CN102371031A - 利用光能量激发脑波的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用光能量激发脑波的方法及装置，主要是以低功率的光能量产生模块配合一控制模块以构成一脑波激发装置，以不侵入的方式对使用者皮肤施予特定频率的光能量刺激，进而令使用者脑部产生电位变化；又所述脑波激发装置可在不同的操作频率下对皮肤神经进行刺激，进而影响脑波的电位变化，藉此改善使用者焦虑、紧张、不安及失眠等官能障碍现象。

Description

利用光能量激发脑波的方法及装置

技术领域

本发明是关于一种利用光能量激发脑波的方法及装置，尤指一种利用特定频率且低功率的光能量照射皮肤，并经由神经网络传送至脑部以激发特定频率脑波的方法及装置。

背景技术

按脑波(Brain Waves)的概念是由德国精神科学家汉斯柏格(Dr.Freda Hansburg)在1929年所提出，他是因为看到电鳗发出电气，因而认为人类的脑部也有电压变化的现象；又脑波的强度是在100uV以下，通常只有几十个uV，频率在0.1～40Hz；而脑电压变化的变数包括振幅、频率及相位等，就频率而言主要分为五个波段：通常分为以下五种：

1.δ波(Delta Wave)：0.5～4Hz的慢速、高振幅脑波，与慢波睡眠(Slow Wave Sleep)的第三、第四期有关，一般将它视为深层睡眠状态下的脑波。当δ波为优势脑波时，人体正处于无意识状态的深度睡眠，无梦、无知觉，与睡眠品质有直接的影响。

2.θ波(Theta Wave)：4～8Hz，主潜意识，会影响人的“不自主”态度、期望、信念及行为等等，如催眠、冥想等。

3.α波(Alpha Wave)：8～13Hz的慢速波(可进一步分为α1，α2)，当α波属于优势波时，人的意识清醒，身体处于放松状态；在清醒、运动、焦虑时则α波减少。在医疗方面，也使用α波治疗患者的焦虑、紧张等精神疾病。

4.β波(Beta Wave)：13～30Hz的快速、低振幅波，是清醒时呈现的脑波状态，与思考、焦虑、运算、注意力有关，而高频的β波会使情绪亢奋、焦虑。

5.γ波(Gamma Wave)：30Hz以上的高频波。

由上述可知，不同的脑电压变化(不同的频率)将对人体产生不同的影响，除所述态样外，根据研究，人最佳的学习状态在于α、β波之间；最佳的睡前状态则在θ、α波之间。

而所述的脑波其实是可以通过外来的刺激诱发产生，临床上常用于产生脑部电位的外来刺激有视觉、听觉、体觉等三种，至于练气，针灸刺激也可影响脑波。其他研究简述如下：

李嗣涔教授等测量气功师父的脑波，发现练气功会影响脑部的α波大小。王贵芳探讨气功对脑波影响，结果显示练功后，脑波中的α1、α2、β、θ、δ波皆有所变化，具统计意义。黄英哲研究研究气功调息对射箭选手从定弓到放箭阶段的脑α波变化，结果发现气功调息后，左额叶、左顶叶、左颞叶的脑α波功率值增加，能使射箭成绩优于正常状态。王雅惠研究亮度对比对生理反应与脑波的影响，发现对比较低时大脑额部θ波活动较强且α波活动被抑制的程度增加，反应出对比较低时注意力较集中且活性记忆活动较强烈。丰东洋等人探讨气功对个体放松以及情绪的调节效果并以脑波显示，结果显示气功调息能使个体放松并提升正面情绪。林威志研究脑波发现不管听何种音樂，其δ能量都比没听音乐大，且音乐对δ的影响是相当显著的，证实感官刺激及选择性注意力都能使的个体δ能量上升，也发现音乐喜好的因素会影响受试者的α波能量的强度。江安生以连续小波变换(CWT)技术分析针刺左手外关穴后的脑波信号并加以探讨，比较针刺前后脑波能量变化在统计上是有意义的。张润伟研究发现：手指力量经动作练习后确实会造成大脑皮质活动状况的改变。张哲纲发现在针灸内关穴的手工刺激后，人体脑波有明显的变化，尤其是经过针灸刺激后，在α波频带的能量强度上升且脑波的电位在针刺期间以及针刺后会变更高；连柏全研究以音乐频率对人脑波方面造成的影响，其发现只有低频音乐刺激在P3位置的值明显较小。G.Litscher等研究发现脑波会被激光针灸增强。

