DE102020119429A1

DE102020119429A1 - Method and device for the non-invasive stimulation of biological tissue and their use

Info

Publication number: DE102020119429A1
Application number: DE102020119429.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Husar
Original assignee: Technische Univ Ilmenau Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Technische Universitaet Ilmenau Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Technische Univ Ilmenau Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Technische Universitaet Ilmenau Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die neurologische Stimulation von biologischem Gewebe (insbesondere des menschlichen Hirns) mittels elektrischen Stroms, wobei die jeweils positiven Effekte der Wirkung von Gleich- und Wechselstrom auf die Impedanzen der Schnitt- bzw. Kontaktstellen (Elektrode-Haut-Schädel-Hirnmasse) und auf das biologische Gewebe miteinander kombiniert werden. Dementsprechend wird mit Hilfe eines Signalgenerators ein Stromsignal erzeugt, welches durch seine speziellen Eigenschaften lediglich im zu behandelnden biologischen Gewebe (in den Neuronen) eine Gleichspannung erzeugt, mit der die neuronale Reizschwelle gezielt verändert wird, jedoch an den Schnittstellen eine vernachlässigbar niedrige Gleichspannung hervorruft, welche die Zersetzungsspannung nicht überschreiten kann.The present invention relates to the neurological stimulation of biological tissue (in particular the human brain) by means of electric current, the respective positive effects of the effect of direct and alternating current on the impedances of the interfaces or contact points (electrode-skin-skull-brain mass) and combined with one another on the biological tissue. Accordingly, with the help of a signal generator, a current signal is generated which, due to its special properties, only generates a direct voltage in the biological tissue to be treated (in the neurons), with which the neuronal stimulus threshold is specifically changed, but which causes a negligibly low direct voltage at the interfaces cannot exceed the decomposition voltage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Stimulation von biologischem Gewebe und deren Verwendung. Sie wurde insbesondere für die neurologische Therapie mittels elektrischen Stroms entwickelt.The present invention relates to a method and a device for the non-invasive stimulation of biological tissue and the use thereof. It was developed especially for neurological therapy using electric current.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Methodik und Technologie der neurologischen Therapie basiert weitgehend auf der direkten Anwendung des elektrischen Gleichstroms (DC) zur neurologischen Stimulation. Dabei werden mindestens zwei Elektrodenarten (Anode und Katode) auf der Schädeloberfläche angebracht. Ihre Positionen werden nach medizinischen Gesichtspunkten und in Abhängigkeit davon, welches Hirnareal behandelt werden soll, festgelegt. Die bisher applizierte Technologie führt jedoch dazu, dass an Kontaktstellen zwischen dem Stimulator und dem Gehirn (Kabel, Elektrode, Haut, Schädelknochen, Hirnmasse) ungewollte Gleichspannungsabfälle entstehen, die beim Überschreiten der elektrochemischen Zersetzungsspannung zur Elektrolyse führen. Diese verursacht die Bildung giftiger Substanzen (Chlor, Säure, Lauge), die neben der Verschiebung des pH-Wertes im Organismus zu Schädigungen der Haut und des Gewebes führen. Insgesamt lässt sich feststellen, dass die resultierenden negativen Nebenwirkungen wirksamer sind, als der unsichere therapeutische Erfolg.The methodology and technology of neurological therapy known from the prior art is largely based on the direct application of electrical direct current (DC) for neurological stimulation. At least two types of electrodes (anode and cathode) are attached to the skull surface. Their positions are determined according to medical criteria and depending on which brain area is to be treated. However, the technology applied so far leads to unwanted DC voltage drops occurring at contact points between the stimulator and the brain (cable, electrode, skin, cranial bones, brain matter), which lead to electrolysis when the electrochemical decomposition voltage is exceeded. This causes the formation of toxic substances (chlorine, acid, alkali) which, in addition to shifting the pH value in the organism, lead to damage to the skin and tissue. Overall, it can be stated that the resulting negative side effects are more effective than the uncertain therapeutic success.

