent No. 6,099,077 discloses real-time application of TMS stimulation applied to multiple brain regions. This is done using bidirectional feedback of the bioelectric signal. This changes the pulse parameters (duration, etc.) of the TMS coil. In the initial state, stimulation is performed by applying a bioelectric signal according to the previously monitored state. This determines the patient's cognitive-emotive profile. However, Patent Document 4 does not perform stimulation according to a variable or location called a patient's cognitive-emotive profile at the time of applying or starting the application of a bioelectric signal.
特許文献５は、ＥＥＧモニタリング・システムの出力とＴＭＳシステムの制御出力との間を閉鎖ループフィードバックして、所望の状態に達するまで、脳状態を変化させる構成を開示する。特許文献５はＴＭＳ刺激のパラメータ（振幅、動き、持続時間等）の制御を開示する。更に、単一周波数で単一磁界を生成するよう、磁石又はコイルを独立して制御することを開示する。しかし特許文献5は、刺激を実行するために、前記制御の適用については何ら開示せず、個々の刺激と他の刺激とを組み合わせて、且つ以前に決定した個々の刺激の特性に基づいて合成（組合せ）結果を如何に達成するかについての開示はない。 Patent Document 5 discloses a configuration in which a brain state is changed until a desired state is reached by closed-loop feedback between the output of the EEG monitoring system and the control output of the TMS system. Patent Document 5 discloses control of TMS stimulation parameters (amplitude, movement, duration, etc.). Further disclosed is the independent control of magnets or coils to generate a single magnetic field at a single frequency. However, Patent Document 5 does not disclose any application of the control in order to perform stimulation, and combines individual stimulations with other stimulations and synthesized based on characteristics of individual stimulations that have been determined previously. (Combination) There is no disclosure of how to achieve the results.
最新技術を分析した結果、最重要な結論は、ＴＭＳ刺激とｔＤＣＳの刺激は、具体性に欠け、限定された解析結果しか得られないことである（非特許文献１）。 As a result of analyzing the latest technology, the most important conclusion is that the TMS stimulation and the tDCS stimulation are not specific, and only limited analysis results can be obtained (Non-patent Document 1).
最新の研究によれば、脳活性の構造的サポートは、例え特定の周波数や位相に基づいても、様々に離間した異なる脳領域の活動（アクティビティ）の調整に関連する（非特許文献2）。神経科学における最も重要な挑戦的事項は、多くの神経のアクティビティの空間−時間パターンをマッピングし解析することである。これにより、人間の脳の情報を処理する。多数の神経網は人間の脳の情報の処理をつかさどる。脳は、多数の緻密に相互接続された神経網を具備し、その情報処理は時間と空間の様々なスケールに基づいて行われる。これは、全ての複雑なシステムの内で最も興味あるシステムである（非特許文献3）。 According to the latest research, the structural support of brain activity is related to the coordination of activities of different brain regions that are spaced apart, even based on specific frequencies and phases (2). The most important challenge in neuroscience is mapping and analyzing the spatio-temporal patterns of many neuronal activities. Thereby, the information of the human brain is processed. Many neural networks are responsible for processing information in the human brain. The brain has a number of densely interconnected neural networks whose information processing is based on various scales of time and space. This is the most interesting system among all complex systems (Non-Patent Document 3).
脳は、パターンモデル化されたツールとして研究されている。このツールにおいては、環境入力は、ボディ・センサーによるトランスレーションにより変換されると、解析される。環境入力をモデル化する能力はより高級な生体センサの生き残りに必須である。ニューラルネットワーク（神経網）は、応答も効率的に行う為に、このモデル化するタスクを実行する。しかし、これは入力情報が脳をダイナミックに変更するのに必要である場合、或いはそれらを修正するのに必要である場合で、しかもダイナミックにする必要である場合である（非特許文献6）。 The brain has been studied as a pattern-modeled tool. In this tool, environmental inputs are analyzed as they are transformed by translation by body sensors. The ability to model environmental inputs is essential for the survival of higher-grade biosensors. The neural network (neural network) performs this modeling task in order to efficiently respond. However, this is a case where input information is necessary to dynamically change the brain, or a case where it is necessary to modify them, and it is necessary to make them dynamic (Non-patent Document 6).
一例として、初期の発見では、瞬間的な先端領域は、音の間の差を決定するために、データ処理と共に機能するいう概念をサポートしている。このフレームワークに於いては、コヒーレントに活性化し同一の表示の一部を形成するような空間的に分散した神経グループの組が、関連性を形成する（非特許文献４）。言い換えると、脳は局部的に分布した一連の神経網として記述できる。この神経網は、双方向の接続手段によりダイナミックに一時的にリンクされ、これが機能的な一体化を達成する（非特許文献５）。 As an example, in early discovery, the instantaneous tip region supports the concept of working with data processing to determine the difference between sounds. In this framework, a set of spatially dispersed neural groups that are coherently activated and form part of the same display form a relationship (Non-Patent Document 4). In other words, the brain can be described as a series of locally distributed neural networks. This neural network is dynamically and temporarily linked by bidirectional connection means, which achieves functional integration (Non-Patent Document 5).
脳は、非線形に結合された振動システムと見做すことができる。このシステムに於いては、様々な領域が同時に様々な処理に寄与する。 The brain can be viewed as a non-linearly coupled vibration system. In this system, various areas contribute to various processes simultaneously.
以下の多地点頭蓋刺激に関連する提案は知られていない。即ち、上記のアプローチを考慮にいれて、非線形に結合された振動システムとして脳を解析し、加えられるべき個々の刺激信号を決定することについては、いまだ開示されていない。 The following proposals related to multi-site cranial stimulation are not known. That is, taking into account the above approach, it has not yet been disclosed to analyze the brain as a non-linearly coupled vibration system and determine the individual stimulus signals to be applied.
本発明の目的は、従来の頭蓋刺激方法に代わるさらに好ましい頭蓋刺激方法を提供することである。これは、上記のアプローチを非線形に結合された振動システムと見做した脳に適用して、共振概念を用いて加えるべき刺激信号を決定し、脳全体をより良く刺激する方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a more preferable cranial stimulation method that replaces the conventional cranial stimulation method. This is because the above approach is applied to the brain that is regarded as a non-linearly coupled vibration system to determine the stimulation signal to be applied using the resonance concept and provide a way to better stimulate the entire brain. is there.
本発明の第１態様の多地点で頭蓋を刺激する方法は、（Ａ）個々の刺激を、頭（頭蓋）の複数の領域に加える手段を有する。前記（Ａ）手段は、特定の刺激信号を、前記脳の領域近傍に配置された頭蓋刺激要素に加えることにより、行われる。 The method for stimulating the skull at multiple points according to the first aspect of the present invention includes (A) means for applying individual stimuli to a plurality of regions of the head (cranium). The means (A) is performed by applying a specific stimulation signal to a cranial stimulation element arranged in the vicinity of the brain region.
