JP2020108740A - 非侵襲的神経インターフェース - Google Patents

Abstract

【課題】末梢神経に対して、低侵襲性の及び／又はフィードバック制御されたニューロモジュレーション及び／又は神経感知を提供するシステムを提供する。【解決手段】ニューロモジュレータは、患者から離れて電磁（ＥＭ）波を発生させるように、かつＥＭ波を患者内の１つ以上の標的領域に向けるように構成されたＥＭ波発生器を含む。ＥＭ波の周波数は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の外側にある。各標的領域内でのＥＭ波の交差部は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の内側にある１つ以上の周波数を有するエンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す。ニューロモジュレータは、ＥＭ波発生器によって生成されるＥＭ波のパラメータを制御するように構成された制御回路を含む。ニューロモジュレータは、ループを閉じ、ＥＭ波を制御するために、患者入力及び／又は生理学的信号の感知のうちの１つ以上に基づいたフィードバックを使用し得る。【選択図】図１

Description

ニューロモジュレーションは、神経を刺激して神経活動を変化させることに関係するものであり、広範な疾患及び病状の治療のための最も刺激的な最先端の治療法のうちの１つである。例えば、ニューロモジュレーションは、難治性疼痛、脊髄損傷、頭痛、パーキンソン病、アルツハイマー病、うつ病、及び多くの他の苦痛に対して重要かつ人生を変えるような治療法を提供する可能性を有する。

いくつかの実施形態は、ニューロモジュレータを含むシステムを対象とする。ニューロモジュレータは、患者から離れて電磁（ＥＭ）波を発生させるように、かつＥＭ波を患者内の１つ以上の標的領域に向けるように構成されたＥＭ波発生器を含む。ＥＭ波の周波数は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の外側にある。各標的領域内でのＥＭ波の交差部は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の内側にある１つ以上の周波数を有するエンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す。ニューロモジュレータは、ＥＭ波発生器によって生成されるＥＭ波のパラメータを制御するように構成された制御回路を含む。

いくつかの態様によれば、システムは、標的領域からＥＭ波を受信するように構成された受信器を更に含み、受信されたＥＭ波は、標的領域内の神経活動信号によって変調される。

いくつかの実施形態は、患者から離れた場所で電磁（ＥＭ）波を発生させることを含むプロセスを伴い、ＥＭ波の周波数は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の外側にある。ＥＭ波は、それらが交差する患者内の１つ以上の標的領域に向けられる。各標的領域内において、ＥＭ波の交差部は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の内側にある周波数を有するエンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す。エンベロープ変調された電場及び磁場の特性は、交差するＥＭ波のパラメータを変更することによって変えることができる。プロセスは、標的領域内での神経活動によって生じた神経活動信号によって変調されたＥＭ波を受信することを更に含み得る。

いくつかの実施形態によるニューロモジュレーションプロセスを示すフロー図である。 いくつかの実施形態によるニューロモジュレータのブロック図である。 ｓｉｎ（ｘ）の波形を有する第１のＥＭ波のグラフを提供する。 図３Ａの第１のＥＭ波に重ね合わされた、ｓｉｎ（ｘ＋０．１ｘ）の波形を有する第２のＥＭ波のグラフを提供する。 図３Ａ及び図３Ｂの第１及び第２のＥＭ波の組み合わせを示しており、この組み合わせは、いくつかの実施形態による、ｓｉｎ（ｘ）＋ｓｉｎ（ｘ＋０．１ｘ）の波形を有するエンベロープ変調された場を形成する。 いくつかの実施形態による、複数の標的領域を含むニューロモジュレータの別の例を示す。 いくつかの実施形態による、フィードバックを有するニューロモジュレーションを提供するプロセスを示すフロー図である。 いくつかの実施形態による、患者情報を取得するための１つ以上のデバイスを含むニューロモジュレータのブロック図である。 いくつかの実施形態による、１つ以上の標的領域内で神経活動を検出することを含むプロセスのフロー図である。 いくつかの実施形態による、患者内の１つ以上の標的領域で神経活動を刺激及び感知することができるシステムのブロック図である。

