JP6950901B2 - 脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法及び装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本出願の35 U.S.C.§119(e)に基づいて2017年8月26日に提出されたアメリカ臨時特許出願62/550,596号及び2017年10月29日に提出されたアメリカ臨時特許出願62/578,463号の優先権は、そのすべての内容の全文が引用の形態で本文に組み込んでいる。

［技術分野］
本願は全体として、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法及び装置に関し、ここで、脳の周囲によって電磁場を発生し、且つ、脳におけるニューロン機能部位との場相互作用を検知することによって脳におけるニューロンの放電周波数に依存する活動を検知する。

［背景技術］
脳は複数の機能部位に集まったニューロンにより形成されている。各機能部位は脳において特定の機能を実行し、且つ機能部位の機能活動は典型的に機能部位でのニューロンの放電周波数に関連され、脳における活動として表している。各脳機能部位において、ニューロンは細胞外液に囲まれ、細胞外液にはカルシウム、カリウム及び塩素のような帯電粒子が含まれている。各ニューロンはその半透明膜に門があり、細胞外液における帯電粒子はニューロンに流入又は流出する。帯電粒子が拡散によりニューロンの半透明膜へ流入及び集まり、膜電位を閾値まで上昇する（即ち、ニューロンの分極）ことに伴って、膜が刺激を受けると、膜の門が開き、これによりすべての帯電粒子が膜から流出し（ニューロンの脱分極）、ニューロンの分極及び脱分極の循環を完成する。脱分極の完了の時、別の循環であるニューロンの分極が次の脱分極に進み始める。これをもって類推して、脳機能部位の機能状態が特徴付けられた放電周波数で、ニューロンの放電循環が形成される。例えば、疼痛検知用の脳機能部位(例えば、前帯状皮質(ACC))の放電周波数は、疼痛に対する脳の検知に直接関わっている。ACCの放電周波数はある値より低いとき、脳には疼痛検知がない。ACCの放電周波数は閾値より高いとき、脳は疼痛を検知し始め、且つ、放電周波数の増加に伴って、疼痛検知が強くなる。

ニューロン周囲の細胞外液における帯電粒子は、細胞外液においてニューロンが周期的に分極および脱分極することに伴って、ニューロンに流入又は流出すると、細胞外液における帯電粒子の濃度は相応的に変化する。つまり、誘電材料である細胞外液の誘電率は、細胞外液におけるニューロンの分極および脱分極に伴って循環されて(即ち、放電循環)周期的に変化し、また、脳機能部位におけるニューロンは機能部位で機能を同期的に実行するため、ニューロンの放電周波数は同期のものであり、且つ、ニューロン周囲の細胞外液の誘電率の変化周波数は、機能部位でのニューロンの放電周波数を条件とする。ニューロン周囲の細胞外液の誘電率の変化周波数を測定することにより、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を測定することができる。

［発明の内容］
本発明の1つの態様において、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知するために、脳の近くに置くアンテナによって、交番電磁場及びパルス電磁場を含む変化する電磁場を発生し、脳の目標機能部位は、発生した電磁場の近傍場内にあることになる。

具体的には、脳の機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法を提供し、該方法は、
変化する電磁場を発生するとともに、発生した電磁場の近傍場が目標脳機能部位に作用させることと、
目標脳機能部位での電磁場の変更を検知することと、
目標脳機能部位での電磁場が変更された変更周波数を、目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数として決定することと、を含む。

ここで、近傍場は、発生した変化する電磁場と電磁場を発生するアンテナとの距離d、アンテナの最大寸法D、及び発生した電磁場の真空中の波長λによって、以下の関係式に該当するように限定される。

例えば、脳における睡眠促進部位の腹外側視索前核（VLPO）を選択的に検知する場合、VLPOの寸法が約1cm、かつ、真空中の波長が6cmの電磁場の脳内での波長が1cmであると仮定すると、1cmの波長はVLPOの寸法と整合して、高変調効率が獲得される。この場合、電磁場の波長λは6cmであり、その為、電磁場の周波数は5GHzであり、アンテナの最大寸法Dは18cmであり、以下のとおりである：

即ち、近傍場とアンテナの間の最大距離は19.3cmである。ここで、寸法Dの値は距離dの値に関わっており、かつ、当業者は、D及びdの値を適切で相応的に調節して目標脳機能部位に適切に作用させることを知っている。

アンテナにおける電流と電荷の強い誘導性と容量性に基づいて、発生した電磁場の近傍場によって、脳におけるニューロン集団で形成されたニューロンクラスタが二次アンテナとして働くことで、脳における電場が誘導され、その電場は目標脳機能部位での細胞外液を分極させる。近傍場によって目標脳機能部位での細胞外液を分極させるので、目標脳機能部位での細胞外液は細胞外液の分極密度を構築するときに近傍場の電力を吸収し、且つ近傍場を含む電磁場の波の位相と振幅が変更され、ここで、変更程度は細胞外液の分極密度レベルによって決められ、それは細胞外液における帯電粒子濃度に伴って変化する。同時に、脳部位での細胞外液におけるニューロンは所定の周波数で放電することで、細胞外液における帯電粒子濃度はニューロンの放電周波数で変化するようにし、これにより、細胞外液の分極密度がニューロンの放電周波数で変化するようにし、近傍場を含む電磁場の波は、脳において、電磁場が発生した位相と振幅に対して変更されてニューロンの放電周波数で変化するようにする。

本発明において、発生した変化する電磁場を用いるとともに、脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する電磁場変更の変化周波数を測定することによって、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知し、ここで、変化する電磁場は、目標脳機能部位を囲って脳機能部位での細胞外液を分極させる近傍場を有し、かつ、細胞外液の分極密度は電磁場に誘導され、且つ、脳機能部位でのニューロンの放電を介して(細胞外液における帯電粒子濃度を変更することによって)変更される。目標脳機能部位の状態又は特徴に関する検知周波数の所定のスケールを利用するによって、目標脳機能部位での機能活動を検知する。本発明の方法において、発生した電磁場の真空中の周波数が300MHzから150GHzの範囲内であり、ここで、最適なのは、発生した電磁場の脳における波長が、目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する電磁場変更の変化周波数の測定は、検知された電磁場の脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する位相変更(発生した電磁場に対して)を含み、及び/又は、検知された電磁場の脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する振幅変更(発生した電磁場に対して)を含む。その後、この変更の周波数を算出することができる。

好ましくは、発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、電磁場の脳機能部位での波長が目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。

