EA044512B1 - DEVICE AND METHOD OF INTERACTION WITH THE BRAIN - Google Patents

DEVICE AND METHOD OF INTERACTION WITH THE BRAIN Download PDF

Info

Publication number
EA044512B1
EA044512B1 EA202191672 EA044512B1 EA 044512 B1 EA044512 B1 EA 044512B1 EA 202191672 EA202191672 EA 202191672 EA 044512 B1 EA044512 B1 EA 044512B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
brain
user
stimulation
data processing
electrical signals
Prior art date
Application number
EA202191672
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Высоков
Даурен Толеуханов
Илья Тарасенко
Михаил Оганесян
Original Assignee
Брейнпатч Лтд
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Брейнпатч Лтд filed Critical Брейнпатч Лтд
Publication of EA044512B1 publication Critical patent/EA044512B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретенияField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к устройствам нейромодуляции и к способам использования вышеупомянутых устройств нейромодуляции. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству, взаимодействующему с мозгом, и способам использования такого устройства, например, применением искусственного интеллекта (адаптивное обучение), реализованного посредством вычислительных приспособлений, которые изменяют метод работы устройства взаимодействия с мозгом при обработке сигналов, проходящих через него, когда оно работает. Дополнительно, настоящее изобретение касается компьютерных программных продуктов, содержащих машиночитаемый носитель, предназначенный для долговременного хранения информации, имеющий машиночитаемые инструкции, хранящиеся в нем, причем машиночитаемые инструкции выполняются компьютеризированным устройством, содержащим обрабатывающее аппаратное средство для выполнения вышеупомянутых способов.The invention relates to neuromodulation devices and methods of using the aforementioned neuromodulation devices. More specifically, the present invention relates to a brain interface device and methods of using such a device, for example, the use of artificial intelligence (adaptive learning) implemented through computing devices that change the method of operation of the brain interface device in processing signals passing through it, when it works. Additionally, the present invention relates to computer program products comprising a computer-readable medium for long-term storage of information having computer-readable instructions stored therein, the computer-readable instructions being executed by a computerized device comprising processing hardware for performing the above methods.

Уровень техникиState of the art

В последнее время, оборудование, которое выполнено с возможностью стимулировать нервную систему человека, значительно эволюционировало. Однако электрохимические сигналы, исходящие из данного мозга данного человека, изолируются от внешних воздействий черепом данного мозга, причем электрохимические сигналы распространяются пространственно черепом. Кроме того, неинвазивные системы стимуляции мозга (NIBS) в настоящее время используют для стимуляции мозга. В примере, функцию нервной системы изменяют применением электрической стимуляции к нервной системе для управления восприятием боли нервной системой, или используют другой протокол стимуляции мозга для улучшения производительности нервной системы при выполнении когнитивных задач.Recently, equipment that is designed to stimulate the human nervous system has evolved significantly. However, electrochemical signals emanating from a given brain of a given person are isolated from external influences by the skull of a given brain, and the electrochemical signals are propagated spatially by the skull. Additionally, non-invasive brain stimulation systems (NIBS) are currently used to stimulate the brain. In an example, nervous system function is altered by applying electrical stimulation to the nervous system to control the nervous system's perception of pain, or using another brain stimulation protocol to improve nervous system performance on cognitive tasks.

Как правило, электрохимические сигналы, исходящие из данного мозга данного человека, обнаруживают соединением электродов, контактирующих с волосистым участком головы данного человека. В общем, сигналы, захваченные из данного мозга использованием электродов, соединенных в контакте с волосистым участком головы, имеют амплитуду порядка от десятков до сотен микровольт. Эти сигналы или параметры, полученные из этих сигналов, связаны с различными состояниями мозга, когнитивной активностью и особыми нарушениями. Также можно использовать те же или другие электроды для передачи электрических токов для неинвазивной стимуляции мозга (NIBS). Кроме того, большинство традиционных неинвазивных систем стимуляции мозга (NIBS) полагаются на единый протокол, а именно, общий протокол, используемый в общем для различных типов мозга. И наоборот, оказалось, что человеческий мозг в высшей степени индивидуалистичен, а именно взаимно отличаются друг от друга тем, как они отвечают на стимулы. Кроме того, жесткая традиционная система позиционирования электродов (также известная, как система 10/20), которая учитывает размер черепа и используется как для электрической записи, так и для электрической стимуляции, полагается на помощь медсестры или техника, однако она по-прежнему не учитывает особенности мозга и алгоритмы обработки сигнала, а стимуляция, которая не адаптируется, таким образом, может приводить к плохой воспроизводимости и неожиданным исходам в экстремальных случаях. Следовательно, такая единая конструкция устройства в соответствии с единым протоколом, является грубым и неэффективным подходом.Typically, electrochemical signals emanating from a given person's brain are detected by connecting electrodes in contact with the person's scalp. In general, signals captured from a given brain using electrodes connected in contact with the scalp have amplitudes on the order of tens to hundreds of microvolts. These signals, or parameters derived from these signals, are associated with various brain states, cognitive performance, and specific disorders. The same or different electrodes can also be used to deliver electrical currents for non-invasive brain stimulation (NIBS). In addition, most traditional non-invasive brain stimulation systems (NIBS) rely on a single protocol, namely a common protocol used in general across different brain types. Conversely, it turns out that the human brain is highly individualistic, meaning that they differ from each other in how they respond to stimuli. Additionally, the rigid traditional electrode positioning system (also known as the 10/20 system), which takes into account skull size and is used for both electrical recording and electrical stimulation, relies on the assistance of a nurse or technician, however it still does not take into account brain characteristics and signal processing algorithms, and stimulation that does not adapt can thus lead to poor reproducibility and unexpected outcomes in extreme cases. Therefore, such a single device design according to a single protocol is a crude and ineffective approach.

Такие индивидуалистичные требования выявляют главную задачу и необходимость в области оптимизации стимуляции в отношении межиндивидуальных структурных вариабельностей, а также в отношении индивидуальной динамики сигнализации, и даже в отношении быстро меняющегося состояния мозга в реальном времени. Поскольку стимуляция мозга влияет на состояние мозга, стимуляция потенциально нуждается в соответствующей адаптации, таким образом, создавая петлю обратной связи. Если эта адаптация происходит автоматически в реальном времени без вовлечения любой третей стороны, этот тип петли известен как замкнутая петля. Если стимуляция была неэффективной при изменении состояния мозга до желаемого состояния, то коллективные параметры стимуляции, которые могут быть определены как протокол стимуляции мозга, должны быть настроены в этой петле обратной связи, пока не будет достигнут желаемый эффект. Таким образом, мы определяем любые приспособления для обработки входящего сигнала или для настройки протокола стимуляции мозга, который может адаптироваться к межиндивидуальной разнице и к разнице между состояниями, в качестве алгоритмов адаптивного обучения.Such individualistic requirements highlight a major challenge and need in the field of optimizing stimulation with respect to inter-individual structural variability, as well as with respect to individual signaling dynamics, and even with respect to rapidly changing real-time brain states. Because brain stimulation affects brain state, the stimulation potentially needs to be adapted accordingly, thus creating a feedback loop. If this adaptation occurs automatically in real time without the involvement of any third party, this type of loop is known as a closed loop. If stimulation was ineffective in changing the brain state to the desired state, then the collective stimulation parameters, which can be defined as a brain stimulation protocol, must be adjusted in this feedback loop until the desired effect is achieved. Thus, we define any adaptations for processing an input signal or for setting up a brain stimulation protocol that can adapt to interindividual and interstate variation as adaptive learning algorithms.

Однако большинство существующих специализированных устройств ограничены в своей способности устанавливать действительно неинвазивную стимуляцию мозга (NTBS) типа замкнутой петли. Примечательно, что, существующее специализированное оборудование испытывает нехватку протоколов реального времени для настройки и оптимизации стимуляции, что приводит к плохой воспроизводимости полезных эффектов, которые способна предоставлять неинвазивная стимуляция мозга (NTBS). Кроме того, большинство усилий, предпринятых в этом направлении, до сих пор были сосредоточены преимущественно на запуске стимуляции в ответ на положительную или отрицательную фазу записанных мозговых волн. Например, чтобы запускать стимуляцию в фазе с записанными мозговыми волнами данного субъекта, в настоящее время используют форму фазовой синхронизации, как описано в публикации WIPO WO 2017015428 А1.However, most existing dedicated devices are limited in their ability to deliver truly non-invasive brain stimulation (NTBS) of the closed-loop type. Notably, existing specialized equipment lacks real-time protocols for tuning and optimizing stimulation, resulting in poor reproducibility of the beneficial effects that noninvasive brain stimulation (NTBS) can provide. Moreover, most efforts made in this direction have so far focused primarily on triggering stimulation in response to the positive or negative phase of recorded brain waves. For example, to trigger stimulation in phase with the recorded brain waves of a given subject, a form of phase locking is currently used, as described in WIPO publication WO 2017015428 A1.

Несмотря на достижения, которые были выполнены в вышеупомянутом оборудовании нейромодуляции, параметры стимуляции нуждаются в дополнительной оптимизации для достижения улучшеннойDespite the advances that have been made in the above-mentioned neuromodulation equipment, stimulation parameters need further optimization to achieve improved

- 1 044512 оптимизации неинвазивной стимуляции мозга (NIBS) в реальном времени. Следовательно, в свете вышеизложенного обсуждения, имеется необходимость преодолевать вышеупомянутые недостатки, связанные с традиционной системой неинвазивной стимуляции мозга (NIBS).- 1 044512 optimization of non-invasive brain stimulation (NIBS) in real time. Therefore, in light of the above discussion, there is a need to overcome the above-mentioned disadvantages associated with the traditional non-invasive brain stimulation (NIBS) system.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение стремится предоставлять улучшенное устройство взаимодействия с мозгом, например, устройство NIBS, которое лучше способно адаптировать свои параметры стимуляции к индивидуальным требованиям и свойствам каждого человека, к которому применяют устройство.The present invention seeks to provide an improved brain interface device, such as a NIBS device, that is better able to tailor its stimulation parameters to the individual requirements and characteristics of each person to whom the device is applied.

Кроме того, настоящее изобретение стремится описывать улучшенный способ использования улучшенного устройства взаимодействия с мозгом, например, устройство NIBS, которое лучше способно динамически адаптировать свои параметры стимуляции к требованиям индивидуума и к свойствам каждого человека, к которому применяют устройство, в зависимости от отклика мозга индивидуума на стимуляцию.In addition, the present invention seeks to describe an improved method of using an improved brain interface device, such as a NIBS device, that is better able to dynamically adapt its stimulation parameters to the requirements of the individual and to the characteristics of each person to whom the device is applied, depending on the response of the individual's brain to stimulation.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять решение, которое преодолевает по меньшей мере частично, проблемы, встречающиеся в NIBS известного уровня техники, и предоставлять улучшенное устройство взаимодействия с мозгом пользователям.The object of the present invention is to provide a solution that overcomes, at least in part, the problems encountered in prior art NIBS and provide an improved brain interface device to users.

В первом аспекте варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют устройство взаимодействия с мозгом, которое запускает, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, при этом устройство содержит:In a first aspect, embodiments of the present invention provide a brain interface device that, when operative, triggers brain activity monitoring and stimulation of the user's brain, the device comprising:

(i) приспособление головного убора, которое должно размещаться или располагаться на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для обнаружения электрических сигналов от него, и для подачи к нему мозговых стимулов;(i) a headgear device that is to be placed or positioned on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom, and to supply brain stimuli to it;

(ii) приспособление ввода/вывода, которое принимает электрические сигналы от по меньшей мере одного из группы электродов и передает мозговые стимулы посредством по меньшей мере одного из группы электродов, при работе;(ii) an input/output device that receives electrical signals from at least one of the group of electrodes and transmits brain stimuli through at least one of the group of electrodes, in operation;

(iii) приспособление обработки данных, которое обрабатывает обнаруженные электрические сигналы, принятые от приспособления ввода/вывода, и создает протокол стимуляции мозга, который зависит от принятых электрических сигналов, при работе, при этом приспособление обработки данных содержит модуль памяти; и (iv) блок питания, который подает электроэнергию приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных, отличающееся тем, что приспособление обработки данных сравнивает принятые электрические сигналы с заданным набором эталонных данных для создания анализа принятых электрических сигналов, и применяет по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой вычислительный алгоритм к процессам анализа и создания протокола стимуляции мозга. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно предоставляет персонализированное устройство взаимодействия с мозгом, способное предоставлять конкретную для пользователя стимуляцию адаптивным образом и в реальном времени, таким образом, приводящую к среде стимуляции, удобной для пользователя, для достижения желаемых эффектов.(iii) a processing device that processes the detected electrical signals received from the input/output device and creates a brain stimulation protocol that depends on the received electrical signals in operation, wherein the data processing device includes a memory module; and (iv) a power supply that supplies electrical power to the input/output device and the data processing device, characterized in that the data processing device compares the received electrical signals with a predetermined set of reference data to create an analysis of the received electrical signals, and applies at least one adaptive algorithm training or other computational algorithm to the processes of analysis and creation of a brain stimulation protocol. An advantage of the present invention is that it provides a personalized brain interface device capable of delivering user-specific stimulation in an adaptive manner and in real time, thereby resulting in a user-friendly stimulation environment to achieve desired effects.

Варианты выполнения изобретения предпочтительны с точки зрения предоставления устройства взаимодействия с мозгом, которое имеет потенциал для уменьшения интенсивности симптомов, связанных с бессонницей, синдромом дефицита внимания с гиперактивностью, эпилепсией и тремором при болезни Паркинсона, посредством нейромодуляции, оптимизированной к индивидуальной динамике мозговых сигналов. Кроме того, устройство настоящего изобретения предоставляет решение для достижения безопасной и эффективной транскраниальной стимуляции, неинвазивной записи мозговой активности и оптимизации в реальном времени мозговых стимулов в соответствии с откликом, принятым от мозга.Embodiments of the invention are advantageous for providing a brain interface device that has the potential to reduce the intensity of symptoms associated with insomnia, attention deficit hyperactivity disorder, epilepsy and tremors in Parkinson's disease through neuromodulation optimized to individual brain signal dynamics. Moreover, the device of the present invention provides a solution for achieving safe and effective transcranial stimulation, non-invasive recording of brain activity and real-time optimization of brain stimuli according to the response received from the brain.

Во втором аспекте варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют способ использования устройства взаимодействия с мозгом, которое предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, содержащий этапы, на которых:In a second aspect, embodiments of the present invention provide a method of using a brain interface device that, when operative, provides monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain, comprising the steps of:

(i) используют блок питания для подачи электроэнергии к приспособлению ввода/вывода и к приспособлению обработки данных;(i) using a power supply to supply power to the input/output device and the data processing device;

(ii) размещают или располагают приспособление головного убора на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для обнаружения электрических сигналов от него, и для подачи к нему мозговых стимулов;(ii) placing or positioning the headgear device on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom, and to apply to him brain stimuli;

(iii) используют приспособление ввода/вывода для приема электрических сигналов от по меньшей мере одного из группы электродов, и для передачи мозговых стимулов по меньшей мере одному из группы электродов;(iii) using an input/output device to receive electrical signals from at least one of the group of electrodes, and to transmit brain stimuli to at least one of the group of electrodes;

(iv) используют приспособление обработки данных для обработки обнаруженных электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода, и для создания протокола стимуляции мозга, оптимизированного в отношении принятых электрических сигналов, при этом приспособление обработки(iv) using the processing device to process the detected electrical signals received from the input/output device and to create a brain stimulation protocol optimized with respect to the received electrical signals, the processing device

- 2 044512 данных содержит модуль памяти; и (v) сравнивают принятые электрические сигналы и заданный набор эталонных данных для создания анализа и применения по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения или другого вычислительного алгоритма для анализа для создания протокола стимуляции мозга.- 2 044512 data contains a memory module; and (v) comparing the received electrical signals and a predetermined set of reference data to create an analysis and applying at least one adaptive learning algorithm or other computational analysis algorithm to create a brain stimulation protocol.

В третьем аспекте варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют компьютерный программный продукт, содержащий машиночитаемый носитель, предназначенный для долговременного хранения информации, имеющий машиночитаемые инструкции, хранящиеся на нем, причем машиночитаемые инструкции выполняются компьютеризированным устройством, содержащим обрабатывающее аппаратное средство для выполнения вышеупомянутого способа.In a third aspect, embodiments of the present invention provide a computer program product comprising a computer-readable medium for storing non-transitory information, having computer-readable instructions stored thereon, wherein the computer-readable instructions are executed by a computerized device comprising processing hardware for performing the above method.

Дополнительные аспекты, преимущества, признаки и задачи настоящего изобретения, станут очевидными из чертежей и подробного описания иллюстративных вариантов выполнения, истолкованных в сочетании с приложенной формулой изобретения, которая следует далее.Additional aspects, advantages, features and objects of the present invention will become apparent from the drawings and detailed description of the illustrative embodiments, construed in conjunction with the appended claims that follow.

Будет понятно, что признаки настоящего изобретения могут быть объединены в различных совокупностях без отступления от объема настоящего изобретения, как определено приложенной формулой изобретения.It will be understood that the features of the present invention may be combined in various combinations without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Вышеприведенная сущность изобретения, а также следующее подробное описание иллюстративных вариантов выполнения, лучше понятны при чтении в сочетании с приложенными чертежами. В целях иллюстрации настоящего изобретения, примерные варианты выполнения изобретения, показаны на чертежах. Однако настоящее изобретение не ограничено конкретными способами и инструментами, раскрытыми в настоящем документе. Кроме того, специалист в области техники поймет, что чертежи выполнены не в масштабе. Там, где это возможно, подобные элементы были обозначены идентичными позициями.The foregoing summary of the invention, as well as the following detailed description of illustrative embodiments, will be better understood when read in conjunction with the accompanying drawings. For purposes of illustrating the present invention, exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. However, the present invention is not limited to the specific methods and tools disclosed herein. Additionally, one skilled in the art will appreciate that the drawings are not to scale. Where possible, similar elements have been designated by identical positions.

Варианты выполнения настоящего изобретения теперь будут описаны только в качестве примера со ссылкой на следующие схемы, на которых:Embodiments of the present invention will now be described by way of example only with reference to the following diagrams, in which:

фиг. 1 представляет собой схематичную иллюстрацию блок-схемы устройства взаимодействия с мозгом для мониторинга мозговой активности и стимуляции мозга пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 1 is a schematic block diagram of a brain interface device for monitoring brain activity and stimulating the brain of a user, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 2А и 2В представляют собой иллюстрации примерных реализаций устройства взаимодействия с мозгом с фиг. 1, примененного на пользователе, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 2A and 2B are illustrations of exemplary implementations of the brain interface device of FIG. 1 applied to a user in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 3 представляет собой иллюстрацию системы замкнутой петли для реализации по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 3 is an illustration of a closed loop system for implementing at least one adaptive learning algorithm, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 4 представляет собой иллюстрацию примерной реализации устройства взаимодействия с мозгом, содержащего блок управления и приспособление внешней стимуляции, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 4 is an illustration of an exemplary implementation of a brain interface device comprising a control unit and an external stimulation device in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 5 представляет собой иллюстрацию примерной реализации устройства взаимодействия с мозгом, содержащего приспособление внешней стимуляции, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 5 is an illustration of an exemplary implementation of a brain interface device comprising an external stimulation device in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 6 представляет собой иллюстрацию примерной реализации устройства взаимодействия с мозгом с другим приспособлением головного убора, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 6 is an illustration of an exemplary implementation of a brain interface device with another headgear device, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 7 представляет собой примерный интерфейс пользователя для приема инструкции от пользователя или для отображения персонализированного протокола стимуляции мозга, приложенного к пользователю, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 7 is an exemplary user interface for receiving instructions from a user or for displaying a personalized brain stimulation protocol applied to a user, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 8А, 8В показывают спектрограммы и сигналы, обнаруженные из O1 (канал 7 и канал 8, соответственно) области мозга пользователя, в ответ на различные частоты стимуляции, используемые для определения оптимальной частоты стимуляции для пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;fig. 8A, 8B show spectrograms and signals detected from the O1 (channel 7 and channel 8, respectively) region of the user's brain in response to various stimulation frequencies used to determine the optimal stimulation frequency for the user, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 9 показывает график, иллюстрирующий нелинейное отношение между частотой стимуляции, переданной светодиодами, и мощностью отклика мозгового сигнала с частотой, соответствующей частоте стимуляции со светодиодным светом, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения; и фиг. 10 представляет собой иллюстрацию этапов способа мониторинга мозговой активности и стимуляции мозга пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.fig. 9 is a graph illustrating the non-linear relationship between the stimulation frequency transmitted by the LEDs and the response power of the brain signal at a frequency corresponding to the stimulation frequency with the LED light, in accordance with an embodiment of the present invention; and fig. 10 is an illustration of steps of a method for monitoring brain activity and stimulating the brain of a user, in accordance with an embodiment of the present invention.

На сопровождающих чертежах подчеркнутую позицию применяют для представления элемента, над которым расположена подчеркнутая позиция, или элемента, которому подчеркнутая позиция является смежной. Не подчеркнутая позиция относится к элементу, обозначенному линией, связывающей не подчеркнутую позицию с элементом. Когда позиция не подчеркнута и сопровождается соответствующей стрелкой, не подчеркнутую позицию используют для обозначения общего элемента, на который указывает стрелка.In the accompanying drawings, an underline is used to represent an element over which the underline is located, or an element to which the underline is adjacent. An un-underlined position refers to an element indicated by a line connecting the un-underlined position to the element. When an item is not underlined and accompanied by a corresponding arrow, the unemphasized item is used to indicate the general element to which the arrow is pointing.