現代社会における人と人との間の様々な形態の精神的苦痛の増加傾向と共に、要求に応じて脳の部分を感知し、対処することが可能であること、すなわち、神経活動を感知若しくは刺激するか、又は神経活動を刺激し同時に感知するかのいずれかは、重要な治療的結果を有する。本明細書で論じられるアプローチは、局所化されたステアリング可能な神経相互作用を提供するために２つの電磁（ＥＭ）波間の時間的干渉を利用する時間的干渉フェーズドアレイ刺激及び／又は感知（ＴＩＰＳ）を伴う。精神疾患の治療及び理解における大きな可能性の他に、本明細書に記載されるアプローチは、神経科学における研究者にとって貴重なツールを提供する。

本明細書に開示されるニューロモジュレーションデバイスは、脳内で及び／又は迷走神経若しくは身体内の様々な他の神経組織などの抹消神経に対して、低侵襲性の及び／又はフィードバック制御されたニューロモジュレーション及び／又は神経感知を提供することができる。比較的小さい領域内で神経束を選択的に感知及び／又は刺激する能力は、標的療法を伴う広範な末梢神経系障害及び中枢神経系障害の治療を可能にする。

ここで図１を参照すると、いくつかの実施形態によるニューロモジュレーションプロセスを示すフロー図が示されている。患者から離れた１つ以上の場所で、電磁（ＥＭ）波が生成される（１１０）。例えば、離れた場所は、ＥＭ波源が患者に接触しないように、数センチメートルで、１メートルで、又は１メートルを超えて、患者から離間配置され得る。ＥＭ波は、ニューロンの活性化を引き起こすことができる周波数の範囲を超える周波数、例えば、約１００ｋＨｚを超える周波数を有する。ＥＭ波は、ＥＭ波が互いに交差する（１３０）、患者の身体内の１つ以上の標的領域に向けられる（１２０）。各標的領域において、交差するＥＭ波は、標的領域内の神経組織及びニューロンと相互作用する（１５０）エンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す（１４０）。いくつかの実施態様では、治療的神経刺激が、ニューロンの活性化に必要とされる閾値を上回る刺激を提供する電場及び／又は磁場によって提供され得る。いくつかの実施態様では、治療的神経刺激が、ニューロンの活性化に必要とされる閾値を下回る電界及び／又は磁場によって提供され得る。いくつかの実施形態では、エンベロープ変調された場の大きさ及び／又は変調度は、標的領域内のニューロンを刺激して、それらを発火させる。他の実施形態では、エンベロープ変調された場の大きさ及び／又は変調度は、標的領域内のニューロンの活性化に必要とされる閾値を下回る。

図２は、いくつかの実施形態によるニューロモジュレータ２００のブロック図である。ニューロモジュレータ２００は、複数のＥＭ波を発生させ、送信するＥＭ波発生器２１０を含む。例えば、図２に示されるように、ＥＭ波発生器２１０は、構成要素２１１、２１２によって第１及び第２のＥＭ波２８１、２８２として送信される第１及び第２の信号を発生させ得る。ＥＭ波２８１、２８２は、患者の身体２９０内の１つ以上の標的領域２６０に向けられる。図２では、標的領域２６０は患者の脳内に示されているが、しかしながら、標的領域が患者の身体の他の部分の内部に位置してもよいことは理解されよう。

ＥＭ波２８１、２８２は、標的領域２６０内で交差する。標的領域２６０内でのＥＭ波２８１、２８２の線形重畳は、入射ＥＭ波２８１、２８２の時間的変動とは異なる標的領域２６０内の電場及び磁場２７０の時間的変動を引き起こす。波２８１、２８２の線形重畳は、標的領域２６０内にエンベロープ変調された電場及び磁場２７０を作り出す。エンベロープの変調は、入射ＥＭ波間の周波数差である周波数において起こる。第１のＥＭ波２８１は、Ａ_１ｓｉｎ ｗ_１（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ａ_１は第１のＥＭ波２８１の振幅を表し、ｗ_１はＥＭ波２８１の周波数を表す。第２のＥＭ波２８２は、Ａ_２ｓｉｎ（１＋α）ｗ_１（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ａ_２は第２のＥＭ波２８２の振幅を表し、（１＋α）ｗ_１は第２のＥＭ波２８２の周波数を表す。標的領域２６０では、第１及び第２のＥＭ波は結合して、Ａ_１ｓｉｎ ｗ_１（ｘ）＋Ａ_２ｓｉｎ（１＋α）ｗ_１（ｘ）として表すことができるエンベロープ変調された場を形成する。αは負であり得ることに留意されたい。