従来技術とは異なり、本発明の第１態様の多地点で頭蓋を刺激する方法は、更に、
（Ｂ）前記脳或いはその一部の単純化モデルを構築する手段と、
（Ｃ）前記脳又はその一部を、非線形結合された振動システムと見なす手段と、
（Ｄ）前記刺激信号を、それ等が前記非線形結合振動システムの固有振動モードを刺激するよう、決定する手段と、を有する。
Unlike the prior art, the method of stimulating the skull at multiple points of the first aspect of the present invention further comprises:
(B) means for constructing a simplified model of the brain or part thereof;
(C) means for regarding the brain or part thereof as a non-linearly coupled vibration system;
(D) means for determining the stimulation signals such that they stimulate the natural vibration modes of the nonlinear coupled vibration system.
本発明の第１態様の多地点で頭蓋を刺激する方法は、（Ｅ）前記刺激信号を空間と時間を調整して印加する手段を更に有する。一実施例においては、更に（Ｆ）前記刺激信号の一部を同時に印加する手段を有する。前記（Ｆ）手段により前記脳又はその一部の固有振動モードを引き起こす。 The method for stimulating the cranium at multiple points according to the first aspect of the present invention further comprises (E) means for applying the stimulation signal after adjusting the space and time. In one embodiment, the method further includes (F) means for simultaneously applying a part of the stimulation signal. The natural vibration mode of the brain or a part thereof is caused by the means (F).
前記刺激すべき領域は、前記脳の大脳皮質を通って伸びる。一実施例においては、この領域は、脳の大脳皮質を貫通して伸びる。 The area to be stimulated extends through the cerebral cortex of the brain. In one embodiment, this region extends through the cerebral cortex of the brain.
本発明の第１態様の多地点で頭蓋を刺激する方法は、刺激信号の印加中あるいはその後に、（Ｇ）前記脳の活動を監視する手段を更に有する。前記（Ｇ）手段は脳の特定の領域に配置された電子生体センサーを用いて行われる。 The method for stimulating the skull at multiple points according to the first aspect of the present invention further includes (G) means for monitoring the brain activity during or after the application of the stimulation signal. The means (G) is performed using an electronic biosensor placed in a specific region of the brain.
上記の監視は、従来公知の技術を適用することにより、例えば電子脳造影法又は磁気脳造影法を適用することにより、行われる。 The above monitoring is performed by applying a conventionally known technique, for example, applying an electronic brain imaging method or a magnetic brain imaging method.
上記の監視の目的は、監視用信号と監視信号の結果として得られた監視結果信号を提供すること、刺激信号を監視結果信号に応じて制御することである。かくして刺激はリアルタイムで脳のアクティビティで得られた変化に合うよう自己校正される。これは、頭蓋刺激要素の信頼できない配置位置に基づく不正確さを回避するためである。患者或いはユーザの頭の形状がわからない場合には、脳の電界又は磁界の第一分布に悪影響を及ぼすからである。 The purpose of the monitoring is to provide a monitoring signal and a monitoring result signal obtained as a result of the monitoring signal, and to control the stimulation signal according to the monitoring result signal. Thus, the stimuli are self-calibrated to match the changes obtained in brain activity in real time. This is to avoid inaccuracies based on unreliable placement positions of the cranial stimulation elements. This is because if the shape of the patient's or user's head is unknown, the first distribution of the electric or magnetic field of the brain is adversely affected.
前記刺激信号を変化させるために、（Ｉ）前記刺激信号の位相、周波数、振幅を独立して制御する手段を有する。これにより、誘起された電気信号の位相、周波数、振幅を変化させる。 In order to change the stimulation signal, (I) means for independently controlling the phase, frequency, and amplitude of the stimulation signal. This changes the phase, frequency, and amplitude of the induced electrical signal.
適用すべき多地点頭蓋刺激に関しては、特に一実施例に於いては、頭蓋横断磁気刺激である。この場合頭蓋刺激要素は、磁気コイル或いはエミッタである。それ等に加えられる電気信号に依存して磁界を生成する。他の実施例に於いては、多地点頭蓋刺激は電気刺激である。この場合頭蓋刺激要素は電極である。この電気刺激は、従来の直流刺激即ちｔＤＣＳとは異なり、汎用化された電流刺激或いはＴＣＳである。即ち本発明は直流／交流の信号に限定されず、０−２００Ｈｚの範囲の周波数の電流が使用可能である。 With regard to multi-point cranial stimulation to be applied, in particular in one embodiment, transcranial magnetic stimulation. In this case, the cranial stimulation element is a magnetic coil or an emitter. A magnetic field is generated depending on the electrical signal applied to them. In other embodiments, the multi-site cranial stimulus is an electrical stimulus. In this case, the cranial stimulation element is an electrode. This electrical stimulation is a generalized current stimulation or TCS, unlike conventional direct current stimulation or tDCS. That is, the present invention is not limited to a DC / AC signal, and a current having a frequency in the range of 0 to 200 Hz can be used.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法は刺激信号を決定する。その結果非線形に結合された振動システムの複数個の固有振動モードを刺激する。これは、直接に或いは外部から、同時に或いは別時間で、刺激信号を急速に決定する手段で行う。その結果、それ等は前記の固有振動モードを直接刺激する。この場合刺激信号は一次固有振動モードを刺激するよう決定し、残り（二次、三次−−固有振動モード）は、前記一次固有振動モードを刺激するような特定の刺激信号の調和モード或いは準調和モードで自己刺激する手段により、刺激する。 In one embodiment, the method of the first aspect of the present invention determines a stimulus signal. As a result, a plurality of natural vibration modes of the vibration system coupled nonlinearly are stimulated. This is done by means of rapidly determining the stimulation signal, directly or externally, simultaneously or at different times. As a result, they directly stimulate the natural vibration mode. In this case, the stimulus signal is determined to stimulate the primary natural vibration mode, and the rest (secondary, tertiary--natural vibration mode) is the harmonic mode or quasi-harmonic of the specific stimulus signal that stimulates the primary natural vibration mode. Stimulate by means of self-stimulation in mode.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法は、（Ｊ）前記脳の複数の領域に対応する複数の単純化したモデルを構築する手段と、（Ｋ）前記刺激信号を決定し制御する手段とを更に有する。前記刺激信号は、前記脳の部分の単純化したモデルに対応する非線形結合振動システムの１つの固有振動モードを刺激するよう、選択される。 In one embodiment, the method of the first aspect of the invention comprises (J) means for constructing a plurality of simplified models corresponding to a plurality of regions of the brain, and (K) determining the stimulation signal. And a means for controlling. The stimulation signal is selected to stimulate one natural vibration mode of a nonlinear coupled vibration system corresponding to a simplified model of the brain portion.
