CN101557855B - 用于促进恢复性睡眠的方法及设备 - Google Patents

用于促进恢复性睡眠的方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN101557855B
CN101557855B CN2007800363944A CN200780036394A CN101557855B CN 101557855 B CN101557855 B CN 101557855B CN 2007800363944 A CN2007800363944 A CN 2007800363944A CN 200780036394 A CN200780036394 A CN 200780036394A CN 101557855 B CN101557855 B CN 101557855B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equipment
sleep
brain
slow
brain stimulator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN2007800363944A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101557855A (zh
Inventor
朱利奥·托诺尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wisconsin Alumni Research Foundation
Original Assignee
Wisconsin Alumni Research Foundation
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 Wisconsin Alumni Research Foundation filed Critical Wisconsin Alumni Research Foundation
Publication of CN101557855A publication Critical patent/CN101557855A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101557855B publication Critical patent/CN101557855B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/004—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy
    • A61N2/006—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy for magnetic stimulation of nerve tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M21/02—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis for inducing sleep or relaxation, e.g. by direct nerve stimulation, hypnosis, analgesia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A61M2021/0055—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus with electric or electro-magnetic fields
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Magnetic Treatment Devices (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

脑部刺激被用于促进或产生慢波活动，而所述慢波活动被认为与恢复性睡眠的性质有关。在优选实施例中，经颅磁刺激器(14，16)用于以接近自然慢波活动的频率给神经元提供刺激。

Description

用于促进恢复性睡眠的方法及设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年9月28日的美国临时申请60/827,335的优先权，在此通过参考将其并入本申请中。
关于联邦赞助研究或开发的声明
本发明得到由以下机构DOD ARPA DAAD 19-02-1-0036落实的美国政府的支持而完成。美国对本发明拥有确定无疑的权利。
技术领域
本发明涉及用于促进或产生恢复性睡眠的装置，尤其涉及促进脑部中慢波活动的非药理学方法，而对于恬静睡眠(restful sleep)来说，所述慢波活动被认为是必不可少的。
背景技术
众所周知，规则的、充足的恬静睡眠至关重要；然而，许多人却发现很难获得他们所需的睡眠量或睡眠质量。通常而言，用于促进恬静睡眠的技术并不能提高睡眠效率，而仍然要求每个人每24小时要有大约8小时的睡眠。
尽管传统的安眠药能促进类似于睡眠状态的诱导，但通常却无助于改善恬静阶段(restful stage)的睡眠，而恬静阶段的睡眠被认为对于充分获益的睡眠来说是必不可少的。所有种类的安眠药都会产生如下副作用：即，如果突然要唤醒已经服用安眠药的人员(例如，急救先遣队员(first responders)、在线寻呼医生(physicians who are on-call)、或军职人员(military personnel)等)时，其药效很难消减。
尽管诸如咖啡因等的刺激物能够推迟睡意，但却会加剧睡眠的不足，而这种睡眠不足最终总会让人付出代价。
发明内容
本发明提供一种用于诱导或促进休息人员的脑部中的慢波活动(SWA)的方法，这种慢波活动被认为与睡眠的恢复性状况(aspects)有关，所述方法通过重复使用能促进慢波活动的外部刺激而实现这种诱导或促进。这里所称的“慢波活动”包括慢波以及与诸如“睡眠纺锤波(sleep spindles)”等相关的现象。可以相信，本发明能够促进睡眠障碍者的恬静睡眠和/或减少其他人所需的睡眠量。可以在脑部受到慢波睡眠影响时施加所述刺激，并且可以在任意时刻关闭所述刺激，使人能根据需要醒来而不会昏昏沉沉(grogginess)，从而远离自然发生睡眠的“迟钝”。
然后，具体而言，本发明提供一种用于促进恢复性睡眠的设备，其提供脑部刺激器，用于以实质上小于5Hz的频率周期性地刺激脑部，从而促进慢波活动。
因此，本发明的至少一个实施例的目的在于提供一种非药理性睡眠帮助，从而能够促进或诱导最恬静的睡眠方式。
本发明还可以包括睡眠监视器，以监视休息人员，从而检测脑部活动，并且该脑部刺激器由所述睡眠监视器控制。
因此，本发明的至少一个实施例的目的在于使脑部刺激与自然脑部活动(其或者是睡眠阶段，或者是慢波活动相位段(phase))相互协调，以增强脑部刺激的效果。
当预定量的慢波活动起始(onset)时，睡眠监视器能够激活脑部刺激器。
因此，本发明的至少一个实施例的目的在于提供一种检测施加给脑部刺激的有效时间的简便方法。
脑部刺激器可以是经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation)装置。
本发明的至少一个实施例的目的在于提供一种能够直接促进恬静睡眠的无侵害性脑部刺激的器件。
经颅磁刺激的频率可以小于5Hz。
本发明的至少一个实施例的目的在于允许使用低功率的经颅磁刺激，以便获得便携式经颅磁刺激(TMS)类装置。
睡眠监视器可以是一种EEG(脑电图记录)装置，其提供置于休息人员之上的电极。