変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化する。

目標脳機能部位での電磁場の変更は位相変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、または、
目標脳機能部位での電磁場の変更は振幅の変更であり、かつ、検知した電磁場の脳機能部位での振幅と、発生した電磁場の振幅とを比較することにより決定される。

目標脳機能部位での電磁場の変更は、アンテナによって検知されてもよく、又は、オプションとして脳機能部位での電磁場に作用させるアンテナから離れたアンテナによって検知される。

目標脳機能部位は、例えば、疼痛検知用の前帯状皮質(ACC)であってもよく、かつ、ACCでの決定されたニューロンの放電周波数及びニューロンの放電周波数と疼痛強度の間のスケールに基づいて、脳における疼痛検知程度を決定する。

例えば、目標脳機能部位は動作意図用の脳部位であり、前頭前野及び運動皮質を含む。

本発明の他方の態様において、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置を提供し、信号生成モジュール、信号生成モジュールに接続されるアンテナ、及び計算モジュールを含む装置であって、
信号生成モジュールは、変化する電流信号を生成して該電流信号をアンテナに送信し、変化する電磁場を発生するように配置され、その近傍場が目標脳機能部位に作用するために用いられ、
アンテナは、さらに、目標脳機能部位での電磁場の変更を検知するように配置され、又は、装置は、目標脳機能部位での電磁場の変更を検知するように配置される個別のアンテナをさらに含み、
計算モジュールは、目標脳機能部位での検知された電磁場の変更に基づいて目標脳機能部位での電磁場が変更される変化周波数を目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数として決定する。

近傍場は、発生した変化する電磁場と電磁場を発生するアンテナとの距離d、アンテナの最大寸法D、及び発生した電磁場の真空中の波長λによって、以下の関係式に該当するように限定される。

発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、電磁場の目標脳機能部位での波長が目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。

変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化する。

目標脳機能部位での電磁場の変更は位相変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の目標脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、または、
目標脳機能部位での電磁場の変更は振幅の変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の目標脳機能部位での振幅と、発生した電磁場の振幅とを比較することにより決定される。

上記解決策により、目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数を容易に特定することができるので、目標脳機能部位の状態又は特徴に関する検知周波数の所定のスケールを参照して脳活動を決定することができる。

当業者であれば理解するように、上記方法により実現される利点は、上記装置により実現されても良い。

［図面の簡単な説明］
本文では、図面を参照して、本発明のいくつかの実施例を例示的に説明する。ここで、具体的に添付図面を参照すると、示された詳細は、例示として、本発明の実施例を例示的に説明する目的である。この態様では、図面に関連した説明は、本発明の実施例を実施する方法を当業者に理解させる為である。

図面において、
図1は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する方法を示す概略図である。

図2は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳をその覚醒モードからその睡眠モードに変換させる。

図3は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは一連の電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳を促進して、脳に蓄積された老廃物を取り除き、ニューロンの周囲の過剰な蛋白質の消耗過程を完了させ、アルツハイマー病の治療及び予防の目的に用いられる。

図4は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳を変調して、癲癇を治療する。

図5は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳におけるセロトニンの放出を担当する脳機能部位に作用して、脳を変調して、うつ病を治療し、該脳機能部位はSCGを含む。

図6は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は学習及び記憶を担当する脳機能部位に作用して、脳の学習及び記憶を促進し、該脳機能部位は前頭葉及び側頭葉を含む。

図7は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法を示す概略図である。

図8は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳における機能部位に作用して、他のアンテナが、発生後に脳機能部位を経過した電磁場を受信し、受信した電磁場と最初に発生した電磁場とを比較するように配置され、この2つの電磁場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。

図9は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳における機能部位に作用して、発生した電磁場の脳機能部位で誘起された電磁場を同じアンテナで検知し、検知した誘起電場と、最初に発生した電場とを比較して、電場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。

図10は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が疼痛検知用の脳機能部位、即ち、ACCに作用して、同時に、他のアンテナが、発生後に脳機能部位を経過した電磁場を受信し、受信した電磁場と最初に発生した電磁場とを比較するように配置され、この2つの電場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。

図11は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、機能脳部位での動作意図に関するニューロンの放電周波数を検知して、脳コンピュータインターフェースに用いられるように、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳機能部位、即ち、前頭前野及び運動皮質に作用して、同時に、他のアンテナが、脳機能部位での電磁場を受信し、受信した電磁場で発生した電気信号に基づいて電気信号を計算モジュールに送信するように配置され、ここで、最初に発生した電磁場の電気信号と、受信した脳機能部位での電磁場の信号とを比較して、この2つの電磁場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定し、その後、検知したニューロンの放電周波数を解析して脳コンピュータインターフェースに用いられる。

［発明を実施するための形態］
以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施例を説明する。

〔ニューロンの放電周波数の変調〕
本発明をよりよく理解するために、以下、図1乃至図6を参照して、ニューロンの放電周波数の変調を先ず説明する。

一つの実施例において、図1に示すように、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する方法は以下を含む：
ステップS101、電磁場を発生し、ここで、その電力は、プリセット変調周波数で変化する；及び
ステップS102、発生した電磁場を脳の近くに配置し、目標脳機能部位が電磁場の近傍場の範囲内に位置するようにし、これにより、電磁場の電力を利用して、脳機能部位での細胞外液を分極させ、細胞外液の分極密度がプリセット変調周波数で変化するようにし、且つ細胞外液におけるニューロンがプリセット変調周波数で放電するように変調される。

電磁場の近傍場はアンテナによって発生され、且つ

の条件を満たし、ここで、ｄはアンテナから近傍場が終了する近傍場端までの距離を表し、Dはアンテナの最大寸法を表し、及びλは発生した電磁場の真空中の波長を表す。ここで、仮にｄが上記条件を満たすと、アンテナからの電力は、アンテナの電流及び電荷の誘導及び電容効果により(脳のニューロン集団により形成されたニューロンクラスタを介して、目標脳機能部位に印加され、ここで、ニューロンクラスタはアンテナから近傍場内の目標脳機能部位への電力の受信に用いられる二次アンテナとして働く)、近傍場内の目標脳機能部位に効果的に移行される。

脳がアンテナにより発生した電磁場の近傍場に囲まれた時、アンテナにおける電流及び電荷の強い誘導及び電容効果により、脳におけるニューロン集団により形成されたニューロンクラスタを二次アンテナとして、アンテナから近傍場内の脳機能部位にまで深く入った電力を受信する。