例えば、図３Ａは、第１のＥＭ波３８１のｓｉｎ（ｘ）のグラフを提供し、図３Ｂは、第１のＥＭ波３８１に重ね合わされた、第２のＥＭ波３８２のｓｉｎ（ｘ＋０．１ｘ）のグラフを提供している。図３Ｃに示されるように、第１及び第２のＥＭ波３８１、３８２は結合して、エンベロープ変調された場３８３、この例では、ｓｉｎ（ｘ）＋ｓｉｎ（ｘ＋０．１ｘ）を形成する。

再び図２を参照すると、ニューロモジュレータ２００は、周波数、位相、及び／又は振幅などのＥＭ波２８１、２８２のパラメータを制御することができるコントローラ２５０を含む。ＥＭ波２８１、２８２のパラメータを変更することは、標的領域２６０内のエンベロープ変調された場２７０の１つ以上の特性を修正するために使用することができる。例えば、コントローラ２５０は、ＥＭ波２８１、２８２の周波数、位相、及び／又は振幅を修正することによって、エンベロープ変調された場２７０の周波数、振幅、及び変調度のうちの１つ以上を変化させ得る。

各標的領域２６０は、約５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍ未満、又は１２５ｃｍ^３未満）、又は更には約３０ｃｍ^３未満、又は２ｃｍ×２ｃｍ×２ｃｍ、又は約８ｃｍ^３未満の体積を有し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２５０は、エンベロープ変調された場２７０の最大振幅が標的領域２６０内に入るように、第１及び第２のＥＭ波２８１、２８２のパラメータを制御し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２５０は、エンベロープ変調された場２７０の最大変調度が標的領域２６０内に入るように、第１及び第２のＥＭ波２８１、２８２のパラメータを制御し得る。

いくつかの実施形態では、標的領域２６０内で交差するＥＭ波２８１、２８２は、ニューロモジュレータ２００のＥＭ波発生器２１０によって発生した複数のＥＭ波の複合体である。ニューロモジュレータ２００は、患者に向かって移動すると強め合う干渉及び／又は弱め合う干渉を受ける複数のＥＭ波を生成するフェーズドアレイを含み得る。コントローラ２５０は、フェーズドアレイによって発生する複数のＥＭ波の、例えば、周波数、位相、及び／又は振幅などのパラメータを制御して、交差するＥＭ波を少なくとも１つの標的領域２６０にビームステアリングする及び／又は集束させる。

いくつかの実施態様では、第１及び第２のＥＭ波２８１、２８２の周波数は、２．４５ＧＨｚの周波数など、ＦＤＡが認可したＷｉＦｉ帯域内で動作し得る。これらのＦＤＡが認可した帯域は、これらの周波数が人々に有害反応を引き起こさないことを示す広範な研究の対象となっている。いくつかの実施形態では、ＥＭ波２８１、２８２の周波数は、約１ＭＨｚを超えてもよく、エンベロープ変調された電場及び磁場の周波数は、約１００ｋＨｚ未満である。いくつかの実施形態では、ＥＭ波の周波数は、約１５０ｋＨｚを超えてもよく、エンベロープ変調された電場及び磁場の周波数は、約１００ｋＨｚ未満である。

図４は、いくつかの実施形態によるニューロモジュレータ４００の別の例を示す。ニューロモジュレータ４００は、患者の身体４９０内の複数の標的領域４６１、４６２において交差するＥＭ波４８１、４８２、４８３、４８４を発生させることができるＥＭ発生器４１０を含む。図４に示されるように、標的領域４６１、４６２は、患者の脳内又は他の場所にあり得る。ＥＭ波４８１、４８２は、標的領域４６１内で交差する。