根据上述研究资料显示，α波与心灵的舒缓的确存在关联，若能激发(或增强)出α波，则有助于改善焦虑、紧张、不安或失眠等官能失衡现象。

而光疗法在近代医学扮演重要的角色，其光源分类包括激光及发光二极管，而低功率的激光治疗(Low Level Laser Therapy，LLLT)自从1970年代中受到关注后`，各种应用即应运而生：手术前后的伤口照护、创伤愈合、疼痛解除与生物刺激等方面上，都有长足的发展。其中，利用激光诱发电位(Laser Evoked Potential，LEP，当外来因素刺激神经系统时，会在神经回路中产生短暂的电气改变，称为诱发电位。)以检测神经的传导路径，更是重要课题之一。1985年曾有文献指出在腕部照射低能氦氖激光可以在颈部erb点测量到诱发电位。现今常用激光作为刺激源，研究神经对疼痛的传导路径，检验位置也上移到脑部。但在所述的文献，诱发电位所使用的工具主要是具有疼痛性的激光刺激源。

由上述可知，虽目前已有许多技术或方法可影响脑波，但执行时可能引起使用者不安或恐惧，例如侵入性的针炙或具有疼痛性的激光刺激源，因此如何在不虞引起不安亦不造成疼痛感的前提下，有效激发使用者的脑波，有待谋求更可行的解决方案。

发明内容

因此本发明主要目在提供一种利用光能量激发脑波的方法，主要是以特定频率且低功率的光能量对使用者皮下的神经受器产生刺激，并通过神经网络对脑部形成激发以产生特定频率的脑波，进而改善使用者焦虑、紧张、不安及失眠等官能失衡现象。

为达成所述目的采取的主要技术手段是使所述方法包括：

提供一光源模块，该光源模块上具有一个以上的光电元件，用以产生一频率控制在一脑波频率范围内的低功率光能量；

令所述光源模块以其光电元件相对于人体皮肤，使光电元件产生的光能量投射在相对的皮肤上，并持续一段时间；

当所述光源模块以其光电元件照射特定频率的光能量在人体的皮肤时，将对皮肤产生光能量震动信号，并由皮肤的神经受器接收，再经由神经网络传送至大脑，而在大脑产生共振以诱发特定频率的脑波；由于本发明是采用光能量对皮肤产生刺激信号，而由皮肤的神经受器接收后再送至大脑产生共振，因此对人体完全无侵入性，且低功率的光能量照射不虞产生疼痛感，故执行时不致造成使用者的恐惧、不安。

所述频率为α波频率，使在大脑共振产生α波，令使用者精神处于放松状态下。

所述α波频率为10Hz。

所述光源模块在皮肤上照射的光能量是先操作在一第一频率，经持续一段时间后再转换为第二频率，并持续一段时间。

所述第一频率为α1波频率，第二频率为α2波频率，亦即先在大脑共振产生α1波，再调制频率至α2波，令使用者先进入放松状态，再转为专注。

所述第一频率为10Hz，第二频率为12Hz。

所述第一频率为α波频率，第二频率为θ波频率，亦即先在大脑共振产生α波，再调制频率至e波，令使用者先进入放松状态，再诱发睡意。

所述第一频率为10Hz，第二频率为6Hz。

本发明又一目的在提供一种光能量脑波激发装置，以在使用者的皮肤上照射低功率的光能量，以通过皮肤的神经网络将光能量刺激信号传送至大脑而激发脑波。

为达成所述目的采取的主要技术手段是使所述装置包括：

一光源模块，主要是在一承载件上设有一个以上的光电元件，该光电元件具有一发光端；

一控制模块，包括一控制器及一个以上的驱动电路组成，该控制器的输出端是与驱动电路连接，该驱动电路的输出端是与光源模块的光电元件连接，以驱动光电元件产生低功率的光能量；