言い換えると、本発明の一態様の方法は、脳全体或いは脳の様々な部分を、干渉、アプリケーションに応じて、刺激する。脳全体或いは脳の部分を、特定の共振周波数を有する非線形に結合された振動システムと見做す。これを考慮にいれて印加すべき刺激信号の決定を行う。 In other words, the method of one aspect of the present invention stimulates the entire brain or various parts of the brain in response to interference and application. The whole brain or a part of the brain is regarded as a nonlinearly coupled vibration system having a specific resonance frequency. Taking this into consideration, the stimulation signal to be applied is determined.
本発明の一実施例によれば、多地点頭蓋刺激は頭蓋内の刺激であり、この場合頭蓋刺激要素は侵襲性である。本発明の一実施例に於いては、多地点頭蓋刺激は頭蓋を横断する刺激である。この場合の頭蓋刺激要素は非侵襲性である。好ましい実施例においては、上記のモニタリングでは、これはスペイン特許出願２２８９９４８号に提案された極小構造の導体の電子生体センサである。刺激信号は電気信号である。 According to one embodiment of the present invention, the multipoint cranial stimulation is an intracranial stimulation, in which case the cranial stimulation element is invasive. In one embodiment of the present invention, the multipoint cranial stimulus is a stimulus across the skull. The cranial stimulation element in this case is non-invasive. In the preferred embodiment, in the monitoring described above, this is an electronic biosensor of minimal structure proposed in Spanish patent application 2289948. The stimulus signal is an electrical signal.
一実施例に於いては、提案された本発明の方法は多地点の脳頭蓋横断モニタリングを実行する。刺激は電流で行う（ＭｔＣＳとして公知である）。その際に脳内に流れる電流を微妙に制御する。本発明の方法は、電極を順番に並べたアレイで実行し、その際、位相、振幅、周波数を独立して制御する。これにより脳内の様々な部分を流れる電流の様々な空間−時間の変調を提供する。 In one embodiment, the proposed method of the present invention performs multi-site craniocranial monitoring. Stimulation is performed with an electric current (known as MtCS). At that time, the current flowing in the brain is finely controlled. The method of the present invention is performed on an array of electrodes in sequence, with independent control of phase, amplitude, and frequency. This provides various spatio-temporal modulations of current flowing through different parts of the brain.
本発明の他の実施例に於いては、本発明の方法は、電極の幾つかのサブグループを各サブグループに共通の制御信号で制御する方法を含む。脳の電気刺激に関するこれまでの研究成果（この場合、ｔＤＣＳ）によれば、頭蓋骨の抵抗率は高いために、皮質に達する電流は減衰し、大部分の電流は頭皮に沿って廻り込む。頭の形状と生体組織の電磁特性と電極の配置位置は、最終の電界分布の決定に大きな役目を果たす。このような感受性は、刺激システムの校正サブシステムのデザインとそれを使用することが必要となり、更に脳の単純化したモデルの構築が必要となる。 In another embodiment of the invention, the method of the invention includes a method of controlling several subgroups of electrodes with a control signal common to each subgroup. According to previous research on electrical stimulation of the brain (in this case, tDCS), because the resistivity of the skull is high, the current that reaches the cortex is attenuated and most of the current flows around the scalp. The shape of the head, the electromagnetic characteristics of the living tissue, and the positions of the electrodes play a major role in determining the final electric field distribution. Such susceptibility requires the design and use of a stimulation subsystem calibration subsystem, and the construction of a simplified model of the brain.
本発明の一態様による方法は、上記の要件を考慮に入れる。その結果、本発明の方法は、校正サブシステムの機能を実行するガイド手段と校正手段とを有し、上記の脳のアクティビティのモニタリングの結果として実行される。 The method according to one aspect of the invention takes into account the above requirements. As a result, the method of the present invention comprises guide means and calibration means for performing the functions of the calibration subsystem, and is executed as a result of the above-described monitoring of brain activity.
本発明の一態様による方法は、個々の刺激をフォーカスする為に、ガイド手段を有する。前記ガイド手段において、前記頭蓋刺激要素に加えられる刺激信号は、脳の領域（三次元空間）に依存して、決定され制御される。 The method according to one aspect of the invention has guide means to focus individual stimuli. In the guide means, the stimulation signal applied to the cranial stimulation element is determined and controlled depending on the brain region (three-dimensional space).
本発明の一態様による方法は、個々の刺激のフォーカスを効率化する為に、校正手段を更に有する。この校正手段において、前記刺激信号の変化は、監視結果信号に応じて、行われる。即ち、何が良好な調整を行うために電気刺激又は磁気刺激を引き起こすのかに基づいて、行われる。 The method according to an aspect of the present invention further comprises calibration means in order to make the focus of the individual stimuli efficient. In this calibration means, the stimulus signal is changed in accordance with the monitoring result signal. That is, based on what causes electrical or magnetic stimulation to make a good adjustment.
上記の得られた監視結果信号は、刺激により誘起された不要な信号を含む。この刺激信号は、アプリケーションから直接的に得られた刺激信号、或いはそれから抽出された信号のいずれかである。上記の信号を適切にフィルタリングすることにより、不要な信号即ちノイズを除去して、脳活性（アクティビティ）を実際に示す信号を得る必要がある。それは、自然のアクティビティ、或いは加えられた刺激の応答結果である。
The obtained monitoring result signal includes an unnecessary signal induced by stimulation. This stimulus signal is either a stimulus signal obtained directly from the application or a signal extracted therefrom. By appropriately filtering the above signal, it is necessary to remove an unnecessary signal, that is, noise, and obtain a signal that actually indicates brain activity. It is a natural activity or the response result of an applied stimulus.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法は、（Ｍ）前記監視結果信号に適用される解析技術（例、ＥＥＧ）を用いる手段を有する。これにより、前記刺激により誘起された電気信号と自然生体電気信号或いは前記刺激の応答信号とを区別する。 In one embodiment, the method of the first aspect of the invention comprises (M) means using an analysis technique (eg, EEG) applied to the monitoring result signal. Thereby, the electrical signal induced by the stimulus is distinguished from the natural bioelectric signal or the response signal of the stimulus.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法の解析技術は、周波数分離技術、時間分離技術、断層撮影技術或いはその組み合わせを含むグループから選択される技術である。 In one embodiment, the analysis technique of the method of the first aspect of the present invention is a technique selected from the group comprising a frequency separation technique, a time separation technique, a tomography technique, or a combination thereof.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法は、（Ｎ）前記監視結果信号に適用される拡散スペクトラム技術を用いる手段をさらに有する。これにより前記各頭蓋刺激要素内の刺激に関連するアクティビティを特定する。 In one embodiment, the method of the first aspect of the present invention further comprises (N) means using a spread spectrum technique applied to the monitoring result signal. This identifies the activity associated with the stimulation within each cranial stimulation element.