因此，本发明的至少一个实施例的目的在于既提供对刺激的精确定时，又进一步允许录入能够量化治疗效果的EEG信号。
所述设备可以提供头盔或类似装置，以支撑经颅磁刺激装置的刺激线圈和支撑置于休息人员头部之上的EEG电极。
因此，本发明的至少一个实施例的另一目的在于提供一种简单且舒适的设备，其能够恰当地设置TMS装置并支撑用于监视脑部功能的传感器。
所述设备可以包括调度单元(scheduling unit)(或排序单元)，在预定时段之后对脑部刺激器进行预定时段的去激活(de-activating)，使得睡眠监视器稍后能够在睡眠水平(sleep level)新的一轮起始时重新激活脑部慢波刺激器。
因此，本发明的至少一个实施例的目的在于提供一种能够模拟或增强深度和浅度睡眠的自然模式的设备，其中所述自然模式是正常的睡眠者所经历的。
在一实施例中，脑部刺激器可以是诸如短调等音频信号。
因此，本发明的至少一个实施例的另一目的在于提供一种结构极其简单且低成本的系统，用于促进恬静睡眠。
在一实施例中，脑部刺激器可以是鼻具(nasal appliance)，以周期性地刺激嗅觉神经。在另一实施例中，神经元刺激器可以使用直接贴至休息人员头部皮肤的多个电极，以在电极之间产生电流。
因此，本发明的至少一个实施例的另一目的在于提供一种能够灵活地使用于其他神经元刺激形式的系统。
经颅磁刺激可以施加于位于休息人员脑部中线附近的感觉运动/顶叶皮层(sensory-motor/parietal cortex)处。
本发明的至少一个实施例的另一目的在于通过在根据经验确定的位置处提供刺激，以增强慢波活动。
上述具体的发明目的和优点仅适用于落入本申请权利要求保护范围内的某些优选实施例，而并不用于限定本发明的保护范围。
附图说明
图1是本发明优选实施例的简化方框图，其中该实施例使用TMS刺激器，并且该方框图示出了TMS线圈和控制单元，其中所述TMS线圈位于休息人员头顶上，且所述控制单元接收EEG信号以确定TMS刺激的适当定时；
图2是贯穿图1中的患者头部的呈横切面形式的剖面，示出TMS刺激的优选位置；
图3是蝶形TMS线圈的透视图，示出能够透入休息人员脑部中的磁通线；
图4是简化后的慢波EEG波形，以及与其他神经元结合产生所述慢波的单个神经元放电(neuron firing)的模型；
图5是由图1中的控制器执行的程序的流程图，以控制TMS刺激器；
图6是一组曲线图，示出在根据本发明的TMS激发期间的EEG信号，其示出了增强的慢波活动；图6还示出EEG信号的扩展部分(expandedportion)，用以指示TMS脉冲的定时以及在自发产生的EEG信号上产生的慢波；
图7是与图1相类似的图，示出一个可选实施例，该可选实施例能够使用DC刺激代替TMS刺激；
图8a和图8b是与图1和图7相类似的图，分别示出使用嗅觉刺激和前庭刺激的系统；
图9是与图7和图8相类似的图，示出一个可选实施例，该可选实施例使用音调(audio tone)代替TMS刺激或嗅觉刺激；
图10是一幅曲线，示出在施加周期性的音调期间所发生的慢波活动；
图11是一组由三幅脑部平面图形构成的图，其分别示出没有音调时的慢波活动的强度、有音调时的慢波活动的强度以及两者之间的差别；
图12是处于慢波频带中的脑波活动的格栅化的时间曲线图(rasterizedtime plot)，其中的阴影指示信号的振幅，该曲线图示出在对非快速眼球运动(non-REM)阶段2的睡眠进行TMS刺激之后引起的慢波，而在清醒(wakefulness)周期则没有引起慢波；以及
图13是多个EEG信号的曲线图，其中的EEG信号对应于TMS刺激期间排列的不同睡眠阶段，该曲线图示出所引起的慢波的不同振幅(所述振幅作为睡眠阶段的函数)。
具体实施方式
现在参见图1，本发明的设备10的第一实施例可以使用经颅磁刺激(TMS)装置12，其中TMS装置12具有功率单元14和线圈16。在运行时，对功率单元14中的一组电容器或其他功率存储装置进行充电，然后通过引线22将其迅速连接至线圈16，以在置于休息患者18头顶处的线圈16中产生单相或双相电流脉冲。
现在参见图1，所述电流脉冲引起患者18脑部中的磁通量20快速变化。这种磁场的改变依次在脑组织中产生电流，从而刺激神经元活动。如图3所示，线圈16可以是“蝶形线圈”，其具有“8”字形绕组，以在相邻回路中提供相反极性的磁通量，且将通量20集中于紧凑的区域内。也可以使用诸如单回路线圈等类似的其他线圈。
TMS装置12例如可以从英国西南威尔士(South West Wales)位于威特兰德(Whitland)的Magstim公司购得。
再次参见图1，TMS装置12依次由控制器24控制，并且控制器24接收来自电极26(所述电极26例如置于患者头皮上)的EEG信号。可以仅使用两个电极，然而，应当理解的是也可以使用多个电极。
因此，控制器24包括标准的EEG处理电路，所述EEG处理电路包括放大器、门电路以及滤波器，以通过TMS装置12所产生的脉冲提供无中断的连续EEG信号，尽管这一技术特征并不是本发明所必需的。适用于本发明的EEG电路可以从芬兰赫尔辛基(Helsinki)的Nexstim(商标名称为Eximia)处购得。Nexstim的装置提供了一种取样与保持放大器(sample and holdamplifier)，其被专门研制为用于在TMS刺激期间监视EEG。
本领域技术人员可以理解的是，EEG信号可以被数字化，以便用于对时域或频域中的慢波活动的自动计算机分析，并用于在下面将描述的录入操作中(logging operation)进行记录(record)。这样就能够监视休息患者18的EEG，并且如下所述，用来控制TMS装置12。
电极引线28将控制器24连接至EEG电极26和/或电极26自身的一部分，并且TMS装置12的线圈16能够适配于头罩30，所述头罩30用于确保线圈16置于休息患者18的头上。头罩30还能够提供用于屏蔽噪声的耳塞或耳机(未示出)。
现在参见图2，在当前的优选实施例中，设置线圈16以使其中轴32(通常沿着自线圈发出的通量中心延伸进入头部)在位于脑部中线附近的感觉运动/顶叶皮层处穿过休息患者18的头顶(上部)。线圈16须绕开前额区，因为它们会引起过多的眨眼。当然，新的线圈设计或方法也许使这些区域也能得到利用。可以预期的是，理想的位置会因不同的人而有所改变，并且将如下文所描述的，所述理想的位置可以通过短期或长期监视由TMS装置12所产生的脉冲对于EEG信号的慢波带宽中的功率增加所产生的影响而确定。
现在参见图4，通常，由控制器24接收的EEG信号34能够显示嵌有一个或多个慢波38的背景神经元活动36。所述慢波的特征在于其频率范围(frequency content)集中于0.5至5.0Hz的范围内。对单个神经元40的电位的研究结果表明，大致同步发生的短周期的单个神经元的过极化(hyperpolerization)/去极化(depolerization)42产生慢波38，所述慢波38能通过EEG信号而检测到。基于突触动态平衡假设(the hypothesis of synaptichomeostasis)，这些过极化/去极化42的周期造成脑部神经元的突触权重的减少。对于其概念请参考Tononi Giulio和Cirelli Chiara于2006年10月在《Sleep Medicine Reviews》第49-62页发表的题为“Sleep Function andSynaptic Homeostasis”一文。
在清醒期间，突触的平均水平因学习效力而趋向于变得更强。这样便能够进行学习，而这却是以增加对于神经元和突触的功率消耗、空间需求以及生化供给需求为代价的。在睡眠期间，脑部神经元的过极化/去极化导致连接的全面减弱。这种连接的全面减弱针对多个神经元而将突触前神经元(pre-synaptic neuron)和突触后神经元(post-synaptic neuron)之间的突触强度(synaptic strength)按比例地缩减至现有的强度。