所述装置可利用承载件将光源模块设置在使用者身上，且令光电元件的发光端相对于使用者的皮肤，并在皮肤上照射低功率光能量，以便产生光能量震动信号，并通过皮肤的神经网络传送至大脑，以产生共振并激发脑波。

所述光源模块的承载件上设有六个光电元件，分三层作三角形排列。

所述控制模块进一步包括一输入单元，该输入单元是与控制器连接，该控制器内建计时器及一工作模式切换程序，并外接一振荡器；其中，该工作模式切换程序提供光源模块一个以上的工作模式，供使用者配合输入单元选择光源模块的工作模式。

所述一工作模式是指光电元件产生的光能量被控制在一特定频率，且持续照射一段时间。

所述又一工作模式是指光电元件在一特定频率下持续照射一段时间，接着调制为另一频率，再持续照射一段时间。

所述光电元件为不可见光的激光二极管、近红外二极管或发光二极管。

所述承载件为一腕带形式，供使用者配戴于手臂上，而使光电元件的发光端相对于手臂内侧的光滑皮肤。

所述承载件为一手掌触摸形式，供使用者以手掌放至于承载件上，使光电元件发光端作用在手掌平滑皮肤。

与现有技术相比，本发明所述的利用光能量激发脑波的方法及装置，利用特定频率且低功率的光能量照射皮肤，并经由神经网络传送至脑部以激发特定频率脑波。

附图说明

图1是本发明光能量脑波激发装置一较佳实施例的示意图。

图2是本发明光能量脑波激发装置一较佳实施例的使用状态示意图。

图3是本发明光能量脑波激发装置所设控制模块一可行实施例的电路图。

图4是本发明光能量脑波激发装置所设控制模块又一可行实施例的电路方块图。

图5是本发明实验时在头皮上粘贴电极的位置示意图。

图6是本发明实验时受测者头皮上其中一位置所测得α波能量变化的曲线图。

图7是本发明实验时受测者头皮上另一位置所测得α波能量变化的曲线图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

关于本发明的一较佳实施例请参阅图1所示，包括有一光源模块10及一控制模块(本图中未示)，其中，该光源模块10主要是在一承载件11上设有一个以上的光电元件12，于本实施例中，该承载件11是一腕带形式，其呈狭长状而具有两端，两端上分设匹配且可相互连接的结合构造，例如扣具、粘扣带等；又承载件11具有一内侧面及一外侧面，该内侧面中央处设有光电元件12，该光电元件12可为激光二极管、近红外二极管或发光二极管，本实施例是采用激光二极管；又承载件11内侧面中央处设有六个光电元件12，该六个光电元件12分为三排，各排依序为1个、2个、3个，并作三角形排列，该三角形的底边由3个光电元件12等距排成，且两相邻光电元件12的间距为2公分，故底边长度为4公分，又三角形的两等边为3公分，故三角形的高为(公分)。又各个光电元件12分别具有一发光端120，用以相对于使用者的皮肤，而所述各光电元件12照射人体皮肤的较佳部位为手掌心、手臂内侧的光滑皮肤，由于本实施例所揭示的承载件11为腕带形式，故适合配戴手腕处，当光源模块10利用承载件11固定在使用者的手腕时，如图2所示，承载件11内侧面上的各个光电元件12即适以其发光端120同时相对于手臂内侧的光滑皮肤。

又所述光电元件12将在控制模块的控制下产生一低功率的光能量，且操作在一特定的频率范围内，于本实施例中，该光电元件12的功率为7mW～30mW，剂量为10～30Joule/cm2，光波长700～940nm，其操作频率范围为1至20Hz，控制模块的驱动信号为方波，工作周期(duty cycle)为50％。