- 3 044512- 3 044512

Подробное описание вариантов выполненияDetailed description of embodiments

Следующее подробное описание иллюстрирует варианты выполнения настоящего изобретения и пути, которыми они могут быть реализованы. Хотя некоторые режимы выполнения настоящего изобретения были раскрыты, специалисты в области техники должны признать, что также возможны и другие варианты выполнения для выполнения или осуществления настоящего изобретения.The following detailed description illustrates embodiments of the present invention and the ways in which they may be implemented. Although certain modes of carrying out the present invention have been disclosed, those skilled in the art will recognize that other embodiments for making or implementing the present invention are also possible.

В одном аспекте вариант выполнения настоящего изобретения предоставляет устройство взаимодействия с мозгом, которое предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, при этом устройство содержит:In one aspect, an embodiment of the present invention provides a brain interface device that, when operative, provides monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain, the device comprising:

(i) приспособление головного убора, которое должно размещаться или располагаться на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для обнаружения электрических сигналов от него и для подачи к нему мозговых стимулов;(i) a headgear device that is to be placed or positioned on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom and to supplying brain stimuli to it;

(ii) приспособление ввода/вывода, которое принимает электрические сигналы от по меньшей мере одного из группы электродов и передает мозговые стимулы по меньшей мере одному из группы электродов, при работе;(ii) an input/output device that receives electrical signals from at least one of the group of electrodes and transmits brain stimuli to at least one of the group of electrodes, in operation;

(iii) приспособление обработки данных, которое обрабатывает обнаруженные электрические сигналы, принятые от приспособления ввода/вывода, и создает протоколы стимуляции мозга, которые зависят от принятых электрических сигналов, при работе, при этом приспособление обработки данных содержит модуль памяти; и (iv) блок питания, который подает электроэнергию приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных, отличающееся тем, что приспособление обработки данных сравнивает принятые электрические сигналы с заданным набором эталонных данных для создания анализа принятых электрических сигналов, и применяет по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой вычислительный алгоритм к процессам анализа и создания протокола стимуляции мозга.(iii) a processing device that processes detected electrical signals received from the input/output device and creates brain stimulation protocols that depend on the received electrical signals in operation, wherein the data processing device includes a memory module; and (iv) a power supply that supplies electrical power to the input/output device and the data processing device, characterized in that the data processing device compares the received electrical signals with a predetermined set of reference data to create an analysis of the received electrical signals, and applies at least one adaptive algorithm training or other computational algorithm to the processes of analysis and creation of a brain stimulation protocol.

В другом аспекте вариант выполнения настоящего изобретения предоставляет способ использования устройства взаимодействия с мозгом, которое предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, отличающийся тем, что способ содержит этапы, на которых:In another aspect, an embodiment of the present invention provides a method of using a brain interface device that, when operative, provides monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain, characterized in that the method comprises the steps of:

(i) используют блок питания для подачи электроэнергии к приспособлению ввода/вывода и к приспособлению обработки данных;(i) using a power supply to supply power to the input/output device and the data processing device;

(ii) размещают или располагают приспособление головного убора на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для обнаружения электрических сигналов от него, и для подачи к нему мозговых стимулов;(ii) placing or positioning the headgear device on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom, and to apply to him brain stimuli;

(iii) используют приспособление ввода/вывода для приема электрических сигналов от по меньшей мере одного из группы электродов, и для передачи мозговых стимулов по меньшей мере одному из группы электродов;(iii) using an input/output device to receive electrical signals from at least one of the group of electrodes, and to transmit brain stimuli to at least one of the group of electrodes;

(iv) используют приспособление обработки данных для обработки обнаруженных электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода и для создания протокола стимуляции мозга, зависящего от принятых электрических сигналов, при этом приспособление обработки данных содержит модуль памяти; и (v) сравнивают принятые электрические сигналы и заданный набор эталонных данных для создания анализа и применения по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения или другого вычислительного алгоритма для анализа для создания протокола стимуляции мозга.(iv) using a processing device to process detected electrical signals received from the input/output device and to create a brain stimulation protocol depending on the received electrical signals, wherein the data processing device contains a memory module; and (v) comparing the received electrical signals and a predetermined set of reference data to create an analysis and applying at least one adaptive learning algorithm or other computational analysis algorithm to create a brain stimulation protocol.

Настоящее изобретение предоставляет вышеупомянутое устройство и вышеупомянутый способ предоставления мониторинга мозговой активности и стимуляции, при работе. Устройство, описанное в настоящем документе, является простым, прочным, недорогим, и позволяет предоставлять электрические стимулы эффективным образом. Устройство эффективно воспринимает мозговую активность и предоставляет мозговые стимулы в качестве обратной связи от нее, прочным, эффективным, и адаптивным образом.The present invention provides the above-mentioned apparatus and the above-mentioned method for providing monitoring of brain activity and stimulation during operation. The device described herein is simple, rugged, inexpensive, and can deliver electrical stimuli in an efficient manner. The device effectively senses brain activity and provides brain stimuli as feedback from it in a robust, efficient, and adaptive manner.

На протяжении настоящего изобретения термин пользователь, используемый в настоящем документе, относится к любому человеку (т.е. человеческому существу), использующему вышеупомянутое устройство. Возможно, пользователь может быть человеком, имеющим определенное физическое или умственное нарушение, такое как эпилепсия, травма головы, энцефалит, опухоль мозга, энцефалопатия, проблемы, связанные с памятью, нарушения сна, инсульт, слабоумие и т.д. Альтернативно, пользователь может быть человеком, желающим достигать конкретного состояния ума, такого как улучшенная концентрация, расслабление, умственные способности или, в общих чертах, улучшение производительности для выполнения задачи.Throughout the present invention, the term user as used herein refers to any person (ie, human being) using the above-mentioned device. Optionally, the user may be a person having a certain physical or mental disorder such as epilepsy, head injury, encephalitis, brain tumor, encephalopathy, memory related problems, sleep disorders, stroke, dementia, etc. Alternatively, the user may be a person wishing to achieve a specific state of mind, such as improved concentration, relaxation, mental performance, or generally improved performance for a task.

На протяжении настоящего изобретения, термин мониторинг мозговой активности, используемый в настоящем документе, относится к мониторингу электрических сигналов, принятых от мозга способом электроэнцефалографии (EEG). Возможно, мониторинг мозговой активности может содержать обнару- 4 044512 жение сигналов, которые содержат, но не ограничиваются, сигналы или совокупность сигналов, полученных посредством электрополевой энцефалографии (EFEG), ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS), магнитоэнцефалографии (MEG), электромиографии (EMG), содержащей сигналы, приходящие от электродов, расположенных пространственно удаленно от волосистой части головы данного пользователя, электрокардиографии (ECG), отслеживания зрения и/или функциональной магнитной резонансной визуализации (fMRI). Более возможно, мониторинг мозговой активности относится к мониторингу изменения электрической активности мозга пользователя при предоставлении внешних электрических стимулов к мозгу пользователя. Более возможно, электрическая активность мозга пользователя может указывать на биологические параметры, относящиеся к умственному и физическому здоровью пользователя, содержащие, но не ограниченные, частоту ударов сердца, частоту дыхания и проводимость кожи.Throughout the present invention, the term brain activity monitoring as used herein refers to monitoring electrical signals received from the brain by electroencephalography (EEG). Optionally, monitoring brain activity may include detecting signals that include, but are not limited to, signals or a combination of signals obtained through electric field encephalography (EFEG), near-infrared spectroscopy (NIRS), magnetoencephalography (MEG), electromyography (EMG) , containing signals coming from electrodes located spatially distant from a given user's scalp, electrocardiography (ECG), vision tracking and/or functional magnetic resonance imaging (fMRI). More possibly, brain activity monitoring refers to monitoring changes in the electrical activity of a user's brain when external electrical stimuli are provided to the user's brain. More possibly, the electrical activity of the user's brain may indicate biological parameters related to the mental and physical health of the user, including, but not limited to, heart rate, breathing rate, and skin conductance.

На протяжении настоящего изобретения, термин мозговой стимул или мозговые стимулы (множественное число от стимул), используемый в настоящем документе, относится к внешнему электрическому току или к определенной последовательности или к множественным последовательностям амплитуд электрического тока между парой, несколькими парами или любой совокупностью электродов, приложенных к волосистой части головы пользователя, или к расположениям, пространственно удаленным от волосистой части головы пользователя, для изменения и/или улучшения электрической активности в мозге пользователя или в нервных тканях, которые способен достигать ток. Кроме того, в примере мозговые стимулы, поданные к волосистой части головы пользователя, представляют собой аналоговые внешние электрические сигналы, имеющие напряжение в диапазоне от 1 милливольта до 50 вольт, и имеющие ток в диапазоне от 0,1 миллиампера до 20 миллиампер.Throughout the present invention, the term brain stimulus or brain stimuli (plural of stimulus) as used herein refers to an external electrical current or a specific sequence or multiple sequences of electrical current amplitudes between a pair, multiple pairs, or any collection of electrodes applied to the user's scalp, or to locations spatially distant from the user's scalp, to alter and/or improve electrical activity in the user's brain or nerve tissue that the current is capable of reaching. Additionally, in the example, the brain stimuli applied to the user's scalp are analog external electrical signals having a voltage in the range of 1 millivolt to 50 volts, and having a current in the range of 0.1 milliampere to 20 milliampere.

На протяжении настоящего изобретения, термин стимуляция, используемый в настоящем документе, относится к изменению (относящемуся к повышению, понижению или другой модуляции) уровней физиологической или нервной активности в мозге или в тканях, пространственно удаленных от мозга данного пользователя. Примечательно, что, стимуляцию мозга пользователя выполняют с помощью электрических сигналов, поданных к волосистой части головы пользователя с помощью одного или нескольких электродов. Дополнительно, стимуляцию мозга достигают использованием любого одного из способов минимально инвазивной стимуляции мозга или неинвазивной стимуляции мозга или, возможно, обоих.Throughout the present invention, the term stimulation as used herein refers to a change (referring to an increase, decrease, or other modulation) in levels of physiological or neural activity in the brain or in tissues spatially distant from the brain of a given user. Notably, stimulation of the user's brain is performed using electrical signals applied to the user's scalp using one or more electrodes. Additionally, brain stimulation is achieved using any one of minimally invasive brain stimulation or non-invasive brain stimulation techniques, or possibly both.

На протяжении настоящего изобретения, термин электроды, используемый в настоящем документе, относится к одному или нескольким электрическим проводникам, причем материалы этих проводников содержат, но не ограничиваются, нержавеющую сталь, платину, серебро, покрытое хлоридом серебра, углеродную резину, графен и другие материалы, а также гидрогели, силикон, губки, пену или любой абсорбент с проводящей средой, причем там, где необходимо размещать между проводниками и волосистой частью головы или кожей, содержат, но не ограничиваются, электропроводящие гели и пасты (такие как паста Ten20), а также жидкости (такие как физиологический соляной раствор) с такой ионной композицией, чтобы образовывать электрический путь для обнаружения электрических сигналов, созданных нейронами внутри мозга, и предоставлять мозговые стимулы к нейронам и/или другим клеткам, присутствующим внутри мозга пользователя. Кроме того, электроды выполнены с возможностью преобразовывать ионный потенциал в электрический потенциал и индуцировать электромагнитные поля на волосистой части головы и внутри черепа. Кроме того, электроды могут быть минимально инвазивного (такого как игольчатые электроды или микроэлектроды) или неинвазивного типа (такого как поверхностные электроды), или возможно обоими. В примере электроды содержат узел из пропитанной соляным раствором пены, проводящего углерода и металлического контакта. В таком примере металлический контакт оперативно соединен с одним или несколькими компонентами устройства взаимодействия с мозгом (такими как приспособление ввода/вывода и/или приспособление обработки данных, позже описанными подробно в настоящем документе).Throughout the present invention, the term electrodes as used herein refers to one or more electrical conductors, the materials of these conductors including, but not limited to, stainless steel, platinum, silver coated with silver chloride, carbon rubber, graphene and other materials, as well as hydrogels, silicone, sponges, foam or any absorbent with a conductive medium, where necessary to be placed between the conductors and the scalp or skin, including, but not limited to, electrically conductive gels and pastes (such as Ten20 paste), and liquids (such as physiological saline) with such an ionic composition to form an electrical path to detect electrical signals created by neurons within the brain and provide brain stimuli to neurons and/or other cells present within the user's brain. In addition, the electrodes are configured to convert ionic potential into electrical potential and induce electromagnetic fields on the scalp and inside the skull. In addition, the electrodes may be of a minimally invasive type (such as needle electrodes or microelectrodes) or a non-invasive type (such as surface electrodes), or possibly both. In the example, the electrodes comprise an assembly of brine-impregnated foam, conductive carbon, and a metal contact. In such an example, the metal contact is operatively coupled to one or more components of the brain interface device (such as an input/output device and/or a data processing device, later described in detail herein).

Устройство взаимодействия с мозгом в соответствии с настоящим изобретением содержит приспособление головного убора, содержащее группу электродов. При использовании группу электродов размещают или располагают на волосистой части головы пользователя для образования электрического контакта с нейронами в мозгу пользователя. Такой электрический контакт образует электрический путь для обнаружения электрических сигналов, созданных нейронами, для предоставления мозговых стимулов к нейронам и/или другим клеткам, присутствующим внутри мозга пользователя. Группа электродов обнаруживает электрические сигналы, созданные внутри мозга пользователя активностью нейронов, при этом обнаруженные электрические сигналы предоставляют приспособлению ввода/вывода. В общем, амплитуда обнаруженных электрических сигналов находится в диапазоне от 1 микровольта до 100 микровольт. Группа электродов может, возможно, быть выполнена в виде любого подходящего электродного приспособления EEG, известного в области техники. Группа электродов представляет собой гибридные электроды, которые могут функционировать как для записи EEG и/или для электрической стимуляции, например, транскраниальной токовой стимуляции (tCS), транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS), транскраниальной стимуляция переменным током (tACS), транскраниальной стимуляции случайным шумом (tRNS), транскраниальной стимуляции временными помехами (TI), транскраниальной временной суммации (TS) и/или либого другого произвольного протокола транскраниальной стимуляцииA brain interface device in accordance with the present invention comprises a headgear device comprising an array of electrodes. In use, an array of electrodes is placed or positioned on the user's scalp to form electrical contact with neurons in the user's brain. Such electrical contact forms an electrical path for detecting electrical signals generated by neurons to provide brain stimuli to neurons and/or other cells present within the user's brain. The electrode array detects electrical signals created within the user's brain by neuronal activity, and the detected electrical signals are provided to an input/output device. In general, the amplitude of the detected electrical signals ranges from 1 microvolt to 100 microvolts. The electrode array may optionally be configured as any suitable EEG electrode device known in the art. The electrode array is a hybrid electrode that can function for both EEG recording and/or electrical stimulation, e.g., transcranial current stimulation (tCS), transcranial direct current stimulation (tDCS), transcranial alternating current stimulation (tACS), transcranial random noise stimulation (tRNS), transcranial temporal interference stimulation (TI), transcranial temporal summation (TS), and/or any other arbitrary transcranial stimulation protocol

- 5 044512 электрическим током, созданной адаптивными алгоритмами (tES). Группа магнитных катушек может использоваться вместо электродов для передачи транскраниальной стимуляции статическим магнитным полем (tSMS), магнитной стимуляции слабым полем (LFMS), повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (rTMS) и/или любым другим произвольным протоколом транскраниальной магнитной стимуляции (TMS), созданным адаптивными алгоритмами. Альтернативно, также, группа ультразвуковых генераторов может использоваться для передачи протоколов стимуляции фокусированным ультразвуком (FUS), также созданных адаптивными алгоритмами. На протяжении настоящего изобретения термины головной убор или приспособление головного убора, используемые в настоящем документе, относятся к элементу одежды, который носят пользователи на своей голове. Возможно, приспособление головного убора может содержать, но не ограничиваться, любое из: кепку, шапку, шлем, наушники, повязку, очки или шляпу. Более возможно, приспособление головного убора может быть изготовлено таким, что оно содержит слой электроизолирующего материала. В примере приспособление головного убора может быть изготовлено из одного из материалов, содержащих, но не ограниченных, дерево, хлопок, полиэстер, резину, лайкру, нейлон или клееное полотно.- 5 044512 electric current created by adaptive algorithms (tES). An array of magnetic coils can be used in place of electrodes to deliver transcranial static magnetic field stimulation (tSMS), weak field magnetic stimulation (LFMS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), and/or any other arbitrary transcranial magnetic stimulation (TMS) protocol generated by adaptive algorithms . Alternatively, a bank of ultrasound generators can be used to transmit focused ultrasound stimulation (FUS) protocols, also generated by adaptive algorithms. Throughout the present invention, the terms headgear or headgear as used herein refer to an item of clothing worn by users on their heads. Optionally, the headgear device may include, but is not limited to, any of: a cap, hat, helmet, headphones, headband, glasses, or hat. More conceivably, the headgear device may be manufactured to include a layer of electrically insulating material. In an example, the headgear device may be made from one of materials including, but not limited to, wood, cotton, polyester, rubber, lycra, nylon, or laminated canvas.

На протяжении настоящего изобретения термин приспособление ввода/вывода, используемый в настоящем документе, относится к программируемым и/или непрограммируемым компонентам, которые, при работе, принимают, изменяют, преобразовывают, обрабатывают или создают один или несколько типов сигналов. Возможно, приспособление ввода/вывода реализуют в виде аппаратного средства или программного обеспечения или их совокупности.Throughout the present invention, the term input/output device as used herein refers to programmable and/or non-programmable components that, when operated, receive, modify, convert, process, or create one or more types of signals. Optionally, the input/output device is implemented in the form of hardware or software, or a combination thereof.

На протяжении настоящего изобретения термин приспособление обработки данных, используемый в настоящем документе, относится к программируемым и/или непрограммируемым компонентам, которые, при работе, выполняют одно или несколько приложений программного обеспечения для хранения, обработки и/или предоставления общего доступа к данным и/или набор инструкций. Возможно, блок обработки данных может содержать, например, компонент, содержащийся в сети электронного сообщения. Кроме того, приспособление обработки данных может содержать аппаратное средство, программное обеспечение, прошивку или их совокупность, подходящие для хранения и обработки различной информации и услуг, доступных одним или несколькими пользователями посредством одного или нескольких единиц пользовательского оборудования. Возможно, приспособление обработки данных может содержать функциональные компоненты, например, процессор, память, сетевой адаптер и т.д. Например, приспособление обработки данных может быть реализовано посредством компьютера, телефона (например, смартфона), локального сервера, серверной компоновки (такой как, компоновка из двух или нескольких серверов сообщающимся образом соединенных друг с другом), облачного сервера, квантового компьютера и т.д. На протяжении настоящего изобретения термин модуль памяти, используемый в настоящем документе, относится к не сохраняющему или сохраняющему носителю информации, такому, как электрический контур, магнитный диск, виртуальная память или оптический диск, в котором компьютер и/или приспособление обработки данных может хранить данные в течение любой продолжительности. Возможно, модуль памяти может быть не сохраняющим запоминающим устройством, таким, как материальный носитель информации.Throughout the present invention, the term data processing apparatus as used herein refers to programmable and/or non-programmable components that, when operative, execute one or more software applications to store, process, and/or share data and/or set of instructions. Optionally, the data processing unit may comprise, for example, a component contained in an electronic message network. In addition, the data processing apparatus may comprise hardware, software, firmware, or combinations thereof, suitable for storing and processing various information and services available to one or more users through one or more pieces of user equipment. Optionally, the data processing apparatus may include functional components such as a processor, memory, network adapter, etc. For example, the data processing apparatus may be implemented by a computer, a telephone (such as a smartphone), a local server, a server arrangement (such as an arrangement of two or more servers communicatively connected to each other), a cloud server, a quantum computer, etc. . Throughout the present invention, the term memory module as used herein refers to a non-storing or storage medium, such as an electrical circuit, magnetic disk, virtual memory or optical disk, in which a computer and/or data processing apparatus can store data in for any duration. Optionally, the memory module may be a non-storage storage device, such as a physical storage medium.

На протяжении настоящего изобретения термин блок питания, используемый в настоящем документе, относится к источнику питания, выполненному с возможностью снабжать электроэнергией один или несколько компонентов устройства взаимодействия с мозгом. Возможно, блок питания может содержать один или несколько аккумуляторов или батарей, способных предоставлять электроэнергию. В примере блок питания может предоставлять электрическое питание 12 Вольт генератору стимулов в приспособлении ввода/вывода, и электрическое питание 5 Вольт приспособлению обработки данных. Возможно, блок питания может также содержать генератор фиксированного напряжения и контур регулятора для преобразования питания 3,7 В от батареи в питание 5 В для устройства взаимодействия с мозгом, и питание 12-40 В для генератора стимулов. Возможно, блок питания может также содержать контур, который содержит разветвитель напряжения для предоставления ±12-40 В генератору стимулов.Throughout the present invention, the term power supply as used herein refers to a power source configured to supply electrical power to one or more components of a brain interface device. Optionally, the power supply may contain one or more batteries or batteries capable of providing electrical power. In an example, the power supply may provide 12 Volt electrical power to the stimulus generator in the input/output fixture, and 5 Volt electrical power to the data processing fixture. Optionally, the power supply could also include a fixed voltage generator and a regulator circuit to convert 3.7V power from the battery to 5V power for the brain interface device, and 12-40V power for the stimulus generator. Optionally, the power supply may also include a circuit that contains a voltage splitter to provide ±12-40V to the stimulus generator.