通过大致上等比例地减弱所有神经元的连接，有助于剪除(prune)较弱的突触连接，从而降低神经元结构的饱和度。所述神经元连接的减弱进一步降低了牢固连接的神经元的功率消耗，并且降低多个神经元连接的空间需求，同时全面提高了神经元的信噪比。
由于神经元的减弱是恢复性睡眠的首位要素，并且以慢波38表示神经元的减弱机制，因此强化慢波38就能够提高恢复性睡眠的功效。
现在参见图5，在本发明的原理性实施例中，控制器24执行已经存储的程序44，以完成如下处理：执行处理模块47，通过EEG电极26监视休息患者18在不同睡眠阶段的进展情况。具体而言，控制器24监视四个非快速眼球运动(non-REM，即NREM)睡眠阶段，这四个阶段伴随着从浅睡到深睡的进展，并且可对其概述如下：
阶段1：极浅度睡眠的过渡期，其中会发生化学变化(所述化学变化允许诸如产生慢波活动(SWA)等)。大致而言，5％的non-REM睡眠是在阶段1中度过的。
阶段2：慢波活动开始。大致而言，45％的non-REM睡眠是在阶段2中度过的。这一阶段由被称作睡眠纺锤波(sleep spindle)和K复合波(K-complexes)的波形来表征，所述K复合波被认为本质上与稍后的阶段中看到的最大慢波相同。睡眠纺锤波是频率范围大约在12至15Hz之间的波段，并且如上所述，K复合波或慢波是频率范围大约在0.5至5.0Hz之间的波段。
阶段3：当睡眠接近并变成深度睡眠时就进入阶段3，并且表现出慢波活动的增强。
最后的阶段4：由极深度睡眠来表征。大致而言，13％的non-REM睡眠是在这一阶段中度过的。在阶段3和阶段4期间，K复合波被慢波、或与K复合波之类的响应(K-complex-like responses)不同的振荡波所代替，其中的慢波或与K复合波之类的响应不同的振荡波不是由外部刺激引起，而是自然发生并达到每秒1-2次。
再次参见图5，通过测量带宽集中于0.5至4.0Hz的且对应于慢波38的EEG信号的功率频谱(power spectrum)，并将所述功率与一个或多个根据经验确定的阈值相比较，从而在处理模块47处的程序44能够推断出休息人员的睡眠阶段。
通常，在阶段2之前，认为脑部不易受被诱导出来的SWA的影响，因为缺少脑部的前期化学准备。因此，在判断模块48处，对预定的阈值阶段(优选在阶段2或稍后)的发生进行检测。只有当达到期望的阈值阶段后，程序才前进到处理模块50以在此处进入TMS调度(schedule)表。否则，程序返回处理模块47以进行监视。
当达到期望的阈值阶段时，处理模块50的预定TMS调度表被用以为TMS装置的周期性脉冲做准备，在优选实施例中，TMS装置产生的周期性脉冲的频率为0.5至1.0Hz或者通常小于5.0Hz(这是慢波38的带宽上限，超过该上限就会产生不想要的刺激效果)。
现在参见图5和图6，伴随着控制器24中的脉冲的调度，可以在TMS施加时段56和56’期间施加TMS，在每个TMS施加时段之后选择性地伴随有休息时段58，并且对于阶段持续期61而重复的这些循环都能够根据经验而确定。在TMS施加时段56和56’期间，可以施加TMS脉冲60，从而产生后期的慢波38，这些后期的慢波38既可以来自脑部中慢波活动参与性(participation)的增强，又可以来自慢波活动同步性的提高。可以将这些增强的慢波活动与自然发生的慢波活动(其EEG迹线(trace)62为较小的振幅和频率)进行比较。初步结果显示，慢波38的带宽中的功率能够增加80％至500％，并且这种增加不仅出现于临近刺激位置处，而且贯穿整个头皮。
当阶段持续期61到期时，刺激停止，且程序返回到在处理模块47和判断模块48处的监视和检测阶段，直至从阈值阶段(在判断模块48处对其进行检测)至较低的阶段的过渡(transition)出现为止。刺激保持暂停状态，直到从较低阶段进入阈值阶段的过渡出现为止，此时上述过程可以重复进行。
这样，通过经TMS装置增强的睡眠周期2、3和/或4，以产生大量的慢波活动，从而能够使患者自然地前移和后移睡眠阶段。在可选实施例中，可以连续地施加刺激。
在可选实施例中，TMS刺激可以在阶段1或2中开始，从而不仅仅是增加睡眠深度，还有助于将阶段1或2的睡眠转为深度睡眠阶段4的睡眠的诱导。这样，可以减少总的睡眠时间，并且产生“高效的打盹(power nap)”。在可选实施例中，TMS刺激甚至可以在清醒期间开始，以产生睡眠诱导。
再次参见图5，在处理模块47-50中，EEG信号54可以根据处理模块52的指示来录入，以测量TMS刺激的功效。所述录入(logging)记录(record)了EEG信号54，并且还能够从慢波带宽中提取功率频谱，从而提供在治疗期间(treatment session)所产生的全部慢波活动的统计数据，以用于修正(improve)治疗参数。处理模块52的录入还可用于测试模式中，在所述测试模式中产生TMS刺激和经过分析的功率频谱，从而为特定的个人确定合适的线圈16位置。
现在参见图7，在可选实施例中，可用DC(直流)电源66代替TMS装置12，以通过电极67提供DC电流，从而为脑部提供某种刺激。以这种途径，TMS脉冲由通过皮肤传导并且据推测(presumably)进入神经元组织的短DC脉冲或AC脉冲来代替，以便为神经元提供类似的刺激。在所有其他方面，图7的装置都可以模拟上述方式而进行操作。
作为选择，如图8a所示，可用嗅觉刺激器68代替TMS装置12，其中所述嗅觉刺激器68通过面罩70对患者鼻孔进行周期性空气喷射，从而通过鼻子的嗅觉神经或触觉神经的通路(path)为脑部提供刺激。嗅觉神经的刺激会比音频或视觉刺激要好，因为嗅觉神经没有发生经由丘脑(thalamus)的中继(relayed)，而所述中继在睡眠循环期间会阻滞刺激。类似地，如图8b所示，人体的前庭神经元系统也可以用作刺激路径，并使用逐渐加速睡眠的平台71以提供0.4至5.0赫兹的周期。根据本领域公知技术，所述睡眠平台71可以使用以期望的频率驱动的电磁激励器。如前所述，所述刺激可以是连续的，或定时于特定的睡眠阶段。
现在参见图9，在可选实施例中，控制器24可以触发音调(audio tone)发生器80，该发生器80例如以0.4至5.0赫兹的频率产生大约1/4秒的短的1千赫音调。如上所述，音调发生器80可以通过与头罩相连的且适于放进患者耳道(ear canal)中的耳塞(ear buds)82或耳机等来提供音频信号。如上所述，音调可以在由休息时段58所分隔开的多个施加时段56重复，并且可以如上所述将所述音调以按键输入(keyed)至睡眠阶段或EEG数据。
现在再参见图10，示出在慢波频带中提供功率的曲线图，其有力地说明了在音频刺激86期间慢波活动的增强，其中由垂直线表示每个音频刺激。所示出的刺激图案随着意图收集的实验数据不同而稍有变化。
如图11所示，脑部中的慢波活动(阴影越黑，则表示慢波活动越多)既发生在音调“开启”时(据图形(map)87所示)，又发生在音调“关闭”时(据图形88所示)，然而，这些慢波活动的增强实质上却是发生在音调“开启”时，脑部图形90示出了脑部图形87和脑部图形88之间的区别。目前来看，音调是增强了慢波活动，然而，它所导致的慢波活动却没有显示出其与通过TMS刺激获得的脑部刺激之间具有紧密的相位关联(phaserelationship)。
现在参见图12和图13，在EEG信号54的周期92期间(在多个时间94发生的多个TMS刺激之后)，出现显著的慢波活动，这些慢波活动与TMS刺激的定时相关，并且可以通过从周期92开始的向上升高的慢波峰值得到证实。从图11和图12明显可知，所产生的这些响应仅仅发生在non-REM睡眠期间，而没有发生在清醒期间。
参见图12，所引起的慢波活动的量从non-REM睡眠阶段1一直持续增加至non-REM睡眠阶段3-4，而在清醒时却非常少或根本没有。
在TMS刺激和所得到的慢波振幅之间的这种紧密的相位或时间关联，增加了本发明还可用于检测和量化患者意识状态的可能性。从这方面来说，本发明还可应用于麻醉学领域。在这种应用中，医护人员可以使用结合图1所描述的本发明，例如，在外科手术中，在通过TMS装置12进行每次刺激后，使用控制器24分析脑波，以评估患者的意识状态。这种装置可以使用控制器24，以便在TMS刺激的预定时间窗(window)(例如半秒)之后，立刻评估在慢波频率范围中的功率，并且利用在上述时间窗中的慢波功率或振幅以提供意识状态的定量测量。