Zudem ist bisher nicht bekannt, bzw. wurde bisher nicht nachgewiesen, dass der verwendete Gleichstrom tatsächlich oder auch nur vorwiegend durch die geplanten Hirnareale fließt. Es existieren Studien, die bezweifeln, dass der Großteil des Gleichstromes tatsächlich durch das Gehirn fließt. Diese berechtigten Zweifel beruhen auf der weitgehend und gut bekannten Tatsache, dass der Schädelknochen einen um mehrere Größenordnungen höheren realen (ohmschen) Widerstand besitzt (bis zu 10.000-fach), als das Hirngewebe, die Haut sowie die Blutgefäße. Dies führt dazu, dass der Gleichstrom entsprechend den Kirchhoffschen Gesetzen den Weg des geringsten Widerstandes nimmt, also zum größten Teil durch die gut durchblutete Kopfhaut von einer Elektrode zur anderen fließt und nur wenig Anlass hat, durch den Schädelknochen in die Hirnmasse einzudringen. Ohne es derzeit experimentell nachweisen zu können, kann man durch Modellrechnungen zeigen, dass der Gleichstrom direkt durch die Hirnmasse einen Anteil von bestenfalls einem Prozent des gesamten eingespeisten Stromes einnimmt. Daher sind die bisherigen Technologien zur tDCS (transkranielle Gleichstrom-Stimulation) vorab auch ohne einen experimentellen Nachweis als wenig wirksam einzustufen.In addition, it is not yet known or has not yet been proven that the direct current used actually or only predominantly flows through the planned brain areas. Studies exist that doubt that most of the direct current actually flows through the brain. These justified doubts are based on the largely and well-known fact that the cranial bones have a real (ohmic) resistance several orders of magnitude higher (up to 10,000 times) than the brain tissue, the skin and the blood vessels. As a result, the direct current takes the path of least resistance, in accordance with Kirchhoff's laws, i.e. flows for the most part through the well-perfused scalp from one electrode to the other and has little reason to penetrate the cranial bone into the brain mass. Without being able to prove it experimentally at the moment, it can be shown by model calculations that the direct current directly through the brain mass accounts for at best one percent of the total current fed in. Therefore, the previous technologies for tDCS (transcranial direct current stimulation) are to be classified as not very effective in advance, even without experimental evidence.

Im Stand der Technik gibt es verlässliche Hinweise darauf, dass der Wechselstrom (tACS - transkranielle AC-Stimulation, harmonische Schwingungen, Rauschen, kombinierte Verfahren) im Sinne einer Stimulation deutlich wirksamer ist. Das ist methodisch nicht neu und aus dem Bereich der muskulären oder neurologischen Stromtherapie seit Jahrzehnten bekannt.In the prior art there are reliable indications that the alternating current (tACS - transcranial AC stimulation, harmonic oscillations, noise, combined methods) is significantly more effective in terms of stimulation. Methodologically, this is not new and has been known for decades from the field of muscular or neurological current therapy.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS) nicht effektiv ist, obgleich das Ziel der Anhebung/Absenkung (Modifikation) der Reizschwelle von Neuronen legitim ist. Andererseits ist der Wechselstrom nachweislich viel wirksamer, wobei er allerdings auf Grund seines nullwertigen zeitlichen Mittelwertes die neuronale Reizschwelle von Neuronen nicht beeinflussen kann.In summary, it can be stated that transcranial direct current stimulation (tDCS) is not effective, although the goal of raising / lowering (modifying) the threshold of neurons is legitimate. On the other hand, the alternating current is demonstrably much more effective, although it cannot influence the neuronal stimulus threshold of neurons due to its zero-valued time average.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Signalform des in biologisches Gewebe eingespeisten Stromes bereitzustellen, mit der einerseits die Bildung von ungewollten Zersetzungsspannungen an Schnitt- oder Kontaktstellen (Übergangsimpedanzen) vermieden oder zumindest reduziert, und andererseits der gewünschte Gleichstrom bzw. die gewünschte Gleichspannung an dem zu stimulierenden Gewebe (z.B. Neuronen im Gehirn) erzeugt werden kann.The object of the present invention is to provide a signal form of the current fed into biological tissue with which, on the one hand, the formation of undesired decomposition voltages at interfaces or contact points (transition impedances) is avoided or at least reduced, and on the other hand the desired direct current or the desired direct voltage is applied the tissue to be stimulated (e.g. neurons in the brain) can be generated.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten, sechsten und siebenten Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved with the features of the first, sixth and seventh patent claims. Advantageous embodiments of the method according to the invention are given in the subclaims.

Mit dieser Erfindung werden die jeweils positiven Effekte der Wirkung von Gleich- und Wechselstrom auf die Impedanzen der Schnitt- bzw. Kontaktstellen (Elektrode-Haut-Schädel-Hirnmasse) und auf das biologische Gewebe miteinander kombiniert. Dementsprechend wird mit Hilfe eines Signalgenerators ein Stromsignal erzeugt, welches durch seine speziellen Eigenschaften lediglich im zu behandelnden biologischen Gewebe (in den Neuronen) eine Gleichspannung erzeugt, mit der die neuronale Reizschwelle gezielt verändert wird, jedoch an den Schnittstellen (Elektrode-Haut-Schädel-Hirnmasse) eine vernachlässigbar niedrige Gleichspannung hervorruft, welche die Zersetzungsspannung nicht überschreiten kann.With this invention, the respective positive effects of the effect of direct and alternating current on the impedances of the intersection or contact points (electrode-skin-skull-brain mass) and on the biological tissue are combined with one another. Accordingly, a signal generator is used to generate a current signal which, due to its special properties, only generates a direct voltage in the biological tissue to be treated (in the neurons), with which the neuronal stimulus threshold is specifically changed, but at the interfaces (electrode-skin-skull Brain matter) causes a negligibly low DC voltage, which the decomposition voltage cannot exceed.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 - Bode-Diagramme der Impedanzen von Elektroden (volle Linie), Körper (gestrichelte Linie) und Neuronen (gepunktete Linie): Betrag der Impedanzen (oben) und deren Phasenfrequenzgang (unten)
2- Zeitverläufe des eingespeisten Stromes (oben), der Elektrodenspannung (mittig) und der am Neuron generierten Spannung (unten) am Beispiel eines analog modulierten Stromsignals mit einer Grundfrequenz der Harmonischen von 500 Hz
3 - Zeitverlauf des eingespeisten Stromes nach Pulsbreitenmodulation von harmonischen Schwingungen
4 - Zeitverläufe der Spannungsabfälle über Elektrode (oben) und am Neuron (unten): Realteil (volle Linie) und Imaginärteil (gepunktete Linie)
5- prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

The present invention is explained in more detail below with reference to drawings. It shows:

1 - Bode diagrams of the impedances of electrodes (full line), body (dashed line) and neurons (dotted line): amount of impedances (top) and their phase frequency response (bottom)
2 - Time curves of the current fed in (top), the electrode voltage (center) and the Voltage generated at the neuron (below) using the example of an analog modulated current signal with a fundamental harmonic frequency of 500 Hz
3 - Time course of the injected current after pulse width modulation of harmonic oscillations
4th - Time curves of the voltage drops across the electrode (above) and at the neuron (below): real part (full line) and imaginary part (dotted line)
5 - Basic representation of a device for performing the method according to the invention

Um an den Kontaktstellen (Übergangsimpedanzen) zwischen dem Stimulator und dem biologischen Gewebe (Gehirn) die Bildung von ungewollten Zersetzungsspannungen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und gleichzeitig den gewünschten Gleichstrom in dem bzw. die gewünschte Gleichspannung an dem biologischen Gewebe (Neuronen) zu erzeugen, wird vorgeschlagen, ein Stromsignal mit spezifischen Eigenschaften zu generieren. Insbesondere soll dieses Stromsignal an den Schnitt- oder Kontaktstellen keinen Gleichanteil erzeugen, also sein zeitlicher Mittelwert gleich null sein (unsymmetrische Stromimpulse, partiell harmonische Schwingungen, etc.). Dagegen soll die neue Signalform des eingespeisten Stromes jedoch an den Neuronen eine Gleichspannung erzeugen, mit der die Reizschwelle der Neurone gezielt angehoben oder abgesenkt werden kann. Für die Umsetzung dieser unterschiedlichen Ziele wird eine signifikante Differenz der elektrischen Eigenschaften (Impedanzen) zwischen den diversen Schnittstellen einerseits und den Neuronen andererseits, benötigt. Die Impedanzen der wichtigsten Strukturen (Elektrode, Körper, Neuron) sind in 1 dargestellt. Aus dieser Darstellung folgt, dass die Impedanzen der Elektroden und des Körpers bei höheren Frequenzen als etwa 500 Hz frequenzunabhängig sind, so dass sie in diesem Frequenzbereich kein integrales Verhalten besitzen. Das Neuron hingegen integriert ab einer Frequenz von etwa 4 Hz bis zu einer Frequenz von 100 kHz. Dieser Unterschied im Integrationsverhalten wird dafür genutzt, eine Signalform des eingespeisten Stromes zu generieren, die nur am Neuron zur Erzeugung der Gleichspannung wirksam werden kann.In order to avoid or at least reduce the formation of unwanted decomposition voltages at the contact points (transition impedances) between the stimulator and the biological tissue (brain) and at the same time to generate the desired direct current in the or the desired direct voltage on the biological tissue (neurons), it is proposed to generate a current signal with specific properties. In particular, this current signal should not generate a constant component at the interfaces or contact points, i.e. its time average should be equal to zero (asymmetrical current pulses, partially harmonic oscillations, etc.). On the other hand, the new signal form of the fed-in current is supposed to generate a direct voltage at the neurons, with which the stimulus threshold of the neurons can be specifically raised or lowered. For the implementation of these different goals, a significant difference in electrical properties (impedances) between the various interfaces on the one hand and the neurons on the other hand is required. The impedances of the most important structures (electrode, body, neuron) are in 1 shown. It follows from this illustration that the impedances of the electrodes and the body are frequency-independent at frequencies higher than approximately 500 Hz, so that they do not have an integral behavior in this frequency range. The neuron, on the other hand, integrates from a frequency of around 4 Hz up to a frequency of 100 kHz. This difference in integration behavior is used to generate a signal form for the current that is fed in, which can only be effective on the neuron to generate the direct voltage.

Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, dass aus einer Wechselspannung mittels Integration eine Gleichspannung auf unterschiedlichen Wegen erzeugt werden kann. Beispielsweise werden nach der Demodulation eines analog modulierten Signals durch die Tiefpasswirkung des Integrators die hochfrequenten Signalanteile gedämpft und der erwünschte tieffrequente Signalanteil bleibt erhalten. Hierbei sind die spektralen Signalanteile sowie ihre Bandbreite weitgehend stationär und statisch. Die relevante Information ist in ihrer spektralen Lage kodiert (analoge oder spektrale Modulation).
Die benötigte Information kann aber auch im hochfrequenten Zeitverlauf so kodiert werden, dass durch die zeitliche Integration das gewünschte Signal zurückgewonnen wird. Eine typische und die verbreitetste Methode hierfür ist die PWM (Pulse-Width-Modulation). Wie bei einer analogen Modulation ist hierbei die relevante Information grundsätzlich auch spektral kodiert (zeitliche Modulation).
Technisch sowie biologisch ist die Rückgewinnung der Signalform einfach: Technisch durch einen Integrator bzw. einen angemessen konfigurierten Tiefpass und biologisch durch natürliche elektrische Integration, wie sie in den Neuronen implizit durchgeführt wird.It is fundamentally known from the prior art that a DC voltage can be generated in different ways from an AC voltage by means of integration. For example, after the demodulation of an analog modulated signal, the high-frequency signal components are attenuated by the low-pass effect of the integrator and the desired low-frequency signal component is retained. The spectral signal components and their bandwidth are largely stationary and static. The relevant information is coded in its spectral position (analog or spectral modulation).
The required information can, however, also be encoded in the high-frequency time sequence in such a way that the desired signal is recovered through the integration over time. A typical and the most common method for this is PWM (Pulse-Width Modulation). As with analog modulation, the relevant information is basically also spectrally encoded (temporal modulation).
The recovery of the signal form is technically and biologically simple: Technically by means of an integrator or an appropriately configured low-pass filter, and biologically by means of natural electrical integration, as it is implicitly carried out in the neurons.