На протяжении настоящего изобретения термин заданный набор эталонных данных, используемый в настоящем документе, относится к данным, полученным из записей EEG от группы людей. Дополнительно, группа людей может быть группой различного возраста, пола, умственного и физического состояния здоровья, и географического положения.Throughout the present invention, the term given reference data set as used herein refers to data obtained from EEG recordings from a group of people. Additionally, the group of people may be a group of different ages, genders, mental and physical health conditions, and geographic locations.

На протяжении настоящего изобретения термин алгоритм адаптивного обучения, используемый в настоящем документе, относится к программному обеспечению на основе алгоритмов, которое выполняется на вычислительном аппаратном средстве, и выполнено с возможностью адаптировать и настраивать свои рабочие параметры в зависимости от информации, которая представлена, одновременно пытаясь минимизировать заданную метрику ошибки/потери, или обрабатываться алгоритмами на основе программного обеспечения при выполнении на вычислительном аппаратном средстве.Throughout the present invention, the term adaptive learning algorithm as used herein refers to algorithm-based software that runs on computing hardware and is configured to adapt and tune its operating parameters depending on the information that is presented while attempting to minimize a given error/loss metric, or processed by software-based algorithms when executed on computing hardware.

На протяжении настоящего изобретения термин реальное время относится к любому процессу или набору процессов, которые выполняют согласованно или чередуют во времени с небольшой временной задержкой между этими чередованиями. Кроме того, если набор процессов должен быть выполнен последовательно, то термин согласованно будет относиться к процессам, выполняемым параллельно сThroughout the present invention, the term real time refers to any process or set of processes that executes in concert or interleave in time with a small time delay between these interleavements. Also, if a set of processes are to be executed sequentially, then the term consistent will refer to processes running in parallel with

- 6 044512 минимальной задержкой/временным сдвигом относительно друг друга.- 6 044512 minimum delay/time shift relative to each other.

На протяжении настоящего изобретения термин протокол стимуляции мозга, используемый в настоящем документе, относится к электрическому сигналу, содержащему информацию о мозговых стимулах, которые должны быть созданы. Следует отметить, что в варианте выполнения настоящего изобретения, где группа электродов содержит электроды, размещенные в положениях, удаленных от волосистой части головы данного пользователя, протокол стимуляции мозга может также содержать информацию о стимулах, которые должны быть созданы в этих электродах. Также следует отметить, что протокол стимуляции мозга также относится к информации, которая может меняться на протяжении длительности стимуляции в результате процесса оптимизации, описанного в настоящем изобретении. Например, информация содержит одно или несколько электрических свойств для каждого электрода, таких как амплитуда, период времени, фаза, одна или несколько частот и мощность этих частот, способствующих возникновению конкретной последовательности мозговых стимулов, которые должны быть созданы. Созданные мозговые стимулы будут иметь форму определенной последовательности или множества последовательностей амплитуд электрических токов между парой, несколькими парами или любой совокупности электродов. Возможно, протокол стимуляции мозга содержит продолжительность времени, в течение которого мозговые стимулы должны быть поданы к волосистой части головы пользователя. Возможно, протокол стимуляции мозга относится к информации о по меньшей мере одном из: визуальной стимуляции, аудиостимуляции и/или стимуляции виртуальной реальности для создания и предоставления пользователю.Throughout the present invention, the term brain stimulation protocol as used herein refers to an electrical signal containing information about brain stimuli to be generated. It should be noted that in an embodiment of the present invention where the electrode array comprises electrodes placed at positions remote from the scalp of a given user, the brain stimulation protocol may also contain information about the stimuli to be generated at these electrodes. It should also be noted that the brain stimulation protocol also refers to information that may change over the duration of stimulation as a result of the optimization process described in the present invention. For example, the information contains one or more electrical properties for each electrode, such as amplitude, time period, phase, one or more frequencies, and the power of those frequencies, contributing to the particular sequence of brain stimuli to be created. The generated brain stimuli will take the form of a specific sequence or multiple sequences of electrical current amplitudes between a pair, multiple pairs, or any collection of electrodes. Optionally, the brain stimulation protocol contains a length of time during which brain stimuli are to be delivered to the user's scalp. Optionally, the brain stimulation protocol refers to information about at least one of visual stimulation, audio stimulation, and/or virtual reality stimulation to be created and provided to the user.

Возможно, группа электродов может содержать отдельные электроды, выполненные с возможностью записывать EEG и выполнять электрическую стимуляцию, соответственно. Альтернативно, электродное приспособление может содержать индивидуальный электрод для каждого положения, в котором он может быть желаем для обнаружения сигналов EEG и/или предоставления электрической стимуляции.Optionally, the electrode array may comprise individual electrodes configured to record EEG and perform electrical stimulation, respectively. Alternatively, the electrode device may comprise an individual electrode for each position at which it may be desired to detect EEG signals and/or provide electrical stimulation.

В варианте выполнения группа электродов находится в электрическом контакте с существенной областью волосистой части головы данного пользователя; например, электроды могут быть электродами, заменяемыми пользователем, и могут быть слегка подпружиненными для предоставления положительного контакта на волосистой части головы пользователя, когда приспособление головного убора надето пользователем. Более возможно, конец электродов может содержать 2-D группу небольших заостренных подэлектродов, измененных проводящей средой для безопасной передачи достаточного тока, при этом конец может иметь область любого размера, содержащую, но не ограниченную, 4 мм х 4 мм, но могут использоваться другие выделенные области, причем подэлектроды заострены и могут находить путь между волосами волосистой части головы, чтобы осуществлять контакт на коже волосистой части головы. Конкретно, группа электродов пространственно расположена так, что напряжение, приложенное к электродам, создает электромагнитное поле в конкретных частях мозга.In an embodiment, the array of electrodes is in electrical contact with a substantial area of the scalp of a given user; for example, the electrodes may be user-replaceable electrodes and may be lightly spring-loaded to provide positive contact to the user's scalp when the headgear device is worn by the user. More optionally, the end of the electrodes may contain a 2-D group of small pointed sub-electrodes modified by a conductive medium to safely transmit sufficient current, where the end may have an area of any size containing, but not limited to, 4 mm x 4 mm, but other dedicated ones may be used areas, wherein the subelectrodes are pointed and can find their way between the hairs of the scalp to make contact on the skin of the scalp. Specifically, a group of electrodes is spatially arranged such that voltage applied to the electrodes creates an electromagnetic field in specific parts of the brain.

Кроме того, группа электродов, при активной передаче тока и при контакте с волосистой частью головы пользователя, подает электромагнитные поля к мозгу пользователя, действующие как мозговые стимулы. Такие мозговые стимулы предоставляют помощь созданных протоколов стимуляции мозга, принятых приспособлением ввода/вывода от приспособления обработки данных. Созданные протоколы стимуляции мозга, принятые от приспособления обработки данных, обрабатывают приспособлением ввода/вывода, а именно преобразовывают в аналоговую форму и настраивают на желаемую амплитуду тока до подачи в качестве мозговых стимулов к волосистой части головы пользователя.In addition, a group of electrodes, when actively transmitting current and in contact with the user's scalp, delivers electromagnetic fields to the user's brain, acting as brain stimuli. Such brain stimuli provide the assistance of created brain stimulation protocols received by the input/output device from the data processing device. The generated brain stimulation protocols received from the processing device are processed by the input/output device, namely converted into analog form and adjusted to the desired current amplitude before being delivered as brain stimuli to the user's scalp.

В варианте выполнения группа электродов, используемая для предоставления мозговых стимулов к мозгу пользователя, может быть расположена в одной паре, в более чем одной паре или в любой совокупности стимулирующих электродов, как определено протоколом стимуляции мозга.In an embodiment, the array of electrodes used to provide brain stimuli to the user's brain may be located in one pair, more than one pair, or any combination of stimulating electrodes as determined by the brain stimulation protocol.

Приспособление ввода/вывода содержит приспособление обработки входного сигнала, содержащее препроцессор и входной преобразователь. Приспособление обработки входного сигнала, при работе, обрабатывает и/или изменяет электрические сигналы, принятые от мозга пользователя. Возможно, препроцессор содержит усилитель, более конкретно, он может содержать программируемый усилитель напряжения, который стабилизирует электрические сигналы, принятые от мозга, и усиливает сигналы с коэффициентом усиления в диапазоне от 2х до 100х для получения усиленного сигнала, при этом коэффициент усиления 2х используют для очень высокого динамического диапазона аналогово-цифрового преобразования для возможности цифровой предварительной обработки и вычитания артефакта. Возможно, препроцессор может содержать один или несколько аналоговых фильтров (таких как фильтр электрического шума или фильтр артефактов стимуляции) для уменьшения конкретных артефактов и/или шума. Электрические сигналы, принятые от мозга, изменяются во времени, а именно являются аналоговыми по природе. Однако приспособление обработки данных только понимает (а именно, обрабатывает) цифровые биты, следовательно, оно необходимо для преобразования принятого электрического сигнала (аналогового по природе) от мозга в цифровые биты, чтобы приспособление обработки данных было способно понимать (а именно, обрабатывать) принятые электрические сигналы от мозга после аналоговоцифрового преобразования. Входной преобразователь принимает усиленный сигнал и преобразовываетThe input/output device contains an input signal processing device containing a preprocessor and an input converter. The input signal processing device, when in operation, processes and/or modifies electrical signals received from the user's brain. Optionally, the preprocessor includes an amplifier, more specifically, it may contain a programmable voltage amplifier that stabilizes electrical signals received from the brain and amplifies the signals with a gain ranging from 2x to 100x to produce an amplified signal, wherein a gain of 2x is used for very High dynamic range A/D conversion to enable digital pre-processing and artifact subtraction. Optionally, the preprocessor may contain one or more analog filters (such as an electrical noise filter or a stimulation artifact filter) to reduce specific artifacts and/or noise. Electrical signals received from the brain vary over time and are analog in nature. However, the data processing device only understands (namely, processes) digital bits, hence, it is necessary to convert the received electrical signal (analog in nature) from the brain into digital bits so that the data processing device is able to understand (namely, process) the received electrical signals. signals from the brain after analog-to-digital conversion. The input converter receives the amplified signal and converts

- 7 044512 его в форму, подходящую для анализа и обработки. Кроме того, входной преобразователь содержит аналогово-цифровой преобразователь. В примере приспособление обработки входного сигнала принимает аналоговые электрические сигналы, имеющие амплитуду в диапазоне от 1 микровольта до 12 вольт от волосистой части головы пользователя, а препроцессор удаляет некоторые артефакты и шум, и усиливает сигналы для создания соответствующих усиленных сигналов, имеющих амплитуды в диапазоне до 12 В. Впоследствии усиленные сигналы преобразуют в соответствующие цифровые сигналы, имеющие последовательность дискретных значений, представляющих соответствующий диапазон.- 7 044512 it in a form suitable for analysis and processing. In addition, the input converter includes an analog-to-digital converter. In an example, the input signal processing apparatus receives analog electrical signals having amplitudes in the range of 1 microvolt to 12 volts from the user's scalp, and the preprocessor removes some artifacts and noise, and amplifies the signals to create corresponding amplified signals having amplitudes in the range up to 12 B. Subsequently, the amplified signals are converted into corresponding digital signals having a sequence of discrete values representing the corresponding range.

Приспособление ввода/вывода дополнительно содержит выходной преобразовывать и генератор стимулов. При эксплуатации, протокол стимуляции мозга принимают от приспособления обработки данных, которое сообщающимся образом соединено с приспособлением ввода/вывода. Принятый протокол стимуляции мозга имеет форму цифрового или дискретного сигнала. Кроме того, принятый протокол стимуляции мозга посылают в выходной преобразователь, при этом, выходной преобразователь преобразует принятый протокол стимуляции мозга в аналоговый сигнал, имеющий амплитуду переменного напряжения в отношении времени. Генератор стимулов принимает преобразованные аналоговые сигналы от выходного преобразователя и может, возможно, преобразовывать установленные сигналы напряжения в определенные токовые сигналы. Выход генератора стимулов действует в виде мозговых стимулов, а созданные мозговые стимулы подают к волосистой части головы пользователя посредством одной пары, более чем одной пары, или любой совокупности стимулирующих электродов, как определено протоколом стимуляции мозга. Возможно, генератор стимулов представляет собой изолированный генератор стимулов, питаемый отдельным блок питания, стимулятор постоянного тока или преобразователь напряжения в ток. Альтернативно приспособление ввода/вывода может соединяться с источником постоянного напряжения.The input/output device further comprises an output converter and a stimulus generator. In operation, the brain stimulation protocol is received from a data processing device that is communicatively connected to the input/output device. The accepted brain stimulation protocol takes the form of a digital or discrete signal. In addition, the received brain stimulation protocol is sent to an output converter, wherein the output converter converts the received brain stimulation protocol into an analog signal having an alternating voltage amplitude with respect to time. The stimulus generator receives the converted analog signals from the output converter and can optionally convert the specified voltage signals into specific current signals. The output of the stimulus generator acts as brain stimuli, and the generated brain stimuli are applied to the user's scalp via one pair, more than one pair, or any combination of stimulating electrodes, as determined by the brain stimulation protocol. Perhaps the stimulus generator is an isolated stimulus generator powered by a separate power supply, a DC stimulator, or a voltage-to-current converter. Alternatively, the I/O device may be connected to a DC voltage source.

Приспособление обработки данных содержит блок обработки и модуль памяти. Модуль памяти содержит заданный набор эталонных данных или набор параметров, полученных из них. Возможно, заданный набор эталонных данных может содержать записи EEG или данные, полученные из записей EEG от группы человек, при этом запись EEG присутствует в форме цифровых электрических сигналов или данных, которые их представляют.The data processing device contains a processing unit and a memory module. The memory module contains a given set of reference data or a set of parameters derived from them. Optionally, a given set of reference data may comprise EEG recordings or data derived from EEG recordings from a group of individuals, wherein the EEG recording is in the form of digital electrical signals or data that represent them.

Приспособление обработки данных обрабатывает обнаруженные электрические сигналы, принятые от приспособления ввода/вывода, и создает протокол стимуляции мозга, соответствующий принятым электрическим сигналам, при работе. Возможно, блок обработки данных применяет алгоритмы адаптивного обучения для обработки и анализа обнаруженных электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода. Возможно, обработанные электрические сигналы, принятые от приспособления ввода/вывода, сравнивают с одной или несколькими записями EEG заданного набора эталонных данных, присутствующего в модуле памяти.The data processing device processes the detected electrical signals received from the input/output device and creates a brain stimulation protocol corresponding to the received electrical signals in operation. Optionally, the data processing unit applies adaptive learning algorithms to process and analyze detected electrical signals received from the input/output device. Optionally, the processed electrical signals received from the input/output device are compared with one or more EEG records of a given reference data set present in the memory module.

В варианте выполнения сравнение обработанных электрических сигналов или набора параметров, извлеченных из сигналов с заданным набором эталонных данных, выполняют, например, с помощью компаратора или одного или нескольких алгоритмов искусственного интеллекта или других алгоритмов обработки данных, реализованных в блоке обработки приспособления обработки данных. После этого приспособление обработки данных создает анализ сравненных электрических сигналов. Кроме того, анализ, возможно, содержит меру по меньшей мере одного из: отклонения параметра, полученного из идеального эталонного сигнала, хранящегося в заданном наборе эталонных данных; причины такого отклонения от идеального эталонного сигнала; и/или параметр, полученный после разложения формы сигналов анализом индивидуального компонента, анализом основного компонента или преобразованием Фурье, периодограммы, вейвлет разложением, вейвлет преобразованием, адаптивными фильтрами, такими как фильтры Вейнера/Калмана, и другими способами, обычно используемыми специалистами в области техники.In an embodiment, comparison of the processed electrical signals or a set of parameters extracted from the signals with a given set of reference data is performed, for example, using a comparator or one or more artificial intelligence or other data processing algorithms implemented in a processing unit of the data processing apparatus. The data processing device then creates an analysis of the compared electrical signals. In addition, the analysis optionally comprises a measure of at least one of: the deviation of a parameter derived from an ideal reference signal stored in a given set of reference data; the reasons for such deviation from the ideal reference signal; and/or a parameter obtained after decomposing the waveforms by individual component analysis, principal component analysis or Fourier transform, periodogram, wavelet decomposition, wavelet transform, adaptive filters such as Weiner/Kalman filters, and other methods commonly used by those skilled in the art.

Кроме того, приспособление обработки данных создает протокол стимуляции мозга реализацией одного или нескольких алгоритмов адаптивного обучения или других вычислительных алгоритмов после анализа электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода. Конкретно, протокол стимуляции мозга может содержать, но не ограничивается, по меньшей мере один из следующих параметров стимуляции: амплитуду, фазу, одну или несколько частот с соответствующей мощностью для мозговых стимулов, которые должны создаваться, причем эти параметры получают посредством одного или нескольких алгоритмов адаптивного обучения или других вычислительных алгоритмов. Возможно, протокол стимуляции мозга может способствовать мозговым стимулам в форме дискретного сигнала или произвольной непрерывной формы сигнала. Кроме того, созданные мозговые стимулы или протокол стимуляции мозга, возможно, передают приспособлению обработки входного сигнала для сравнения и вычитания созданных артефактов стимулов, при этом приспособление обработки входного сигнала сообщающимся образом соединено с генератором стимулов или с приспособлением обработки данных.In addition, the data processing device creates a brain stimulation protocol by implementing one or more adaptive learning algorithms or other computational algorithms after analyzing the electrical signals received from the input/output device. Specifically, a brain stimulation protocol may comprise, but is not limited to, at least one of the following stimulation parameters: amplitude, phase, one or more frequencies with appropriate power for the brain stimuli to be generated, which parameters are obtained through one or more adaptive algorithms. learning or other computational algorithms. It is possible that a brain stimulation protocol could provide brain stimuli in the form of a discrete waveform or an arbitrary continuous waveform. In addition, the generated brain stimuli or brain stimulation protocol are optionally transmitted to an input signal processing apparatus for comparison and subtraction of generated stimulus artifacts, wherein the input signal processing apparatus is communicatively coupled to the stimulus generator or data processing apparatus.

Устройство взаимодействия с мозгом дополнительно содержит один или несколько блоков питания. Блоки питания электрически соединяют с приспособлением ввода/вывода и с приспособлением обработки данных, и подают электроэнергию приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных, при работе. Возможно, блок питания может содержать по меньшей мере один из следующих источThe brain interaction device further comprises one or more power supplies. The power supplies are electrically connected to the input/output device and the data processing device, and supply electrical power to the input/output device and the data processing device in operation. Optionally, the power supply may contain at least one of the following sources

- 8 044512 ников, содержащих, но не ограниченных: никель-кадмиевую (NiCd), никель-цинковую (NiZn), никельметаллогидридную (NiMH), твердотельную батарею (например, батарею на основе керамики, батарею на основе стекла или батарею на основе сульфида) и литий-ионную (Li-ion) или литий-полимерную (Lipo) батарею, а также генератор энергии от источников, таких как перемещение или солнечная энергия, приемник для одной из технологий беспроводной передачи энергии, или защищенный от перегрузки вход со стороны сети.- 8 044512 nickels, containing, but not limited to: nickel-cadmium (NiCd), nickel-zinc (NiZn), nickel metal hydride (NiMH), solid-state battery (for example, a ceramic-based battery, a glass-based battery, or a sulfide-based battery) and a lithium-ion (Li-ion) or lithium polymer (Lipo) battery, as well as a power generator from sources such as motion or solar power, a receiver for one of the wireless power transfer technologies, or an overload-protected input from the grid side.

В варианте выполнения устройство взаимодействия с мозгом содержит по меньшей мере два блока питания для предоставления изолированной электроэнергии входному участку (содержащему блоки/приспособления, ответственные за запись или мониторинг и обработку электрического сигнала, принятого от мозга пользователя) и выходному участку (содержащему блоки/приспособления, ответственные за создание мозговых стимулов) приспособления ввода/вывода, соответственно.In an embodiment, the brain interface device comprises at least two power supplies for providing isolated electrical power to an input portion (containing blocks/devices responsible for recording or monitoring and processing the electrical signal received from the user's brain) and an output portion (containing blocks/devices responsible for recording or monitoring and processing the electrical signal received from the user's brain) and an output portion (containing blocks/devices responsible for generating brain stimuli) input/output devices, respectively.

В варианте выполнения один или несколько блоков питания выполнены с возможностью подавать электроэнергию устройству взаимодействия с мозгом при приеме инструкции от пользователя через блок управления. Кроме того, пользователь может предоставлять устройство взаимодействия с мозгом с инструкцией для включения подачи электроэнергии к устройству взаимодействия с мозгом, после ношения приспособления головного убора для инициализации работы устройства взаимодействия с мозгом. Возможно, один или несколько блоков питания выполнены с возможностью автоматически включать подачу электроэнергии к устройству взаимодействия с мозгом в ситуации, когда пользователь носит приспособление головного убора устройства взаимодействия с мозгом.In an embodiment, one or more power supplies are configured to supply electrical power to the brain interface device upon receiving an instruction from a user via the control unit. In addition, the user may provide the brain interface device with instructions to turn on the power supply to the brain interface device after wearing the headgear device to initialize the operation of the brain interface device. Optionally, the one or more power supplies are configured to automatically turn on electrical power to the brain interface device in a situation where the user is wearing the headgear accessory of the brain interface device.