一実施例に於いては、本発明の第一態様の方法は、（Ｏ）マーキング信号を各刺激信号に関連付ける手段を更に有する。具体的には、マーキング信号を各頭蓋刺激要素内の刺激信号に重ねることにより、行われる。これにより、前記刺激信号の印加により誘起される各電気信号の位置を改善し、前記刺激により誘起される電気信号と脳のアクティビティ（自然アクティビティ又は印加された刺激の結果）を表す信号との区別を、前記監視結果信号を解析することにより、明確にする。 In one embodiment, the method of the first aspect of the invention further comprises (O) means for associating a marking signal with each stimulus signal. Specifically, this is done by superimposing the marking signal on the stimulation signal in each cranial stimulation element. This improves the position of each electrical signal induced by the application of the stimulus signal, and distinguishes between the electrical signal induced by the stimulus and a signal representing brain activity (natural activity or the result of the applied stimulus). Is clarified by analyzing the monitoring result signal.
一実施例に於いては、前記のマーキング信号は、純粋なサイン波形信号の直接シーケンス拡散スペクトラム（direct sequence spread spectrum ＤＳＳＳ）である。この純粋なサイン波形信号は、前記信号のノイズレベル以下のパワー密度を具備した信号（ＥＥＧ（脳波Electroencephalogram：EEG））を生成する。 In one embodiment, the marking signal is a direct sequence spread spectrum DSSS of a pure sine waveform signal. This pure sine waveform signal generates a signal (EEG (EEG)) having a power density equal to or lower than the noise level of the signal.
各断層撮影ボクセル（tomography voxel）における信号分散を回復するプロセスにより、各ボクセルにおける各頭蓋刺激要素による寄与分を回復（重ね合わせ原理を用いて）できる。更に本発明の第一態様に提案された方法を用いることにより、様々な頭蓋刺激要素に加えられる刺激信号の強度を調整する手段により、前記のガイド・手段を改善することができる。 The process of recovering signal dispersion in each tomography voxel can recover (using the superposition principle) the contribution from each cranial stimulation element in each voxel. Furthermore, by using the method proposed in the first aspect of the present invention, the guide means can be improved by means of adjusting the intensity of the stimulation signal applied to the various cranial stimulation elements.
他の実施例に於いては、本発明の方法は、断層撮影を実行する前に分散を回復するプロセスを含む。これはプロセスが線形プロセスだから可能である。一実施例に於いては、マーキング信号は、刺激信号を供給する頭蓋刺激要素内に於いて同一である。そのスペクトラムは、疑似ランダム・ノイズを用いて拡散される。疑似ランダム・ノイズは、ＣＤＭＡ（携帯電話およびＧＰＳシステムで使用されている）でも使用されている。 In another embodiment, the method of the present invention includes a process of restoring dispersion before performing tomography. This is possible because the process is a linear process. In one embodiment, the marking signal is the same in the cranial stimulation element that provides the stimulation signal. The spectrum is spread using pseudo-random noise. Pseudorandom noise is also used in CDMA (used in mobile phones and GPS systems).
モニタリング信号を獲得するのに用いられるセンサは、ＥＥＧの手段により、刺激信号に起因する全ての寄与分を受領する。この刺激信号のパワーは、監視結果信号内に存在する脳のアクティビティを表す信号のパワーレベル以下である。本発明の第一態様により提案された方法のアプリケーションにより、脳の複合アクティビティ・パターンが、モデルを介して制御され再生される。本発明の方法により行われる多地点頭蓋刺激方法により、以下のことを行うことができる。
＊振動する脳内の特定のリズムとパターンを調節できる自由度、
＊特定の部位に焦点を当てのを改善すること、
＊皮質全体を通して時間と空間をコーディネートした刺激、
＊各部位における周波数と位相の関係の制御、
＊監視結果信号のリアルタイムのフィードバックの結果として刺激の自己校正と適用、
The sensor used to acquire the monitoring signal receives all contributions due to the stimulus signal by means of EEG. The power of this stimulus signal is below the power level of the signal representing brain activity present in the monitoring result signal. With the application of the method proposed according to the first aspect of the present invention, the complex activity pattern of the brain is controlled and reproduced through the model. With the multi-site cranial stimulation method performed by the method of the present invention, the following can be performed.
* Degree of freedom to adjust specific rhythms and patterns in the vibrating brain,
* Improve focusing on specific areas,
* Stimulation that coordinated time and space throughout the cortex,
* Control of the relationship between frequency and phase at each part
* Self-calibration and application of stimuli as a result of real-time feedback of monitoring result signals,
第２の態様において、本発明の多地点で頭蓋を刺激するシステムは、
（Ａ）脳の複数の領域に配置される頭蓋刺激要素と、
（Ｂ）前記複数の頭蓋刺激要素に接続される電子システムと、
を有する。
前記電子システムは、前記頭蓋刺激要素に刺激信号を印加して、前記脳の複数の領域を個別に刺激する。しかし、これは、個々の刺激の結果として各領域の局部的な結果を達成するのではなく、個々の刺激の合成に起因する全体的な結果を得るものである。
In a second aspect, the system for stimulating the skull at multiple points of the present invention comprises:
(A) a cranial stimulation element disposed in a plurality of regions of the brain;
(B) an electronic system connected to the plurality of cranial stimulation elements;
Have
The electronic system applies a stimulation signal to the cranial stimulation element to individually stimulate a plurality of regions of the brain. However, this does not achieve local results for each region as a result of individual stimuli, but obtains an overall result resulting from the synthesis of individual stimuli.
前記の全体的な結果を得る為に、本発明のシステムの電子システムは、脳又はその一部の単純化したモデルへのアクセスを有する処理ユニットを有する。前記脳又はその一部は、非線形に結合された振動システムと見なされる。前記処理ユニットは、前記非線形に結合された振動システムの固有振動モードを引き起こすよう前記刺激信号を決定する。 In order to obtain the overall results described above, the electronic system of the system of the present invention has a processing unit that has access to a simplified model of the brain or part thereof. The brain or part thereof is considered a non-linearly coupled vibration system. The processing unit determines the stimulus signal to cause a natural vibration mode of the non-linearly coupled vibration system.
前記電子システムは一連の電子生体センサを有する。前記電子生体センサは、前記脳の特定の領域に配置され、前記電子システムの処理ユニットに接続されて、前記脳の活動をモニタする。 The electronic system has a series of electronic biosensors. The electronic biosensor is disposed in a specific region of the brain and is connected to a processing unit of the electronic system to monitor the activity of the brain.