ここで、近傍場はアンテナまでの距離ｄ、アンテナの最大寸法D、及びアンテナにより発生した電磁場の波長λの制限を受けている。

発生した電磁場の真空中の波長λは、発生した電磁場の脳機能部位での波長が脳機能部位の寸法と整合するようにする。このような形態により、電磁場により脳機能部位を効果的に変調することが可能となる。

付加的又は代わりに、発生した電磁場の真空中の波長λは、電磁場の脳機能部位での波長が脳機能部位の寸法の70％から130％に至るようにする。

例えば、脳における睡眠促進部位の腹外側視索前核（VLPO）を選択的に変調する場合、VLPOの寸法が約1cm、かつ、真空中の波長が6cmの電磁場の脳内での波長が1cmであると仮定すると、1cmの波長はVLPOの寸法と整合して、高変調効率が獲得される。この場合、電磁場の波長λは6cmであり、その為、電磁場の周波数は5GHzであり、アンテナの最大寸法Dは18cmであり、以下のとおりである：

即ち、近傍場からアンテナまでの最大距離は19.3cmである。ここで、寸法Dの値は距離dの値と関連し、かつ、当業者は、D及びdの値を適切に相応的に調節して目標脳機能部位に適切に作用させることを知っている。

本実施例では、アンテナを介して電磁場を発生し、アンテナは脳の近くに配置され、脳の目標機能部位が発生した電磁場の近傍場内にあり、且つ近傍場の電場により対象機能部位での細胞外液を分極させ、近傍場の電力がプリセット変調周波数でバーストに変調されることにより、対象機能部位での細胞外液の分極密度は電力の変化周波数（即ち、プリセット変調周波数）と同じ周波数で変化し、従って目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する。

上記方法の一例において、脳はその覚醒モードからその睡眠モードに変換させ、アンテナは電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して睡眠誘導を行う。操作中、アンテナは脳の近くに位置し、脳の睡眠促進部位は、発生した電磁場の近傍場内にあり、睡眠促進部位は、腹外側視索前核（VLPO）を含み、近傍場の電力により、対象機能部位での細胞外液を分級させ、ここで、低周波で電磁場の電力がバーストフォーマットに変調され、対象機能部位での細胞外液の分極密度が電力の変化周波数と同じ周波数で変化し、脳睡眠促進部位でのニューロンの放電周波数（VLPOを一定の周波数に変調することを含む）を変調し、これにより、脳を誘導して覚醒モードから睡眠モードに変換させる。ここで、発生した電磁場の周波数を決定し、発生した電磁場の脳内の睡眠促進部位での波長が睡眠促進部位の寸法に最適に整合するようにし、これにより発生した電磁場の変調効果が睡眠促進部位に対して選択性を有するようにする。発生した電磁場の周波数は、1GHzから20GHzの範囲内であり、好ましくは4GHzから6GHzの範囲内である。発生した電磁場の電力変化の為の変調周波数は5Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは10Hzから30Hzの範囲内である。

上記方法がアルツハイマー病の治療及び予防に用いられる別の例において、アンテナは電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用し、2つの連続的なステップを実現する：1）脳を覚醒モードから睡眠モードに変換させ、脳自体が脳の睡眠モードにおいてのみ効果的に働く脳のグリアリンパ系を介して、脳の覚醒モードにおけるニューロンにより生じる老廃物を取り除くようにする；2）近傍場により提供される電力を利用して、プリセット変調周波数で脳睡眠促進部位を変調し、脳をその覚醒モードからその睡眠モードに変換させ、高速に急速眼球運動（REM）睡眠段階に達するようにする；3）一旦脳がその睡眠モードにおいて既にREM睡眠段階に達すると、プリセット変調周波数とは異なる別の特定の変調周波数を利用して、一つ又は複数の他の脳機能部位を変調し、特に学習及び記憶の機能部位に関して、脳の自然過程を促進し、該自然過程により、一部の蛋白質（例えば、βアミロイド蛋白質）の消耗に関するニューロンが、それらの脳の覚醒モード期間内における、蛋白質の消耗の中で働く時とほぼ同じニューロンネットワーク接続環境を介して、それらの消耗を完了する。操作中、アンテナは脳の近くに位置し、脳のすべての機能部位、特に睡眠を促進し、学習及び記憶を促進する為の脳機能部位は、発生した電磁場の近傍場にあり、かつ、近傍場を介して、すべての脳機能部位内の細胞外液を分極させ、且つ近傍場の電力は、低プリセット変調周波数でバーストフォーマットに変調され、脳機能部位内の細胞外液の分極密度を電磁場電力の変化周波数と同じ周波数で変化させ、脳機能部位でのニューロンの放電周波数をプリセット変調周波数に変調し、脳を覚醒モードから睡眠モードに変換させ、その後、ニューロンの放電周波数を別の周波数に変調し、脳の自然過程を促進し、該自然過程により脳の覚醒期間内に過剰な蛋白質を処理し、該過剰な蛋白質はアルツハイマー病の原因となる。発生した電磁場の周波数を決定し、発生した電磁場の睡眠促進部位での波長が脳における睡眠促進部位及び学習及び記憶部位の寸法に最適に整合するようにし、発生した電磁場の変調効果が睡眠促進部位及び学習及び記憶部位に対して選択性を有するようにする。電磁場の周波数は、1GHzから20GHzの範囲内であり、好ましくは4GHzから6GHzの範囲内である。発生した電磁場の電力変化の為の変調周波数は5Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは10Hzから30Hzの範囲内である。

上記方法の別の一例において、アンテナは電磁場を発生し、該電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化され、その近傍場は脳に作用する。操作中、アンテナは脳の近くに位置し、且つ癲癇の病変の脳部分は発生した電磁場の近傍場内に位置し、且つ近傍場を介して脳の該部分での細胞外液を分極させる；近傍場の電力は、低周波（即ち、プリセット変調周波数）でバーストフォーマットに変調され、脳機能部位内の細胞外液の分極密度が電力の変化周波数と同じ周波数で変化し、脳の癲癇の病変部位でのニューロンを、脳の該部分に癲癇の病変が発生していない時の正常周波数で放電するように変調し、癲癇の病変のニューロンがその放電中正常に回復し、且つ癲癇が治療されるまで至る。発生した電磁場の周波数を決定し、発生した電磁場の脳内の癲癇の病変部分での波長が脳の癲癇の病変寸法に最適に整合するようにし、発生した電磁場の変調効果が脳の癲癇の病変部分に対して選択性を有するようにする。電磁場の周波数は、300MHzから20GHzの範囲内である。発生した電磁場の電力変化の為の変調周波数は1Hzから2500Hzの範囲内であり、最適には5Hzから45Hzの範囲内である。