Предпочтительно, устройство взаимодействия с мозгом предоставляет удобную для пользователя среду стимуляции для пользователя для достижения желаемых эффектов систем NIBS на мозг пользователя. Желаемые эффекты могут содержать, но не ограничиваться, одно или несколько из: когнитивное улучшение пользователя, улучшение двигательного управления мышцами пользователя, улучшение настроения пользователя, улучшение обучения пользователя, улучшение расслабления пользователя, улучшение концентрации пользователя, облегчение тремора, поражающего пользователя, облегчение депрессии, поражающей пользователя, и облегчение эпилепсии, поражающей пользователя.Preferably, the brain interface device provides a user-friendly stimulation environment for the user to achieve the desired effects of the NIBS systems on the user's brain. Desired effects may include, but are not limited to, one or more of: cognitive improvement of the user, improvement of the user's motor control of the muscles, improvement of the user's mood, improvement of the user's learning, improvement of the user's relaxation, improvement of the user's concentration, relief of tremors affecting the user, relief of depression affecting the user. the user, and relief from epilepsy afflicting the user.

В варианте выполнения заданный набор эталонных данных хранят в модуле памяти, а в некоторых примерах он может обновляться итеративно в реальном времени, при работе устройства взаимодействия с мозгом.In an embodiment, a given set of reference data is stored in a memory module, and in some examples it can be updated iteratively in real time while the brain interface device is operating.

В одном варианте выполнения работа модуля памяти может содержать обновление заданного набора эталонных данных на основе электрических сигналов или параметров, принятых от этих электрических сигналов, полученных от мозга пользователя, хранением принятых электрических сигналов или параметров в модуле памяти во время работы. В примере электрические сигналы, принятые от мозга пользователя, обрабатывают и/или изменяют приспособлением ввода/вывода, а затем посылают приспособлению обработки данных. Кроме того, приспособление обработки данных хранит принятые электрические сигналы в модуле памяти. После этого, приспособление обработки данных сравнивает принятые электрические сигналы или параметры, полученные от принятых электрических сигналов, с заданным набором эталонных данных, для создания анализа принятых электрических сигналов. Возможно, это может содержать алгоритм машинного обучения или другие вычислительные алгоритмы для обновления обработки, используемой для создания меры отклонения обнаруженного электрического сигнала от идеального эталонного сигнала или набора параметров, полученных от эталонного сигнала, хранящегося в заданном наборе эталонных данных, или причину такого отклонения от идеального эталонного сигнала.In one embodiment, operation of the memory module may comprise updating a predetermined set of reference data based on electrical signals or parameters received from those electrical signals received from the user's brain, storing the received electrical signals or parameters in the memory module during operation. In an example, electrical signals received from the user's brain are processed and/or modified by an input/output device and then sent to a data processing device. In addition, the data processing device stores the received electrical signals in a memory module. Thereafter, the data processing apparatus compares the received electrical signals or parameters obtained from the received electrical signals with a predetermined set of reference data to create an analysis of the received electrical signals. Optionally, this may contain a machine learning algorithm or other computational algorithms to update the processing used to create a measure of the deviation of the detected electrical signal from an ideal reference signal or a set of parameters derived from a reference signal stored in a given reference data set, or the reason for such deviation from the ideal reference signal.

В варианте выполнения приспособление обработки данных может анализировать принятые электрические сигналы в реальном времени, чтобы электрические сигналы обнаруживались на волосистой части головы пользователя согласованно с мозговыми стимулами, поданными к мозгу пользователя.In an embodiment, the data processing apparatus may analyze the received electrical signals in real time such that the electrical signals are detected on the user's scalp in concert with brain stimuli provided to the user's brain.

В примере обработанные и/или измеренные электрические сигналы, принятые от приспособления обработки входного сигнала, могут отправляться приспособлению обработки данных для сравнения с заданным набором эталонных данных для создания анализа принятых электрических сигналов, при этом по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения применяют для создания анализа принятых электрических сигналов, и по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения применяют для создания протокола стимуляции мозга. Возможно, протокол стимуляции мозга может содержать по меньшей мере один из следующих параметров стимуляции: амплитуду, форму сигнала, воспринимаемую при отображении на экране осциллографа, одну или несколько частот с соответствующей мощностью и разностью фаз для мозговых стимулов, которые должны быть поданы к мозгу пользователя. После этого, протокол стимуляции мозга передают генератору сигнала приспособления ввода/вывода, где генератор сигнала создает мозговые стимулы, соответствующие принятому протоколу стимуляции мозга от приспособления обработки данных. Впоследствии созданные мозговые стимулы подают к волосистой части головы пользователя использованием по меньшей мере одного электрода или группы электродов. Конкретно, обнаружение, обработку и анализ электрических сигналов, принятых от мозга, и подачу стимулов мозга к волосистой части головы пользователя, выполняют согласованно или одновременно таким образом, что в вышеупомянутой работе имеется минимальная задержка.In an example, the processed and/or measured electrical signals received from the input signal processing apparatus may be sent to the data processing apparatus for comparison with a predetermined set of reference data to create an analysis of the received electrical signals, wherein at least one adaptive learning algorithm is used to create an analysis of the received electrical signals. electrical signals, and at least one adaptive learning algorithm is used to create a brain stimulation protocol. Optionally, the brain stimulation protocol may contain at least one of the following stimulation parameters: amplitude, a waveform perceived as displayed on an oscilloscope screen, one or more frequencies with appropriate power and phase difference for brain stimuli to be delivered to the user's brain. Thereafter, the brain stimulation protocol is transmitted to the signal generator of the input/output device, where the signal generator creates brain stimuli corresponding to the received brain stimulation protocol from the data processing device. Subsequently, the generated brain stimuli are applied to the user's scalp using at least one electrode or group of electrodes. Specifically, detecting, processing and analyzing electrical signals received from the brain and delivering brain stimuli to the user's scalp are performed in concert or simultaneously so that there is minimal delay in the above operation.

В другом варианте выполнения приспособление обработки данных может обрабатывать электричеIn another embodiment, the data processing device may process electrically

- 9 044512 ские сигналы, принятые от приспособления обработки входного сигнала, временно чередующиеся с мозговыми стимулами, поданными к пользователю; такой подход дает потенциально меньшую перекрестную связь между стимулами и обнаруженными сигналами от электродов, по сравнению с согласованной подачей стимулов и приемом обнаруженных сигналов от электродов. В примере электрические сигналы, принятые от приспособления обработки входного сигнала, анализируют приспособлением обработки данных посредством по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения или других вычислительных алгоритмов. Кроме того, на основе анализа, создают протокол стимуляции мозга, и в соответствии с протоколом стимуляции мозга, создают мозговые стимулы. Такие записи принятого электрического сигнала приспособлением ввода/вывода и подачей созданных мозговых стимулов, выполняют чередующимся образом с небольшим временным зазором между ними. Кроме того, такой анализ принятого электрического сигнала приспособлением обработки данных и подачу созданных мозговых стимулов к пользователю, выполняют временно чередующимся образом.- 9 044512 signals received from the input signal processing device, temporarily alternating with brain stimuli supplied to the user; This approach results in potentially less cross-talk between stimuli and detected electrode signals compared to matching the delivery of stimuli and the reception of detected electrode signals. In an example, electrical signals received from the input signal processing apparatus are analyzed by the data processing apparatus through at least one adaptive learning algorithm or other computational algorithms. In addition, based on the analysis, a brain stimulation protocol is created, and brain stimuli are created in accordance with the brain stimulation protocol. Such recordings of the received electrical signal by the input/output device and the delivery of the generated brain stimuli are performed in an alternating manner with a small time gap between them. Moreover, such analysis of the received electrical signal by the data processing device and delivery of the generated brain stimuli to the user is performed in a temporally alternating manner.

В еще одном варианте выполнения мозговые стимулы подают к волосистой части головы пользователя через группу электродов электродного приспособления, и к другим частям пользователя, пространственно удаленным от волосистой части головы данного пользователя, содержащим, например, одну или несколько из конечностей, спинной мозг или блуждающий нерв. Кроме того, мозговые стимулы или стимулы к другим частям пользователя создают генератором стимулов приспособления ввода/вывода в соответствии с протоколом стимуляции мозга, принятым от приспособления обработки данных. После этого созданные мозговые стимулы подают к волосистой части головы и другим частям пользователя одним или несколькими из группы электродов.In yet another embodiment, brain stimuli are applied to the user's scalp through the electrode array of the electrode device, and to other parts of the user spatially distant from the user's scalp, including, for example, one or more of the limbs, the spinal cord, or the vagus nerve. In addition, brain stimuli or stimuli to other parts of the user are generated by the stimulus generator of the input/output device in accordance with the brain stimulation protocol received from the data processing device. The generated brain stimuli are then applied to the scalp and other parts of the user by one or more of a group of electrodes.

Возможно, созданные мозговые стимулы могут подаваться к другим частям тела, таким как части, содержащие, но не ограниченные, шею, позвоночник, сердце, грудь, живот, кисти, ступни, руки и ноги, которые пространственно удалены или расположены вдали от волосистой части головы данного пользователя, и здесь термин электродное приспособление содержит расположение электрода на любой из вышеупомянутых частей тела. В примере один или несколько из группы электродов находится в электрическом контакте с шеей пользователя для стимуляции блуждающего нерва для уменьшения частоты ударов сердца, и электрический сигнал подают к ним согласованно с мозговыми стимулами, поданными к волосистой части головы пользователя.It is possible that the generated brain stimuli can be delivered to other parts of the body, such as parts containing, but not limited to, the neck, spine, heart, chest, abdomen, hands, feet, arms and legs, which are spatially distant or located away from the scalp of a given user, and herein the term electrode device includes the location of the electrode on any of the above-mentioned body parts. In an example, one or more of a group of electrodes are in electrical contact with the user's neck to stimulate the vagus nerve to reduce heart rate, and an electrical signal is applied thereto in concert with brain stimuli applied to the user's scalp.

Приспособление обработки данных использует по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другие вычислительные алгоритмы, реализованные в виде по меньшей мере одного из выполняемых программного обеспечения и цифрового аппаратного средства (например, FPGA, ASIC, аппаратного средства заказной конструкции кремниевой микросхемы). Кроме того, по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения может содержать по меньшей мере одно из аппаратных средств, выполняемых программным обеспечением или цифровым аппаратным средством (например, FPGA, ASIC, аппаратным средством заказной конструкции кремниевой микросхемы), выполненным с возможностью использовать технологию адаптации в реальном времени мозговых стимулов таким образом, который минимизирует время отклика между обработкой сигнала и созданием протокола стимуляции мозга. Кроме того, приспособление обработки данных, содержащее алгоритмы адаптивного обучения, отслеживает эффекты, которые различные протоколы стимуляции мозга имеют на мозг пользователя. Кроме того, такое приспособление обработки данных является достаточно универсальным для анализа его собственных действий и, следовательно, использует по меньшей мере один из алгоритмов адаптивного обучения или другие вычислительные алгоритмы для оптимизации протокола стимуляции мозга на основе более значимых обучающих наборов данных.The data processing apparatus uses at least one adaptive learning algorithm or other computational algorithms implemented in at least one of executable software and digital hardware (eg, FPGA, ASIC, custom silicon design hardware). In addition, the at least one adaptive learning algorithm may comprise at least one of hardware executed by software or digital hardware (e.g., FPGA, ASIC, custom silicon chip design hardware) configured to use the adaptation technology in real-time timing of brain stimuli in a manner that minimizes response time between signal processing and creation of the brain stimulation protocol. Additionally, a processing device containing adaptive learning algorithms monitors the effects that different brain stimulation protocols have on the user's brain. In addition, such a processing device is sufficiently general to analyze its own actions and therefore uses at least one of the adaptive learning algorithms or other computational algorithms to optimize the brain stimulation protocol based on more meaningful training data sets.

Кроме того, обучающие наборы данных могут содержать, но не ограничиваться, записи предыдущих действий, данные от группы других аналогичных систем, заданные эталонные данные и исторические данные. В варианте выполнения устройство взаимодействия с мозгом, реализующее алгоритм адаптивного обучения, выполнено с возможностью записывать и извлекать один или несколько потенциальных целевых маркеров для нейромодуляции. Возможно, один или несколько потенциальных целевых маркеров представляет собой изменения или действия, вызванные в мозге пользователя в форме изменения мозговых волн или уменьшения отклика на болезненные стимулы, при этом изменения или действия вызываются в ответ на использование одного или нескольких лекарств, введенных пользователю. В варианте выполнения один или несколько потенциальных целевых маркеров хранят в базах данных для реализации алгоритмов искусственного интеллекта. Устройство взаимодействия с мозгом способно передавать и оптимизировать протокол стимуляции мозга, чтобы индуцировать эффекты, аналогичные тем, которые индуцированы лекарствами, влияющими на конкретные нейронные рецепторы. Благоприятно то, что такая оптимальная стимуляция помогает при ингибировании или усилении действия, аналогичного лекарствам без их побочных эффектов. В другом варианте выполнения устройство взаимодействия с мозгом, реализующее алгоритм адаптивного обучения, выполнено с возможностью стимулировать или имитировать изменения или действия, вызванные в мозге пользователя, в формах изменения мозговых волн на основе записанных целевых маркеров. Следовательно, использование устройства и алгоритмов (i) для записи и извлечения потенциальных целевых маркеров для нейромодуляции; (ii) для модуляции мозговых волн, связанных с событием потенциалов или других сигналов для имитации изменений, дос- 10 044512 тигнутых лекарствами; (iii) для улучшения эффектов лекарств; (iv) для уменьшения нежелательных побочных эффектов лекарств на мозговую активность, имеет последствия для замены обычных лекарств, таких как опиаты, или другие преимущества в медицинских условиях.In addition, training datasets may contain, but are not limited to, records of previous activities, data from a group of other similar systems, specified benchmark data, and historical data. In an embodiment, the brain interface device implementing the adaptive learning algorithm is configured to record and retrieve one or more potential target markers for neuromodulation. Optionally, one or more of the potential target markers are changes or actions induced in the user's brain in the form of altered brain waves or decreased response to painful stimuli, wherein the changes or actions are induced in response to the use of one or more drugs administered to the user. In an embodiment, one or more potential target markers are stored in databases for implementing artificial intelligence algorithms. The brain interface device is capable of transmitting and optimizing a brain stimulation protocol to induce effects similar to those induced by drugs that affect specific neuronal receptors. The benefit is that such optimal stimulation helps in inhibiting or enhancing effects similar to drugs without their side effects. In another embodiment, a brain interface device implementing an adaptive learning algorithm is configured to stimulate or simulate changes or actions induced in the user's brain in the form of brain wave changes based on recorded target markers. Therefore, the use of device and algorithms (i) to record and extract potential target markers for neuromodulation; (ii) to modulate brain waves, event-related potentials or other signals to simulate changes achieved by drugs; (iii) to improve the effects of drugs; (iv) to reduce unwanted side effects of drugs on brain activity, has implications for replacing conventional drugs such as opiates, or other benefits in medical settings.

Благоприятно то, что алгоритм адаптивного обучения способствует в значительной степени достижению более персонализированной и, таким образом, более эффективной стимуляции мозга для пользователя. Дополнительно, алгоритм адаптивного обучения или другой вычислительный алгоритм непрерывно, по замкнутой петле, изучает паттерны отклика мозга пользователя на прошлую стимуляцию для лучшей настройки будущих мозговых стимулов для достижения оптимизированный результатов. Кроме того, реализация алгоритмов адаптивного обучения помогает в улучшении терапевтического вклада устройства нейромодуляции, такого как устройство взаимодействия с мозгом настоящего изобретения.The benefit is that the adaptive learning algorithm contributes greatly to achieving more personalized and thus more effective brain stimulation for the user. Additionally, an adaptive learning algorithm or other computational algorithm continuously, in a closed loop, learns the user's brain response patterns to past stimulation to better tune future brain stimuli to achieve optimized results. In addition, the implementation of adaptive learning algorithms helps in improving the therapeutic contribution of a neuromodulation device, such as the brain interface device of the present invention.

В варианте выполнения алгоритм адаптивного обучения может содержать, но не ограничивается, по меньшей мере один из алгоритмов машинного обучения, который, в свою очередь, содержит, но не ограничивается: алгоритм к ближайших соседей, регрессионный анализ, ансамбль древовидных алгоритмов, отслеживание точки максимальной мощности, скрытую модель Макарова, искусственную нейронную сеть, рекуррентную нейронную сеть, алгоритм долгой краткосрочной памяти, генеративносостязательные или адаптивные состязательные нейронные сети, сверточную нейронную сеть или глубокую сверточную нейронную сеть, алгоритм обучения с подкреплением, алгоритм случайного леса, адаптивный алгоритм отжига, машины опорных векторов, рекомендательную систему, генетический алгоритм, алгоритм Q обучения и глубокого Q обучения, при этом по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой подходящий вычислительный алгоритм реализуют в системе замкнутой петли. Кроме того, алгоритм машинного обучения относится к сложному исходному коду, реализованному по меньшей мере на одном из выполняемых программных обеспечений и цифровом аппаратном средстве (например, FPGA, ASIC, кремниевой микросхемы заказной конструкции), при этом такую реализацию алгоритма машинного обучения предварительно обучают извлекать информацию из данных входного сигнала или из набора параметров, полученных из данных входного сигнала, в реальном времени с минимальной задержкой, или обучают во время запуска обучающим алгоритмом, сравнивая желаемый исход и настраивая протоколы стимуляции мозга, соответственно. Кроме того, алгоритм использует различные правила для настройки набора параметров, при этом параметры встраивают в алгоритм, чтобы образовывать паттерны для выполнения процесса принятия решения. Возможно, в случае, когда новые или дополнительные данные становятся доступными, алгоритм при работе, автоматически настраивает параметры для создания изменения в паттерне сравнением существующего паттерна с предыдущим паттерном.In an embodiment, the adaptive learning algorithm may comprise, but is not limited to, at least one of machine learning algorithms, which in turn includes, but is not limited to: k-nearest neighbors, regression analysis, ensemble tree algorithms, maximum power point tracking , hidden Makarov model, artificial neural network, recurrent neural network, long short-term memory algorithm, generative adversarial or adaptive adversarial neural networks, convolutional neural network or deep convolutional neural network, reinforcement learning algorithm, random forest algorithm, adaptive annealing algorithm, support vector machines , a recommender system, a genetic algorithm, a Q learning algorithm, and a deep Q learning algorithm, wherein at least one adaptive learning algorithm or other suitable computational algorithm is implemented in a closed loop system. In addition, a machine learning algorithm refers to complex source code implemented on at least one of executable software and digital hardware (e.g., FPGA, ASIC, custom silicon chip), wherein such implementation of the machine learning algorithm is pre-trained to extract information from the input signal data, or from a set of parameters derived from the input signal data, in real time with minimal latency, or trained at runtime by a training algorithm, comparing the desired outcome and tuning brain stimulation protocols, respectively. In addition, the algorithm uses various rules to configure a set of parameters, with parameters being built into the algorithm to form patterns to carry out the decision-making process. It is possible that when new or additional data becomes available, the algorithm, when running, automatically adjusts parameters to create a change in the pattern by comparing the existing pattern with the previous pattern.

В другом варианте выполнения алгоритм обучения с подкреплением представляет собой категорию алгоритмов на основе ориентированных на цель алгоритмов, которые учат, как достигать сложной задачи (цели) или максимизировать по особому параметру на протяжении многих этапов, применением понятия совокупной выгоды; например, максимизируя мощность и продолжительность высокой альфаактивности в течение длительного периода стимуляции, который действует как совокупная выгода. Кроме того, алгоритм обучения с подкреплением обучается из выгод, которые он получает в ответ на действие, выполненное системой, реализующей алгоритмы обучения с подкреплением, и адаптируется соответственно для максимизации совокупных выгод в ответ на последующие действия.In another embodiment, a reinforcement learning algorithm is a category of algorithms based on goal-oriented algorithms that learn how to achieve a complex problem (goal) or maximize on a particular parameter over many stages, using the concept of cumulative benefit; for example, maximizing the power and duration of high alpha activity over a long period of stimulation, which acts as a cumulative benefit. In addition, a reinforcement learning algorithm learns from the benefits it receives in response to an action performed by a system implementing reinforcement learning algorithms and adapts accordingly to maximize the cumulative benefits in response to subsequent actions.

Кроме того, возможно, алгоритм глубокого Q обучения относится к категории алгоритмов, которые содержат как алгоритм обучения с подкреплением, так и алгоритм нейронной сети с несколькими скрытыми слоями, для достижения оптимизированного выхода в реальном времени, при реализации в системе замкнутой петли. Кроме того, алгоритм нейронной сети относится к ряду алгоритмов, которые пытаются распознавать основные взаимосвязи в наборе данных посредством процесса, который имитирует то, как работает человеческий мозг. Кроме того, алгоритм нейронной сети предоставляет глубокое обучение посредством иерархического расположения набора параметров, при этом параметры встраивают в алгоритм для образования паттернов для выполнения процесса принятия решения. Кроме того, в случае, когда новые или дополнительные данные становятся доступными, алгоритм при работе, автоматически настраивает параметры для создания изменения в паттернах.Additionally, it is possible that a deep Q learning algorithm falls into the category of algorithms that contain both a reinforcement learning algorithm and a neural network algorithm with multiple hidden layers to achieve optimized output in real time while implementing a closed loop system. Additionally, a neural network algorithm refers to a set of algorithms that attempt to recognize the underlying relationships in a set of data through a process that mimics the way the human brain works. In addition, the neural network algorithm provides deep learning through the hierarchical arrangement of a set of parameters, where the parameters are built into the algorithm to form patterns to carry out the decision-making process. In addition, when new or additional data becomes available, the algorithm, when running, automatically adjusts parameters to create changes in patterns.