一実施例に於いて、前記電気生態学センサは、前記頭蓋刺激要素と空間的に一致させて配置される。更にこの実施例の変形として、各頭蓋刺激要素と各電気生物学センサは、刺激機能と監視機能の両方を実行できる同一の要素でもよい。 In one embodiment, the electroecological sensor is placed in spatial alignment with the cranial stimulation element. Further, as a variation of this embodiment, each cranial stimulation element and each electrobiological sensor may be the same element that can perform both stimulation and monitoring functions.
使用される配置システムは、標準のシステム、例えば電極配置の１０/３０システムである。上記の処理ユニットは、前記監視される脳アクティビティに依存して、前記刺激信号を制御する。 The placement system used is a standard system, for example a 10/30 system of electrode placement. The processing unit controls the stimulation signal depending on the monitored brain activity.
本発明の第二態様により提案されるシステムは、上記の多地点頭蓋刺激を本発明の第一態様により提案された方法を適用することにより、実行する。このため、上記の処理ユニットは、一連のアルゴリズムを実行する、すなわち、本発明の方法の様々な手段を実行する。特に脳を単純化したモデル（とこのモデルの構造）へのアクセスとその解析に関連する手段を実行して、前記モデルに基づいて刺激信号を決定し、監視結果信号の解析を実行し、頭蓋刺激の動作期間の間リアルタイムで刺激信号の適応のためにそれ等を使用し、初期状態においては様々なガイド・手段、更に校正手段を実行する。 The system proposed by the second aspect of the present invention performs the multi-point cranial stimulation described above by applying the method proposed by the first aspect of the present invention. For this purpose, the processing unit described above executes a series of algorithms, i.e. the various means of the method of the invention. In particular, access to and analysis of the simplified model of the brain (and the structure of this model) is performed, the stimulus signal is determined based on the model, the analysis of the monitoring result signal is performed, and the skull They are used for the adaptation of the stimulus signals in real time during the stimulus operation period, and in the initial state, various guides and means, and further calibration means are implemented.
一実施例に於いては、本発明の方法は、２つの頭蓋刺激要素の間で双方向に生成された電流の計算値から、刺激信号を決定する。これは、特定の刺激信号を与えた後行われ、重ね合わせ技術を用いて生成された多地点電流の計算を実行する。前記技術は、頭蓋刺激要素の組みにより適用される刺激効果は、各対の頭蓋刺激要素により生成される刺激効果の重ね合わせであるという仮定に基づいている。本発明の一態様により提案される方法は、前記刺激信号を決定して、特定の脳アクティビティを減らしたり、抑制したりする。 In one embodiment, the method of the present invention determines a stimulation signal from a calculated value of current generated bi-directionally between two cranial stimulation elements. This is done after applying a specific stimulus signal and performs a calculation of the multi-point current generated using the superposition technique. The technique is based on the assumption that the stimulation effect applied by a set of cranial stimulation elements is a superposition of the stimulation effects generated by each pair of cranial stimulation elements. The method proposed according to one aspect of the present invention determines the stimulation signal to reduce or inhibit specific brain activity.
本発明の方法とシステムは、例えば以下のものに適用可能である。
研究：認識心理学／神経科学。これにより因果関係が決定できる。人間の脳の柔軟性は、ＴＭＳ刺激の繰り返し（と、シータ・バースト刺激、或いは対の関連する刺激のような技術の変形例）により測定できる。
診断：ＴＭＳ刺激を診断レベルで用いて、人間の脳の特定の脳回路のアクティビティと機能を測定する。
治療：ＴＭＳ刺激を用いて複数の神経状態を治療する。例えば、偏頭痛、脳卒中、癲癇、パーキンソン病、失調症、耳鳴り、精神異常、うつ病或いは幻覚。
脳／機械のインターフェイス：マシンから脳への通信及びその逆方向への通信。
知覚合成：データソースを直接人間の脳に結合して、新たな検知を得る。
The method and system of the present invention can be applied, for example, to:
Research: Cognitive psychology / neuroscience. Thereby, a causal relationship can be determined. Human brain flexibility can be measured by repeated TMS stimuli (and variations of techniques such as theta burst stimuli or paired related stimuli).
Diagnosis: TMS stimulation is used at the diagnostic level to measure the activity and function of specific brain circuits in the human brain.
Treatment: Treat multiple neurological conditions with TMS stimulation. For example, migraine, stroke, epilepsy, Parkinson's disease, ataxia, tinnitus, mental abnormalities, depression or hallucinations.
Brain / machine interface: Communication from machine to brain and vice versa.
Perceptual synthesis: Connect data sources directly to the human brain to gain new detection.
上記のアプリケーションのあるものについては文献があるが、本発明の方法とシステムのアプリケーションは、得られた結果を改善し且つ刺激システムに固有の様々なパラメータを調整したり適合したりする機能と自由度を改善する。 Although there is literature for some of the above applications, the application of the method and system of the present invention has the ability and freedom to improve the results obtained and to adjust and adapt various parameters specific to the stimulation system. Improve the degree.
図１は、患者Ｈに対し実施された本発明の第二態様のシステムを表す。患者Ｈには複数の頭蓋刺激要素Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎが配置される。これ等の頭蓋刺激要素は、患者の脳の複数の領域に対応して、その近傍に配置される。 FIG. 1 represents the system of the second aspect of the present invention performed on patient H. Patient H has a plurality of cranial stimulation elements E1, E2. . . . En is arranged. These skull stimulation elements are arranged in the vicinity of a plurality of regions of the patient's brain.
上記したように本発明のシステムは、一連の電気生体センサＳ１，Ｓ２．．．Ｓｎを有する。これの電気生体センサは、人間の脳の特定の領域に隣接して配置され、電気システムの処理ユニットと接続されて、脳の活性状態を監視する。前記電気生体センサＳ１，Ｓ２．．．．Ｓｎは、患者Ｈの脳近傍に配置される。 As described above, the system of the present invention includes a series of electric biosensors S1, S2,. . . It has Sn. This electrical biosensor is placed adjacent to a specific region of the human brain and is connected to a processing unit of the electrical system to monitor the active state of the brain. The electric biosensors S1, S2. . . . Sn is arranged near the brain of the patient H.