第１のＥＭ波４８１は、Ａ_１ｓｉｎ ｗ_１（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ａ_１は第１のＥＭ波４８１の振幅を表し、ｗ_１はＥＭ波４８１の周波数を表す。第２のＥＭ波４８２は、Ａ_２ｓｉｎ（１＋α）ｗ_１（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ａ_２は第２のＥＭ波４８２の振幅を表し、（１＋α）ｗ_１は第２のＥＭ波４８２の周波数を表す。標的領域４６１では、第１及び第２のＥＭ波４８１、４８２は結合して、Ａ_１ｓｉｎ ｗ_１（ｘ）＋Ａ_２ｓｉｎ（１＋α）ｗ_１（ｘ）として表すことができるエンベロープ変調された場４７１を形成する。

第３のＥＭ波４８３は、Ｂ_１ｓｉｎ ｗ_２（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ｂ_１は第２のＥＭ波４８３の振幅を表し、ｗ_２はＥＭ波４８３の周波数を表す。第４のＥＭ波４８４は、Ｂ_２ｓｉｎ（１＋β）ｗ_２（ｘ）として数学的に表され得、式中、Ｂ_２は第２のＥＭ波４８４の振幅を表し、（１＋β）ｗ_２は第４のＥＭ波４８４の周波数を表す。標的領域４６２では、第３及び第４のＥＭ波４８３、４８４は結合して、Ｂ_１ｓｉｎ ｗ_２（ｘ）＋Ｂ_２ｓｉｎ（１＋β）ｗ_２（ｘ）として表すことができるエンベロープ変調された場４７２を形成する。

前述したように、コントローラ４５０は、第１、第２、第３、及び第４のＥＭ波４８１〜４８４のうちの１つ以上の、１つ以上のパラメータを制御して、標的領域４６１、４６２内にそれぞれ作り出されるエンベロープ変調された場４７１、４７２の特性を制御し得る。追加的に又は代替的に、フェーズドアレイ並びに強め合う及び弱め合う干渉の技術を使用して、コントローラ４５０は、ニューロモジュレータによって発生する複数のＥＭ波の１つ以上のパラメータを制御して、複合ＥＭ波４８１〜４８４を標的領域４６１、４６２にビームステアリングし得る及び／又は集束させ得る。

いくつかの実施形態では、交差するＥＭ波のパラメータは、コントローラに提供された患者情報に基づいてコントローラによって変更され得る。図５は、フィードバックを有するニューロモジュレーションを提供するプロセスを示すフロー図である。これらのプロセスによれば、ＥＭ波は、ＥＭ波源が患者に接触しない、患者から離れた１つ以上の場所で発生する（５１０）。ＥＭ波は、ニューロンの活性化を引き起こすことができる周波数の範囲を超える周波数を有する。ＥＭ波は、ＥＭ波が互いに交差する（５３０）、患者の身体内の１つ以上の標的領域に向けられる（５２０）。各標的領域において、交差するＥＭ波は、標的領域内の神経組織と相互作用する（５５０）エンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す（５４０）。コントローラは、患者に関する情報を収集するように構成されたデバイスからコントローラが患者情報を受信する（５６０）ことを可能にする通信回路を含み得る。患者情報は、例えば、患者に取り付けられた又は患者内に埋め込まれたセンサによって取得され得る。患者情報は、代替的に又は追加的に、患者又は別のオペレータが情報を入力することを可能にするユーザインターフェースを提供するデバイスによって収集され得る。コントローラは、標的領域内のエンベロープ変調された場の特性を患者情報に基づいて変えるために、交差するＥＭ波のパラメータを制御する（５７０）。患者情報はまた、元の衝突放射線に起因した上重ねの修正を判定するために、反射して戻ってきた信号を分析することによっても取得され得る。

図６は、いくつかの実施形態によるニューロモジュレータ６００のブロック図である。ニューロモジュレータ６０１は、複数のＥＭ波を発生させ及び送信するＥＭ波発生器６１０を含む。例えば、図６に示されるように、ＥＭ波発生器６１０は、構成要素６１１、６１２によって第１及び第２のＥＭ波６８１、６８２として送信される第１及び第２の信号を発生させ得る。ＥＭ波６８１、６８２は、患者の身体６９０内の１つ以上の標的領域６６０に向けられる。図６では、標的領域６６０は患者の脳内に示されているが、しかしながら、標的領域が患者の身体の他の部分の内部に位置してもよいことは理解されよう。

ＥＭ波６８１、６８２は、標的領域６６０内で交差する。標的領域６６０内でのＥＭ波６８１、６８２の線形重畳は、入射ＥＭ波６８１、６８２の時間的変動とは異なる標的領域６６０内の電場及び磁場の時間的変動を引き起こす。波６８１、６８２の線形重畳は、標的領域６６０内にエンベロープ変調された電場及び磁場６７０を作り出す。エンベロープの変調は、入射ＥＭ波６８１と６８２との間の周波数差である周波数において起こる。

ニューロモジュレータ６００は、周波数、位相、及び／又は振幅などのＥＭ波６８１、６８２のパラメータを制御することができるコントローラ６５０を含む。ＥＭ波６８１、６８２のパラメータを変更することは、標的領域６６０内のエンベロープ変調された場６７０の１つ以上の特性を修正するために使用することができる。

コントローラ６５０は、所定の治療を提供するために、又は特定の特許状態を達成する（又はそれに近づく）ために、エンベロープ変調された場６７０の特性を制御するようにプログラムされ得る。例えば、コントローラ６５０は、ＥＭ波６８１、６８２の周波数、位相、及び／又は振幅を修正することによって、エンベロープ変調された場６７０の周波数、振幅、及び変調度のうちの１つ以上を変化させ得る。

いくつかの実施形態によれば、患者情報デバイス６４１は、１つ以上のセンサを含む。図６は、患者情報デバイス６４１について２つの可能な場所、すなわち、刺激の部位に近接している場所、及び刺激部位からもっと離れている場所を示している。一般に、患者の内部、上、又は周囲に位置する１つ又は複数の患者情報デバイスが存在し得る。患者情報デバイスは、コントローラ６５０と直接通信してもよく、又は手持ち式デバイスなどの別のデバイスと通信してもよい。患者情報デバイス６４１は、感知された患者情報をコントローラ６５０に提供し、コントローラ６５０は、感知された患者情報に基づいてＥＭ波６８１、６８２を修正する。例えば、１つ以上のセンサは、患者情報を感知するために、患者６９０に取り付けられても、患者６９０内に埋め込まれても、又は別の方法で配設されてもよい。患者情報デバイス６４１は、例えば、有線又は無線通信リンクを介してコントローラ６５０に連結され得る。いくつかの実施態様によれば、患者情報デバイス６４１は、ニューロモジュレーションコントローラ６５０と無線通信する、心臓ペースメーカーなどの埋め込み可能な診断又は治療デバイス内に組み込まれ得る。いくつかの実施形態では、患者情報デバイス６４１は、心拍数（ＨＲ）、血圧（ＢＰ）、呼吸数（ＲＲ）、体温などの生体信号を非侵襲的に測定する。

いくつかの実施形態によれば、患者情報は、患者又は別のオペレータが患者情報を入力すること及び／又は一連の質問に対する患者応答を記録することを可能にするユーザインターフェースを提供するデバイス６４２から取得され得る。入力された患者情報は、測定された値、例えば、心拍数、呼吸数、温度を含み得、並びに／又は、ユーザの視界内にある特定の視覚的若しくは聴覚的刺激を追跡及びそれに応答して、気分、知覚される痛みのレベル、及び／若しくは他の心理状態の認識など、主観的情報を含み得る。