В варианте выполнения по меньшей мере один из вышеупомянутых алгоритмов адаптивного обучения реализуют в системе замкнутой петли. Кроме того, система замкнутой петли содержит электродное приспособление, приспособление ввода/вывода, приспособление обработки данных и блок питания. Кроме того, приспособление ввода/вывода содержит препроцессор, входной преобразователь, генератор стимулов и выходной преобразователь. Кроме того, приспособление обработки данных содержит блок обработки и модуль памяти, при этом блок обработки и модуль памяти сообщающимся образом соединены. Кроме того, электродное приспособление, препроцессор, входной преобразователь, генератор стимулов, выходной преобразователь и приспособление обработки данных сообщающимся образом соединены друг с другом непосредственно или косвенно. Кроме того, электрические сигналы, созданные в мозге пользователя, обнаруживают электродным приспособлением, а затем передают в блок обработки посредством препроцессора и входного преобразователя. Кроме того, блок обработки применяет по меньшей мере один из алгоритмов адаптивного обучения для создания и передачи протокола стимуляцииIn an embodiment, at least one of the aforementioned adaptive learning algorithms is implemented in a closed loop system. In addition, the closed loop system includes an electrode device, an input/output device, a data processing device, and a power supply. In addition, the input/output device contains a preprocessor, an input transformer, a stimulus generator and an output transformer. In addition, the data processing device includes a processing unit and a memory module, wherein the processing unit and the memory module are communicatedly connected. In addition, the electrode device, the preprocessor, the input transducer, the stimulus generator, the output transducer, and the data processing device are communicatedly connected to each other directly or indirectly. In addition, electrical signals generated in the user's brain are detected by the electrode device and then transmitted to the processing unit through a preprocessor and an input transducer. In addition, the processing unit applies at least one of the adaptive learning algorithms to create and transmit a stimulation protocol

- 11 044512 мозга выходному преобразователю. Кроме того, выходной преобразователь обрабатывает и передает обработанный протокол стимуляции мозга генератору стимулов, при этом генератор стимулов создает мозговые стимулы и передает созданные мозговые стимулы электродному приспособлению для стимуляция мозга пользователя. Возможно, для вычитания артефакта, копию созданных мозговых стимулов также отправляют приспособлению предварительной обработки. Кроме того, различные типы сигналов обрабатывают в замкнутой петле так, что, протокол стимуляции мозга обновляется итеративно для достижения целевой электрической активности, и таким образом, достижения персонализированной и оптимизированной стимуляции мозга в реальном времени.- 11 044512 brain output converter. In addition, the output transducer processes and transmits the processed brain stimulation protocol to the stimulus generator, wherein the stimulus generator generates brain stimuli and transmits the generated brain stimuli to the electrode device for stimulating the user's brain. Possibly for artifact subtraction, a copy of the generated brain stimuli is also sent to the preprocessing fixture. In addition, different types of signals are processed in a closed loop such that the brain stimulation protocol is updated iteratively to achieve the target electrical activity, and thus achieve personalized and optimized brain stimulation in real time.

Благоприятно то, что системы замкнутой петли, реализующие алгоритмы машинного обучения в системах неинвазивной стимуляции мозга (NIBS), предоставляют настройку протокола в реальном времени и оптимальную стимуляцию, что приводит к более персонализированной и эффективной стимуляции мозга пользователя.The benefit is that closed-loop systems that implement machine learning algorithms in non-invasive brain stimulation (NIBS) systems provide real-time protocol tuning and optimal stimulation, resulting in more personalized and effective stimulation of the user's brain.

На протяжении настоящего изобретения термин целевая электрическая активность, используемый в настоящем документе, относится к желаемому общему или конкретному паттерну электрической активности в мозге пользователя или параметрам, полученным из анализа такой активности, которые должны быть получены для уменьшения интенсивности симптомов, связанных с особым состоянием дисбаланса умственного здоровья у людей, или другого клинически значимого состояния, которое может быть облегчено вышеупомянутым способом. Кроме того, целевая электрическая активность может также быть желаемой электрической активностью для предоставления или индуцирования конкретного настроения, эмоции в мозге пользователя или другого конкретного состояния ума, которое может достигаться вышеупомянутым способом.Throughout the present invention, the term target electrical activity as used herein refers to the desired general or specific pattern of electrical activity in the user's brain or parameters derived from the analysis of such activity that should be obtained to reduce the intensity of symptoms associated with a particular state of mental imbalance health in humans, or other clinically significant condition that can be alleviated by the above method. In addition, the target electrical activity may also be the desired electrical activity to provide or induce a specific mood, emotion in the user's brain, or other specific state of mind, which can be achieved in the above manner.

В варианте выполнения приспособление обработки данных использует по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения для настройки мозговых стимулов итеративно, так что электрическую активность мозга данного пользователя настраивают на приблизительную целевую электрическую активность мозга, по желанию. После подачи созданных мозговых стимулов к волосистой части головы пользователя, электрические сигналы от мозга пользователя обнаруживают снова и анализируют приспособлением обработки данных в замкнутой петле. Возможно, анализ обнаруженных электрических сигналов содержит определение изменений в обнаруженной электрической активности или в параметрах, полученных от обнаруженной электрической активности мозга, следующей за подачей мозговых стимулов в предыдущей итерации. Более возможно, анализ обнаруженных электрических сигналов дополнительно содержит определение положительного или отрицательного значения или набора значений, требуемых для настройки любого из параметров протокола стимуляции мозга, для достижения желаемой целевой электрической активности мозга. Такой анализ приспособлением обработки данных может выполняться с помощью по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения таким образом, что протокол стимуляции мозга, который должен быть применен, может быть настроен итеративно после подачи каждого мозгового стимула и обнаружения эффекта поданных мозговых стимулов. Конкретно, итеративную работу настройки мозговых стимулов выполняют в реальном времени для подачи настроенных мозговых стимулов к волосистой части головы пользователя для конечного достижения желаемой целевой электрической активности мозга. В этом контексте, в реальном времени означает, что: запись принятого электрического сигнала приспособлением ввода/вывода; обработку приспособлением обработки данных, содержащую выполнение алгоритма адаптивного обучения; настройку параметров протокола стимуляции мозга; подачу созданных мозговых стимулов выполняют либо согласованно, либо последовательно, либо чередующимся образом, причем цикл завершают в пределах небольшой области. Кроме того, возможно, время для завершения цикла снижают до нескольких миллисекунд реализацией цифрового аппаратного средства для обработки данных и выполнением алгоритмов адаптивного обучения.In an embodiment, the data processing apparatus uses at least one adaptive learning algorithm to adjust brain stimuli iteratively such that a given user's brain electrical activity is adjusted to an approximate target brain electrical activity, as desired. After delivering the generated brain stimuli to the user's scalp, the electrical signals from the user's brain are detected again and analyzed by the data processing device in a closed loop. Optionally, the analysis of the detected electrical signals comprises determining changes in the detected electrical activity or in parameters derived from the detected electrical brain activity following the delivery of brain stimuli in the previous iteration. More possibly, the analysis of the detected electrical signals further comprises determining a positive or negative value or set of values required to adjust any of the parameters of the brain stimulation protocol to achieve the desired target electrical brain activity. Such analysis by the processing device may be performed by at least one adaptive learning algorithm such that the brain stimulation protocol to be applied can be adjusted iteratively after each brain stimulus is delivered and the effect of the brain stimuli delivered is detected. Specifically, iterative brain stimulus tuning work is performed in real time to deliver tuned brain stimuli to the user's scalp to ultimately achieve the desired target brain electrical activity. In this context, real time means that: recording of a received electrical signal by an input/output device; processing by the data processing device, comprising executing an adaptive learning algorithm; setting up brain stimulation protocol parameters; the delivery of the created brain stimuli is carried out either in a coordinated, sequential or alternating manner, with the cycle being completed within a small area. In addition, it is possible that the time to complete a loop can be reduced to a few milliseconds by implementing digital processing hardware and executing adaptive learning algorithms.

Альтернативно, в реальном времени означает с интервалами цикла меньше 5 мин, более возможно с интервалами цикла меньше 1 мин, более возможно с интервалами цикла меньше 1 с, более возможно с интервалами цикла меньше 1 мс, и еще более возможно с помощью вышеупомянутых реализаций цифрового аппаратного средства с интервалами цикла меньше 1 мс.Alternatively, real-time means with cycle intervals less than 5 min, more possible with cycle intervals less than 1 min, more possible with cycle intervals less than 1 s, more possible with cycle intervals less than 1 ms, and even more possible with the above digital hardware implementations means with cycle intervals less than 1 ms.

На протяжении настоящего изобретения термин петля обратной связи относится к адаптации стимуляции мозга, используемой для воздействия на состояние мозга пользователя, в отношении: межиндивидуальных структурных вариабельностей; индивидуальной сигнальной динамики и быстро меняющегося состояния мозга в реальном времени.Throughout the present invention, the term feedback loop refers to adaptations of brain stimulation used to influence the user's brain state with respect to: inter-individual structural variability; individual signal dynamics and rapidly changing brain states in real time.

В варианте выполнения адаптацию стимуляции мозга автоматически в реальном времени без вовлечения любой третьей стороны называют замкнутой петлей. Кроме того, если стимуляция не эффективна при изменении состояния мозга до желаемого состояния, то протокол стимуляции мозга нуждается в настройке в этой петле обратной связи до достижения желаемого эффекта. Кроме того, возможно, любой алгоритм, который обрабатывает входящий сигнал или настраивает протокол стимуляции мозга, который может адаптироваться к межиндивидуальным разницам и разницам между состояниями, определяют как алгоритмы адаптивного обучения.In an embodiment, the adaptation of brain stimulation automatically in real time without the involvement of any third party is called a closed loop. Additionally, if stimulation is not effective in changing the brain state to the desired state, then the brain stimulation protocol needs to be adjusted in this feedback loop until the desired effect is achieved. In addition, perhaps any algorithm that processes an input signal or configures a brain stimulation protocol that can adapt to interindividual and interstate differences is defined as adaptive learning algorithms.

В варианте выполнения устройство взаимодействия с мозгом дополнительно содержит блок управления, который принимает, при работе, вход от по меньшей мере одного пользователя или устройстваIn an embodiment, the brain interface device further comprises a control unit that, in operation, receives input from at least one user or device

- 12 044512 третьей стороны, при этом блок управления сообщающимся образом соединен с приспособлением обработки данных и содержит модуль сообщения для образования сообщения между устройством и устройством третьей стороны.- 12 044512 of a third party, wherein the control unit is communicatedly connected to the data processing device and contains a message module for generating a message between the device and the third party device.

На протяжении настоящего изобретения термин блок управления, используемый в настоящем документе, относится к приспособлению, выполненному с возможностью принимать инструкцию от пользователя или устройства третьей стороны через интерфейс пользователя, при этом интерфейс пользователя выполнен с возможностью записывать инструкцию посредством по меньшей мере одного из: кнопочного интерфейса, беспроводного интерфейса, интерфейса сенсорного экрана, интерфейса жестов, микрофонного интерфейса (голосовое обнаружение), или устройства взаимодействия с мозгом, действующего в этом контексте для управления стимуляцией. Возможно, блок управления, при работе, предоставляет приспособление обработки данных с рабочими параметрами для персонализации стимуляции мозга на основе входа от пользователя или устройства третьей стороны. Кроме того, рабочие параметры содержат по меньшей мере одно из: состояние включено/выключено, режим стимуляции, время стимуляции, возраст пользователя, пол пользователя, любая значимая медицинская история и медицинское состояние пользователя, подвергшегося стимуляции мозга, или желаемое умственное состояние пользователя. Возможно, приспособление блока управления загружает в приспособление обработки данных программу, содержащую по меньшей мере один из алгоритмов адаптивного обучения, предназначенный для оптимизации обнаружения мозговых сигналов, указанных программой, или для оптимизации стимуляция для достижения целевой электрической активности, определенной программой. Альтернативно, возможно, блок управления содержит модуль сообщения для образования проводного или беспроводного соединения, содержащего, но не ограниченного, соединение через Интернет между устройством взаимодействия с мозгом и устройством третьей стороны. Возможно, это может позволять устройству третьей стороны загружать программу в приспособление обработки данных через блок управления. Возможно, это может сообщать входные и выходные сигналы устройству третьей стороны, чтобы устройство третьей стороны было реализовано в виде компьютера, телефона (например, смартфона), локального сервера, серверной компоновки (такой, как, компоновка из двух или нескольких серверов, сообщающимся образом соединенных друг с другом), облачного сервера или квантового компьютера, чтобы позволять устройству третьей стороны действовать как приспособление обработки данных. Дополнительно, блок управления выполнен с возможностью управлять приспособлением внешней стимуляции на основе входа от по меньшей мере одного пользователя и устройства третьей стороны. Кроме того, блок управления выполнен с возможностью принимать электроэнергию от блока питания.Throughout the present invention, the term control unit as used herein refers to a device configured to receive an instruction from a user or third party device via a user interface, wherein the user interface is configured to record the instruction via at least one of: a pushbutton interface , wireless interface, touch screen interface, gesture interface, microphone interface (voice detection), or brain interface device operating in this context to control stimulation. Optionally, the control unit, in operation, provides a processing device with operating parameters to personalize brain stimulation based on input from a user or a third party device. In addition, the operating parameters include at least one of: on/off state, stimulation mode, stimulation time, age of the user, gender of the user, any significant medical history and medical condition of the user undergoing brain stimulation, or the desired mental state of the user. Optionally, the control unit device loads into the data processing device a program comprising at least one of adaptive learning algorithms for optimizing detection of brain signals specified by the program or for optimizing stimulation to achieve a target electrical activity specified by the program. Alternatively, the control unit may include a communication module for establishing a wired or wireless connection including, but not limited to, an Internet connection between the brain interface device and a third party device. Optionally, this may allow a third party device to download a program to the processing device via the control unit. Optionally, it may provide input and output signals to a third party device, such that the third party device is implemented as a computer, a telephone (such as a smartphone), a local server, a server arrangement (such as an arrangement of two or more servers communicatingly connected each other), a cloud server or a quantum computer to allow a third party device to act as a data processing device. Additionally, the control unit is configured to control the external stimulation device based on input from at least one user and a third party device. In addition, the control unit is configured to receive electricity from the power supply.

На протяжении настоящего изобретения термин устройство третьей стороны, используемый в настоящем документе, относится к внешнему устройству, сообщающимся образом соединенному с блоком управления через модуль сообщения, при этом сообщение осуществляют посредством проводного или беспроводного соединения, содержащего, но не ограниченного, соединение через Интернет, Bluetooth® и т.д. Возможно, устройство третьей стороны содержит по меньшей мере одно из: смартфон, компьютер (может быть персональным, облачным, распределенным или планшетным компьютером), смарт-часы, удаленное управление, медицинское устройство, локальный сервер, серверную компоновку (такую, как компоновка из двух или нескольких серверов, сообщающимся образом соединенных друг с другом), облачный сервер и квантовый компьютер. Более возможно, устройство третьей стороны выполнено с возможностью принимать информацию мониторинга, связанную с электрическими сигналами, обнаруженными от мозга пользователя, при этом информация мониторинга содержит по меньшей мере одно из: электроэнцефалограмму (EEG), электрополевую энцефалографию (EFEG), близкую инфракрасную спектроскопию (NIRS), магнитоэнцефалографию (MEG), электромиографию (EMG), электрокардиографию (ECG), монитор частоты сердца и/или дыхания, отслеживание зрения и/или функциональную магнитную резонансную визуализацию (fMRI). Дополнительно, устройство третьей стороны выполнено с возможностью управлять приспособлением внешней стимуляции через блок управления. Возможно, устройство взаимодействия с мозгом, при работе, использует устройство третьей стороны, сообщающимся образом соединённое с блоком управления, для передачи рабочих параметров в блок управления, который содержит, но не ограничивается, по меньшей мере одно из: состояние включения/выключения, режим стимуляции, время стимуляции, возраст пользователя, пол пользователя, любую значимую медицинскую историю и медицинское состояние пользователя, подвергшегося стимуляции мозга, или желаемое умственное состояние пользователя. Дополнительно, возможно, устройство взаимодействия с мозгом, при работе, использует устройство третьей стороны для загрузки в приспособление обработки данных через блок управления программы, содержащей по меньшей мере один из алгоритмов адаптивного обучения, предназначенный для оптимизации обнаружения мозговых сигналов, указанных программой, или для оптимизации стимуляции для достижения целевой электрической активности, определенной программой.Throughout the present invention, the term third party device as used herein refers to an external device communicatively connected to the control unit via a communication module, the communication being via a wired or wireless connection, including, but not limited to, Internet connection, Bluetooth ® etc. Optionally, the third party device comprises at least one of: a smartphone, a computer (can be a personal, cloud, distributed or tablet computer), a smart watch, a remote control, a medical device, a local server, a server arrangement (such as a two-part arrangement). or several servers communicatedly connected to each other), a cloud server and a quantum computer. More possibly, the third party device is configured to receive monitoring information associated with electrical signals detected from the user's brain, wherein the monitoring information comprises at least one of: electroencephalogram (EEG), electric field encephalography (EFEG), near infrared spectroscopy (NIRS) ), magnetoencephalography (MEG), electromyography (EMG), electrocardiography (ECG), heart and/or respiratory rate monitor, vision tracking and/or functional magnetic resonance imaging (fMRI). Additionally, the third party device is configured to control the external stimulation device via the control unit. Optionally, the brain interface device, in operation, uses a third party device communicatively coupled to the control unit to transmit operating parameters to the control unit, which includes, but is not limited to, at least one of an on/off state, a stimulation mode , the time of stimulation, the age of the user, the gender of the user, any significant medical history and medical condition of the user undergoing brain stimulation, or the desired mental state of the user. Additionally, it is possible that the brain interface device, in operation, uses a third party device to load into the processing device, via a control unit, a program comprising at least one of adaptive learning algorithms for optimizing the detection of brain signals specified by the program, or for optimizing stimulation to achieve the target electrical activity defined by the program.

Благоприятно то, что блок управления и устройства третьей стороны предоставляют лучшее взаимодействие с пользователем посредством удобного для пользователя интерфейса. Возможно, блок управления позволяет устройству третьей стороны выполнять заказной алгоритм адаптивного обучения вместо блока обработки данных, что может быть благоприятным там, где мощность обработки, требуемая для выполнения алгоритма адаптивного обучения, превышает мощность блока обработки данных.The benefit is that the control unit and third party devices provide a better user experience through a user-friendly interface. It is possible that the control unit allows the third party device to execute a custom adaptive learning algorithm instead of the data processing unit, which may be advantageous where the processing power required to execute the adaptive learning algorithm exceeds the power of the data processing unit.

- 13 044512- 13 044512

Кроме того, использование устройств третьей стороны позволяет пользователю выбирать по желанию рабочие параметры устройства для создания заказного протокола стимуляции мозга. Предпочтительно, чтобы устройство взаимодействия с мозгом также предоставляло открытую платформу для ученых и врачей исследовать функциональные аспекты человеческого мозга более подробно и в реальном времени (как упомянуто выше) с помощью информации мониторинга, такой как электроэнцефалограмма (EEG), электрополевая энцефалография (EFEG), близкая инфракрасная спектроскопия (NIRS), магнитоэнцефалография (MEG), электромиография (EMG), электрокардиография (ECG), отслеживание зрения и/или функциональная магнитная резонансная визуализация (fMRI).In addition, the use of third party devices allows the user to select the operating parameters of the device at will to create a custom brain stimulation protocol. Preferably, the brain interface device also provides an open platform for scientists and clinicians to explore functional aspects of the human brain in more detail and in real time (as mentioned above) using monitoring information such as electroencephalogram (EEG), electric field encephalography (EFEG), near infrared spectroscopy (NIRS), magnetoencephalography (MEG), electromyography (EMG), electrocardiography (ECG), vision tracking and/or functional magnetic resonance imaging (fMRI).

В варианте выполнения устройство дополнительно содержит приспособление внешней стимуляции для предоставления по меньшей мере одного из: визуальной стимуляции, аудиостимуляции и/или стимуляции виртуальной реальности для мозга пользователя, при этом приспособление внешней стимуляции сообщающимся образом соединено с блоком управления. Возможно, приспособление внешней стимуляции сообщается с приспособлением обработки данных непосредственно или через блок управления. Более возможно, по меньшей мере одно из: визуальная стимуляция, аудиостимуляция и/или стимуляция виртуальной реальности мозга пользователя, предоставляемые приспособлением внешней стимуляции, находится в синхронизации с мозговыми стимулами, поданными к мозгу пользователя.In an embodiment, the device further comprises an external stimulation device for providing at least one of: visual stimulation, audio stimulation and/or virtual reality stimulation to the user's brain, wherein the external stimulation device is in communication with the control unit. It is possible that the external stimulation device communicates with the data processing device directly or via a control unit. More possibly, at least one of the visual stimulation, audio stimulation, and/or virtual reality stimulation of the user's brain provided by the external stimulation device is in synchronization with the brain stimuli provided to the user's brain.

В варианте выполнения параметры по меньшей мере одного из: визуальной стимуляции, аудиостимуляции и/или стимуляции виртуальной реальности становится частью протокола стимуляции мозга, оптимизированной блоком управления.In an embodiment, the parameters of at least one of: visual stimulation, audio stimulation and/or virtual reality stimulation become part of the brain stimulation protocol optimized by the control unit.

На протяжении настоящего изобретения термин приспособление внешней стимуляции, используемый в настоящем документе, относится к разъемно соединенному внешнему устройству, используемому для аудио-визуальной стимуляции или стимуляции виртуальной реальности посредством по меньшей мере одного из: устройства виртуальной реальности, устройства дисплея, очков, наушников, внутриушных наушников, динамика, терапевтического массажера, электродов, размещенных в других местах на теле, и/или смарт-объектива (такого, как Google Lens (RTM)). Кроме того, приспособление внешней стимуляции выполнено с возможностью принимать электроэнергию от одного или нескольких блоков питания.Throughout the present invention, the term external stimulation device as used herein refers to a releasably connected external device used for audio-visual or virtual reality stimulation through at least one of: a virtual reality device, a display device, glasses, headphones, in-ear headphones, a speaker, a therapeutic massager, electrodes placed elsewhere on the body, and/or a smart lens (such as Google Lens (RTM)). In addition, the external stimulation device is configured to receive electrical energy from one or more power supplies.

В примере приспособление внешней стимуляции предоставляет аудиовизуальную стимуляцию для расслабления пользователя и снижения уровня стресса при работе в синхронизации с мозговыми стимулами. Предпочтительно, приспособление внешней стимуляции предоставляет изоляцию пользователю уменьшением нежелательного света, попадающего в глаза пользователя, и шума, попадающего в уши пользователя. Такая изоляция помогает пользователю дополнительно уменьшать нежелательную мозговую активность, что приводит к улучшению эффективности протоколов стимуляции мозга.In an example, an external stimulation device provides audiovisual stimulation to relax the user and reduce stress while working in sync with brain stimuli. Preferably, the external stimulation device provides isolation to the user by reducing unwanted light entering the user's eyes and noise entering the user's ears. This isolation helps the user further reduce unwanted brain activity, resulting in improved effectiveness of brain stimulation protocols.

В примерной работе, блок управления реализуют в виде микроконтроллера, связанного с генератором стимулов и/или приспособлением внешней стимуляции. Кроме того, устройство третьей стороны реализуют в виде портативного компьютера (например, портативного компьютера MacBook™) так, что микроконтроллер сообщающимся образом соединен с портативным компьютером через облачную платформу. Портативный компьютер обрабатывает рабочие параметры, связанные со стимуляцией мозга, которые должны быть предоставлены пользователю, и впоследствии, передает рабочие параметры микроконтроллеру, связанному с приспособлением внешней стимуляции. Кроме того, портативный компьютер передает рабочие параметры микроконтроллеру в реальном времени. В таком примере приспособление внешней стимуляции содержит светоиспускающий диод (называемый светодиод в настоящем документе) или, альтернативно, узел светодиодов, а модуль сообщения содержит микросхему WiFi, так, что светодиод соединен с микроконтроллером, а микроконтроллер сообщающимся образом соединен с портативным компьютером через облачную платформу. Кроме того, портативный компьютер управляет мозговыми стимулами, переданными посредством светодиода, например, регулированием частоты, ширины импульса и/или яркости света, испускаемого светодиодом. Кроме того, группа электродов содержит пару электродов, расположенных на волосистой части головы пользователя, соответствующей расположению затылочной доли (такой как, в расположениях O1 и O2, в соответствии с 10-20 системой расположения EEG), а эталонный электрод и смещающие электроды расположены на висках пользователя (таких как, в расположениях Т3 и Т4, соответственно). Группа электродов записывает активность зрительной коры головного мозга пользователя, так что активность отражает восприятие пользователя, связанную с визуальными стимулами, переданными светодиодом. Группа электродов сообщающимся образом соединена с приспособлением ввода/вывода, которое может быть реализовано посредством OpenBCI Cyton PCB. Приспособление ввода/вывода имеет программируемый аналогово-цифровой преобразователь усиления для усиления и преобразования аналоговых сигналов, обнаруженных на каждом из группы электродов, в цифровые данные. Кроме того, приспособление ввода/вывода сообщающимся образом соединено с устройством третьей стороны, реализованным в виде портативного компьютера, и беспроводным образом передает цифровые данные устройству третьей стороны. Таким образом, устройство третьей стороны принимает информацию от мозга через приспособление ввода/вывода и действует в виде приспособления обработки данных для создания и оптимизации протокола стимуляции мозга, переданного посредством вышеупомянутых светодиодов.In an exemplary operation, the control unit is implemented as a microcontroller coupled to a stimulus generator and/or an external stimulation device. In addition, the third party device is implemented in the form of a laptop computer (eg, a MacBook™ laptop computer) such that the microcontroller is communicatively connected to the laptop computer via a cloud platform. The laptop computer processes the operating parameters associated with brain stimulation to be provided to the user, and subsequently, transmits the operating parameters to the microcontroller associated with the external stimulation device. In addition, the laptop transmits operating parameters to the microcontroller in real time. In such an example, the external stimulation device comprises a light emitting diode (referred to as an LED herein) or alternatively an LED assembly, and the communication module comprises a WiFi chip such that the LED is coupled to the microcontroller and the microcontroller is communicatively coupled to the laptop computer via a cloud platform. In addition, the laptop computer controls the brain stimuli transmitted through the LED, such as adjusting the frequency, pulse width, and/or brightness of the light emitted by the LED. In addition, the electrode group contains a pair of electrodes located on the user's scalp corresponding to the location of the occipital lobe (such as in locations O1 and O2, according to the 10-20 EEG location system), and the reference electrode and bias electrodes are located on the temples user (such as at locations T3 and T4, respectively). The electrode array records activity in the user's visual cortex such that the activity reflects the user's perceptions associated with the visual stimuli conveyed by the LED. The electrode array is communicatedly connected to an input/output device, which may be implemented by an OpenBCI Cyton PCB. The I/O fixture has a programmable analog-to-digital gain converter to amplify and convert the analog signals detected at each of the electrode arrays into digital data. In addition, the input/output device is communicatively connected to a third party device implemented in the form of a laptop computer, and wirelessly transmits digital data to the third party device. Thus, the third party device receives information from the brain through the input/output device and acts as a data processing device to create and optimize the brain stimulation protocol transmitted through the above-mentioned LEDs.

- 14 044512- 14 044512

В другой примерной работе блок управления реализуют в виде микроконтроллера, связанного с генератором стимулов и/или приспособлением внешней стимуляции. Кроме того, устройство третьей стороны реализуют в виде смартфона. В таком примере прикладное программное обеспечение (или приложение) устанавливают на смартфоне, так что смартфон (или пользователь, связанный со смартфоном) передает и принимает рабочие параметры, связанные со стимуляцией мозга, которые должны быть предоставлены пользователю, приспособлению головного убора и/или приспособлению внешней стимуляции через приложение. В одном примере такие рабочие параметры соответствуют одному или нескольким рабочим режимам устройства взаимодействия с мозгом. В другом примере, смартфон (или пользователь, связанный со смартфоном) может измерять по меньшей мере одно из: ток, переданный группе электродов для предоставления стимуляция мозга, напряжение тока, переданного для предоставления стимуляции мозга (такое как, напряжение, требуемое для передачи постоянного тока группе электродов, связанной с электродным приспособлением) и импеданс на группе электродов электродного приспособления (так, чтобы определять, что группа электродов надлежащим образом расположена на волосистой части головы пользователя). В еще одном примере группа электродов может располагаться над сосцевидным отростком височной кости пользователя для нацеливания на черепные нервы и более глубокие области мозга пользователя. Например, для создания входа для приспособления ввода/вывода, группу электродов (выполненную с возможностью записывать мозговую активность пользователя), располагают над лобными частями мозга. Кроме того, группу электродов соединяют с приспособлением ввода/вывода с усилителем и цифро-аналоговым преобразователем, который может быть реализован посредством изменения OpenBCI Cyton PCB, чтобы измененный OpenBCI Cyton PCB мог быть сообщающимся образом соединен через Интернет с приспособлением обработки данных через облачную платформу, а также приложение, установленное в устройстве третьей стороны.In another exemplary work, the control unit is implemented as a microcontroller coupled to a stimulus generator and/or external stimulation device. In addition, the third party device is implemented in the form of a smartphone. In such an example, application software (or an application) is installed on a smartphone such that the smartphone (or a user associated with the smartphone) transmits and receives operating parameters associated with brain stimulation to be provided to the user, the headgear device, and/or the external device. stimulation via the app. In one example, such operating parameters correspond to one or more operating modes of the brain interface device. In another example, a smartphone (or a user associated with a smartphone) may measure at least one of: a current transmitted to a group of electrodes to provide brain stimulation, a voltage of current transmitted to provide brain stimulation (such as a voltage required to provide a direct current an electrode group associated with the electrode device) and an impedance on the electrode group of the electrode device (so as to determine that the electrode group is properly located on the user's scalp). In yet another example, an array of electrodes may be positioned over the mastoid process of the user's temporal bone to target cranial nerves and deeper regions of the user's brain. For example, to create an input for an input/output device, an array of electrodes (configured to record the user's brain activity) is placed over the frontal portions of the brain. In addition, the electrode group is connected to an input/output device with an amplifier and a digital-to-analog converter, which can be implemented by modifying the OpenBCI Cyton PCB, so that the modified OpenBCI Cyton PCB can be communicatively connected via the Internet to the data processing device through a cloud platform, and also an application installed on a third party device.

В варианте выполнения по меньшей мере один из генераторов стимулов и другая часть конфигурации аппаратного средства содержит предохранительное приспособление, при этом предохранительное приспособление запрещает передачу мозговых стимулов электродному приспособлению, в случае электрической неисправности устройства или запроса от пользователя прекратить стимуляцию мозга. Кроме того, предохранительное приспособление содержит по меньшей мере одно из: защитное реле, датчик сверхтока, датчик перенапряжения, датчик частоты, датчик чрезмерной мышечной/двигательной активности (датчик дискомфорта) и аварийный переключатель экстренного отключения. Кроме того, предохранительное приспособление сообщающимся образом соединено с блоком управления через приспособление обработки данных, которое, в свою очередь, также соединено с устройством третьей стороны с удобным для пользователя интерфейсом для прерывания стимуляции/записи. Кроме того, предохранительное приспособление, при работе, принимает данные, связанные с по меньшей мере одним из: током и напряжением на группе электродов, от по меньшей мере одного из: датчика сверхтока и датчика перенапряжения. Кроме того, в одной из реализаций предохранительного приспособления, при работе, оно определяет событие электрической неисправности сравнением данных, связанных с по меньшей мере одним из: током и напряжением на группе электродов с заданными эталонными данными, содержащими эталонные данные, связанные с по меньшей мере одним из: током и напряжением на группе электродов. Кроме того, возможно, предохранительное приспособление также реализовано в приспособлении обработки данных, электродном приспособлении, одном или нескольких блоках питания и приспособлении внешней стимуляции.In an embodiment, at least one of the stimulus generators and the other portion of the hardware configuration includes a safety device, wherein the safety device prohibits the transmission of brain stimuli to the electrode device in the event of an electrical failure of the device or a request from the user to stop stimulating the brain. In addition, the safety device includes at least one of: a protective relay, an overcurrent sensor, an overvoltage sensor, a frequency sensor, an excessive muscle/motor activity sensor (discomfort sensor), and an emergency kill switch. In addition, the safety device is communicatedly connected to the control unit through a data processing device, which in turn is also connected to a third party device with a user-friendly interface for interrupting stimulation/recording. In addition, the safety device, in operation, receives data associated with at least one of the current and voltage across the electrode group from at least one of the overcurrent sensor and the overvoltage sensor. Further, in one implementation of the safety device, when in operation, it determines an electrical fault event by comparing data associated with at least one of: current and voltage across the electrode array with specified reference data comprising reference data associated with at least one from: current and voltage on a group of electrodes. In addition, the safety device may also be implemented in the data processing device, the electrode device, one or more power supplies, and the external stimulation device.

На протяжении настоящего изобретения термин электрическая неисправность, используемый в настоящем документе, относится к нежелательному количеству электрического тока и/или электрического напряжения, возникающего в устройстве взаимодействия с мозгом, при этом такое нежелательное количество электрического тока и/или электрического напряжения может вредить пользователю и/или устройству. Кроме того, в случае электрической неисправности, предохранительное приспособление выполнено с возможностью прерывать подачу электроэнергии к устройству от одного или нескольких блоков питания через защитное реле.Throughout the present invention, the term electrical fault as used herein refers to an unwanted amount of electrical current and/or electrical voltage occurring in a brain interface device, wherein such unwanted amount of electrical current and/or electrical voltage may be harmful to the user and/or device. Furthermore, in the event of an electrical fault, the safety device is configured to interrupt the supply of electrical power to the device from one or more power supplies via a protective relay.

Благоприятно то, что предохранительное приспособление предоставляет улучшенную защиту от любого повреждения пользователя в реальном времени, что приводит к безрисковому использованию устройства взаимодействия с мозгом без какой-либо экспертной помощи. Кроме того, устройство взаимодействия с мозгом предназначено в своей внешней и внутренней компонентной части, а также в своем методе работы, во избежание любого возникновения вреда для пользователя.The benefit is that the safety device provides improved protection against any damage to the user in real time, resulting in risk-free use of the brain interface device without any expert assistance. Moreover, the brain interface device is designed in its external and internal component parts, as well as its operating method, to avoid any harm occurring to the user.

Настоящее изобретение также относится к способу, как описано выше. Различные варианты выполнения и варианты, раскрытые выше, применяются с учетом изменений к способу.The present invention also relates to the method as described above. The various embodiments and variations disclosed above apply mutatis mutandis to the method.

Возможно, способ содержит использование приспособления обработки данных для обновления заданного набора эталонных данных итеративно в реальном времени и хранения обновленного заданного набора эталонных данных в модуле памяти. Реальное время должно пониматься так, как описано в настоящем изобретении, а не должно быть просто временно непрерывным.Optionally, the method comprises using a data processing apparatus to update a given set of reference data iteratively in real time and storing the updated defined set of reference data in a memory module. Real time should be understood as described in the present invention, and should not simply be temporarily continuous.

Возможно, способ содержит использование приспособления обработки данных для анализа принятых электрических сигналов в реальном времени, чтобы электрические сигналы обнаруживались на волосистой части головы пользователя согласованно с мозговыми стимулами, поданными к пользователю.Optionally, the method comprises using a data processing apparatus to analyze the received electrical signals in real time such that the electrical signals are detected on the user's scalp in concert with brain stimuli provided to the user.

- 15 044512- 15 044512

Возможно, способ содержит использование приспособления обработки данных для анализа электрических сигналов, принятых от приспособления обработки сигнала, временно чередующихся с мозговыми стимулами, поданными к пользователю.Optionally, the method comprises using the data processing apparatus to analyze electrical signals received from the signal processing apparatus temporarily interleaved with brain stimuli provided to the user.

Возможно, способ содержит использование группы электродов электродного приспособления для подачи мозговых стимулов к волосистой части головы пользователя и к другим частям пользователя, пространственно удаленным от волосистой части головы пользователя.Optionally, the method comprises using a group of electrodes of the electrode device to deliver brain stimuli to the user's scalp and to other parts of the user spatially distant from the user's scalp.

Возможно, способ содержит использование по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения или другого вычислительного алгоритма, реализованного с приспособлением обработки данных в виде по меньшей мере одного из выполняемых программных обеспечений и цифрового аппаратного средства (например, FPGA, ASIC, заказная конструкция микросхемы).Optionally, the method comprises using at least one adaptive learning algorithm or other computational algorithm implemented with data processing apparatus in the form of at least one of executable software and digital hardware (eg, FPGA, ASIC, custom chip design).

Возможно, алгоритм адаптивного обучения содержит, но не ограничиваться, по меньшей мере один из алгоритмов машинного обучения, который, в свою очередь, содержит, но не ограничивается: алгоритм к ближайших соседей, регрессионный анализ, ансамбль древовидных алгоритмов, отслеживание точки максимальной мощности, скрытую модель Макарова, искусственную нейронную сеть, рекуррентную нейронную сеть, алгоритм долгой краткосрочной памяти, генеративно-состязательные или адаптивные состязательные нейронные сети, сверточную нейронную сеть или глубокую сверточную нейронную сеть, алгоритм обучения с подкреплением, алгоритм случайного леса, адаптивный алгоритм отжига, машины опорных векторов, рекомендательную систему, генетический алгоритм, алгоритм Q обучения и глубокого Q обучения, при этом по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой подходящий вычислительный алгоритм реализуют в системе замкнутой петли.The adaptive learning algorithm may include, but is not limited to, at least one of a machine learning algorithm, which in turn contains, but is not limited to: k-nearest neighbors, regression analysis, ensemble tree algorithms, maximum power point tracking, hidden Makarov model, artificial neural network, recurrent neural network, long short-term memory algorithm, generative adversarial or adaptive adversarial neural networks, convolutional neural network or deep convolutional neural network, reinforcement learning algorithm, random forest algorithm, adaptive annealing algorithm, support vector machines , a recommender system, a genetic algorithm, a Q learning algorithm, and a deep Q learning algorithm, wherein at least one adaptive learning algorithm or other suitable computational algorithm is implemented in a closed loop system.

Возможно, способ содержит программирование приспособления обработки данных для использования, но не ограничивается, по меньшей мере одним алгоритмом адаптивного обучения для итеративной настройки протокола стимуляции мозга, чтобы электрическая активность мозга пользователя была настроена на приблизительную целевую электрическую активность мозга, по желанию.Optionally, the method comprises programming the data processing apparatus to use, but is not limited to, at least one adaptive learning algorithm for iteratively adjusting the brain stimulation protocol such that the user's brain electrical activity is tuned to an approximate target brain electrical activity, as desired.

Возможно, способ содержит блок управления для приема входа от по меньшей мере одного пользователя или устройства третьей стороны, при этом блок управления сообщающимся образом соединен с приспособлением обработки данных и содержит модуль сообщения для образования сообщения между устройством и устройством третьей стороны.Optionally, the method comprises a control unit for receiving input from at least one user or third party device, the control unit being communicatively coupled to the data processing device and comprising a message module for generating a message between the device and the third party device.

Возможно, способ содержит использование приспособления внешней стимуляции для предоставления по меньшей мере одного из: визуальной стимуляции, аудиостимуляции и/или стимуляции виртуальной реальности для мозга пользователя, при этом приспособление внешней стимуляции сообщающимся образом соединено с блоком управления.Optionally, the method comprises using an external stimulation device to provide at least one of: visual stimulation, audio stimulation and/or virtual reality stimulation to the user's brain, wherein the external stimulation device is in communication with the control unit.

В одном примере приспособление внешней стимуляции используют для предоставления визуальной стимуляции в качестве временного отклика на глаза пользователя.In one example, an external stimulation device is used to provide visual stimulation as a temporary response to the user's eyes.

Возможно, способ содержит использование предохранительного приспособления для запрета подачи мозговых стимулов группе электродов, в случае неисправности устройства, при этом предохранительное приспособление сообщающимся образом соединено с приспособлением ввода/вывода.Optionally, the method comprises using a safety device to prohibit delivery of brain stimuli to the electrode group in the event of a malfunction of the device, wherein the safety device is in communication with the input/output device.

В варианте выполнения настоящее изобретение предоставляет компьютерный программный продукт, содержащий машиночитаемый носитель информации, предназначенный для долговременного хранения информации, имеющий машиночитаемые инструкции, хранящиеся в нем, причем машиночитаемые инструкции выполняются компьютеризированным устройством, содержащим обрабатывающее аппаратное средство для выполнения способа использования устройства взаимодействия с мозгом, которое предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя.In an embodiment, the present invention provides a computer program product comprising a computer-readable storage medium for long-term storage of information, having computer-readable instructions stored therein, wherein the computer-readable instructions are executed by a computerized device comprising processing hardware for executing a method of using a brain interface device that provides, during operation, monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain.

Подробное описание чертежейDetailed description of drawings

Ссылаясь на фиг. 1, показана блок-схема устройства 100 взаимодействия с мозгом для мониторинга мозговой активности и стимуляции мозга пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, устройство 100 взаимодействия с мозгом для мониторинга мозговой активности и стимуляции мозга пользователя содержит приспособление 120 головного убора, приспособление 140 обработки данных, приспособление 130 ввода/вывода и один или несколько блоков 150 питания. Кроме того, приспособление 120 головного убора содержит электродное приспособление 110, содержащее группу электродов 112-118, при этом группа электродов расположена таким образом, чтобы осуществлять контакт с волосистой частью головы пользователя для обнаружения мозговой активности. Кроме того, электродное приспособление 110 сообщающимся образом соединено с приспособлением 130 ввода/вывода, при этом приспособление 130 ввода/вывода, при работе, принимает обнаруженные сигналы и передает мозговые стимулы по меньшей мере одному из группы электродов 112-118. Кроме того, приспособление 130 ввода/вывода содержит возможное приспособление предварительной обработки входного сигнала (не показано), которое может содержать возможный усилитель (не показан); фильтр артефактов (не показан); входной преобразователь (не показан); выходной преобразователь (не показан) и генератор стимулов (не показан). Кроме того, приспособление 130 ввода/вывода сообщающимся образом соединено с приспособлением 140 обработки данных. Кроме того, приспособление 140 обработки данных содержит модуль 142 памяти и блок 144 обработки. Один или несколько блоков 150 питания, при работе, предоставляет электроэнергию приспособлению 130 ввода/вывода и приспособлению 140 обра- 16 044512 ботки данных.Referring to FIG. 1, there is shown a block diagram of a brain interface device 100 for monitoring brain activity and stimulating the brain of a user, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown, the brain interface device 100 for monitoring brain activity and stimulating the user's brain includes a headgear device 120, a data processing device 140, an input/output device 130, and one or more power supplies 150. In addition, the headgear device 120 includes an electrode device 110 comprising a group of electrodes 112-118, the group of electrodes positioned to contact the wearer's scalp to detect brain activity. In addition, the electrode device 110 is communicatedly connected to the input/output device 130, wherein the input/output device 130, in operation, receives detected signals and transmits brain stimuli to at least one of the group of electrodes 112-118. In addition, the input/output device 130 includes a possible input signal pre-processing device (not shown), which may include a possible amplifier (not shown); artifact filter (not shown); input converter (not shown); an output transducer (not shown) and a stimulus generator (not shown). In addition, the input/output device 130 is communicatedly connected to the data processing device 140. In addition, the data processing device 140 includes a memory module 142 and a processing unit 144. One or more power supplies 150, in operation, provide electrical power to the input/output fixture 130 and the data processing fixture 140.