本発明のシステムは更に電子システムを有する。この電子システムは、複数の頭蓋刺激要素Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎに接続されて、この頭蓋刺激要素にそれぞれ刺激信号を与えて、脳の複数の領域を個別に刺激する。本発明のシステムの目的は、各刺激領域で得られる個別の結果ではなく、特定の刺激信号で各領域を刺激することにより生成される出力を合成した結果である。これにより、脳或いは脳の一部の固有振動モードの刺激を得る。脳或いはその一部は、非線形に結合された振動システムとして考えることができる。 The system of the present invention further comprises an electronic system. The electronic system includes a plurality of cranial stimulation elements E1, E2. . . . Connected to En, each of the cranial stimulation elements is given a stimulation signal to individually stimulate multiple regions of the brain. The purpose of the system of the present invention is not the individual results obtained in each stimulation region, but the result of combining the outputs generated by stimulating each region with a specific stimulation signal. Thereby, stimulation of the natural vibration mode of the brain or a part of the brain is obtained. The brain or part of it can be thought of as a vibration system coupled in a non-linear manner.
前記の電子システムは、局部的に配置されるＳＣＭシステムを有する。これは、頭蓋刺激要素Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎと前記電気生体センサＳ１、Ｓ２．．．．Ｓｎとを支持する支持部材（図示せず）により支持されている。前記支持部材は、図１では示していないが、スペイン実用新案出願１０６７９０８の図４ａ−４ｃに示したもの（参照記号Ｃ）である。これは患者Ｈの頭部に取り付けられる。脳の特定の領域近傍の領域内に、頭蓋刺激要素Ｅ１，Ｅ２．．．Ｅｎと一連の電気生体センサＳ１，Ｓ２．．．．Ｓｎが、配置される。 The electronic system has an SCM system that is locally located. This is because the cranial stimulation elements E1, E2. . . . En and the electric biosensors S1, S2. . . . It is supported by a support member (not shown) that supports Sn. Although not shown in FIG. 1, the supporting member is the one shown in FIGS. 4a to 4c of the Spanish utility model application 1067908 (reference symbol C). This is attached to the head of patient H. In regions near specific regions of the brain, cranial stimulation elements E1, E2. . . En and a series of electrical biosensors S1, S2. . . . Sn is arranged.
本発明の一実施例によれば、本発明のシステムは表示手段を有する。表示手段は、特定の刺激信号からプログラムされた刺激のリアルタイムのマップと、モニタされた脳のアクティビティのマップとを同時に示す。 According to one embodiment of the present invention, the system of the present invention comprises display means. The display means simultaneously shows a real-time map of stimulation programmed from a specific stimulation signal and a map of monitored brain activity.
本発明のシステムは、上記したものに限定されず、本発明のシステムにより実行される刺激は、頭蓋を横断するタイプで、非侵襲性の頭蓋刺激要素を用いて行われる。 The system of the present invention is not limited to the one described above, and the stimulation performed by the system of the present invention is a type that traverses the skull and is performed using a non-invasive cranial stimulation element.
図１に示すように、ローカル電子システムＳＣＭは、前記電子システムに含まれるリモート電子システムＳＲと無線で通信する。そのため、本発明のシステムは通信モジュールを含む。この通信モジュールは、ＩＥＥＥ８００２．１５.４仕様に従って動作する。しかし、別の通信技術又はプロトコルでも動作可能である。 As shown in FIG. 1, the local electronic system SCM communicates wirelessly with a remote electronic system SR included in the electronic system. Therefore, the system of the present invention includes a communication module. This communication module operates according to the IEEE 8002.15.4 specification. However, other communication technologies or protocols can operate.
ローカル電子システムＳＣＭは、スペイン実用新案ＥＳ１０６７９０８Ｕに記載されたＳＣＭとして示すローカルシステム用に記載された機能を実行し、２つの電位の信号をコンディショニングする。 The local electronic system SCM performs the functions described for the local system shown as the SCM described in the Spanish utility model ES1067908U and conditions the signals of the two potentials.
更に、刺激信号を決定し適用し、それをコンディショニング（例えばＤ／Ａ変換を行う）し、この刺激信号を頭蓋刺激要素Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎに印加し、センサＳ１、Ｓ１．．．．Ｓｎを介した監視結果信号を受信し、解析し、単純化したモデルにアクセスし、ガイドし、校正する。 In addition, a stimulus signal is determined and applied, conditioned (eg, D / A converted), and the stimulus signal is applied to the cranial stimulation elements E1, E2. . . . En, and sensors S1, S1. . . . Receive and analyze the monitoring result signal via Sn, access, guide and calibrate the simplified model.
前記ローカル電子システムＳＣＭは、バッテリーを具備し、最終的な要件によっては、様々な周波数、位相、振幅を持った信号を様々な頭蓋刺激要素に印加する。 The local electronic system SCM includes a battery, and applies signals having various frequencies, phases, and amplitudes to various cranial stimulation elements depending on final requirements.
要するに、ローカル電子システムＳＣＭは、頭蓋刺激要素と監視センサを制御し、リモート電子システムＳＲと無線で通信して、携帯用の完全なデジタルシステムを構成する。 In short, the local electronic system SCM controls the cranial stimulation elements and the monitoring sensors and communicates wirelessly with the remote electronic system SR to form a complete portable digital system.
一実施例に於いては、ローカル電子システムＳＣＭは、メモリを有し、オンボードのデータを記憶し、ローカル電子システムＳＣＭを自律的に機能させる。一実施例に於いては、前記リモート電子システムＳＲは、刺激／監視のアプリケーションを実行する。これは、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを介して双方向にアクセス可能であり、処理ユニットＰＤＰＵにＵＳＢコントローラを介して接続される。 In one embodiment, the local electronic system SCM has a memory, stores on-board data, and allows the local electronic system SCM to function autonomously. In one embodiment, the remote electronic system SR executes a stimulus / monitoring application. This is bidirectionally accessible via the TCP / IP protocol and is connected to the processing unit PDPU via a USB controller.
前記処理ユニットＰＤＰＵはパーソナルデータ処理ユニットＰＤＰＵであり、電子システムＳＣＭの対応する通信モジュールと無線で双方向に通信できる通信モジュールを組み込んでいる。これは、システムＳＣＭとリモート電子システムＳＲとの間のインターフェイスとして機能する。 The processing unit PDPU is a personal data processing unit PDPU and incorporates a communication module capable of wirelessly bidirectionally communicating with a corresponding communication module of the electronic system SCM. This functions as an interface between the system SCM and the remote electronic system SR.
一実施例に於いては、ローカル電子システムＳＣＭと処理ユニットＰＤＰＵとの間の無線通信は、低速の無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮｓ）に基づいて行われ、モニタリングは、スペイン実用新案ＥＳ１０６７９０８Ｕに記載した回路に基づいて行われる。 In one embodiment, the wireless communication between the local electronic system SCM and the processing unit PDPU is based on low-speed wireless personal area networks (LR-WPANs), and the monitoring is based on the Spanish utility model ES1067908U. This is performed based on the circuit described in the above.