上記方法の脳の変調によるうつ病の治療に用いられる別の例において、振幅が低周波数で変調された電流信号をアンテナに送信して電磁場を発生させ、その近傍場は脳機能部位に作用し、該脳機能部位は脳のセロトニン（即ち、セロトニンパスの低下の活性はうつ病の病理生理学において病気を引き起こす役割をする）の放出を担当し、脳梁の帯状回（SCG）が含まれる。操作中、アンテナは脳の近くに位置し、且つセロトニンの放出を担当する脳部分は発生した電磁場の近傍場内に位置し、且つ近傍場を介して脳の該部分での細胞外液を分極させる；近傍場の電力は、低周波でバーストフォーマットに変調され、脳機能部位内の細胞外液の分極密度が電力の変化周波数と同じ周波数で変化し、脳の該部分のニューロンの放電周波数が変調され、それらのうつ病になってない時の正常実行された放電周波数で放電するようにする。このような形態を介して、脳の部分におけるニューロンはその正常放電挙動に回復し、且つ脳内のうつ病が治療される。ここで、発生した電磁場の周波数を決定し、発生した電磁場の脳内のセロトニン放出を担当する脳機能部位での波長が脳機能部位(脳梁の帯状回（SCG）が含まれる)の寸法に最適に整合するようにし、発生した電磁場の変調効果がこれらの脳機能部位に対して選択性を有するようにする。電磁場の周波数は、1GHzから20GHzの範囲内である。発生した電磁場の電力変化の為の変調周波数は1Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは5Hzから45Hzの範囲内である。

上記方法による脳の学習及び記憶の促進に用いられる別の例において、振幅が低周波数で変調された電流信号をアンテナに送信して電磁場を発生させ、その近傍場は学習及び記憶を担当する脳機能部位に作用し、前頭葉及び側頭葉を含む。操作中、アンテナは関連する脳機能部位の近くに配置されることにより、脳機能部位が発生した電磁場の近傍場内に位置するようにし、且つ近傍場を介して脳の該部分での細胞外液を分極させる；近傍場の電力は、低周波でバーストフォーマットに変調され、脳機能部位内の細胞外液の分極密度が電力の変化周波数と同じ周波数で変化し、全ての関連する脳機能部位を、それらのシナプスを介してニューロン間の結合に用いられる臨界周波数で放電するように変調する。変調を介して、関連する脳機能部位内のニューロンのより多いシナプスが活性化/警告されて結合されに用いられ、脳の学習をより速く且つより強固に記憶させる。該例において、発生した電磁場の周波数を決定し、発生した電磁場の学習及び記憶を担当する脳機能部位での波長が脳機能部位寸法に最適に整合するようにし、発生した電磁場の変調効果がこれらの脳機能部位に対して選択性を有するようにする。電磁場の周波数は、300MHzから20GHzの範囲内であり、好ましくは2GHzから10GHzの範囲内である。発生した電磁場の電力変化の為の変調周波数は1Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは25Hzから85Hzの範囲内である。

同様に、上記方法は不眠症の治療及び予防に用いられることが可能である。

上記に示したように、目標脳機能部位の寸法に基づいて、発生した電磁場の真空中の周波数（又は波長λ）を決定し、かつ、脳機能部位の動作ニューロンの放電周波数に基づいて、電磁場電力の変調に用いられるプリセット変調周波数を決定し、且つ、それは1Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは5Hzから125Hzであり、より好ましくは5Hzから45Hzであり、より好ましくは25Hzから85Hzであり、及びより好ましくは10Hzから30Hzである。

該方法は不眠症、アルツハイマー病、癲癇及びうつ病の一つ又は複数の病気を治療及び予防する為に用いられることが可能であり、又は脳の学習及び記憶を促進する為に用いられることが可能である。

別の実施例では、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する為の装置を提供する。以下、該装置の様々な実施例について説明する。

図2に示すように、本実施例による装置は、信号生成モジュール21、及び信号生成モジュール21に接続されるアンテナ23を備え、この装置は例えば睡眠を誘導する為に用いられる。信号生成モジュール21は、プリセット低変調周波数でバーストフォーマット22に変調される振幅を有する電流信号を発生して、電流信号をアンテナ23に送信するように配置される。従って、アンテナ23は、信号生成モジュール21からの変調電気信号を受信し、電磁場を発生し、ここで、その近傍場範囲26は脳25の睡眠促進部位24を覆い、睡眠促進部位24内の細胞外液を分極させ、分極密度を誘導することで、周波数の変更を変調する。ニューロンの放電周波数が、脳25を覚醒から睡眠に変換させるように変調されるようにする。ここで、電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化する。

図3に示すように、本実施例による装置は、信号生成モジュール31、及び信号生成モジュール31に接続されるアンテナ33を備え、この装置はアルツハイマー病を治療及び予防するために用いられる。信号生成モジュール31は、プリセット低変調周波数でバーストフォーマット32に変調される振幅を有する電流信号を発生して、電流信号をアンテナ33に送信するように配置される。アンテナ33は、信号生成モジュール31からの変調電気信号を受信し、電磁場を発生し、その近傍場範囲36は睡眠促進部位34、学習及び記憶部位34’及び脳35の他の部位を覆い、これにより、先ず脳機能部位内の細胞外液を分極させ、プリセット変調周波数で脳機能部位での分極密度の変化を誘導することにより、睡眠促進部位34内に変調されたニューロンを放電させ、脳35を覚醒から睡眠に変換させ、グリアリンパ系が脳35のニューロンにより生じる老廃物を取り除くように促進する；その後、脳35がその睡眠モードにある時、学習及び記憶部位34’及び脳35の他の部位での分極密度を誘導して別の特定の周波数で変化するようにし、学習及び記憶部位34’及び脳35の他の部位でのニューロンの放電を別の特定の周波数に変調し、該特定の周波数はニューロン間のシナプス接続を促進し、脳35からの覚醒モードの過剰な蛋白質を消耗/吸収する；これらの2つの促進過程は脳35にアルツハイマー病を治療及び予防する効果を提供することが可能である。