Ссылаясь на фиг. 2А, показана примерная реализация устройства 200 взаимодействия с мозгом (такого, как устройство 100 взаимодействия с мозгом с фиг. 1), расположенного на голове пользователя 201, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Конкретно, примерная реализация представляет собой вид сбоку пользователя 201, носящего устройство 200 взаимодействия с мозгом. Устройство 200 взаимодействия с мозгом содержит приспособление 220 головного убора (такое как приспособление 120 головного убора с фиг. 1) и сборочный блок 270, в котором приспособление 220 головного убора реализовано посредством спортивной кепки в этом примере. Более того, приспособление 220 головного убора содержит электродное приспособление 210 (такое как электродное приспособление 110 с фиг. 1), при этом электродное приспособление 210 содержит группу электродов 212-218 (такую как группа электродов 112-118 с фиг. 1). Кроме того, группа электродов 212-218 соединена со сборочным блоком 270 посредством группы соединительных проводов 272-278, соответственно. Конкретно, один из электродов 218 группы электродов 212-218 представляет собой эталонный электрод, соединенный с неволосистым участком головы пользователя 201.Referring to FIG. 2A, shows an exemplary implementation of a brain interface device 200 (such as the brain interface device 100 of FIG. 1) located on the head of a user 201, in accordance with an embodiment of the present invention. Specifically, the exemplary implementation is a side view of a user 201 wearing a brain interface device 200 . The brain interface device 200 includes a headgear device 220 (such as the headgear device 120 of FIG. 1) and an assembly block 270 in which the headgear device 220 is implemented by a sports cap in this example. Moreover, the headgear device 220 includes an electrode device 210 (such as the electrode device 110 of FIG. 1), wherein the electrode device 210 includes an electrode group 212-218 (such as the electrode group 112-118 of FIG. 1). In addition, the electrode group 212-218 is connected to the assembly block 270 through a group of connecting wires 272-278, respectively. Specifically, one of the electrodes 218 of the group of electrodes 212-218 is a reference electrode connected to a non-hairy portion of the user's scalp 201.

Ссылаясь на фиг. 2В, показана та же примерная реализация устройства 200 взаимодействия с мозгом, размещенного на голове пользователя 201, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Конкретно, примерная реализация представляет собой вид сзади пользователя 201, носящего устройство 200 взаимодействия с мозгом, содержащее приспособление 220 головного убора и сборочный блок 270. Дополнительно, сборочный блок 270 содержит приспособление 230 ввода/вывода (такое как приспособление 130 ввода/вывода с фиг. 1), приспособление 240 обработки данных (такое как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1) и один или несколько блоков 250 питания (таких как один или несколько блоков 150 питания с фиг. 1). Кроме того, приспособление 240 обработки данных содержит модуль 242 памяти (такой как модуль 142 памяти с фиг. 1) и блок 244 обработки (такой как блок 144 обработки с фиг. 1).Referring to FIG. 2B, shows the same exemplary implementation of a brain interface device 200 placed on the head of a user 201, in accordance with an embodiment of the present invention. Specifically, the exemplary implementation is a rear view of a user 201 wearing a brain interface device 200 including a headgear device 220 and an assembly block 270. Additionally, the assembly block 270 includes an input/output device 230 (such as the I/O device 130 of FIG. 1), a data processing apparatus 240 (such as the data processing apparatus 140 of FIG. 1), and one or more power supplies 250 (such as one or more power supplies 150 of FIG. 1). In addition, the data processing apparatus 240 includes a memory module 242 (such as the memory module 142 of FIG. 1) and a processing unit 244 (such as the processing unit 144 of FIG. 1).

Ссылаясь на фиг. 3, проиллюстрировано устройство взаимодействия с мозгом (такое как устройство 100 взаимодействия с мозгом с фиг. 1), работающее в виде системы 300 замкнутой петли. Система 300 замкнутой петли, при работе, реализует по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой вычислительный алгоритм, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Система 300 замкнутой петли содержит электродное приспособление 310 (такое как электродное приспособление 110 с фиг. 1), приспособление 330 ввода/вывода (такое как приспособление 130 ввода/вывода с фиг. 1), приспособление 340 обработки данных (такое как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1) и один или несколько блоков 350 питания (таких как один или несколько блоков 150 питания с фиг. 1). Кроме того, приспособление 330 ввода/вывода содержит препроцессор 332, входной преобразователь 334, генератор 336 стимулов и выходной преобразователь 338. Приспособление 340 обработки данных содержит блок 344 обработки (такой как блок 144 обработки с фиг. 1) и модуль 342 памяти (такой как модуль 142 памяти с фиг. 1), при этом блок 344 обработки и модуль 342 памяти сообщающимся образом соединены. Электродное приспособление 310, препроцессор 332, входной преобразователь 334, генератор 336 стимулов, выходной преобразователь 338 и приспособление 340 обработки данных сообщающимся образом соединены показанным образом. Электрические сигналы, созданные в мозге пользователя, обнаруживают электродным приспособлением 310, а затем передают в блок 344 обработки посредством препроцессора 332 и входного преобразователя 334. Блок 344 обработки применяет по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения или другой вычислительный алгоритм для создания и передачи протокола стимуляции мозга выходному преобразователю 338. Дополнительно, выходной преобразователь 338 обрабатывает и передает обработанный протокол стимуляции мозга генератору 336 стимулов, при этом генератор 336 стимулов создает мозговые стимулы и передает созданные мозговые стимулы электродному приспособлению 310 для стимуляция мозга пользователя. Дополнительно, один или несколько блоков 350 питания, при работе, подает электроэнергию приспособлению 330 ввода/вывода и приспособлению 340 обработки данных.Referring to FIG. 3, illustrates a brain interface device (such as the brain interface device 100 of FIG. 1) operating as a closed loop system 300. The closed loop system 300, when operated, implements at least one adaptive learning algorithm or other computational algorithm, in accordance with an embodiment of the present invention. The closed loop system 300 includes an electrode fixture 310 (such as the electrode fixture 110 of FIG. 1), an input/output fixture 330 (such as an I/O fixture 130 of FIG. 1), a data processing fixture 340 (such as a data processing fixture 140 of FIG. 1) and one or more power supplies 350 (such as one or more power supplies 150 of FIG. 1). In addition, the input/output fixture 330 includes a preprocessor 332, an input transformer 334, a stimulus generator 336, and an output transformer 338. The data processing fixture 340 includes a processing unit 344 (such as the processing unit 144 of FIG. 1) and a memory module 342 (such as memory module 142 of Fig. 1), wherein the processing unit 344 and the memory module 342 are communicatedly connected. The electrode fixture 310, the preprocessor 332, the input transducer 334, the stimulus generator 336, the output transducer 338, and the data processing fixture 340 are communicatedly connected in the manner shown. Electrical signals generated in the user's brain are detected by electrode device 310 and then transmitted to processing unit 344 via preprocessor 332 and input transducer 334. Processing unit 344 applies at least one adaptive learning algorithm or other computational algorithm to create and transmit a brain stimulation protocol. output transducer 338. Additionally, output transducer 338 processes and transmits the processed brain stimulation protocol to stimulus generator 336, wherein stimulus generator 336 generates brain stimuli and transmits the generated brain stimuli to electrode device 310 for stimulating the user's brain. Additionally, one or more power supplies 350, in operation, supplies electrical power to the input/output device 330 and the data processing device 340.

Ссылаясь на фиг. 4, показана блок-схема примерной реализации устройства 400 взаимодействия с мозгом (такого как устройство 100 взаимодействия с мозгом с фиг. 1), содержащего приспособление 440 обработки данных (такое как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1), приспособление 420 головного убора (такое как приспособление 120 головного убора с фиг. 1), приспособление 430 ввода/вывода (такое как приспособление 130 ввода/вывода с фиг. 1), приспособление 440 обработки данных (такое как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1), один или несколько блоков 450 питания (таких как один или несколько блоков 150 питания с фиг. 1), блок 460 управления и приспособление 480 внешней стимуляции, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Дополнительно, приспособление 440 обработки данных устройства 400 взаимодействия с мозгом сообщающимся образом соединено с блоком 460 управления. Блок 460 управления дополнительно содержит модуль 462 сообщения. Кроме того, блок 460 управления сообщающимся образом соединен с приспособлением 480 внешней стимуляции, содержащим в этом примере приспособление 482 аудиостимуляции и приспособление 484 стимуляции виртуальной реальности. Дополнительно, один или несколько блоков 450 питания устройства 400 взаимодействия с мозгом, при работе, подает электроэнергию приспособлению 440 обра- 17 044512 ботки данных (такому как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1), и может также, возможно, подавать электроэнергию блоку 460 управления и приспособлению 480 внешней стимуляции.Referring to FIG. 4, a block diagram of an exemplary implementation of a brain interface device 400 (such as the brain interface device 100 of FIG. 1) is shown, including a data processing device 440 (such as a data processing device 140 of FIG. 1), a headgear device 420 ( such as headgear fixture 120 of FIG. 1), I/O fixture 430 (such as I/O fixture 130 of FIG. 1), data processing fixture 440 (such as data processing fixture 140 of FIG. 1), one or multiple power units 450 (such as one or more power units 150 of FIG. 1), a control unit 460, and an external stimulation device 480, in accordance with an embodiment of the present invention. Additionally, the data processing device 440 of the brain interface device 400 is communicatedly connected to the control unit 460. The control unit 460 further includes a message module 462. In addition, the control unit 460 is in communication with an external stimulation device 480, comprising in this example an audio stimulation device 482 and a virtual reality stimulation device 484. Additionally, one or more power units 450 of the brain interface device 400, in operation, supplies electrical power to the data processing apparatus 440 (such as the data processing apparatus 140 of FIG. 1), and may also optionally provide electrical power to the processing unit 460. control and adaptation of 480 external stimulation.

Ссылаясь на фиг. 5, показана примерная реализация устройства 500 взаимодействия с мозгом (такого как устройство 400 с фиг. 4), содержащего сборочный блок 570 (такой как сборочный блок 270 с фиг. 2А и 2В), приспособление 520 головного убора (такое как приспособление 120 головного убора с фиг. 1) и приспособление 580 внешней стимуляции (такое как приспособление 480 внешней стимуляции с фиг. 4), в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.Referring to FIG. 5, shows an exemplary implementation of a brain interface device 500 (such as the device 400 of FIG. 4) comprising an assembly block 570 (such as an assembly block 270 of FIGS. 2A and 2B), a headgear attachment 520 (such as a headgear attachment 120 from Fig. 1) and external stimulation device 580 (such as external stimulation device 480 from Fig. 4), in accordance with an embodiment of the present invention.

Приспособление 580 внешней стимуляции содержит этот пример приспособления 582 аудиостимуляции (такого как приспособление 482 аудиостимуляции с фиг. 4), и приспособление 584 стимуляции виртуальной реальности (такое как приспособление 484 стимуляции виртуальной реальности с фиг. 4). Дополнительно, приспособление 580 внешней стимуляции сообщающимся образом соединено с блоком управления (не показан). Кроме того, сборочный блок 570 (такой как сборочный блок 270 с фиг. 2А и 2В) содержит блок управления (не показан) и один или несколько блоков питания (не показаны). Кроме того, один или несколько блоков питания, при работе, может также возможно подавать электроэнергию приспособлению 580 внешней стимуляции.The external stimulation device 580 includes this example audio stimulation device 582 (such as the audio stimulation device 482 of FIG. 4), and the virtual reality stimulation device 584 (such as the virtual reality stimulation device 484 of FIG. 4). Additionally, external stimulation device 580 is communicatively coupled to a control unit (not shown). In addition, the assembly block 570 (such as the assembly block 270 of FIGS. 2A and 2B) includes a control unit (not shown) and one or more power supplies (not shown). In addition, one or more power supplies, in operation, may also optionally supply electrical power to the external stimulation device 580.

Ссылаясь на фиг. 6, показана примерная реализация устройства 600 взаимодействия с мозгом (такого как устройство 100 с фиг. 1) с приспособлением 620 головного убора типа повязки, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Устройство 600 взаимодействия с мозгом дополнительно содержит сборочный блок 670 (такой как сборочный блок 270 с фиг. 2А и 2В). Дополнительно, приспособление 620 головного убора (такое как приспособление 120 головного убора с фиг. 1) содержит электродное приспособление (такое как электродное приспособление 110 с фиг. 1), содержащее группу электродов 612-616 (такую как группа электродов 112-118 с фиг. 1), при этом группа электродов 612-616 соединена со сборочным блоком 670 посредством группы соединяющих проводов 672-676 (такой как группа соединяющих проводов 272-278 с фиг. 2А и 2В).Referring to FIG. 6, shows an exemplary implementation of a brain interface device 600 (such as the device 100 of FIG. 1) with a headband-type headgear device 620, in accordance with an embodiment of the present invention. The brain interface device 600 further includes an assembly block 670 (such as the assembly block 270 of FIGS. 2A and 2B). Additionally, headgear fixture 620 (such as headgear fixture 120 of FIG. 1) includes an electrode fixture (such as electrode fixture 110 of FIG. 1) containing an electrode array 612-616 (such as an electrode array 112-118 of FIG. 1), wherein the group of electrodes 612-616 is connected to the assembly block 670 through a group of connecting wires 672-676 (such as the group of connecting wires 272-278 from FIGS. 2A and 2B).

Ссылаясь на фиг. 7, показан примерный интерфейс 700 пользователя для приема инструкции от пользователя или для отображения персонализированной стимуляции мозга, приложенной к пользователю, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, интерфейс 700 пользователя может использоваться пользователем для предоставления инструкций, таких как, связанные с состоянием включено/выключено посредством кнопки 702, режим стимуляции из числа tDCS, tACS, импульса или фронт посредством соответствующей кнопки 704 и т.д. Интерфейс 700 пользователя также позволяет пользователю регулировать проверку тока, переданного группе электродов, частоту tACS, импульсы, или свет, испускаемый светодиодом, связанным с приспособлением внешней стимуляции, ширину импульса/фронта и/или смещение использованием соответствующих бегунков 706A-D. Альтернативно, пользователь может проверять ток, переданный группе электродов, частоту tACS, импульсы, или свет, испускаемый светодиодом, связанным с приспособлением внешней стимуляции, ширину импульса/фронта и/или смещение, которые отображают посредством соответствующих бегунков 706A-D, так что соответствующие бегунки 706A-D автоматически меняют свое расположение на интерфейсе 700 пользователя на основе обновленных значений, определенных алгоритмом оптимизации стимуляции. Кроме того, интерфейс 700 пользователя отображает различные параметры стимуляции, такие как, напряжение, ток и импеданс, приложенные к группе электродов для предоставления стимуляции мозга через выходную область 708 интерфейса 700 пользователя.Referring to FIG. 7, an exemplary user interface 700 is shown for receiving instructions from a user or for displaying personalized brain stimulation applied to a user, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown, the user interface 700 may be used by the user to provide instructions such as those related to an on/off state via a button 702, a stimulation mode of tDCS, tACS, pulse or edge via a corresponding button 704, etc. The user interface 700 also allows the user to adjust the test current sent to the electrode group, tACS frequency, pulses, or light emitted by the LED associated with the external stimulation device, pulse/edge width, and/or offset using appropriate sliders 706A-D. Alternatively, the user may check the current delivered to the electrode array, tACS frequency, pulses, or light emitted by an LED associated with the external stimulation device, pulse/edge width, and/or offset, which are displayed by the respective sliders 706A-D such that the respective sliders The 706A-D automatically change their location on the user interface 700 based on updated values determined by the stimulation optimization algorithm. In addition, the user interface 700 displays various stimulation parameters, such as voltage, current, and impedance, applied to the electrode array to provide brain stimulation through the output region 708 of the user interface 700.

Ссылаясь на фиг. 8А, 8В показаны спектрограммы 810 и 820 сигналов, обнаруженных из области O1 (канал 7 810 и канал 8 820, соответственно) мозга пользователя, в ответ на различные частоты 810820 стимуляции пользователя, используемые для определения оптимальной частоты стимуляции для пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения; Частоты стимуляции 810-820 оптимизируют для максимального изменения мощности мозгового сигнала с частотой, соответствующей частоте стимуляции светодиодным светом, адаптивным алгоритмом отслеживания точки максимальной мощности. Частоты стимуляции 810-820 применяют к светодиодам в течение 25 с, каждая после неактивного базового периода в 25 с. Адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности определяет следующее изменение частоты стимуляции на основе расположения локального максимума. Кроме того, амплитуда такого изменения частоты стимуляции меняется, чтобы позволять точно определять оптимальную частоту стимуляции. Соответственно, амплитуда приложенной частоты стимуляции меняется до тех пор, пока оптимальную частоту стимуляции определяют с точностью меньше ±0,1 Гц.Referring to FIG. 8A, 8B show spectrograms 810 and 820 of signals detected from area O1 (channel 7810 and channel 8820, respectively) of the user's brain in response to various user stimulation frequencies 810820 used to determine the optimal stimulation frequency for the user, in accordance with an embodiment carrying out the present invention; Stimulation frequencies 810-820 are optimized to maximize changes in brain signal power at a frequency that matches the LED light stimulation frequency by an adaptive maximum power point tracking algorithm. Stimulation frequencies of 810–820 are applied to the LEDs for 25 s, each after an inactive baseline period of 25 s. The adaptive maximum power point tracking algorithm determines the next change in pacing rate based on the location of the local maximum. In addition, the amplitude of this change in stimulation frequency is varied to allow precise determination of the optimal stimulation frequency. Accordingly, the amplitude of the applied stimulation frequency is varied until the optimal stimulation frequency is determined with an accuracy of less than ±0.1 Hz.

Как показано, адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности определяет первую полосу частот стимуляции около 10 Гц, которая становится заметной (изображено белой линией в спектрограмме 810 с фиг. 8А вдоль правой части столбца 10 Гц), а частоты около 10 Гц исследуют для сужения до оптимальной частоты стимуляции. Кроме того, когда адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности применяет различные частоты стимуляции около 9,5 Гц, не определяют дополнительного увеличения алгоритмом отслеживания точки мощности. Следовательно, адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности определяет оптимальную частоту стимуляции, равную 9,5 Гц, для данного пользователя.As shown, the adaptive maximum power point tracking algorithm determines the first stimulation frequency band around 10 Hz to become prominent (depicted by the white line in spectrogram 810 of FIG. 8A along the right side of the 10 Hz column), and frequencies around 10 Hz are examined to narrow to the optimal stimulation frequency. In addition, when the adaptive maximum power point tracking algorithm applies different stimulation frequencies around 9.5 Hz, no additional increase is detected by the power point tracking algorithm. Therefore, the adaptive maximum power point tracking algorithm determines the optimal stimulation frequency of 9.5 Hz for a given user.

- 18 044512- 18 044512

Ссылаясь на фиг. 9, показан график 910, иллюстрирующий нелинейное отношение между частотой стимуляции, переданной светодиодами и мощностью отклика мозгового сигнала с частотой, соответствующей частоте стимуляции светодиодным светом, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Нелинейное отношение между частотой стимуляции, приложенной к светодиодам, и мощностью отклика определяют посредством адаптивного алгоритма отслеживания точки максимальной мощности. Адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности определяет локальный максимум посредством приложения различных частот стимуляции и сужением до оптимальной частоты стимуляции. Впоследствии, адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности определяет локальный максимум, равный около 10 Гц (обозначено 920 на графике 910). Кроме того, адаптивный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности пытается определять оптимальную частоту стимуляции около локального максимума посредством приложения различных частот стимуляции около 10 Гц. Будет понятно, что такая технология определения оптимальной частоты стимуляции мигающего светодиода посредством адаптивного алгоритма отслеживания точки максимальной мощности, может применяться, например, в приложениях, связанных с мозго-компьютерным интерфейсом (или связанных с BCI), которые полагаются на зрительные вызванные потенциалы устойчивого состояния. Оптимальная частота стимуляции в таких связанных с BCI приложениях может использоваться для создания надежного отклика на мигающие визуальные стимуляции, чтобы более точно и быстро направлять оборудование, которым пользователь пытается управлять мозгом.Referring to FIG. 9, a graph 910 is shown illustrating the non-linear relationship between the stimulation frequency transmitted by the LEDs and the response power of a brain signal at a frequency corresponding to the stimulation frequency of the LED light, in accordance with an embodiment of the present invention. The nonlinear relationship between the stimulation frequency applied to the LEDs and the response power is determined through an adaptive maximum power point tracking algorithm. The adaptive peak power point tracking algorithm determines the local maximum by applying different stimulation frequencies and tapering to the optimal stimulation frequency. Subsequently, the adaptive maximum power point tracking algorithm determines a local maximum of about 10 Hz (labeled 920 in plot 910). In addition, the adaptive maximum power point tracking algorithm attempts to determine the optimal stimulation frequency around a local maximum by applying different stimulation frequencies around 10 Hz. It will be understood that such technology for determining the optimal frequency of flashing LED stimulation through an adaptive maximum power point tracking algorithm may be used, for example, in brain computer interface (or BCI) applications that rely on steady state visual evoked potentials. Optimal stimulation frequency in such BCI-related applications can be used to create a reliable response to flashing visual stimulation to more accurately and quickly guide the equipment that the user is attempting to control with the brain.

Ссылаясь на фиг. 10, иллюстрируют этапы способа 1000 мониторинга мозговой активности и стимуляции мозга пользователя использованием устройства взаимодействия с мозгом (такого как устройство 100 с фиг. 1), в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Способ инициируется на этапе 1002, а на этапе 1002 один или несколько блоков питания (таких как один или несколько блоков 140 питания с фиг. 1) используют для подачи электроэнергии приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных. На этапе 1004 приспособление головного убора (такое как приспособление 120 головного убора с фиг. 1) размещают на голове пользователя для того, чтобы обнаруживать электрические сигналы и подавать к ним мозговые стимулы. На этапе 1006 приспособление ввода/вывода (такое как приспособление 130 ввода/вывода с фиг. 1) используют для приема электрического сигнала от группы электродов (такой как группа электродов 112-118 с фиг. 1) и передачи мозговых стимулов по меньшей мере одному, паре или любой совокупности группы электродов. На этапе 1008 приспособление обработки данных (такое как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1) используют для процесса обработки принятого электрического сигнала и создания протокола стимуляции мозга, соответствующего принятому электрическому сигналу. Возможно, принятый электрический сигнал обрабатывают применением по меньшей мере одного из алгоритмов адаптивного обучения или другим вычислительным алгоритмом для создания протокола стимуляции мозга, соответствующего принятому электрическому сигналу. На этапе 1010 приспособление обработки данных сравнивает принятый электрический сигнал с заданным набором эталонных данных для создания анализа применением по меньшей мере одного из алгоритмов адаптивного обучения или другого вычислительного алгоритма для создания протокола стимуляции мозга. Способ 1000 заканчивается на этапе 1010, если достигают заданной цели стимуляции или заданной точки остановки, в противном случае этапы 1004-1010 повторяют автоматически итеративным образом до достижения заданной цели стимуляции или заданной точки остановки. Дополнительно, процессы 1004-1010 могут функционировать итеративно на основе инструкций, принятых от приспособления обработки данных (такого, как приспособление 140 обработки данных с фиг. 1).Referring to FIG. 10 illustrate steps of a method 1000 for monitoring brain activity and stimulating a user's brain using a brain interface device (such as device 100 of FIG. 1), in accordance with an embodiment of the present invention. The method is initiated at step 1002, and at step 1002, one or more power supplies (such as one or more power supplies 140 of FIG. 1) are used to supply power to the input/output device and the data processing device. At step 1004, a headgear device (such as the headgear device 120 of FIG. 1) is placed on the user's head to detect electrical signals and provide brain stimuli thereto. At step 1006, an input/output device (such as input/output device 130 of FIG. 1) is used to receive an electrical signal from an electrode array (such as an electrode array 112-118 of FIG. 1) and transmit brain stimuli to at least one a pair or any combination of a group of electrodes. At step 1008, a processing apparatus (such as the processing apparatus 140 of FIG. 1) is used to process the received electrical signal and create a brain stimulation protocol corresponding to the received electrical signal. Optionally, the received electrical signal is processed using at least one of the adaptive learning algorithms or another computational algorithm to create a brain stimulation protocol corresponding to the received electrical signal. At step 1010, the data processing device compares the received electrical signal with a predetermined set of reference data to create an analysis using at least one of the adaptive learning algorithms or other computational algorithm to create a brain stimulation protocol. Method 1000 ends at step 1010 if the predetermined stimulation target or predetermined stopping point is achieved, otherwise steps 1004-1010 are repeated automatically in an iterative manner until the predetermined stimulation target or predetermined stopping point is achieved. Additionally, processes 1004-1010 may operate iteratively based on instructions received from a data processing device (such as data processing device 140 of FIG. 1).

Этапы 1002-1010 являются лишь иллюстративными, и могут предоставляться другие альтернативы, где один или несколько этапов добавляют, один или несколько этапов удаляют, или один или несколько этапов предоставляют в другой последовательности без отступления за объем формулы изобретения в настоящем документе.Steps 1002-1010 are illustrative only, and other alternatives may be provided where one or more steps are added, one or more steps are deleted, or one or more steps are provided in a different sequence without departing from the scope of the claims herein.

Изменения вариантов выполнения настоящего изобретения, описанных в предыдущем, возможны без отступления от объема настоящего изобретения, как ограничено сопровождающей формулой изобретения. Такие выражения, как содержащий, включающий, встроенный, имеет, представляет собой, используемые для описания и заявления настоящего изобретения, предназначены для толкования неисключительным образом, а именно, позволяя элементам, компонентам или элементам, явно не описанным, также присутствовать. Ссылка на единственное число также должна толковаться как относящаяся к множественному числу, где это уместно.Modifications to the embodiments of the present invention described in the foregoing are possible without departing from the scope of the present invention as limited by the accompanying claims. Expressions such as containing, including, embedded, has, is, used to describe and claim the present invention are intended to be construed in a non-exclusive manner, namely, to allow elements, components or elements not expressly described to also be present. A reference to the singular shall also be construed to refer to the plural, where appropriate.

Дополнительные аспекты, преимущества, признаки и задачи настоящего изобретения, станут очевидными из чертежей и подробного описания иллюстративных вариантов выполнения, истолкованных в сочетании с приложенной формулой изобретения, которая следует далее.Additional aspects, advantages, features and objects of the present invention will become apparent from the drawings and detailed description of the illustrative embodiments, construed in conjunction with the appended claims that follow.

Будет понятно, что признаки настоящего изобретения могут быть объединены в различных совокупностях без отступления от объема настоящего изобретения, как определено приложенной формулой изобретения.It will be understood that the features of the present invention may be combined in various combinations without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

--

Claims (19)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство взаимодействия с мозгом, которое предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, при этом устройство включает:1. A brain interface device that provides, when operational, monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain, the device including: (i) приспособление головного убора, которое должно размещаться или располагаться на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для обнаружения электрических сигналов от него и для подачи к нему мозговых стимулов;(i) a headgear device that is intended to be placed or positioned on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom and to supplying brain stimuli to it; (ii) приспособление ввода/вывода, которое принимает электрические сигналы от по меньшей мере одного из группы электродов, и передает мозговые стимулы посредством протокола стимуляции мозга по меньшей мере одному из группы электродов, при работе;(ii) an input/output device that receives electrical signals from at least one of the group of electrodes, and transmits brain stimuli through a brain stimulation protocol to at least one of the group of electrodes, in operation; (iii) приспособление обработки данных, которое обрабатывает обнаруженные электрические сигналы, принятые от приспособления ввода/вывода, и создает протокол стимуляции мозга, который зависит от принятых электрических сигналов, при работе, при этом приспособление обработки данных содержит модуль памяти; и (iv) один или несколько блоков питания, которые подают электроэнергию приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных, отличающееся тем, что приспособление обработки данных сравнивает принятые электрические сигналы с заданным набором эталонных данных для создания анализа принятых электрических сигналов, и применяет по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения, включающий алгоритм отслеживания точки максимальной мощности, к процессам анализа и создания протокола стимуляции мозга, при этом алгоритм адаптивного обучения итеративно настраивает протокол стимуляции мозга в режиме реального времени, чтобы применить настроенные стимулы мозга к коже головы пользователя для получения желаемой целевой электрической активности мозга пользователя.(iii) a processing device that processes the detected electrical signals received from the input/output device and creates a brain stimulation protocol that depends on the received electrical signals in operation, wherein the data processing device includes a memory module; and (iv) one or more power supplies that supply electrical power to the input/output device and the data processing device, characterized in that the data processing device compares the received electrical signals with a given set of reference data to create an analysis of the received electrical signals, and applies at least one adaptive learning algorithm incorporating a maximum power point tracking algorithm to the processes of analyzing and creating a brain stimulation protocol, wherein the adaptive learning algorithm iteratively tunes the brain stimulation protocol in real time to apply customized brain stimuli to the user's scalp to produce the desired electrical target user's brain activity. 2. Устройство взаимодействия с мозгом по п.1, отличающееся тем, что заданный набор эталонных данных хранят в модуле памяти и обновляют итеративно в реальном времени, когда устройство взаимодействия с мозгом работает.2. The brain interface device according to claim 1, characterized in that a given set of reference data is stored in a memory module and updated iteratively in real time while the brain interface device is operating. 3. Устройство взаимодействия с мозгом по п.1, отличающееся тем, что приспособление обработки данных анализирует принятые электрические сигналы и применяет протокол стимуляции мозга в реальном времени так, что электрические сигналы обнаруживают на волосистой части головы пользователя согласованно с мозговыми стимулами, поданными к пользователю.3. The brain interface device according to claim 1, wherein the data processing device analyzes the received electrical signals and applies a brain stimulation protocol in real time so that the electrical signals are detected on the user's scalp in concert with brain stimuli applied to the user. 4. Устройство взаимодействия с мозгом по п.1, отличающееся тем, что приспособление обработки данных анализирует электрические сигналы, принятые от приспособления обработки входного сигнала временно с мозговыми стимулами, поданными к пользователю.4. The brain interface device according to claim 1, characterized in that the data processing device analyzes electrical signals received from the input signal processing device temporarily with brain stimuli supplied to the user. 5. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что стимулы также подают к другим частям пользователя, пространственно удаленным от волосистой части головы данного пользователя.5. A brain interface device according to any of the previous claims, characterized in that the stimuli are also applied to other parts of the user that are spatially distant from the scalp of the user. 6. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что приспособление обработки данных использует, но не ограничивается, по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения, реализованный по меньшей мере в виде: выполняемого программного обеспечения, цифрового аппаратного средства (например, FPGA, ASIC, заказная конструкция микросхемы).6. The brain interface device of any one of the preceding claims, characterized in that the data processing device uses, but is not limited to, at least one adaptive learning algorithm implemented in at least the form of: executable software, digital hardware (for example, FPGA, ASIC, custom chip design). 7. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения содержит, но не ограничивается, по меньшей мере один из алгоритмов машинного обучения: алгоритм k ближайших соседей, регрессионный анализ, ансамбль древовидных алгоритмов, отслеживание точки максимальной мощности, искусственную нейронную сеть, глубокую сверточную нейронную сеть, рекуррентную нейронную сеть, алгоритм обучения с подкреплением, алгоритм случайного леса, рекомендательную систему, генетический алгоритм, алгоритм Q обучения и глубокого Q обучения, при этом по меньшей мере один из этих алгоритмов реализуют в системе замкнутой петли.7. A device for interacting with the brain according to any of the previous paragraphs, characterized in that at least one adaptive learning algorithm contains, but is not limited to, at least one of machine learning algorithms: k-nearest neighbors algorithm, regression analysis, ensemble of tree algorithms, maximum power point tracking, artificial neural network, deep convolutional neural network, recurrent neural network, reinforcement learning algorithm, random forest algorithm, recommender system, genetic algorithm, Q learning algorithm and deep Q learning algorithm, wherein at least one of these algorithms implemented in a closed loop system. 8. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что приспособление обработки данных использует, но не ограничивается, по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения для итеративной настройки протокола стимуляции мозга, так что электрическую активность мозга пользователя модулируют до приблизительной цели по желанию.8. The brain interface device of any one of the preceding claims, wherein the processing device uses, but is not limited to, at least one adaptive learning algorithm to iteratively adjust a brain stimulation protocol such that the electrical activity of the user's brain is modulated to an approximate target according to desire. 9. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройство дополнительно включает блок управления, который принимает, при работе, вход от по меньшей мере одного пользователя или устройства третьей стороны, при этом блок управления сообщающимся образом соединен с приспособлением обработки данных и содержит модуль сообщения для образования сообщения между устройством и устройством третьей стороны.9. The brain interface device of any one of the preceding claims, wherein the device further includes a control unit that, in operation, receives input from at least one user or third party device, wherein the control unit is communicatedly coupled to the processing device data and contains a message module for generating a message between the device and a third party device. 10. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройство дополнительно включает приспособление внешней стимуляции для предоставления по10. The device for interacting with the brain according to any of the previous paragraphs, characterized in that the device additionally includes an external stimulation device for providing - 20 044512 меньшей мере одного из: визуальной стимуляции, аудиостимуляции и/или стимуляции виртуальной реальности к мозгу пользователя, при этом приспособление внешней стимуляции сообщающимся образом соединено с блоком управления.- 20 044512 at least one of: visual stimulation, audio stimulation and/or virtual reality stimulation to the user's brain, wherein the external stimulation device is communicatedly connected to the control unit. 11. Устройство взаимодействия с мозгом по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что приспособление ввода/вывода содержит предохранительное приспособление, при этом предохранительное приспособление запрещает подачу любых мозговых стимулов к электродному приспособлению и запись от электродного приспособления, в случае неисправности устройства.11. The brain interface device as claimed in any one of the preceding claims, wherein the input/output device includes a safety device, wherein the safety device prohibits the delivery of any brain stimuli to the electrode device and recording from the electrode device if the device malfunctions. 12. Способ использования устройства взаимодействия с мозгом, который предоставляет, при работе, мониторинг мозговой активности и стимуляцию мозга пользователя, отличающийся тем, что способ включает этапы, на которых:12. A method of using a brain interface device that provides, during operation, monitoring of brain activity and stimulation of the user's brain, characterized in that the method includes the steps of: (i) используют один или несколько блоков питания для подачи электроэнергии к приспособлению ввода/вывода и приспособлению обработки данных;(i) using one or more power supplies to supply electrical power to the input/output device and the data processing device; (ii) размещают или располагают приспособление головного убора на голове пользователя, при этом приспособление головного убора содержит электродное приспособление, содержащее группу электродов, которая осуществляет электрический контакт с волосистой частью головы пользователя, при работе, для того, чтобы обнаруживать электрические сигналы от нее и чтобы подавать к нему мозговые стимулы;(ii) placing or positioning the headgear device on the user's head, wherein the headgear device comprises an electrode device comprising an electrode array that makes electrical contact with the user's scalp, in operation, to detect electrical signals therefrom and to apply brain stimuli to it; (iii) используют приспособление ввода/вывода для приема электрических сигналов от по меньшей мере одного из группы электродов и для передачи мозговых стимулов посредством протокола стимуляции мозга по меньшей мере одному из группы электродов;(iii) using an input/output device to receive electrical signals from at least one of the group of electrodes and to transmit brain stimuli through a brain stimulation protocol to at least one of the group of electrodes; (iv) используют приспособление обработки данных для обработки обнаруженных электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода и для создания протокола стимуляции мозга, соответствующего принятым электрическим сигналам, при этом приспособление обработки данных содержит модуль памяти; и (v) сравнивают принятые электрические сигналы и заданный набор эталонных данных для создания анализа и применения по меньшей мере одного алгоритма адаптивного обучения, включающего алгоритм отслеживания точки максимальной мощности для анализа для создания протокола стимуляции мозга, при этом алгоритм адаптивного обучения итеративно настраивает протокол стимуляции мозга в режиме реального времени, чтобы применить настроенные стимулы мозга к коже головы пользователя для получения желаемой целевой электрической активности мозга пользователя.(iv) using a data processing device to process the detected electrical signals received from the input/output device and to create a brain stimulation protocol corresponding to the received electrical signals, wherein the data processing device includes a memory module; and (v) comparing the received electrical signals and a predetermined set of reference data to create an analysis and applying at least one adaptive learning algorithm including a maximum power point tracking algorithm for analysis to create a brain stimulation protocol, wherein the adaptive learning algorithm iteratively adjusts the brain stimulation protocol in real time to apply customized brain stimuli to the user's scalp to produce the desired target electrical activity of the user's brain. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что способ содержит использование приспособления обработки данных для обновления заданного набора эталонных данных итеративно в реальном времени и хранения обновленного заданного набора эталонных данных в модуле памяти.13. The method of claim 12, wherein the method comprises using a data processing device to update the specified set of reference data iteratively in real time and storing the updated specified set of reference data in a memory module. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что способ содержит использование приспособления обработки данных для анализа принятых электрических сигналов в реальном времени, чтобы электрические сигналы обнаруживались на волосистой части головы пользователя согласованно с мозговыми стимулами, поданными к пользователю.14. The method of claim 12, wherein the method comprises using a data processing apparatus to analyze the received electrical signals in real time so that the electrical signals are detected on the user's scalp in concert with brain stimuli provided to the user. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что способ содержит использование приспособления обработки данных для анализа электрических сигналов, принятых от приспособления ввода/вывода временно, причем мозговые стимулы подают к пользователю.15. The method of claim 12, wherein the method comprises using a data processing device to analyze electrical signals received from the input/output device temporarily, wherein the brain stimuli are supplied to the user. 16. Способ по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что способ содержит использование по меньшей мере одного из группы электродов электродного приспособления для подачи мозговых стимулов к волосистой части головы пользователя, и к другим частям пользователя, пространственно удаленным от волосистой части головы пользователя.16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the method comprises using at least one of a group of electrodes of the electrode device for delivering brain stimuli to the scalp of the user, and to other parts of the user spatially distant from the scalp user. 17. Способ по любому из пп.12-16, отличающийся тем, что способ содержит расположение для использования приспособления обработки данных, но не ограничивается, по меньшей мере одним алгоритмом адаптивного обучения, реализованным по меньшей мере в виде: выполняемого программного обеспечения, цифрового аппаратного средства (например, FPGA, ASIC, заказная конструкция микросхемы).17. The method according to any one of claims 12-16, characterized in that the method contains an arrangement for using a data processing device, but is not limited to, at least one adaptive learning algorithm implemented in at least the form of: executable software, digital hardware tools (e.g. FPGA, ASIC, custom chip design). 18. Способ по любому из пп.12-17, отличающийся тем, что по меньшей мере один алгоритм адаптивного обучения содержит, но не ограничивается, по меньшей мере один из алгоритмов машинного обучения: алгоритм k ближайших соседей, регрессионный анализ, ансамбль древовидных алгоритмов, отслеживание точки максимальной мощности, искусственную нейронную сеть, глубокую сверточную нейронную сеть, рекуррентную нейронную сеть, алгоритм обучения с подкреплением, алгоритм случайного леса, рекомендательную систему, генетический алгоритм, алгоритм Q обучения и глубокого Q обучения, при этом по меньшей мере один из этих алгоритмов реализуют в системе замкнутой петли.18. The method according to any one of claims 12-17, characterized in that at least one adaptive learning algorithm contains, but is not limited to, at least one of machine learning algorithms: k-nearest neighbors algorithm, regression analysis, ensemble of tree algorithms, maximum power point tracking, artificial neural network, deep convolutional neural network, recurrent neural network, reinforcement learning algorithm, random forest algorithm, recommender system, genetic algorithm, Q learning algorithm and deep Q learning algorithm, wherein at least one of these algorithms implemented in a closed loop system. 19. Способ по любому из пп.12-18, отличающийся тем, что способ содержит расположение для использования приспособления обработки данных, но не ограничивается, по меньшей мере одним алгоритмом адаптивного обучения для итеративной настройки мозговых стимулов, так что электрическую активность мозга пользователя настраивают на приблизительную целевую электрическую активность мозга по желанию.19. The method according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the method comprises an arrangement for using a data processing device, but is not limited to, at least one adaptive learning algorithm for iteratively adjusting brain stimuli such that the electrical activity of the user's brain is adjusted to approximate target electrical brain activity as desired. --
EA202191672 2018-12-14 2019-12-13 DEVICE AND METHOD OF INTERACTION WITH THE BRAIN EA044512B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1820468.5 2018-12-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044512B1 true EA044512B1 (en) 2023-08-31

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220016423A1 (en) Brain interfacing apparatus and method
EP3463550B1 (en) Nerve stimulation apparatus and method
US10293162B2 (en) Method and system for providing electrical stimulation to a user
US20210290155A1 (en) Neuromodulation method and system for sleep disorders
US10350410B2 (en) Device and method for effective non-invasive neurostimulation by means of varying stimulus sequences
EP3038700B1 (en) Method and system for providing electrical stimulation to a user
EP3134166B1 (en) Cranial nerve stimulation to treat depression during sleep
US11554244B2 (en) Systems and methods for multi-modal and non-invasive stimulation of the nervous system
US11253701B2 (en) Transcranial stimulation device and method based on electrophysiological testing
US20150105837A1 (en) Brain therapy system and method using noninvasive brain stimulation
US10722711B2 (en) Device for non-invasive neuro-stimulation by means of multichannel bursts
US11324916B2 (en) Devices and methods for the non-invasive transcutaneous neurostimulation of the neck and ear vagus nerves via electrical, magnetic and haptic stimulation
US20190224481A1 (en) Method and system for providing electrical stimulation to a user
WO2022221858A2 (en) Auricular device for nerve stimulation and methods of operating same
JP2021528173A (en) Therapeutic devices and methods for stimulating a patient's neurons to suppress their pathogenic synchronous activity
US20210307684A1 (en) System and method for implementing a stimulation protocol
Mora et al. A BCI platform supporting AAL applications
US20220203091A1 (en) Wearable electrode arrangement
EA044512B1 (en) DEVICE AND METHOD OF INTERACTION WITH THE BRAIN
CN209827984U (en) Biological rhythm self-adaptive adjusting device
WO2011003967A1 (en) A dual electrode for a treatment apparatus
GB2596105A (en) System and method for implementing a stimulation protocol
WO2024086209A2 (en) Neuromodulation devices and methods
WO2023156591A1 (en) Galvanic stimulation device
TR202022383A1 (en) A SYSTEM AND METHOD WHERE THE TREATMENT OF DISEASES AND DISEASES IS CARRIED OUT BY NERVE Stimulation