上記したＤＳＳＳ処理と、マーキング信号の同期化と、刺激信号を適用する頭蓋刺激要素の制御と、サンプリングと、マーキング信号の分散を回復するプロセスと、マーキング信号の位相の追跡に用いられる位相ロックループＰＬＬアルゴリズムとは、デジタル信号処理プロセスを必要とし、これはローカル電子システムＳＣＭでリアルタイムで実行できる。このため、デジタル処理は、現場でのフィールドプログラミングゲートアレイ即ちＦＰＧＡで実施され集積されたプロセッサと共に実行され、電力必要要件を最低限に維持する。 Phase locked loop used for DSSS processing as described above, marking signal synchronization, control of cranial stimulation elements to which stimulus signals are applied, sampling, recovery of marking signal dispersion, and phase tracking of marking signals The PLL algorithm requires a digital signal processing process, which can be performed in real time on the local electronic system SCM. Thus, digital processing is performed with a processor implemented and integrated in a field programming gate array or FPGA in the field to keep power requirements to a minimum.
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。 The above description relates to one embodiment of the present invention, and those skilled in the art can consider various modifications of the present invention, all of which are included in the technical scope of the present invention. The The numbers in parentheses described after the constituent elements of the claims correspond to the part numbers in the drawings, are attached for easy understanding of the invention, and are used for limiting the invention. Must not. In addition, the part numbers in the description and the claims are not necessarily the same even with the same number. This is for the reason described above. With respect to the term “or”, for example, “A or B” includes selecting “both A and B” as well as “A only” and “B only”. Unless stated otherwise, the number of devices or means may be singular or plural.
Claims (20)
前記複数の頭蓋刺激要素に接続される電子システムと、
を有する多地点で頭蓋を刺激するシステムにおいて、
前記電子システムは、前記複数の頭蓋刺激要素に個別の刺激信号を印加して、前記脳の複数の領域を個別に刺激し、前記電子システムは処理ユニットを有し、前記処理ユニットは、非線形に結合された振動システムと見なされる脳又はその一部を単純化したモデルを表すデータへのアクセス装置を有し、前記処理ユニットは、前記の単純化したモデルを表すデータにアクセスしてこれを解析し、前記複数の頭蓋刺激要素（Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎ）の内の様々な頭蓋刺激要素に向けた、様々な周波数と位相と振幅とを有する個別の刺激信号を決定し、この決定は、前記の単純化したモデルを表す前記データの解析と、前記個別の刺激信号が前記非線形の振動システムの固有振動モードを刺激するような要件に基づいて、行われ、前記脳の複数の領域の内の各領域を、個別に刺激した結果として得るのではなく、周波数と位相と振幅とが異なる個別の出力信号を合成して得られる全体的な結果として得る
ことを特徴とする多地点で頭蓋を刺激するシステム。 A plurality of cranial stimulation elements (E1, E2... En) arranged at multiple points on the skull adjacent to a plurality of brain regions;
An electronic system connected to the plurality of cranial stimulation elements;
In a system for stimulating the skull at multiple points with
The electronic system applies individual stimulation signals to the plurality of cranial stimulation elements to individually stimulate a plurality of regions of the brain, the electronic system includes a processing unit, and the processing unit is nonlinear A device for accessing data representing a simplified model of a brain or part thereof considered as a combined vibration system, the processing unit accessing and analyzing data representing the simplified model; And determining individual stimulation signals having various frequencies, phases and amplitudes directed to various cranial stimulation elements of the plurality of cranial stimulation elements (E1, E2... En). Is performed based on the analysis of the data representing the simplified model and the requirement that the individual stimulus signal stimulates a natural mode of vibration of the nonlinear vibration system. A multi-point characterized in that each of the regions is not obtained as a result of individually stimulating, but as an overall result obtained by synthesizing individual output signals having different frequencies, phases and amplitudes. A system that stimulates the skull.
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The electronic system has a series of electronic biosensors (S1, S2 ... Sn), the electronic biosensor is arranged in a specific region of the brain and connected to a processing unit of the electronic system. The system according to claim 1, wherein the brain activity is monitored.
ことを特徴とする請求項２記載のシステム。 The electronic system includes a local electronic system (SCM) supported by a mechanical support member, the mechanical support member including the cranial stimulation element and the electronic biosensors (S1, S2 ... Sn). The mechanical support member is attached to a patient's head and holds the cranial stimulation element and the electronic biosensor on a skull near a specific region of the brain. The described system.
ことを特徴とする請求項３記載のシステム。 The system of claim 3, wherein the local electronic system (SCM) comprises an on-board data storage device.
ことを特徴とする請求項３記載のシステム。 4. The system of claim 3, wherein the local electronic system includes a communication module, and the communication module communicates wirelessly with a remote electronic system.
を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 2. The system of claim 1, further comprising means for applying the individual stimulation signals in a time and space related to an electric field on the cortex.
ことを特徴とする請求項６記載のシステム。 7. The system of claim 6, further comprising means for simultaneously applying a portion of the individual stimulation signals, wherein the means causes stimulation of the natural vibration mode of the brain or a portion thereof.
ことを特徴とする請求項６記載のシステム。 The system according to claim 6, wherein the region to be stimulated by the applying means is the entire cerebral cortex of the brain.
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 Means for monitoring the brain activity and means for controlling the individual stimulus signal, the control means performing control by changing the individual stimulus signal depending on a monitoring result signal The system according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The system according to claim 1, further comprising means for independently controlling the phase, frequency or amplitude of the individual stimulus signals, thereby changing the phase, frequency or amplitude of the induced electrical signal. .
前記個別の刺激信号は、前記脳の一部の単純化したモデルに対応する非線形に結合された振動システムの固有振動モードを選択的に刺激する
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The processing unit comprises an algorithm for constructing a plurality of simplified models corresponding to a plurality of regions of the brain, and an algorithm for determining and controlling the individual stimulus signals;
The system of claim 1, wherein the individual stimulation signals selectively stimulate natural vibration modes of a non-linearly coupled vibration system corresponding to a simplified model of the portion of the brain.
＊印加される電気信号刺激に応答して磁界を生成するのに適した磁気コイル又はエミッターで行われる多地点の頭蓋横断型の磁気刺激（transcranial magnetic stimulation）：
＊多地点の非侵襲性の頭蓋横断型の電気刺激（transcranial electrical stimulation）：
＊多地点の侵襲性の頭蓋内の電気刺激：
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The cranial stimulus is a stimulus selected from: * a multi-point transcranial magnetic stimulus (must be performed with a magnetic coil or emitter suitable for generating a magnetic field in response to an applied electrical signal stimulus ( transcranial magnetic stimulation):
* Multi-site non-invasive transcranial electrical stimulation:
* Multi-site invasive intracranial electrical stimulation:
The system according to claim 1.