其他分析和公开内容包含在于2007年5月15日发表的PNAS(美国科学院院刊)第104卷编号为20，8496-8501的文章“Triggering sleep slow wavesby transcranial magnetic sstimulation”中，在此通过参考将其并入本申请中。
特别需要说明的是，本发明并不限于本申请中的实施例和说明内容，而是包括这些实施例的改进形式，这些改进形式可以包括落入随附权利要求保护范围中的所述实施例的一部分以及不同实施例中的元素组合。

Claims (16)

1.一种用于促进恢复性睡眠的设备（10），包括：脑部刺激器（（14，16）、（68，70）、（68，71）、（66，67）、（80，82）），以实质上小于5Hz的频率对脑部进行无侵害性的周期性刺激，从而促进慢波活动；以及
睡眠监视器（24，26），控制该脑部刺激器，并通过测量带宽集中于0.5Hz至4.0Hz范围内的EEG信号的功率频谱来监视脑部以检测脑部中表示non-REM睡眠的慢波活动量，
其中所述睡眠监视器在表示non-REM睡眠的预定量的慢波活动起始时激活所述脑部刺激器，以促进恢复性睡眠。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述脑部刺激器（（80，82）、（68，71））选自于由音频刺激和前庭刺激组成的组。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述脑部刺激器是经颅磁刺激装置（14，16）。
4.如权利要求3所述的设备，包括定位器（30），被配置为在位于休息人员脑部中线附近的感觉运动/顶叶皮层处对所述经颅磁刺激装置的线圈进行定位。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述经颅磁刺激装置被配置为以小于1Hz的频率刺激脑部。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述睡眠监视器是EEG装置（24，26），提供置于休息人员之上的电极，以检测睡眠/清醒活动的预定水平。
7.如权利要求6所述的设备，还包括：电子数据记录日志（52），被配置为记录所述EEG，并指示由所述脑部刺激器进行的脑部周期性刺激的次数。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述电子数据日志被配置为以小于5Hz的频率提供功率测量。
9.如权利要求1所述的设备，其中该脑部刺激器包括经颅磁刺激装置，所述设备还包括：头具（30），被配置为支撑置于休息人员的头部上的该经颅磁刺激装置的刺激线圈（16）以及EEG电极（26）。
10.如权利要求1所述的设备，还包括：排序单元，用于在预定时段后将所述脑部刺激器去激活；其中所述睡眠监视器稍后能够在睡眠水平新的一轮起始时再次激活所述脑部刺激器。
11.如权利要求1所述的设备，还包括：排序单元，用于在预定时段后将所述脑部刺激器去激活。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述脑部刺激器是提供音频脉冲的音频产生器（80，82）。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述脑部刺激器是鼻具（68，70），用于周期性地刺激鼻子。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述鼻具提供周期性的空气气流。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述脑部刺激器提供至少两个电极（66，67），所述电极的至少一个电极被配置为施加至休息人员的头部皮肤，以在电极之间产生电流。
16.如权利要求1所述的设备，
其中无侵害性的周期性刺激是周期性经颅磁刺激；并且该设备具有
EEG监视器，在所述周期性刺激之后监视慢波活动，从而对意识进行测量，其中所述意识作为所述慢波活动的函数。
CN2007800363944A 2006-09-28 2007-09-27 用于促进恢复性睡眠的方法及设备 Active CN101557855B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US82733506P 2006-09-28 2006-09-28
US60/827,335 2006-09-28
PCT/US2007/079747 WO2008039930A2 (en) 2006-09-28 2007-09-27 Method and apparatus for promoting restorative sleep

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101557855A CN101557855A (zh) 2009-10-14
CN101557855B true CN101557855B (zh) 2013-08-28

Family

ID=39230982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800363944A Active CN101557855B (zh) 2006-09-28 2007-09-27 用于促进恢复性睡眠的方法及设备

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8029431B2 (zh)
EP (1) EP2069001B1 (zh)
JP (1) JP5327542B2 (zh)
CN (1) CN101557855B (zh)
AU (1) AU2007300014B2 (zh)
WO (1) WO2008039930A2 (zh)

Families Citing this family (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9015057B2 (en) 2007-09-25 2015-04-21 Neosync, Inc. Systems and methods for controlling and billing neuro-EEG synchronization therapy
US8626264B1 (en) * 2008-04-09 2014-01-07 James T. Beran Obtaining information about brain activity
WO2009126179A1 (en) * 2008-04-09 2009-10-15 Lotus Magnus, Llc. Brain stimulation systems and methods
US20100036191A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Walter Timothy J Brain stimulation systems and methods
US8926490B2 (en) 2008-09-24 2015-01-06 Neosync, Inc. Systems and methods for depression treatment using neuro-EEG synchronization therapy
WO2016064932A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-28 Able Cerebral, Llc Systems for brain stimulation during sleep and methods of use thereof
WO2011017466A1 (en) 2009-08-06 2011-02-10 Neosync, Inc. Systems and methods for modulating the electrical activity of a brain using neuro-eeg synchronization therapy
EP4094689A1 (en) 2009-11-12 2022-11-30 Neosync, INC. Systems and methods for neuro-eeg syncronization
WO2011086219A2 (es) * 2010-01-14 2011-07-21 Bardasano Rubio Jose Luis Medios de registro electroencefalográfico secuencial durante la estimulación magnética transcraneal de baja intensidad
US20120083647A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Harry Scheinin Method for changing an individual's state of consciousness
EP2661306B1 (en) * 2011-01-05 2020-05-06 Stefanie Lattner Apparatus for treating various neurological conditions
US8573980B2 (en) 2011-04-04 2013-11-05 Sheepdog Sciences, Inc. Apparatus, system, and method for modulating consolidation of memory during sleep
US20140057232A1 (en) * 2011-04-04 2014-02-27 Daniel Z. Wetmore Apparatus, system, and method for modulating consolidation of memory during sleep
US8382484B2 (en) * 2011-04-04 2013-02-26 Sheepdog Sciences, Inc. Apparatus, system, and method for modulating consolidation of memory during sleep
US9649502B2 (en) 2011-11-14 2017-05-16 Neosync, Inc. Devices and methods of low frequency magnetic stimulation therapy
SG11201405671TA (en) * 2012-04-06 2014-10-30 Newport Brain Res Lab Inc Frequency specific sensory stimulation
SG11201405673XA (en) 2012-04-06 2014-11-27 Newport Brain Res Lab Inc rTMS AT HARMONICS OF BIOLOGICAL SIGNALS
GB201209638D0 (en) * 2012-05-30 2012-07-11 Isis Innovation Perception loss detection
US9399126B2 (en) 2014-02-27 2016-07-26 Thync Global, Inc. Methods for user control of neurostimulation to modify a cognitive state
US10814131B2 (en) 2012-11-26 2020-10-27 Thync Global, Inc. Apparatuses and methods for neuromodulation
US9440070B2 (en) 2012-11-26 2016-09-13 Thyne Global, Inc. Wearable transdermal electrical stimulation devices and methods of using them
US9002458B2 (en) 2013-06-29 2015-04-07 Thync, Inc. Transdermal electrical stimulation devices for modifying or inducing cognitive state
US8903494B2 (en) 2012-11-26 2014-12-02 Thync, Inc. Wearable transdermal electrical stimulation devices and methods of using them
US10537703B2 (en) 2012-11-26 2020-01-21 Thync Global, Inc. Systems and methods for transdermal electrical stimulation to improve sleep
US9541982B2 (en) 2013-01-25 2017-01-10 Wisconsin Alumni Research Foundation Reconfigurable event driven hardware using reservoir computing for monitoring an electronic sensor and waking a processor
EP2950868B1 (en) * 2013-01-29 2021-03-10 Koninklijke Philips N.V. System for enhanced knowledge consolidation by sleep slow wave induction and sensory context re-creation
JP6146706B2 (ja) * 2013-02-07 2017-06-14 国立大学法人 東京大学 経頭蓋電流刺激装置
US9056195B2 (en) * 2013-03-15 2015-06-16 Cyberonics, Inc. Optimization of cranial nerve stimulation to treat seizure disorderse during sleep
JP6374483B2 (ja) * 2013-04-17 2018-08-15 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 睡眠徐波活性を増強するための感覚刺激強さの調整
US10293161B2 (en) 2013-06-29 2019-05-21 Thync Global, Inc. Apparatuses and methods for transdermal electrical stimulation of nerves to modify or induce a cognitive state
WO2015049613A1 (en) * 2013-10-03 2015-04-09 Koninklijke Philips N.V. System and method for determining timing of sensory stimulation during sleep
CN105813547A (zh) * 2013-12-12 2016-07-27 皇家飞利浦有限公司 用于方便睡眠阶段转换的系统和方法
JP6499189B2 (ja) 2014-02-04 2019-04-10 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 睡眠セッション中に被験者に送達される感覚刺激のタイミングを決定するシステムおよび方法
US9302109B2 (en) 2014-04-25 2016-04-05 Cyberonics, Inc. Cranial nerve stimulation to treat depression during sleep
US9585611B2 (en) 2014-04-25 2017-03-07 Cyberonics, Inc. Detecting seizures based on heartbeat data
CN107666937A (zh) 2014-05-17 2018-02-06 赛威医疗公司 使用经皮神经刺激来应用总体波形的方法和装置
US9333334B2 (en) 2014-05-25 2016-05-10 Thync, Inc. Methods for attaching and wearing a neurostimulator
WO2015183620A2 (en) 2014-05-25 2015-12-03 Thync, Inc. Wearable transdermal neurostimulators
JP6678601B2 (ja) 2014-07-02 2020-04-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 睡眠回復レベルを決定し、表示するシステムおよび方法
US10588576B2 (en) 2014-08-15 2020-03-17 Neosync, Inc. Methods and device for determining a valid intrinsic frequency
US10589055B2 (en) 2014-08-18 2020-03-17 Northwestern University Phase-locked loop to enhance slow wave sleep
US11241187B2 (en) * 2014-11-03 2022-02-08 Qian Xia Electromagnetic wave sensing and modulating of neuronal activities
JP6890543B2 (ja) 2014-11-25 2021-06-18 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 徐波活動を向上させるために睡眠中の感覚刺激の持続時間を調節するためのシステム及び方法
FR3029117B1 (fr) 2014-11-27 2022-05-06 Dreem Dispositif et procede de stimulation des ondes lentes cerebrales
JP6396593B2 (ja) 2014-12-03 2018-09-26 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 仮眠の回復値を増加させるためのシステム及び方法
EP3229662B1 (en) 2014-12-11 2020-04-01 Koninklijke Philips N.V. System for adjusting slow wave detection criteria
US10426945B2 (en) 2015-01-04 2019-10-01 Thync Global, Inc. Methods and apparatuses for transdermal stimulation of the outer ear
US11534608B2 (en) 2015-01-04 2022-12-27 Ist, Llc Methods and apparatuses for transdermal stimulation of the outer ear
US10258788B2 (en) 2015-01-05 2019-04-16 Thync Global, Inc. Electrodes having surface exclusions
US10702208B2 (en) * 2015-03-31 2020-07-07 Cerenion Oy Apparatus and method for electroencephalographic examination
CN107466241B (zh) * 2015-04-14 2020-09-15 皇家飞利浦有限公司 基于慢波周期提供感觉刺激
US10300240B2 (en) * 2015-05-07 2019-05-28 Aladdin Dreamer, Inc. Lucid dream stimulator, systems, and related methods
WO2016189422A1 (en) 2015-05-28 2016-12-01 Koninklijke Philips N.V. A dry electrode for bio-potential and skin impedance sensing and method of use
CN107847732A (zh) 2015-05-29 2018-03-27 赛威医疗公司 用于经皮电刺激的方法和装置
WO2016196635A2 (en) 2015-06-01 2016-12-08 Cerevast Medical Inc. Apparatuses and methods for neuromodulation
US10232139B1 (en) 2015-06-12 2019-03-19 Chrona Sleep, Inc. Smart pillow cover and alarm to improve sleeping and waking
US10448883B2 (en) 2015-07-21 2019-10-22 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for neuromodulation
FR3039773A1 (fr) 2015-08-04 2017-02-10 Dreem Procedes et systemes de stimulation acoustique des ondes cerebrales.
EP3181041A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-21 Koninklijke Philips N.V. System and method for in ear eeg sensing and audio delivery for sleep enhancement
WO2017106878A1 (en) 2015-12-18 2017-06-22 Thync Global, Inc. Apparatuses and methods for transdermal electrical stimulation of nerves to modify or induce a cognitive state
US9956405B2 (en) 2015-12-18 2018-05-01 Thyne Global, Inc. Transdermal electrical stimulation at the neck to induce neuromodulation