図4に示すように、本実施例による装置は、信号生成モジュール41、及び信号生成モジュール41に接続されるアンテナ43を備え、この装置は癲癇を治療するために用いられる。信号生成モジュール41は、プリセット低変調周波数でバーストフォーマット42に変調される振幅を有する電流信号を発生して、電流信号をアンテナ43に送信するように配置される。アンテナ43は、信号生成モジュール41からの変調電気信号を受信し、電磁場を発生し、その近傍場範囲46は脳45の癲癇病変部分44を覆い、これにより、脳45の癲癇病変部分44の細胞外液を分極させ、且つ、分極密度を誘導して、脳45の該部分44の癲癇病変が起きていない時の正常ニューロンの放電周波数としての変調周波数で変更され、これにより、癲癇病変部分44でのニューロンを変調して変調周波数で放電され、ニューロンがその正常のニューロンの放電挙動に回復し、且つ脳45の癲癇が治癒されるようにする。

図5に示すように、本実施例による装置は、信号生成モジュール51、及び信号生成モジュール51に接続されるアンテナ53を備え、この装置はうつ病を治療する為に用いられる。信号生成モジュール51は、プリセット低変調周波数でバーストフォーマット52に変調される振幅を有する電流信号を発生して、電流信号をアンテナ53に送信するように配置される。アンテナ53は、信号生成モジュール51からの変調電気信号を受信し、電磁場を発生し、その近傍場範囲56は脳機能部位を覆い、該脳機能部位は脳55のセロトニンの放出を担当し、且つSCG 54を含み、これにより、SCG 54及び脳55のセロトニン放出を担当する脳機能部位での細胞外液を分極させ、且つ、分極密度を誘導することにより、脳55にうつ病がない時のこれらの脳機能部位の正常放電周波数としての変調周波数で変更され、これらの脳機能部位でのニューロンが正常な放電挙動に回復し、脳55のうつ病が治癒されるようにする。

図6に示すように、本実施例による装置は、信号生成モジュール61、及び信号生成モジュール61に接続されるアンテナ63を備え、この装置は脳の学習と記憶を促進するに用いられる。信号生成モジュール61は、プリセット低変調周波数でバーストフォーマット62に変調される振幅を有する電流信号を発生して、電流信号をアンテナ63に送信するように配置される。アンテナ63は、信号生成モジュール61からの変調電気信号を受信し、電磁場を発生し、その近く範囲66は、学習及び記憶部位64及び脳65の他の脳機能部位を覆い、これにより、学習及び記憶部位64及び脳65の他の脳機能部位内の細胞外液を分極させ、且つ、分極密度を誘導して変調周波数で変更されることにより、関連する脳機能部位の全ニューロンを、それらのシナプスを介してニューロン間の結合に用いられる臨界周波数で、放電するように変調し、関連する脳機能部位内のニューロンの通常より多くのシナプスを活性化して結合され、脳65の学習をより速く且つより強固に記憶させる。

上記の例において、電磁場の近傍場は

の条件を満たし、ここで、ｄはアンテナから近傍場が終了する近傍場端までの距離を表し、Dはアンテナの最大寸法を表し、及びλは発生した電磁場の真空中の波長を表す。

発生した電磁場の真空中の波長λは、電磁場の脳機能部位での波長が脳機能部位の寸法と整合するようにする。

付加的又は代わりに、発生した電磁場の真空中の波長λは、電磁場の脳機能部位での波長が脳機能部位の寸法の70％から130％に至るようにする。

脳機能部位での動作（又は正常）ニューロンの放電周波数に基づいて、プリセット変調周波数を決定し、且つ、好ましくは1Hzから2500Hzの範囲内であり、好ましくは5Hzから125Hzであり、より好ましくは5Hz至45Hzであり、より好ましくは25Hz至85Hzであり、より好ましくは10Hz至30Hzである。

〔ニューロンの放電周波数の検知/検出〕
以下、図7乃至図11を参照して、ニューロンの放電周波数の検知を説明する。

本発明の別の実施例において、図7に示すように、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法は以下を含む：
S701：変化する電磁場を発生するとともに、発生した電磁場の近傍場が目標脳機能部位に作用させる。

S702：目標脳機能部位での電磁場の変更を検知する。

S703：目標脳機能部位での電磁場が変更された変更周波数を、目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数として決定する。

ここで、近傍場は、発生した変化する電磁場と電磁場を発生するアンテナとの距離d、アンテナの最大寸法D、及び発生した電磁場の真空中の波長λによって、以下の関係式に該当するように限定される。

例えば、脳における睡眠促進部位の腹外側視索前核（VLPO）を選択的に変調する場合、VLPOの寸法が約1cm、かつ、真空中の波長が6cmの電磁場の脳内での波長が1cmであると仮定すると、1cmの波長はVLPOの寸法と整合して、高変調効率が獲得される。この場合、電磁場の波長λは6cmであり、その為、電磁場の周波数は5GHzであり、アンテナの最大寸法Dは18cmであり、以下のとおりである：

即ち、近傍場からアンテナまでの最大距離は19.3cmである。ここで、寸法Dの値は距離dの値に関わっており、かつ、当業者は、D及びdの値を適切に相応的に調節して目標脳機能
部位に適切に作用させることを知っている。

アンテナにおける電流と電荷の強い誘導性と容量性に基づいて、発生した電磁場の近傍場によって、脳におけるニューロン集団で形成されたニューロンクラスターが二次アンテナとして働くことで、脳における電場が誘導され、その電場は目標脳機能部位での細胞外液を分極させる。近傍場によって目標脳機能部位での細胞外液を分極させるので、目標脳機能部位での細胞外液は細胞外液の分極密度を構築するときに近傍場の電力を吸収し、且つ近傍場を含む電磁場の波の位相と振幅が変化し、ここで、変化程度は細胞外液の分極密度レベルによって決められ、それは細胞外液における帯電粒子濃度に伴って変化する。同時に、脳部位での細胞外液におけるニューロンは所定の周波数で放電することで、細胞外液における帯電粒子濃度はニューロンの放電周波数で変化するようにし、これにより、細胞外液の分極密度がニューロンの放電周波数で変化するようにし、近傍場を含む脳における電磁場の波は、電磁場が発生した位相と振幅に対して変更されてニューロンの放電周波数で変化するようにする。

本発明において、発生した変化する電磁場を用いるとともに、脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する電磁場変更の変化周波数を測定することによって、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知し、ここで、変化する電磁場は、目標脳機能部位を囲って脳機能部位での細胞外液を分極させる近傍場を有し、かつ、細胞外液の分極密度は電磁場に誘起され、且つ、脳機能部位でのニューロンの放電を介して(細胞外液における帯電粒子濃度を変更することによって)変更される。目標脳機能部位の状態又は特徴に関する検知周波数の所定のスケールを利用するによって、目標脳機能部位での機能活動を検知する。本発明の方法において、発生した電磁場の真空中の周波数が300MHzから150GHzの範囲内であり、ここで、最適なのは、発生した電磁場の脳における波長が、目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。目標脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する電磁場変更の変化周波数の測定は、検知された電磁場の脳機能部位での細胞外液の分極密度の変更に関連する位相変更(発生した電磁場に対して)を含み、及び/又は、検知された電磁場の脳機能部位での分極密度の変更に関連する振幅変更(発生した電磁場に対して)を含む。その後、この変更の周波数を算出することができる。

好ましくは、発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、電磁場の目標脳機能部位での波長が目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。

変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化する。

目標脳機能部位での電磁場の変更は位相変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の目標脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、または、
目標脳機能部位での電磁場の変更は振幅の変更であり、かつ、検知した電磁場の目標脳機能部位での振幅と、発生した電磁場の振幅とを比較することにより決定される。

目標脳機能部位での電磁場の変更は、アンテナによって検知されてもよく、又は、オプションとして目標脳機能部位での電磁場に作用させるアンテナから離れたアンテナによって検知される。

目標脳機能部位は、例えば、疼痛検知用の前帯状皮質(ACC)であってもよく、前記ACCでの決定されたニューロンの放電周波数及びニューロンの放電周波数と疼痛強度の間のスケールに基づいて、脳における疼痛検知程度を決定する。

例えば、目標脳機能部位は、動作意図用脳部位であってもよく、前頭前野及び運動皮質を含む。

本発明の別の実施例において、図8から図11に示すように、脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置を提供し、該装置は信号生成モジュール81、91、101、111、信号生成モジュール81、91、101、111に接続されるアンテナ83、93、103、113、及び計算モジュール810、910、1010、1110を含む。

信号生成モジュール81、91、101、111は、変化する電流信号82、92、102、112を生成して該電流信号をアンテナ83、93、103、113に送信し、変化する電磁場を生成するように配置され、その近傍場が脳85、95、105、115における目標脳機能部位84、94、104、114、114’に作用するために用いられる。

アンテナ93は、さらに、目標脳機能部位での電磁場の変更を検知するように配置され、又は、装置は、目標脳機能部位での電磁場の変更を検知するように配置される個別のアンテナ88、108、118をさらに含る。

計算モジュール810、910、1010、1110は、目標脳機能部位での検知された電磁場の変更に基づいて目標脳機能部位での電磁場が変更される変化周波数を目標脳機能部位でのニューロンの放電周波数として決定する。

上記から分かるように、変化が発生する電磁場の電気信号82、92、102、112と、目標脳機能部位での検知された電磁場で発生した電気信号89、99、109、119とを比較することにより、電気信号82、92、102、112と電気信号89、99、109、119の間の変更(又は差)の変化周波数を決定する。

近傍場は、発生した変化する電磁場と電磁場を発生するアンテナとの距離d、アンテナの最大寸法D、及び発生した電磁場の真空中の波長λによって、以下の関係式に該当するように限定される。

発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、電磁場の目標脳機能部位での波長が目標脳機能部位の寸法と整合するようにする。

変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化する。

目標脳機能部位での電磁場の変更は位相変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の目標脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、または、
目標脳機能部位での電磁場の変更は振幅の変更であってもよく、かつ、検知した電磁場の脳機能部位での振幅と、生成した電磁場の振幅とを比較することにより決定される。

本発明を実現するための上記方法の装置の例示は脳における疼痛検知に用いられ、ここで、信号生成モジュールは特定周波数の交番又はパルス電流信号を生成するとともに、電流信号をアンテナに送信し、該アンテナを介してさらに変化する電磁場を発生し、その近傍場が疼痛検知用のACCを含む脳機能部位に用いられ、且つ、アンテナ又は他のアンテナで、最初に発生した電磁場と脳機能部位での検知された電磁場とを比較することにより、脳機能部位での近傍場の変更を検出し、さらに、計算モジュールによってこの変更の周波数(例えば、位相、振幅などの変更)を算出する。これらの変更は電磁場の位相変更及び電磁場の振幅変更を含む。発生した電磁場の周波数が300MHzから30GHzの範囲内であり、ここで、最適なのは3GHzから8GHzであり、発生した電磁場の脳機能部位での波長が、脳機能部位の寸法と整合するようにする。発生した電磁場と、検知した電磁場との間の変更の検知された変化周波数が28Hzを超えた場合、脳における疼痛検知を検出した。疼痛強度に関する検知周波数のスケールによって、脳における疼痛検知程度を検知する。

本発明の上記方法を実現するための装置の別の例は、脳における動作意図を検知して、脳コンピュータインターフェースに用いられることである。ここで、信号生成モジュールは電流信号を生成するとともに、該電流信号をアンテナに送信し、このアンテナはさらに変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が動作意図用の脳機能部位に作用させ、該脳機能部位は前頭前野及び運動皮質を含み、同様に、同じアンテナ又は個別のアンテナによって脳機能部位での電磁場変更を検知し、その後、最初に発生した電磁場と脳機能部位での検知された電磁場とを時間に応じて比較することで、この2つの電磁場の間の変更を取得し、さらに、この変更された変化周波数を脳機能部位でのニューロンの放電周波数として決定する。発生した電磁場の周波数は、200MHzから30GHzの範囲内であり、ここで、最も好ましくは1GHzから8GHzである。その後、機能部位におけるニューロンの放電周波数の機能特徴に基づいて、検知されたニューロンの放電周波数を解析することで、脳コンピュータインターフェースが脳制御機器又はシステムの信号を直接通過することに用いられる。

本発明において、脳の機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳機能部位で電場が誘起され、脳機能部位での細胞外液を分極させ、同時に、別のアンテナによって脳機能部位を経過した電磁場を受信し、又は、変化が発生する電磁場の同じアンテナによって、発生した電磁場の脳機能部位で誘起された電場を検知し、その後、受信した電磁場又は検知した電場を、最初に発生した場と比較して、受信した電磁場又は検知した電場と、最初に発生した場との間の変更された変化周波数を決定して、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。或いは、場が発生するための電気信号と、検知/受信した場から発生する電気信号の比較によって、場の比較を同等に実行することができる。

以下、図8乃至図11を参照して、幾つかの例を更に説明する。図8に示すように、脳85における機能部位84でのニューロンの放電周波数を検知するために、信号生成モジュール81が、変化する電流信号82を発生してアンテナ83に伝送し、電磁場を発生し、その近傍場は距離範囲86内にあり、脳機能部位84で電場が誘起される。別のアンテナ88は近傍場の範囲87内に配置され、脳機能部位84を経過した電磁場を受信するとともに、受信した電場信号89を計算モジュール810に伝送し、受信した電場信号89と、信号生成モジュール81からの場を生成するための最初信号82とを比較することで、受信した場と、最初に生成した場との間の変更された変化周波数を決定し、脳機能部位84でのニューロンの放電周波数を決定する。

図9に示すように、脳95における脳機能部位94でのニューロンの放電周波数を検知するために、信号生成モジュール91が、変化する電流信号92を発生してアンテナ93に伝送し、このアンテナはさらに変化する電磁場を発生し、その近傍場は距離範囲96内にあり、脳機能部位94で電場が誘起される。同時に、アンテナ93は、発生した電磁場が脳機能部位94で誘起された電場をさらに検知し、検知した信号を計算モジュール910に伝送し、該計算モジュールは検知した誘起電場信号99と、信号生成モジュール91からの最初に場を生成するための信号92とを比較することで、検知した場と、発生した場との両者の間の変更された変化周波数を決定し、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。

図10に示すように、脳105における疼痛検知機能部位ACC 104でのニューロンの放電周波数を検知するために、信号生成モジュール101は、変化する電流信号102を発生してアンテナ103に伝送し、電磁場を発生し、その近傍場は距離範囲106内にあり、脳機能部位ACC 104で電場が誘起される。同時に、別のアンテナ108は近傍場の範囲107内に配置され、脳機能部位ACC 104を経過した電磁場を受信するとともに、受信した電場信号109を計算モジュール1010に伝送し、該計算モジュールは、受信した電場信号109と、信号生成モジュール101からの電場を生成するための最初信号102とを比較することで、受信した場と、最初に生成した場との間の変更された変化周波数を決定し、脳機能部位104でのニューロンの放電周波数を決定する。周波数と疼痛強度の間の所定のスケールを用いて疼痛検知部位ACCで検知されたニューロンの放電周波数に基づいて、脳105における疼痛検知程度を決定する。

図11に示すように、脳115における前頭前野114及び運動皮質114’でのニューロンの放電周波数を検知するために、信号生成モジュール111は、変化する電流信号112を発生してアンテナ113に伝送し、電磁場を発生し、その近傍場は距離範囲116内にあり、前頭前野114及び運動皮質114’の脳機能部位で電場が誘起される。同時に、別のアンテナ118は近傍場の範囲117内に配置され、前頭前野114及び運動皮質114’を含む脳機能部位での電磁場を受信し、受信した電場信号119を計算モジュール1110に伝送し、計算モジュールは、受信した電場信号119と、信号生成モジュール111からの場を生成するための最初信号112とを比較することで、受信した場と、生成した場との間の変更された変化周波数を決定し、前頭前野114及び運動皮質114’を含む脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定し、そして、検知したニューロンの放電周波数を解析して脳コンピュータインターフェースに用いられる。

本発明の上記実施例において、アンテナにより発生される電磁場の波形は、任意の波形であり、交番波形及びパルス波形を含むが、これらに限定されるものではない。

本発明は、様々な補正及び代替の形態を行いやすいが、添付図面及び具体的な実施形態において、その具体的な実施例を例示的に示した。しかしながら、本発明は、開示した特別な形態に限定されることを意図しておらず、むしろ、添付した特許請求の範囲に限定されるように本発明の精神及び範囲に含まれるすべての修正、均等物及び代替をカバーすることを理解されたい。

用語「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、「含む（includes）」、「含む（including）」、「有する（has）」、「備える（having）」、及びその変化形式は「含むが、これらに限定されない」を意味する。

本明細書で使用されるように、コンテキストに明確な規定がない限り、単数形式の「一つ（a）」、「一種類（an）」及び「該」は複数の指代物を含む。

本出願全体において、範囲フォーマットを参照して本発明の実施形態を提示することが可能である。範囲フォーマットの説明は、便宜上及び簡潔の為だけであり、本発明の範囲に対する変更不可能な制限として解釈されるべきでないことを理解されたい。従って、範囲の説明は、適切に開示された可能性のあるすべてのサブ範囲及び該範囲内の個々の数値であると考えられるべきである。例えば、「1から6まで」のような範囲の説明は、「1から3まで」、「1から4まで」、「1から5まで」、「2から4まで」、「2から6まで」、「3から6まで」などの特別に開示されたサブ範囲；及び、1、2、3、4、5及び6などの該範囲内の各数字を有すると考えられるべきである。範囲の広さにかかわらず、これは適用される。

本明細書において、数値範囲（例えば「10−15」、「10から15まで」、又はこれらの他のこのような範囲の指示によりリンクされる任意の数字ペア）を指示する度に、指示範囲の制限内に含まれる任意の数字（分数又は積分）を意味し、コンテキストが明示的に規定されていない限り、それは範囲制限を含む。フレーズにおいて、第1指示数字と第2指示数字との「間の範囲／変動範囲／範囲」、及び第1指示数字「から」第2指示数字「まで」、「に達する」、「至る」又は「までに」（又は他のこのような範囲指示用語）の「範囲／変動範囲／範囲」は本明細書で交換して使用することが可能であり、且つ第1指示数字と第2指示数字と、及びその間のすべての分数と整数とを含むことを意味する。

特に説明がない限り、本明細書に使用される数字及びその任意の数字範囲は当業者に理解される合理的な測定及び丸め誤差の正確さの範囲内の近似値である。

明確化の為に個別の実施例のコンテキストで説明される本発明のいくつかの特徴は、単一の実施例においても組み合わせて提供されることが可能であることを理解されたい。一方、簡潔の為に単一の実施例のコンテキストで説明された本発明の様々な特徴も、個別に提供されてもよく、又は任意の適切なサブアセンブリで提供される又は本発明の任意の他の説明に適用される実施例を提供してもよい。様々な実施例のコンテキストで説明されたいくつかの特徴は、該実施例がそれらの素子がなくても効力を生ずる限り、これらの実施例の基本的な特徴であるとは考えられない。

図1は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する方法を示す概略図である。 図2は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳をその覚醒モードからその睡眠モードに変換させる。 図3は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは一連の電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳を促進して、脳に蓄積された老廃物を取り除き、ニューロンの周囲の過剰な蛋白質の消耗過程を完了させ、アルツハイマー病の治療及び予防の目的に用いられる。 図4は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳に作用して、脳を変調して、癲癇を治療する。 図5は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は脳におけるセロトニンの放出を担当する脳機能部位に作用して、脳を変調して、うつ病を治療し、該脳機能部位はSCGを含む。 図6は、本発明の別の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を変調する装置を模式的に示し、ここで、信号生成モジュールは、電気信号を発生し(例えば、振幅が低周波数で変調される電流信号を有する)、且つそれをアンテナに送信することにより、電磁場を発生し、その近傍場は学習及び記憶を担当する脳機能部位に作用して、脳の学習及び記憶を促進し、該脳機能部位は前頭葉及び側頭葉を含む。 図7は、本発明の実施例に係る脳における脳機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する方法を示す概略図である。 図8は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳における機能部位に作用して、他のアンテナが、発生後に脳機能部位を経過した電磁場を受信し、受信した電磁場と最初に発生した電磁場とを比較するように配置され、この2つの電磁場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。 図9は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳における機能部位に作用して、発生した電磁場の脳機能部位で誘起された電磁場を同じアンテナで検知し、検知した誘起電場と、最初に発生した電場とを比較して、電場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。 図10は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、脳における機能脳部位のニューロンの放電周波数を検知するために、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が疼痛検知用の脳機能部位、即ち、ACCに作用して、同時に、他のアンテナが、発生後に脳機能部位を経過した電磁場を受信し、受信した電磁場と最初に発生した電磁場とを比較するように配置され、この2つの電場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定する。 図11は、本発明の一つの実施例を示し、ここで、機能脳部位での動作意図に関するニューロンの放電周波数を検知して、脳コンピュータインターフェースに用いられるように、変化する電磁場を発生し、ここで、その近傍場が脳機能部位、即ち、前頭前野及び運動皮質に作用して、同時に、他のアンテナが、脳機能部位での電磁場を受信し、受信した電磁場で発生した電気信号に基づいて電気信号を計算モジュールに送信するように配置され、ここで、最初に発生した電磁場の電気信号と、受信した脳機能部位での電磁場の信号とを比較して、この2つの電磁場の間の変更された変化周波数を決定することで、脳機能部位でのニューロンの放電周波数を決定し、その後、検知したニューロンの放電周波数を解析して脳コンピュータインターフェースに用いられる。

Claims (9)

1. 脳における機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置の作動方法であって、
   前記装置の信号生成モジュールによって、変化する電磁場を発生するとともに、発生した電磁場の近傍場が目標脳機能部位に作用させることと、
   前記装置の検知モジュールによって、前記目標脳機能部位での電磁場の変更を検知することと、
   前記装置の計算モジュールによって、前記目標脳機能部位での前記電磁場が変更された変更周波数を、前記目標脳機能部位での前記ニューロンの放電周波数として決定することと、を含み、
   前記変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、前記変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化し、
   前記近傍場は
   

   

   
   の条件を満たし、ｄは発生した変化する電磁場と前記電磁場を発生するアンテナとの距離を表し、Dは前記アンテナの最大寸法を表し、及びλは発生した電磁場の真空中の波長を表し、
   前記目標脳機能部位での前記電磁場の変更は、位相の変更または振幅の変更であり、
   脳における機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置の作動方法。
2. 発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、前記電磁場の前記目標脳機能部位での波長が前記目標脳機能部位の寸法と整合するようにする、請求項1に記載の作動方法。
3. 前記位相の変更は、検知した電磁場の前記目標脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、
   前記振幅の変更は、検知した電磁場の前記目標脳機能部位での振幅と、発生した電磁場の振幅とを比較することにより決定される、請求項1に記載の作動方法。
4. 前記目標脳機能部位での前記電磁場の変更は、前記アンテナによって検知され、又は、前記目標脳機能部位での前記電磁場に作用させる前記アンテナから離れたアンテナによって検知される、請求項1に記載の作動方法。
5. 前記目標脳機能部位は、疼痛検知用の前帯状皮質(ACC)であり、
   前記装置は、前記ACCでの決定されたニューロンの放電周波数及び前記ニューロンの放電周波数と疼痛強度の間のスケールに基づいて、前記脳における疼痛検知程度を決定する、請求項1に記載の作動方法。
6. 前記目標脳機能部位は、動作意図用の脳部位であり、且つ、前頭前野及び運動皮質を含む、請求項1に記載の作動方法。
7. 信号生成モジュール、前記信号生成モジュールに接続されるアンテナ、検知モジュール、及び計算モジュールを含む、脳における機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置であって、
   前記信号生成モジュールは、変化する電流信号を発生して前記アンテナに送信し、変化する電磁場を発生するように配置され、前記電磁場の近傍場が目標脳機能部位に作用するために用いられ、
   前記検知モジュールは、前記目標脳機能部位での前記電磁場の変更を、前記アンテナによって検知され、又は、前記目標脳機能部位での前記電磁場に作用させる前記アンテナから離れたアンテナによって検知される、
   前記計算モジュールは、前記目標脳機能部位での検知された電磁場の変更に基づいて前記目標脳機能部位での前記電磁場が変更される変化周波数を前記目標脳機能部位での前記ニューロンの放電周波数として決定し、
   前記変化する電磁場の波形は、交番又はパルスであり、又は、前記変化する電磁場の電力はプリセット変調周波数で変化し、
   前記近傍場は
   

   

   
   の条件を満たし、ｄは発生した変化する電磁場と前記電磁場を発生するアンテナとの距離を表し、Dは前記アンテナの最大寸法を表し、及びλは発生した電磁場の真空中の波長を表し、
   前記目標脳機能部位での前記電磁場の変更は、位相の変更または振幅の変更であり、
   脳における機能部位でのニューロンの放電周波数を自発的に検知する装置。
8. 発生した変化する電磁場の真空中の周波数は、前記電磁場の前記目標脳機能部位での波長が前記目標脳機能部位の寸法と整合するようにする、請求項7に記載の装置。
9. 前記位相の変更は、検知した電磁場の前記目標脳機能部位での位相と、発生した電磁場の位相とを比較することにより決定され、
   前記振幅の変更は、検知した電磁場の前記目標脳機能部位での振幅と、発生した電磁場の振幅とを比較することにより決定される、請求項7に記載の装置。
   

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