前記ガイド手段は、前記頭蓋刺激要素に加えられる個々の刺激信号を、前記脳の領域に依存して決定し制御し、
前記校正手段は、監視結果信号に応じて、前記刺激信号を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 Means for focusing individual stimuli, said means for focusing comprising guide means and calibration means;
The guide means determines and controls individual stimulation signals applied to the cranial stimulation element depending on the region of the brain;
The system according to claim 1, wherein the calibration unit changes the stimulation signal according to a monitoring result signal .
ことを特徴とする請求項９記載のシステム。 The processing unit executes an algorithm using an analysis technique applied to the monitoring result signal, and distinguishes between an electrical signal induced by the stimulus and a natural bioelectric signal or a response signal of the stimulus. The system according to claim 9.
ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。 15. The system according to claim 14, wherein the analysis technique is a technique selected from a group including a frequency separation technique, a time separation technique, a tomography technique, or a combination thereof.
ことを特徴とする請求項９記載のシステム。 10. The system of claim 9, wherein the processing unit executes an algorithm that uses a spread spectrum technique applied to the monitoring result signal to identify activity associated with stimulation of each cranial stimulation element.
ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。 The processing unit executes an algorithm for associating a marking signal with each stimulus signal, improves the identification of the location of each electrical signal induced by the application of the stimulus signal, and the electrical signal induced by the stimulus and the 15. The system according to claim 14, wherein the distinction from the response signal to the stimulus is clarified by analyzing the monitoring result signal.
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The processing unit generates an algorithm for determining the individual stimulation signal from the calculated value of the bipolar current between the two cranial stimulation elements and the multipoint between the two cranial stimulation elements in response to a specific stimulation signal being applied. The system of claim 1, wherein an algorithm is used that uses a superposition technique to calculate the measured current.
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the processing unit executes an algorithm that determines the individual stimulus signals to suppress specific brain activity.
前記刺激により誘起された電気信号と自然生体電気信号或いは前記刺激の応答信号とを区別する為に、監視結果信号に適用される解析技術を用いる前記処理ユニットのアルゴリズムと、
前記刺激により誘起された電気信号を不要な信号を見なし、前記監視結果信号をフィルタ処理して、前記不要な信号を前記脳のアクティビティを実際に示す信号から除去する前記処理ユニットのアルゴリズムと、
前記のフィルタ処理された信号から、監視された前記脳のアクティビティに依存して、前記個々の刺激信号を変化させることによって、前記刺激を制御する前記処理ユニットのアルゴリズムと、
を有する
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 The individual stimulation signals, the observed changes in the activity of the brain, real time further have or combining means for self-calibration, the self-calibration to or combining means, before or applied during the application of the stimulus signal Means for monitoring said brain activity, said means for monitoring comprising:
An algorithm of the processing unit using an analysis technique applied to a monitoring result signal to distinguish between the electrical signal induced by the stimulus and the natural bioelectric signal or the response signal of the stimulus;
An algorithm of the processing unit for observing unwanted electrical signals induced by the stimulus, filtering the monitoring result signal, and removing the unwanted signal from signals that are actually indicative of the brain activity;
An algorithm of the processing unit that controls the stimulation by varying the individual stimulation signals from the filtered signal depending on the monitored brain activity;
The system of claim 1, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015039707A JP6038982B2 (en) | 2015-02-28 | 2015-02-28 | A system that stimulates the skull at multiple points |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015039707A JP6038982B2 (en) | 2015-02-28 | 2015-02-28 | A system that stimulates the skull at multiple points |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011522525A Division JP2013507146A (en) | 2009-08-13 | 2009-10-13 | Method and system for exciting the skull at multiple points |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015097887A JP2015097887A (en) | 2015-05-28 |
| JP6038982B2 true JP6038982B2 (en) | 2016-12-07 |
Family
ID=53374914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015039707A Expired - Fee Related JP6038982B2 (en) | 2015-02-28 | 2015-02-28 | A system that stimulates the skull at multiple points |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6038982B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008077440A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Ebs Technologies Gmbh | Apparatus and method for stimulating a brain of a person |
-
2015
- 2015-02-28 JP JP2015039707A patent/JP6038982B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015097887A (en) | 2015-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2324882B1 (en) | Multi-site cranial stimulation system | |
| Vosskuhl et al. | Non-invasive brain stimulation: a paradigm shift in understanding brain oscillations | |
| Woods et al. | A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools | |
| Thut et al. | Guiding transcranial brain stimulation by EEG/MEG to interact with ongoing brain activity and associated functions: a position paper | |
| CN105916547B (en) | Method and system for optimizing configuration of multi-site transcranial current stimulation, and computer-readable medium and computer program | |
| JP6113760B2 (en) | Device for calibrating non-invasive asynchronous neural stimulation | |
| Ruffini et al. | Optimization of multifocal transcranial current stimulation for weighted cortical pattern targeting from realistic modeling of electric fields | |
| US10350410B2 (en) | Device and method for effective non-invasive neurostimulation by means of varying stimulus sequences | |
| CN104768449B (en) | Device for examining a phase distribution used to determine a pathological interaction between different areas of the brain | |
| US9327124B2 (en) | Apparatus and method for calibrating invasive electric desynchronizing neurostimulation | |
| US20150105837A1 (en) | Brain therapy system and method using noninvasive brain stimulation | |
| US11744514B2 (en) | Device and method for calibrating a non-invasive mechanically tactile and/or thermal neurostimulation | |
| Litvak et al. | EEG and MEG primers for tracking DBS network effects | |
| Ertl et al. | Investigating the vestibular system using modern imaging techniques—A review on the available stimulation and imaging methods | |
| US10918862B1 (en) | Method for automated closed-loop neurostimulation for improving sleep quality | |
| Götz et al. | Primary somatosensory contextual modulation is encoded by oscillation frequency change | |
| Vernet et al. | Electroencephalography during transcranial magnetic stimulation: current modus operandi | |
| JP6038982B2 (en) | A system that stimulates the skull at multiple points | |
| JP2013507146A (en) | Method and system for exciting the skull at multiple points | |
| Groppa et al. | Perspectives of implementation of closed-loop deep brain stimulation: From neurological to psychiatric disorders | |
| Susta et al. | Brain activation sequences | |
| Miniussi et al. | Accessing Cortical Connectivity Using TMS: EEG Co-registration: TMS and Connectivity | |
| Kičić | Probing cortical excitability with transcranial magnetic stimulation | |
| Halldórsdóttir | Network neuroscience evaluation of the relation between electroencephalography signals during electrophysiological and movement test | |
| Tugin | TMS and EEG in the study of human brain dynamics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160205 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160208 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160518 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160518 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161019 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161102 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6038982 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |