JP6038982B2 - 多地点で頭蓋を刺激するシステム - Google Patents

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。

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。

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。

米国特許第２００６１６１２１９号明細書 米国特許第７２５７４３９号明細書 ヨーロッパ特許第１７０３９４０Ａ号 米国特許出願２００４１３８５７８Ａ１号 米国特許６４８８６１７号公報

Wanger et al,Noninvasive Human Brain Stimulation,Ann.biomed.Eng.2007.9:19.1-19.39 see ray C,Ruffini G,MarcoPallare's J,Fuintemilla LI,Grau C.,Complex networks in brain electrical activity, Europysics letter. 2007 Buzaki G,Draguhn A (2004) Neuronal oscillations in cortical networks. Science 304:1926-19293 Engel AK. Fries P, Singer W (2001) Dynamic prediction: Oscillations and synchrony in topdown processing. Nature Reviews Neuroscience 2:704-7164 Varela F, Lachaux JP, Rodriguez E, Martinerie J (2001) The brainweb: Phase synchronization and large-scale integration. Nature Reviews Neuroscience Bar Yam and Epstein 2004

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第二の態様により提案されたシステムのブロック図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (20)

1. 脳の複数の領域に隣接した頭蓋の多地点に配置される複数の頭蓋刺激要素（Ｅ１，Ｅ２．．．．Ｅｎ）と、
   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。
2. 前記電子システムは、一連の電子生体センサ（Ｓ１，Ｓ２．．．．Ｓｎ）を有し、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
   ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記電子システムは、機械的支持部材により支持されたローカル電子システム（ＳＣＭ）を有し、前記機械的支持部材は、前記頭蓋刺激要素と前記電子生体センサ（Ｓ１，Ｓ２．．．．Ｓｎ）とを支持し、前記機械的支持部材は、患者の頭に取り付けられ、前記頭蓋刺激要素と前記電子生体センサとを、前記脳の特定の領域近傍の頭蓋に保持する
   ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 前記ローカル電子システム（ＳＣＭ）は、オンボードのデータ記憶装置を有する
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記ローカル電子システムは通信モジュールを有し、前記通信モジュールは離れた場所にある電子システムと無線で通信する
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
6. 前記個別の刺激信号を皮質上の電界に関連する空間と時間を調整して印加する手段
   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。
7. 前記個別の刺激信号の一部を同時に印加する手段を更に有し、前記手段により前記脳又はその一部の固有振動モードの刺激を引き起こす
   ことを特徴とする請求項６記載のシステム。
8. 前記印加する手段で前記刺激すべき領域は、前記脳の大脳皮質全体である
   ことを特徴とする請求項６記載のシステム。
9. 前記脳の活動を監視する手段と前記個別の刺激信号を制御する手段とを有し、前記制御する手段は、監視結果信号に依存して、前記個別の刺激信号を変化させることにより制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
10. 前記個別の刺激信号の位相、周波数又は振幅を独立して制御する手段を更に有し、これにより誘起された電気信号の位相、周波数又は振幅を変化させる
    ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
11. 前記処理ユニットは、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アルゴリズムと、前記個別の刺激信号を決定し制御するアルゴリズムとを有し、
    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。
12. 前記頭蓋の刺激は、以下から選択された刺激である
    ＊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。
13. 個々の刺激をフォーカスする手段を更に有し、前記フォーカスする手段はガイド手段と校正手段とを有し、
    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。
14. 前記処理ユニットは、前記監視結果信号に適用される解析技術を用いるアルゴリズムを実行し、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
    ことを特徴とする請求項９記載のシステム。
15. 前記解析技術は、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
    ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
16. 前記処理ユニットは、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アルゴリズムを実行し、前記各頭蓋刺激要素の刺激に関連するアクティビティを特定する
    ことを特徴とする請求項９記載のシステム。
17. 前記処理ユニットは、マーキング信号を前記各刺激信号に関連付けるアルゴリズムを実行し、前記刺激信号の印加により誘起される各電気信号の発生位置の特定を改善し、前記刺激により誘起される電気信号と前記刺激への応答信号との区別を、前記監視結果信号を解析することにより、明確にする
    ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
18. 前記処理ユニットは、特定の刺激信号が加えられたことに応じて、２つの前記頭蓋刺激要素の間で、二極電流の計算値から前記個別の刺激信号を決定するアルゴリズムと前記多地点で生成した電流を計算するために重ね合わせ技術を用いるアルゴリズムを実行する
    ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
19. 前記処理ユニットは、特定の脳のアクティビティを抑制する為に前記個別の刺激信号を決定するアルゴリズムを実行する
    ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
20. 前記個別の刺激信号を、前記脳のアクティビティで観測された変化に、リアルタイムで自己校正する或いは合わせる手段を更に有し、前記自己校正する或いは合わせる手段は、前記刺激信号の印加中又印加前に前記脳のアクティビティを監視する手段を有し、前記監視する手段は、
    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。

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