Beispielhaft wird an dieser Stelle die spektrale Modulation eines hochfrequenten Trägers mit einem niederfrequenten Nutzsignal beschrieben. In einem ersten Schritt wird das Nutzsignal mittels DSBSC (Double-Side-Band with Suppressed Carrier, Zweiseitenband mit unterdrücktem Träger) moduliert. Damit das Nutzsignal im Neuron wirksam werden kann, muss es am Neuron vordemoduliert ankommen. Dazu wird das DSBSC-Signal mit dem hochfrequenten Träger multipliziert, so dass der neuronale Integrator für die Wirkung des Nutzsignals sorgt. Bis zum Neuron gelangt das vordemodulierte Signal ohne dass wesentliche Anteile von ihm über den Schnittstellen wirksam werden. Eine entsprechende rechnerische Simulation ist in 2 dargestellt. Der Amplitudenverlauf des Stromsignals für die tDCS ist standardisiert und hochfrequent (Trägerfrequenz f_C = 500 Hz). Ebenso ist die Elektrodenspannung hochfrequent und ihr Gleichanteil nicht nullwertig. Durch diese hohe Frequenz wird die Elektrolyse an den Kontakt- oder Schnittstellen vermieden. Mit Hilfe des systemimmanenten Integrators des Neurons wird der gewünschte, vorprogrammierte Gleichstrom mit langsamem Anstieg und Abfall wirksam (siehe 2 unten).As an example, the spectral modulation of a high-frequency carrier with a low-frequency useful signal is described here. In a first step, the useful signal is modulated using DSBSC (Double-Side-Band with Suppressed Carrier). In order for the useful signal to be effective in the neuron, it must arrive at the neuron in a pre-demodulated manner. To do this, the DSBSC signal is multiplied by the high-frequency carrier so that the neural integrator takes care of the useful signal. The pre-demodulated signal reaches the neuron without significant parts of it becoming effective via the interfaces. A corresponding computational simulation is in 2 shown. The amplitude curve of the current signal for the tDCS is standardized and high frequency (carrier frequency f _C = 500 Hz). The electrode voltage is also high-frequency and its DC component is not zero-valued. This high frequency avoids electrolysis at the contact or interfaces. With the help of the system-immanent integrator of the neuron, the desired, pre-programmed direct current becomes effective with a slow rise and fall (see 2 below).

In 3 sind die Zeitverläufe der Spannung über der Elektrode (oben, Mittelwert 0,77 V) und am Neuron (unten, Mittelwert 0,67 V) am Beispiel einer zeitlichen Modulation eines hochfrequenten Trägers mit einem niederfrequenten Nutzsignal dargestellt. Zur Simulation wurde ein PWM-Signal mit einer Periode von 1 ms (Grundfrequenz 1 kHz), einem Tastverhältnis von 0,7 und einem Mittelwert von 0,05 mA verwendet, wobei der positive Pegel bei 0,5 mA und der negative bei -1,0 mA liegt. Der Mittelwert der Elektrodenspannung beträgt 0,77 V bei einer Grundfrequenz von 1 kHz, so dass es nicht zu einer Elektrolyse kommen kann (3 oben).
Die Gleichspannung am Neuron erreicht 0,68 V. Diese für ein Neuron sonst zu hohe Spannung muss auf die tatsächliche Anzahl der vom Strom durchflossenen Neurone verteilt werden, so dass sie dann für ein einzelnes Neuron nicht mehr als wenige Millivolt erreichen wird (der eingespeiste Strom verteilt sich über mehrere tausend Neurone).In 3 the time curves of the voltage across the electrode (above, mean value 0.77 V) and at the neuron (below, mean value 0.67 V) are shown using the example of a time modulation of a high-frequency carrier with a low-frequency useful signal. A PWM signal with a period of 1 ms (base frequency 1 kHz), a duty cycle of 0.7 and an average value of 0.05 mA was used for the simulation, with the positive level at 0.5 mA and the negative at -1 , 0 mA. The mean value of the electrode voltage is 0.77 V at a fundamental frequency of 1 kHz, so that electrolysis cannot occur ( 3 above).
The direct voltage at the neuron reaches 0.68 V. This voltage, which is otherwise too high for a neuron, must be distributed over the actual number of neurons through which the current flows, so that it will then not reach more than a few millivolts for a single neuron (the fed-in current distributed over several thousand neurons).

Die in 2 und 3 dargestellten Zeitverläufe des eingespeisten Stromsignals werden mittels der in 5 gezeigten Vorrichtung generiert und beispielhaft am menschlichen Kopf appliziert. Diese Ströme erzeugen über den biologischen Impedanzen Spannungsabfälle dargestellt in 2 und 4. Die Vorrichtung zeigt eine in der Therapie mittels elektrischem Strom oft verwendete Konfiguration mit zwei unabhängigen Stromkreisen und vier Elektroden. Die gewünschte Signalform (hier vordemodulierte DSBSC sowie PWM) wird mit allen relevanten Signalparametern in einem programmierbaren Signalgenerator erzeugt und an steuerbare Stromquellen übergeben. Diese speisen das vorgesehene Gewebe (Gehirn, externe Nervenbahnen, Muskelgruppen) mit wahlweise einem oder zwei Stromkreisen mittels entsprechender Anzahl von Elektroden.In the 2 and 3 The time courses of the fed-in current signal shown are determined using the in 5 The device shown is generated and applied to the human head as an example. These currents generate voltage drops across the biological impedances shown in 2 and 4th . The device shows a configuration often used in electrical therapy with two independent circuits and four electrodes. The desired signal form (here pre-demodulated DSBSC and PWM) is generated with all relevant signal parameters in a programmable signal generator and transferred to controllable power sources. These feed the intended tissue (brain, external nerve tracts, muscle groups) with either one or two circuits using the appropriate number of electrodes.

Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass zur therapeutischen Stimulation von biologischem Gewebe (insbesondere von Hirn) zusammengesetzte Stromsignale mit beliebigen Formen (Impulse, harmonische Schwingungen, Trapeze, Halbwellen etc.) so generiert, dass sie den folgenden Anforderungen genügen, um Elektrolyse an den Übergängen (Schnitt- oder Kontaktstellen) vom Stimulator zum geplanten neuronalen oder muskulären Areal zu vermeiden:

• Der zeitliche Mittelwert (DC, Gleichanteil) des aus positiven und negativen Teilstromformen zusammengesetzten Stromsignals muss verschieden von null sein,
• Die Frequenzspektren der Teilströme beider Polaritäten sowie des Gesamtsignals müssen oberhalb der oberen Grenzfrequenz der Impedanzen aller beteiligten Schnittstellen liegen

und

• Die Frequenzspektren der Teilströme müssen so beschaffen sein, dass sie die Impedanzen der Schnittstellen ungehindert passieren und die Gleichspannung bzw. der niederfrequente Anteil erst durch die biologisch immanente zeitliche Integration in den Neuronen wirksam wird.

In summary, it can be stated that for the therapeutic stimulation of biological tissue (especially of the brain) composite current signals of any shape (impulses, harmonic oscillations, trapezoids, half waves etc.) are generated in such a way that they meet the following requirements for electrolysis at the transitions Avoid (interfaces or contact points) from the stimulator to the planned neural or muscular area:

• The time average value (DC, direct component) of the current signal composed of positive and negative partial current forms must be different from zero,
• The frequency spectra of the partial currents of both polarities and of the overall signal must be above the upper limit frequency of the impedances of all interfaces involved

and

• The frequency spectra of the partial currents must be such that they pass the impedances of the interfaces unhindered and the direct voltage or the low-frequency component only becomes effective through the biologically immanent temporal integration in the neurons.

Claims

Method for non-invasive stimulation of biological tissue with a current signal which is generated by a signal generator and transmitted to the tissue to be stimulated by means of a controllable current source via at least one interface with a material-specific impedance, characterized in that the generated current signal has partial current signals with positive and has negative polarity, wherein: • the time average of the generated current signal is not zero-valued; • the frequency spectra of the partial current signals of both polarities and the generated current signal are above the upper limit frequency of the impedance of at least one interface and • the frequency spectra of the partial current signals of both polarities are designed in such a way that the impedance of at least one interface is permeable to the partial current signals of both polarities and the stimulation of the biological tissue is realized with the low-frequency or direct current component of the partial current signals, which is generated with the help of the biological tissue-immanent temporal integration of the current signal.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the current signal is generated by means of spectral or temporal modulation.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the current signal is generated by means of double sideband modulation with suppressed carrier or pulse width modulation.

Method according to one of the Claims 1 to 3 characterized in that the upper limit frequency of the impedance of at least one interface is the frequency at which the fed-in current generates a lower voltage drop than with direct current or low-frequency current.

Method according to one of the Claims 1 to 4th characterized in that the generated low-frequency or direct current component of the current signal in the biological tissue to be stimulated is used to manipulate the triggering threshold of an action potential.

Device for non-invasive stimulation of biological tissue for carrying out a method according to one of the claims Claim 1 to 5 , characterized in that it has a programmable signal generator and at least one controllable current source, to which at least one pair of electrodes is coupled.

Using a device according to Claim 6 for stimulating areas of the human brain via interfaces on the skull using a method according to one of the Claims 1 to 5 , wherein two pairs of electrodes are coupled to the controllable current source.