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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen schwacher elektromagnetischer Felder, insbesondere bioelektnscher Felder, die durch Ströme in Nervenfasern hervorgerufen werden.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der US-PS-4 793 355 und der EP A 1 466 064 bekannt und arbeiten mit supraleitenden Detektoren (SQUID).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemässe Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die zum Erfassen schwacher elektromagnetischer Felder, insbesondere bioelektnscher Felder geeignet 1St.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen aus Isoliermaterial hergestellten Träger, an dem zwei Gruppen zeitlich nacheinander angesteuerter Polpaare mit jeweils einer Anzahl n = 10-1, lAnzahl der Nervenfasern im Bündel angeordnet sind, die In einer Ebene liegende, einander kreuzende und sich periodisch wiederholende elektromagnetische Kraftlinien erzeugen, wobei die Pole jeweils eines Polpaares elektromagnetisch durch einen für Hochfrequenz geeigneten Kern miteinander verbunden sind, und wobei jedem dieser Kerne eine elektromagnetische Spule zugeordnet ist, durch eine Elektronenröhre, die eine Elektronenkanone, eine Ablenkelektrode, sowie eine der Anzahl der Polpaare entsprechende Anzahl von Anoden enthält, auf welche die Strahlen der Elektronenkanone von einem Synchrongenerator geregelt periodisch fallen,
wobei jede Anode mit der Spule eines Polpaares verbunden ist, und wobei den Anoden eine Signalelektrode ausserhalb der Elektronenröhre zugeordnet ist, die mit jeder Anode einen Mikrokondensator bildet, um durch Entladen des Potentials der Anoden durch die Wicklungen der Spulen die elektromagnetschen Kraftlinien zu erzeugen, und durch eine Speicher- und/oder Auswerteeinheit, die mit der Signalelek- trode verbunden ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es möglich insbesondere bioelektnsche Felder von Strömen in Nervenfasern, die durch von aussen kommende Reize hervorgerufen werden, sowohl hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs als auch hinsichtlich der Feldstärke bzw. des elektromagnetischen Spektrums und des Ortes, an dem die bioelektnsche Ladung transportiert wird, d. h. der räumlichen Lage des Stromes In Bezug auf das Nervanbündel zu erfassen und weiter zu verarbeiten, auszuwerten und gegebenenfalls zu speichern.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Erfassen bloelektnscher Signale, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein elektromagnetisches Gitter, das durch in einer Ebene liegende, einander kreuzende, sich periodisch wiederholende und zeitlich nacheinander erzeugte, elektromagnetische Kraftlinien gebildet wird, so angeordnet wird, dass die bloelektrischen Felder Änderungen in den elektromagnetischen Kraftlinien hervorrufen, und dass diese Änderungen gemessen und anschliessend als Signal gespeichert werden.
Um die erfassten elektromagnetischen, insbesondere bioelektrischen Felder wieder in Nervenfasern "einspeisen" zu können, d. h. in Nervenfasern künstlich einen bioelektrischen Strom zu erzeugen, der im wesentlichen einem durch einen von aussen kommenden Reiz erzeugten bioelektrischen Strom entspricht, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch weitergebildet sein, dass zur Wiedergabe der Signale eine weitere Elektronenröhre vorgesehen ist, die eine Elektronenkanone, eine Ablenkelektrode und eine der Anzahl von Poipaaren entsprechende Anzahl von Anoden aufweist, die über einen Verstärker mit je einem Polpaar verbunden sind. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, den gespeicherten Signale wieder in Nervenfasern einzuspeisen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Träger für Polpaare mit denen ein Netz aus elektromagnetischen Kraftlinien erzeugt werden kann, Fig. 2 ein einzelnes Polpaar mit ihrer elektrischen Verbindung, Fig. 3 das elektromagnetische Grundprinzip, auf dem die Erfindung basiert, Fig. 4 eine Elektronenröhre. mit deren Hilfe die elektromagnetischen Felder aufgenommen werden können, Fig. 5 eine Elektronenröhre, mit deren Hilfe die elektromagnetischen Felder wiedergegeben werden können, Fig. 6 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Erfassen der elektromagnetischen Felder und Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Wiedergeben der elektromagnetischen Felder.
Von aussen auf einen menschlichen oder tierischen Körper aufgebrachte Reize. beispielsweise thermische, optische, akustische, olfaktorische oder mechanische Reize, werden von Nervenzellen in elektrische Signale umgewandelt, die in Bündeln von Nervenfasern weitergeleitet werden und dabei bioelektrische Felder erzeugen, die mit Hilfe der In den Abbildungen dargestellten Vorrichtung erfasst und wiedergegeben werden können und zwar sowohl hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufes und der Amplitude als auch hinsichtlich der örtlichen Anordnung der Nervenfaser im menschlichen oder tierischen Körper.
Physikalisch erfasst werden die elektromagnetischen Felder mit Hilfe eines in Fig. 1 dargestellten Trägers 4, an dem zwei Gruppen von Polpaaren 5, 5'und 6, 6'angeordnet sind und die jeweils In einer
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werden mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Elektronenröhre 9 zeitlich nacheinander angesteuert und bilden auf diese Weise ein in einer Ebene liegendes, aus einander kreuzenden elektromagnetischen Kraftlinien 2,3 gebildetes Netz 1.
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geeigneten Kern 7 miteinander verbunden. Jedem der Kerne 7 Ist eine elektromagnetische Spule 8 zugeordnet, die Ober einen Verstärker 15 mit jeweils einer Anode 12 in der Elektronenröhre 9 verbunden ist (Fig. 4).
Der Träger 4 wird bei Gebrauch so angeordnet, dass das elektromagnetische Gitter 1 im wesenlichen im rechten Winkel zur Längserstreckung des Nervenbündels angeordnet Ist und dessen Querschnitt vollständig abdeckt. Fliesst in einer Nervenfaser ein bioelektrischer Strom, so beeinflusst das so gebildete elektromagnetische Feld die benachbarten Kraftlinien 2,3 wie In Fig. 3 dargestellt ist, indem es diese stärkt oder schwächt, was wiederum Rückwirkungen auf die Spule 8 an jedem Kern 7 des entsprechenden Polpaares hat.
Diese Beeinflussungen der magnetischen Kraftlinien können mit Hilfe der in Fig. 4 schematisch dargestellten Elektronenröhre 9 erfasst werden, die im wesentlichen aus einer Elektronenkanone 10, einer Ablenkelektrone 11 sowie eine der Anzahl der Polpaare 5, 5'und 6, 6'entsprechende Anzahl von Anoden 12 aufweist. Jede Anode 12 ist über einen Verstärker 15 mit der Spule 8 eines Polpaares 5, 5', 6, 6' verbunden. Den Anoden 12 ist weiters eine Signalelektrode 13 ausserhalb der Elektronenröhre 9 zugeordnet, die mit jeder Anode 12 einen Mikrokondensator bildet.
Die Strahlen der Elektronenkanone 10 werden von einem Synchrongenerator geregelt mit einer Frequenz von ca. 10 kHz periodisch auf die Anoden 12 gerichtet um durch Entladen des Potentials zwischen jeder Anode 12 und der Signalelektrode 13 durch die Wicklungen der Spulen 8 und die Kerne 7 die elektromagnetischen Kraftlinien 2,3 zu erzeugen.
Die Signalelektrode 13 ist weiters über eine Codiereinheit mit einer Speicher-und/oder Auswerteeinheit 14 verbunden, in welche die durch die beschriebenen bioelektrischen Felder verursachten Potentialänderun- gen an den Polpaaren erfasst und ausgewertet werden. Die auf diese Weise erhaltenen Signale können mit einem Code, der dem auslösenden Reiz entspricht, gespeichert und über den Code wieder abgerufen werden.
Dadurch, dass alle Anoden 12 mit einer Frequenz von etwa 10 kHz beaufschlagt werden, werden die bioelektrischen Ströme in den Nervenfasern in ihrem zeitlichen und örtlichen Verlauf in ihrem gesamten Wellenspektrum genau erfasst und können gespeichert werden.
Die gespeicherten Signale können anschliessend mit der in Fig. 5 dargestellten Elektronenröhre 18 wieder In die Nervenfasern"eingespeist"werden, indem ein Elektronenstrahl im gleichen Takt und mit der gleichen Intensität wie bei der Aufnahme auf die Anoden 12 fällt, die über einen Verstärker 19 mit den Spulen 8 der Polpaare 5, 5', 6, 6'verbunden sind und somit Kraftlinien des magnetischen Netzes erzeugen, die wiederum Im Nervenbündel ein bioelektnsches Feld erzeugen, das dem ursprünglich aufgenommenen Spektrum entspricht.
Ein mögliches Anwendungsgebiet für die Erfindung ist die"Wiederbelebung"von durch eine Durchtrennung von Nervenbahnen gelähmten Gliedmassen, indem bioelektrische Signale vor der Trennstelle erfasst und nach der Trennstelle wieder eingespeist werden, wodurch nicht nur die Bewegungsfähigkeit sondern beispielsweise auch der Tastsinn wieder hergestellt werden kann.
In den Fig. 6 und 7 ist das grundlegende Prinzip der Erfindung schematisch nochmals dargestellt. wobei in Flg. 6 die Aufnahme und in Fig. 7 die Wiedergabe eines bioelektrischen Feldes dargestellt ist.
In Fig. 6 ist durch den Block 16 ein beliebiger, auf einen menschlichen oder tierischen Körper wirkender Reiz, z. B. ein mechanischer oder thermischer Reiz, symbolisiert, der von einem Sinnesorgan, beispielsweise dem Tastsinn (symbotisiert durch den Block 17), erfasst und über ein Nervenbündel 20 an das Gehirn 21 weitergeleitet wird. Das dabei entstehende bloelektrische Feld wird durch das elektromagne- tische Netz 1 erfasst und über die Elektronenröhre 9 an eine Codiereinheit 14 weiergeleitet. In der Codiereinheit 14 wird das erfasste bioelektrische Signal mit einem dem Reiz entsprechenden Code zusammen an einen Computer 22 weitergeleitet, der diese Daten auswertet und speichert.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, können diese Daten über den Code wieder aus dem Computer 22 abgerufen und somit das bioelektrische Signal mittels der Elektronenröhre 18 und des Verstärkers 19 über das elektromagnetische Netz 1 wieder an ein Nervenbündel 20 abgegeben werden.
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