US10994092B2 (en) * 2015-12-22 2021-05-04 Koninklijke Philips N.V. System and method for adjusting the intensity of sensory stimulation during sleep based on sleep depth
WO2017115368A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 Tamir Ben-David A system and method for treating various neurological disorders using synchronized nerve activation
US10828503B2 (en) 2016-05-12 2020-11-10 Hitachi, Ltd. Energy emission device
US10646708B2 (en) 2016-05-20 2020-05-12 Thync Global, Inc. Transdermal electrical stimulation at the neck
KR101803715B1 (ko) * 2016-06-14 2017-12-01 주식회사 웨이전스 휴대용 전자기기 연동 방식의 전기 자극 인가에 의한 수면 장애 개선 기기
US10420953B2 (en) * 2016-08-27 2019-09-24 Wave Neuroscience, Inc. RTMS pulse frequency optimization
WO2018053296A1 (en) * 2016-09-15 2018-03-22 Tal Medical Modulating brain activity during sleep
KR102063926B1 (ko) * 2016-09-23 2020-01-08 기초과학연구원 뇌 자극 방법
WO2018056733A1 (ko) * 2016-09-23 2018-03-29 기초과학연구원 뇌 자극 장치 및 이의 용도
EP3551068A1 (en) * 2016-12-06 2019-10-16 Koninklijke Philips N.V. System and method for determining reference slow wave activity in a subject
JP1602547S (zh) 2017-01-17 2018-04-23
WO2018182825A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Hrl Laboratories, Llc Transcranial currenty stimulation system and virtual reality for treatment of ptsd or fears
CN107158545A (zh) * 2017-05-15 2017-09-15 华南理工大学 一种基于声波控制的睡眠改善装置和及其工作方法
JP7287941B2 (ja) 2017-07-17 2023-06-06 エスアールアイ インターナショナル 支配末梢神経系振動に基づく徐波活動最適化
JP7482024B2 (ja) * 2017-08-04 2024-05-13 パーデュー リサーチ ファウンデーション 無線緑内障治療のためのマルチコイル無線電力伝送アセンブリ
EP3515554A4 (en) * 2017-08-26 2020-07-01 Xiaoping Li METHOD AND APPARATUS FOR MODULATING NEURAL FREQUENCY OF ACTIVATION AT THE LEVEL OF A CEREBRAL FUNCTIONAL SITE IN THE BRAIN
US11318278B2 (en) 2017-09-13 2022-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for inducing or modifying sleep
WO2019070939A1 (en) * 2017-10-04 2019-04-11 NeuroGeneces LLC SLEEP PERFORMANCE SYSTEM AND METHOD OF USE
US20190167982A1 (en) * 2017-12-06 2019-06-06 Y-Brain Inc. Stimulation health care module
WO2019209969A1 (en) 2018-04-24 2019-10-31 Thync Global, Inc. Streamlined and pre-set neuromodulators
DE102018128168A1 (de) 2018-10-26 2020-04-30 Casada Group GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung des Wohlbefindens von Lebewesen
WO2020083431A1 (de) 2018-10-26 2020-04-30 Casada Group GmbH Vorrichtung und verfahren zur erhöhung des wohlbefindens von lebewesen
CN114430690A (zh) * 2019-05-03 2022-05-03 神经瓦伦斯有限公司 用于使用前庭神经刺激进行睡眠疗法的设备
US20220160994A1 (en) * 2019-09-03 2022-05-26 Click Therapeutics, Inc. Non-eeg apparatus, system, and method for slow-wave sleep modulation therapy for treatment, prevention, and/or mitigation of insomnia
TWI816611B (zh) * 2022-11-24 2023-09-21 何明宗 腦動力音頻刺激之音頻產生設備與方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6214833A (ja) * 1985-07-13 1987-01-23 石居　甫 いねむり検知装置
US5335657A (en) * 1991-05-03 1994-08-09 Cyberonics, Inc. Therapeutic treatment of sleep disorder by nerve stimulation
US6748275B2 (en) * 1999-05-05 2004-06-08 Respironics, Inc. Vestibular stimulation system and method
JP2001212240A (ja) * 2000-01-31 2001-08-07 Sky Com:Kk 仮想現実を用いたバイオフィードバック装置及びそれを利用したゲーム機
US6591138B1 (en) * 2000-08-31 2003-07-08 Neuropace, Inc. Low frequency neurostimulator for the treatment of neurological disorders
WO2003072186A2 (en) * 2002-02-01 2003-09-04 The Cleveland Clinic Foundation Neurostimulation for affecting sleep disorders