患者情報デバイス６４１、６４２の一方又は両方は、動的に変化する生理学的な患者情報、例えば、心拍数、呼吸数、血圧、体温などを監視するように、かつ特許情報をコントローラ６５０に通信するように構成され得る。これに応じて、コントローラ６５０は、標的領域６６０内にエンベロープ変調された場６７０を作り出すＥＭ波６８１、６８２の１つ以上のパラメータを変更する。ニューロモジュレータ６００の構成要素、例えば、コントローラ６５０及び／又は患者情報デバイス６４１、６４２は、自己学習アルゴリズムを利用することによって刺激及び感知データの両方を合成及び分析し得、ＥＭ波６４１、６４２をリアルタイムで適合させて治療有効性を高めるように構成され得る。

デバイス６４１、６４２から得られた患者情報に基づいて、コントローラは、標的領域６６０内での神経の刺激に反応して起こる生体状態の動的プロファイルを作成し得る。ニューロモジュレーション機能に正確なフィードバック制御を提供する最適な生体状態のプロファイルは、各標的領域６６０に対して作成され得る。

図１〜図６を参照して説明したアプローチは、神経刺激を患者に提供するために使用することができるニューロモジュレータの「書き込み」能力を示している。例えば、ニューロモジュレータは、標的領域に所定のニューロモジュレーション療法を提供するエンベロープ変調された電場及び磁場を患者の身体の標的領域内に作り出すように構成されることができる。いくつかの実施形態では、エンベロープ変調された場は、標的領域内のニューロンを活性化してそれらを発火させるのに十分な場の強度を有し得る。いくつかの実施形態では、エンベロープ変調された場の場の強度は、ニューロンを活性化させる閾値を下回ってもよく、活性化のためにニューロンを増感させるが活性化を引き起こさない閾値下療法を提供する。いくつかの実施態様では、上記のアプローチは、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）脳磁図（ＭＥＧ）などの既存の技術と共に使用され得、この技術では、上記のニューロモジュレータを使用して脳の様々な標的領域が活性化されると同時に、ＳＱＵＩＤ ＭＥＧは脳からの磁場をマッピングする。

ニューロモジュレータの「書き込み」能力に加えて、システムは、標的領域内の神経活動の監視を可能にする「読み出し」能力を有し得る。標的領域内の神経活動は、標的領域内でのＥＭ波の重畳によって作り出されたエンベロープ変調された場（干渉信号とも呼ばれる）を標的領域内の神経活動が変調させると、読み出すことができる。神経活動による干渉信号の変調は、神経活動の非存在下で予測されるＥＭ波から逸脱したＥＭ波をもたらす。ＥＭ波は受信器において受信され、受信されたＥＭ波から、神経活動によって生じた変調が抽出される。

図７は、いくつかの実施形態による、１つ以上の標的領域内で神経活動を検出することを含むプロセスのフロー図である。電磁波は、ＥＭ波源が患者に接触しない、患者から離れた１つ以上の場所で発生する（７１０）。ＥＭ波は、ニューロンの活性化を引き起こすことができる周波数の範囲を超える周波数を有する。ＥＭ波は、ＥＭ波が互いに交差する（７３０）、患者の身体内の１つ以上の標的領域に向けられる（７２０）。各標的領域において、交差するＥＭ波は、エンベロープ変調された電場及び磁場を含む干渉信号を作り出す（７４０）。任意選択的にいくつかの実施形態では、干渉信号は、標的領域内のニューロンを刺激する（７５０）ように構成されている。

干渉信号は、標的領域内での神経活動によって生じた神経活動信号によって変調される。変調された干渉信号は、神経活動変調されたＥＭ波として標的領域から送信される。神経活動変調されたＥＭ波は、受信器によって受信される（７６０）。任意選択的に、神経活動信号は、神経活動に関する情報を得るために、神経活動変調されたＥＭ波から抽出され（７７０）、分析され（７８０）得る。任意選択的に、神経活動信号は、標的領域での神経刺激を制御する（７９０）ために使用され得、並びに／又は他の療法及び／若しくはプロセスを制御するために使用され得る。

図８は、いくつかの実施形態による、患者８９０内の１つ以上の標的領域８６０で神経活動を刺激及び感知することができるシステム８００のブロック図である。システム８００は、複数のＥＭ波を発生させ及び送信するＥＭ波発生器８１０を含む。例えば、図８に示されるように、ＥＭ波発生器８１０は、構成要素８１１、８１２によって第１及び第２のＥＭ波８８１、８８２として送信される第１及び第２の信号を発生させ得る。ＥＭ波８８１、８８２は、患者の身体８９０内の１つ以上の標的領域８６０に向けられる。図８では、標的領域８６０は患者の脳内に示されているが、しかしながら、標的領域が患者の身体の他の部分の内部に位置してもよいことは理解されよう。

ＥＭ波８８１、８８２は、標的領域８６０内で交差する。標的領域８６０内でのＥＭ波８８１、８８２の線形重畳は、入射ＥＭ波８８１、８８２の時間的変動とは異なる標的領域８６０内の電場及び磁場８７０の時間的変動を引き起こす。波８８１、８８２の線形重畳は、標的領域８６０内に、干渉信号とも呼ばれる、エンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す。干渉信号の変調は、入射ＥＭ波８８１と８８２との間の周波数差である周波数において起こる。

干渉信号は、標的領域内の神経活動によって生じた神経活動信号によって更に変調され得る。神経活動は、例えば、干渉信号によって刺激され得る。変調された干渉信号は、神経活動変調されたＥＭ波８２４として標的領域８６０から送信される。システム８００は、神経活動変調されたＥＭ波８２４を受信するように構成された受信器８２３を含む。

システム８００は、ＥＭ波発生器８１１及び受信器８２３に連結されたコントローラ８５０を含む。コントローラ８５０は、神経活動変調されたＥＭ波８２４から神経活動信号を抽出するために、受信した神経活動変調されたＥＭ波８２４を復調するように構成され得る。コントローラ８５０は、周波数、位相、及び／又は振幅などのＥＭ波８８１、８８２のパラメータを制御するように構成され得る。ＥＭ波２８１、８８２のパラメータを変更することは、標的領域８６０内の干渉信号の１つ以上の特性を修正するために使用され得る。例えば、コントローラ８５０は、ＥＭ波８８１、８８２の周波数、位相、及び／又は振幅を修正することによって、干渉信号の周波数、振幅、及び変調度のうちの１つ以上を変化させ得る。いくつかの実施態様では、コントローラ８５０は、神経活動変調されたＥＭ波８２４から抽出された神経活動信号に基づいてＥＭ波８８１、８８２のパラメータを変化させ得る。例えば、コントローラ８５０は、神経活動変調されたＥＭ波８２４から抽出された神経活動信号が、干渉信号によって所望のレベルの神経活動が生成されていることを示すまで、干渉信号の特性、例えば、振幅及び／又は変調度を変化させ得る。

図８は同一の標的領域が刺激及び感知されていることを示しているが、１つ以上の第１の標的領域がシステムのニューロモジュレータ部によって神経刺激され、１つ以上の第２の標的領域から神経活動が感知されることも可能である。システムは、神経刺激を書き込み、身体内の複数の標的領域から神経活動を読み出すように構成され得る。システムは、１つ以上の第１の場所で神経刺激を書き込み、１つ以上の第２の場所から神経活動を読み出すように構成され得る。例えば、身体内の複数の標的領域に対処することができるシステムを考える。システムは、複数の標的領域のそれぞれに神経刺激を同時に書き込み得る。システムは、複数の標的領域のそれぞれに神経刺激を順次書き込み得るか、又は複数の標的領域の１つ以上のグループに神経刺激を順次書き込み得る。同様に、システムは、複数の標的領域のそれぞれから神経活動を同時に読み出し得る。システムは、複数の標的領域のそれぞれから神経活動を順次読み出し得るか、又は複数の標的領域の１つ以上のグループから神経活動を順次読み出し得る。いくつかの実施態様では、システムは、１つ以上の第１の標的領域に神経刺激を書き込み得、１つ以上の第２の標的領域から神経活動を読み出し得る。

Claims (21)

1. システムであって、
   ニューロモジュレータであって、
   患者から離れて電磁（ＥＭ）波を発生させるように、かつ前記ＥＭ波を前記患者内の１つ以上の標的領域に向けるように構成されたＥＭ波発生器であって、前記ＥＭ波の周波数は、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の外側にあり、各標的領域内での前記ＥＭ波の交差部は、ニューロンを活性化させる周波数の前記範囲の内側にある１つ以上の周波数を有するエンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す、ＥＭ波発生器と、
   前記ＥＭ波発生器によって生成される前記ＥＭ波のパラメータを制御するように構成された制御回路と、を含む、ニューロモジュレータを備える、システム。
2. 前記ＥＭ波の前記周波数が約１５０ｋＨｚよりも大きく、前記エンベロープ変調された電場及び磁場の周波数が約１００ｋＨｚ未満である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御回路が、前記ＥＭ波の１つ以上のパラメータを制御して、前記標的領域内の前記エンベロープ変調された電場及び磁場の１つ以上の特性を変化させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記エンベロープ変調された電場及び磁場の前記特性を変化させる前記１つ以上のパラメータが、周波数、位相、及び振幅を含み、
   前記エンベロープ変調された電場及び磁場の前記１つ以上の特性が、周波数、振幅、及び変調度を含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ＥＭ波発生器が、複数のＥＭ波を発生させるように構成されたフェーズドアレイを含み、
   前記複数のＥＭ波が、前記複数のＥＭ波を前記標的領域に集束させる及び／又はステアリングする強め合う及び弱め合う干渉を受けるように、前記制御回路が、前記複数のＥＭ波の１つ以上のパラメータを制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記エンベロープ変調された電場の振幅が、神経活性化の閾値を超える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記エンベロープ変調された電場の振幅が、前記標的領域内のニューロンの活性化の閾値を下回る、請求項１に記載のシステム。
8. 外側のニューロンを活性化させることなく内側のニューロンが前記ニューロモジュレーションデバイスによって活性化される最小体積が、約１２５ｃｍ^３未満である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記エンベロープ変調された電場の最大振幅が前記標的領域内にある、請求項１に記載のシステム。
10. 患者情報を追加のデバイスから前記ニューロモジュレーションデバイスに転送するように構成された通信回路を更に備え、
    前記制御回路が、前記患者情報に基づいて、前記第１及び第２のＥＭ波のうちの少なくとも一方のパラメータを修正するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
11. 前記患者情報が、感知された生理学的信号を含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記患者情報が患者提供の入力に基づく、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記標的領域内での神経活動によって生じた神経活動信号によって変調されたＥＭ波を受信するように構成された受信器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
14. 前記制御回路が、
    前記神経活動信号によって変調された前記ＥＭ波から前記神経活動信号を抽出し、
    前記神経活動信号に基づいて前記ＥＭ波のパラメータを制御する、ように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 方法であって、
    患者から離れた場所で電磁（ＥＭ）波を発生させることであって、前記ＥＭ波の周波数が、ニューロンを活性化させる周波数の範囲の外側にある、ことと、
    前記ＥＭ波を前記患者内の１つ以上の標的領域に向けることと、
    前記ＥＭ波を前記標的領域内で交差させることであって、各標的領域内において、前記ＥＭ波の交差部が、ニューロンを活性化させる周波数の前記範囲の内側にある周波数を有するエンベロープ変調された電場及び磁場を作り出す、ことと、を含む、方法。
16. 前記第１及び第２のＥＭ波の１つ以上のパラメータを制御して、前記標的領域内の前記エンベロープ変調された電場及び磁場の１つ以上の特性を変化させることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記標的領域内での神経活動によって生じた神経活動信号によって変調されたＥＭ波を受信することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. 神経活動信号によって変調された前記ＥＭ波に基づいて前記第１及び第２のＥＭ波のパラメータを修正することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 追加のデバイスから転送された患者情報に基づいて前記第１及び第２のＥＭ波のパラメータを修正することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記追加のデバイスが、前記患者内に埋め込まれた又は前記患者に取り付けられた生理学的センサである、請求項１９に記載の方法。
21. 前記追加の装置は、前記患者が前記患者情報を入力することを可能にするユーザインターフェースを含み、
    前記パラメータを修正することが、前記患者によって入力された情報に基づいて前記パラメータを修正することを含む、請求項１９に記載の方法。

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