如前揭所述，本实施例的光电元件12是采用激光二极管以产生低能量的不可见激光光；所谓的低能量激光是指输出功率小于500mW，剂量小于35Joule/cm2者，在所述能量下，其不足以破坏组织中的氢键或任何凡得尔键(vander Waals)，不造成组织变化，但可引起光化学效应。不同的用途与治疗对象使用的激光种类(波长)、剂量、照射时间与强度亦有所不同。一般认为，高强度的刺激，会伤害组织，低强度的刺激反而具有激发的效果。低能量激光主要作用是藉适当能量的施予，刺激生物细胞并诱发或强化一些生理反应。本发明除本实施例采用的低能量激光，亦可由近红外光或发光二极管，以4～12Hz的方波作为操作频率，在使用者不感觉疼痛的前提下，对其皮肤施予特定频率的能量刺激，进而使脑部产生脑电位变化。

所述控制模块亦可设于前揭的承载件11上，至于其可行的具体电路构造请参阅图3所示，主要是由一控制器20及一个以上的驱动电路22组成(图中所示驱动电路22为两个，但不以两个为限，可为一个，也可为两个以上)，于本实施例中，该控制器20是由一微控制器(MCU)构成，其输出端分别与驱动电路22连接，该驱动电路22的输出端是与光源模块10的光电元件12连接；又控制器20外接有一振荡器21，以振荡产生不同操作频率，且控制器20内建有计时器及一工作模式切换程序，以提供多种工作模式，供使用者切换选择，可行的工作模式包括但不限于以下所列者：

1.令光电元件12在一特定频率的低功率光能量，且持续照射一段时间，例如令光电元件12产生一10Hz的低功率光能量，且持续照射10分钟。

2.令光电元件12产生一特定频率的低功率光能量，且持续照射一段时间后转换为另一频率，并持续照射一段时间；例如令光电元件12产生一10Hz的低功率光能量，且持续照射10～20分钟，接着转换频率为6Hz，再持续照射5～10分钟。或者令光电元件12产生一10Hz的低功率光能量，且持续照射5～10分钟，接着转换频率为12Hz，再持续照射5～10分钟。

为配合所述工作模式的切换选择，所述控制器20的输入端上进一步设有一输入单元23，该输入单元23可由数个按键或开关所组成，供使用者开关电源、设定/选择特定的工作模式。

再请参阅图4所示，所述控制器20可在输出端上设有一显示器驱动电路24，并通过该显示器驱动电路24连接一显示器25，该显示器25可用以显示各种数据及功能选项，也可整合所述输入单元23以构成一触控式显示器。

又所述显示器25也可用以产生七彩背光，利用显示不同波长的色光，以提供视觉激发脑波功能。例如蓝色(470nm)、黄色或橘色(560nm)。

由上述说明可了解本发明就装置方面的具体技术内容，至于据以激发脑波的方法详如以下所述：

利用所述实施例的腕带式承载件11可将所述光能量脑波激发装置固定在使用者的手臂且近手腕处(如图2所示)，以令承载件11内侧面上的光电元件12以其发光端120相对于手臂内侧的光滑皮肤；除了手臂内侧的光滑皮肤为较佳的刺激源施加部位外，手掌掌心也为理想的刺激源施加处，也就是使光电元件12投射光能量在掌心处。

当光源模块10的各个光电元件12以特定频率产生低功率光能量并投射在皮肤上而产生光能量刺激信号时，该等光能量震动信号将由皮肤的震动受器所感应，具体而言，感应该刺激信号的神经受器是皮肤上的梅斯纳氏小体(Meissner corpuscle)，该梅斯纳氏小体是较低频(约在20～40Hz)的震动受器，其位在光滑皮肤的真皮层。

在梅斯纳氏小体感应到震动信号后，随即经由神经网络传送至大脑，而大脑产生共振以激发特定的脑波，例如光电元件12的操作频率为10Hz时，将激发大脑产生α波，操作频率为6Hz时，则激发大脑产生θ波，而操作频率为12Hz时，则激发大脑产生高频率α波。

如前揭所述，本发明的控制模块具有工作模式切换选择功能，因此使用者可通过切换工作模式造成脑部电位的变化，进而改变其精神状态，例如：

先在大脑激发α1波(10Hz)，再调制频率以激发α2波(12Hz)，令使用者先放松，再转为专注；故在此模式下可帮助使用者集中精神，提升学习效果。

又或者先在大脑激发α波，再调制频率以激发θ波，令使用者先进入放松状态，再诱发睡意；因此在模式下可帮助使用者入眠，改善失眠问题。

【实验】

(一)受测者：志愿者40人，(年龄范围：18～30岁)，分为实验组20人，控制组20人；采单盲随机分配。

(二)排案条件：

1.具心血管疾病等特殊疾病和病史。

2.正在服用任何药物，包括止痛药、消炎药或利尿剂。

(三)实验方式：通过粘于头皮上的20支电极(分布如图5所示)记录脑电图变化，记录仪器为日本Nihon Kohden corporation的Neurofax EEG-1000，6.0 version。

(四)实验步骤：

1.受测者(张眼)进行5分钟静坐后，开始测量脑电图。

2.测量脑电图5分钟后，在掌心进行频率10Hz的激光照射10分钟，再测量脑电图15分钟。

3.实验组进行激光照射，控制组以伪激光输出(激光光无输出)。

(五)实验结果：

由于激发用光源是在10Hz的频率下操作，因此以9.5～10.5Hz的频宽分析脑波。如图6是显示P3O1位置每隔5分钟的α波能量变化，图7是显示P4O2位置每隔5分钟的α波能量变化，其中红色曲线是未施加刺激源的控制组，蓝色线是施加刺激源的实验组。由上述实验结果显示，在P3O1位置及P4O2位置(如图6所示)的脑波能量有明显被激发而增加的趋势，其中，施加光能量刺激源的实验组其α波较未施加光能量刺激源的控制组显著上升。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种利用光能量激发脑波的方法，其特征在于，包括：

提供一光源模块，该光源模块上具有一个以上的光电元件，用以产生一频率控制在一脑波频率范围内的低功率光能量；

令所述光源模块以其光电元件将光能量投射在使用者皮肤上，并持续一段时间；

藉此在皮肤上产生光能量震动信号，并由皮肤的神经受器接收，再经由神经网络传送至大脑，而在大脑产生共振以诱发特定频率的脑波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率为α波频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源模块在皮肤上照射的光能量是先操作在一第一频率，经持续一段时间后转换为一第二频率，并持续一段时间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一频率为α1波频率，所述第二频率为α2波频率。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一频率为α波频率，所述第二频率为θ波频率。

6.一种光能量脑波激发装置，其特征在于，包括：

一光源模块，主要是在一承载件上设有一个以上的光电元件，该光电元件具有一发光端；

一控制模块，包括一控制器及一个以上的驱动电路组成，该控制器的输出端是与驱动电路连接，该驱动电路的输出端是与该光源模块的光电元件连接，以驱动光电元件产生低功率的光能量。

7.根据权利要求6所述的光能量脑波激发装置，其特征在于，所述光源模块的承载件上设有六个光电元件，该六个光电元件分三排作三角形排列，该三角形的底边长度为4公分，高为2.236公分；又所述光电元件是由不可见光的激光二极管、近红外二极管或发光二极管构成。

8.根据权利要求7所述的光能量脑波激发装置，其特征在于，该控制器内建计时器及一工作模式切换程序，并外接一振荡器；其中，该工作模式切换程序提供光源模块一个以上的工作模式，供使用者配合输入单元选择光源模块的工作模式，其工作模式包括：

令光电元件产生的光能量被控制在一特定频率，且持续照射一段时间；

令光电元件在一特定频率下持续照射一段时间，接着调制为另一频率，再持续照射一段时间。

9.根据权利要求8所述的光能量脑波激发装置，其特征在于，所述控制模块进一步包括一输入单元，该输入单元是与该控制器连接，该控制器的输出端设有一显示器驱动电路，该显示器驱动电路与一显示器连接，该显示器是用以显示各种数据及功能选项，并可产生不同色彩的背景光。

10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的光能量脑波激发装置，其特征在于，所述承载件为一腕带形式，供使用者配戴于手臂上，而使光电元件的发光端相对于手臂内侧的光滑皮肤。

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