EP1553946A4 (en) * 2002-10-17 2008-07-16 Merck & Co Inc SLEEP IMPROVEMENT USING T-TYPE CALCIUM CHANNEL ANTAGONISTS
US20050166269A1 (en) * 2003-12-15 2005-07-28 Giulio Tononi Sleep genes in Drosophila and their use for the screening, diagnosis and therapy of sleep disorders
JP2005334163A (ja) * 2004-05-25 2005-12-08 Matsushita Electric Works Ltd 脳波誘導装置
US7392407B2 (en) * 2005-02-09 2008-06-24 Cisco Technology, Inc. Method and apparatus for negotiating power between power sourcing equipment and powerable devices
US9931500B2 (en) * 2005-03-01 2018-04-03 Andres M. Lozano Method of treating depression, mood disorders and anxiety disorders using neuromodulation

Also Published As

Publication number Publication date
AU2007300014B2 (en) 2011-08-04
WO2008039930A3 (en) 2008-05-08
EP2069001A4 (en) 2010-09-22
WO2008039930A2 (en) 2008-04-03
US8029431B2 (en) 2011-10-04
US20080081941A1 (en) 2008-04-03
EP2069001A2 (en) 2009-06-17
AU2007300014A1 (en) 2008-04-03
EP2069001B1 (en) 2013-02-20
JP2010504843A (ja) 2010-02-18
CN101557855A (zh) 2009-10-14
JP5327542B2 (ja) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101557855B (zh) 用于促进恢复性睡眠的方法及设备
EP3517159B1 (en) Brain stimulating device and use thereof
US11116933B2 (en) Systems, methods and devices for paired plasticity
CN110167630B (zh) 多功能闭环神经反馈刺激设备及其方法
Pellicciari et al. Excitability modulation of the motor system induced by transcranial direct current stimulation: a multimodal approach
Di Lazzaro et al. Theta‐burst repetitive transcranial magnetic stimulation suppresses specific excitatory circuits in the human motor cortex
US5833600A (en) Method of diagnosing amygdala related transitory disorders and treatment thereof
ES2643045T3 (es) Aparato para calibrar una neuroestimulación invasiva, eléctrica y desincronizadora
CN100355392C (zh) 睡眠与梦的监测和干预系统
US20180008827A1 (en) Diagnosis and treatment of chronic pain
Koganemaru et al. Human motor associative plasticity induced by paired bihemispheric stimulation
CN101391129A (zh) 基于p300信号脑机接口智能化上肢康复训练器及信号处理方法
Pilurzi et al. Intracortical circuits, sensorimotor integration and plasticity in human motor cortical projections to muscles of the lower face
Shou et al. Non-invasive brain intervention techniques used in patients with disorders of consciousness
Di Lazzaro et al. Direct demonstration of the effects of repetitive paired-pulse transcranial magnetic stimulation at I-wave periodicity
Hamada et al. Origin of facilitation in repetitive, 1.5 ms interval, paired pulse transcranial magnetic stimulation (rPPS) of the human motor cortex
Turton et al. Sensorimotor integration in complex regional pain syndrome: a transcranial magnetic stimulation study
RU2553185C1 (ru) Устройство для коррекции характеристик сна
Schabrun et al. A new temporal window for inducing depressant associative plasticity in human primary motor cortex
van der Linden et al. Multiple descending corticospinal volleys demonstrated by changes of the wrist flexor H‐reflex to magnetic motor cortex stimulation in intact human subjects
JP2019510568A (ja) 脳組織刺激の方法、装置及びコンピュータプログラム
Wang et al. Chronic microstimulation of cat auditory cortex effective to evoke detection behaviors
CN205885972U (zh) 用于治疗认知障碍的装置
WO2015024945A1 (en) Systems and methods for electrotherapy combined with feedback from sensors
CN205612867U (zh) 基于移动终端的用于治疗失眠症的治疗装置及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant