CN103429146A - 使用经颅磁刺激进行认知映射 - Google Patents

Abstract

本发明涉及映射认知脑功能领域，更具体涉及认知映射的非入侵系统和方法。根据本发明实施例的可以被可靠映射的认知脑功能的示例为讲话功能、语言表达功能、工作记忆功能、决策功能。根据某些实施例，导航的经颅磁刺激(TMS)与精确基线确定一起用来提供精确的、非入侵认知映射。

Description

使用经颅磁刺激进行认知映射

技术领域

本发明涉及映射认知脑功能领域。根据本发明的实施例，可以可靠地映射出的认知脑功能为讲话功能、语言表达功能、工作记忆功能、决策功能。

背景技术

尽管大部分个体的大脑的解剖结构都很相似，但是不同个体的大脑的功能设置如指纹一样唯一。这导致了神经科学中的常见问题，基于对脑解剖的理解，临床医生和医生可以很容易确定诸如血凝块、肿瘤和中风的畸变和创伤。然而，目前他们没有可视化的方法来确定这些畸变和创伤中以及其周围的脑物质的功能。

脑神经外科医生可以很容易地使用现有技术如MRI技术来确定患者大脑中肿瘤的位置。根据肿瘤的位置，外科医生可以制定他们认为最佳的路径来接近并移除肿瘤。但是，有些事情他们不能确定，比如他们可以移除肿瘤周围的多少脑物质而不实质上影响患者的功能，到达肿瘤的路径如何穿过关键区域，而该关键区域可以很容易由另一条路径来避免，肿瘤的移除影响患者的功能的程度，等等。

神经外科医生不得不减缓一些这种风险而采用的一种方法是在外科手术过程中对大脑直接电刺激。通过向部分大脑施加电流使得外科医生可能对该部分大脑的功能做出判断。当对运动反应进行测试时，由于可以很容易可视化地确定或测量身体的物理反应，该方法也可以适用。比如，助手可以观察患者的手指是否响应于刺激而移动。

这种直接电刺激方法出现了许多缺点。举例而言，在外科手术中测试脑功能花费的时间取自实际移除肿瘤或其他外科手术功能的时间。由于患者风险直接与外科手术的时长相关，因此这是需要缓和的因素。鉴于此，存在针对精确确定脑功能的非外科手术方法的明显需求。

当前所使用的方法的另一个主要缺点是，尽管其可以相对简单地测试运动功能，但精确地测试认知功能则尤为困难。因此，存在精确测试一种或多种认知功能的需要，比如，讲话功能、语言表达功能、工作记忆功能、决策功能等。

此外，尽管这些问题存在或发生在外科手术或外科手术制定过程中，但是适用的解决方案的使用可以扩展至非外科手术情况。比如，在治疗中可以精确追踪认知功能的进步或退化是非常有帮助的。这对测试患者对治疗的反应的临床表现和测试治疗是否起作用的研究现状都有帮助。

发明内容

本发明的一方面是提供用于映射主体的认知功能的系统和方法。认知功能包括但不限于讲话功能、语言表达功能、工作记忆功能、决策功能。

本发明的某些实施例的另一个方面是提供用于精确映射认知功能的非入侵系统和方法。

根据本发明的某些实施例，提供了几种确定主体的响应于任务的提出的认知基线响应的方法。为了精确映射主体的认知功能，确定精确的基线很重要。

根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，其包括当刺激大脑一区域时，在后续时间内向主体提出任务的步骤。根据某些实施例，所述刺激以非入侵方式完成。这种非入侵方式的示例是使用由经颅磁刺激(TMS)线圈装置产生的磁场。

根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，其包括在刺激过程中，将一个或多个针对任务的主体基线响应与主体之后的任务表现进行对比的步骤。

根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，其包括确定被刺激的主体大脑的区域是否涉及特定的认知功能的步骤。

根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，其包括当相应地刺激两个或多个大脑区域时，向主体提出两次或多次任务的步骤。所提供的某些实施例进一步包括在刺激过程中将针对任务的主体基线响应与每个主体表现对比的步骤，以及确定被刺激的一个或多个大脑区域是否涉及认知功能的步骤。

另外，根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，其包括以下步骤中的一个或多个步骤：在利用经由具有第一参数集的TMS线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，向主体提出任务，其中，如果在刺激过程中，主体基线与主体表现之间没有检测出表现误差，那么改变第一参数集的至少一个参数，并且当利用经由具有新参数集的TMS线圈装置产生的磁场刺激同一大脑区域时，向主体提出任务。

根据本发明的某些实施例，所提供的系统包括至少一些下述部件的组合：刺激装置，比如经颅磁刺激(TMS)线圈装置；与TMS线圈装置连接的可使TMS线圈装置产生磁场的激励控制；用于向主体提出任务的展现显示器；至少一个具有一个或多个处理器的终端，所述一个或多个处理器配置成执行至少以下一些步骤：响应于任务的表现，确定、记录和/或输入源自主体的认知基线响应；当通过诸如(TMS)线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，通过诸如展现显示器向主体提出任务；在刺激过程中，将针对任务的主体基线响应与主体表现对比，以及确定被刺激的大脑区域是否涉及特定的认知功能。

本发明的其他实施例及其它方面在本文中进行了详细描述。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的系统的示例；

图2显示了根据本发明一个实施例的系统的另一个示例；

图3显示了根据本发明一个实施例的包括独立认知包的系统的另一个示例；

图4显示了根据本发明一个实施例的针对讲话映射的高级流程图或方法；

图5显示了根据本发明一个实施例的针对讲话映射的方法的更详细的流程图。

具体实施方式

图1显示了可以用于映射个体的认知功能的系统100的示例。系统100由终端102控制。终端102显示为直接连接到操作者显示器104、经颅磁刺激(TMS)108、追踪系统112、主体显示器114，以及主体摄像装置116上，并且直接控制它们。终端102还控制一些其他功能与部件如TMS线圈装置110。

导航脑刺激(NBS)的导航

导航脑刺激(NBS)是个体大脑的特定位置或区域的刺激。可以多种方式产生该刺激，优选的非入侵方法是通过产生磁场的方式，该磁场将刺激引入到主体大脑的特定位置中。为了映射主体大脑的功能的部分，应该准确知晓任何刺激的特定位置。为此，NBS使用了诸如112的追踪系统和追踪软件，以便于知晓刺激装置110的位置，或者至少知晓与主体头部和/或大脑相关的刺激装置110的相关位置。

已知一些可以确定刺激装置110的位置的方法，并且这些方法至少在申请号为US 2008/058582、题为“具有用于接收追踪装置的附件部分的经颅磁刺激引入线圈装置”的美国专利申请中有更详细的描述，该文献通过引用而合并于此。这些方法中的至少一些包括追踪设在刺激装置110上的或与之附着的标记。此外，该标记可以附着于主体头部的一个或多个位置上，比如在申请号为US2005/075560、题为“立体定向框架与用于支持立体定向框架的方法”的美国申请中所描述的那样，该文献通过引用而合并于此。

当在刺激装置110的追踪中和/或主体头部使用标记时，便利用能识别至少一些或者全部标记的追踪系统112。比如，如果所用的标记能反射红外线，则追踪系统112为红外追踪系统，或至少包含红外追踪系统。这种红外追踪系统可以包括一个、两个或多个红外追踪装置，如可以在3D环境中从空间上定位所追踪的目标的红外摄像装置。

追踪刺激装置110和主体头部的其他方法在上述公开中也有说明。另外，在不背离本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员将会理解可用于本系统追踪目标的方法。这些方法例如包括追踪系统112，其包含至少一个能够捕捉和/或记录诸如可见光和追踪可见标记、光线反射标记、LEDs和/或目标本身的摄像装置的。

在某些实施例中，设有对刺激装置110、主体头部以及任何其他所期望被追踪的目标都进行追踪的单个追踪系统112。在某些其他实施例中，使用多个追踪系统112来追踪某个目标，或者一个或多个目标具有它们自己的追踪系统（未示出）。来自追踪系统的信息随后直接或间接地发送至NBS导航软件。

来自追踪系统112的追踪数据输入至NBS导航软件，其之后可以在操作者显示器104的NBS部分106上显示NBS信息。优选地，NBS显示器106可向操作者显示与主体头部相关的刺激装置110的位置。此外，NBS显示器106可使用至少一种解剖模型如主体头部的模型来显示主体大脑上实际的刺激位置和/或至少基于刺激装置110的位置的所投影的刺激位置。解剖模型的示例是主体的CT、主体的MRI、类似主体的CT或MRI或标准头部。一项专利号为US7720519、题为“用于头骨及其内部结构的三维建模的方法”的美国专利公开了NBS导航中选择和使用解剖模型的方法，该文献通过引用而合并于此。

NBS导航软件可将刺激工具显示为刚性物体，并可显示通过对线圈的电磁性质和主体头部进行实时或离线建模而预测的大脑激活。这些模型可通过应用已知生物电磁方法来获得，如球体建模法、边界元法或有限元法。其他一些功能在相关的示范性实施例中以及申请号为US11/853232、题为“针对导航脑刺激目标的用于在人类脑皮层上可视化电场的方法”和申请号为US11/853256、题为“通过对配准在线或离线的校正而提高的导航脑刺激精度”的美国专利申请中有更为详细的描述，这些文献通过引用而合并于此。另外，本领域中的普通技术人员将会想到在不背离本发明的范围的情况下对这里所描述的NBS导航软件和追踪系统的修改。

刺激装置

刺激装置110用来刺激主体大脑的特定部分。在本实施例中，刺激装置110是磁性刺激线圈装置，该装置可以产生能够电刺激主体大脑的部分的磁场。通常磁性刺激线圈装置110本身包括一个或两个线圈，当电流通过线圈时，该线圈产生所需要的磁场。在申请号为US 2008/058582、题为“具有用于接收追踪装置的附件部分的经颅磁刺激导入线圈装置”和申请号为US 2008/058581、题为“经颅磁刺激导入线圈装置与制造方法”的美国专利申请中描述了合适的刺激装置的示例，其通过引用而合并于此。

激励控制

激励控制通常包括向刺激装置和激励控制软件发送脉冲的装置。例如，激励控制装置可以是经颅磁刺激器(TMS)。TMS可以内在包含操作与激励控制程序，或者激励控制可被交至系统的其他部分处理，比如其自身的终端或共享的终端上。

激励控制软件控制诸如时长、强度、脉冲模式、脉冲编号、脉冲频率等这样的参数。这些参数中的任何参数或全部参数可由系统自动控制、由操作者单独控制或上述的组合。激励控制可以有多个输入，并且可以部分地由多个控制器进行控制。例如，激励控制可以部分地由操作者、导航控制以及安全参数来控制。一些激励控制的示例可见于申请号为US 6849040、题为“用于磁性刺激的剂量计算的方法与装置”的美国专利申请，该申请通过引用而合并于此。

主体物理反应监视

在脑刺激与映射过程中，可测量几种不同类型的主体物理反应。一种物理反应监视的解决方案是使用与主体身体的部分（比如手指）连接的EMG。另一种解决方案是将一个或多个电极（EEG、ECG、皮电反应）贴在用户身体上，如专利号为US 7440789、题为“用于测量源自人体的电反应的电极结构”的美国专利中所述，该专利通过引用而合并于此。另外一种解决方案是采用麦克风来记录源自主体的声音反应。还有一种解决方案是使用数字摄像影机来记录主体行为。此外，可以使用这些解决方案的任意组合，或其他合适的解决方案。

认知刺激程序

认知刺激程序包括至少一种展现资料，优选包括一组展现资料，该资料被提供给受到指示以完成与该资料相关的任务的主体。展现资料例如可以是单独一张图片、单独多张图片、图片组、视频、音频片段、文本等等。除了展现资料之外，认知刺激程序还包括针对资料的展现的控制参数，如显示时间、图片之间的间隔、图片TMS间隔、计数器等等。控制参数可以绑定于个体展现资料、展现资料组、特定个体、个体组或其他组集合。认知刺激程序还可以包括指令和/或优选根据至少一个控制参数提供展现资料的计算机程序。

根据本发明的某些实施例，认知刺激程序包括一组图片和/或图像，此后简称图像。全部图像组可以包括比如多达（或多于）1000幅图像。对于任何一个主体，认知刺激程序可以在例如但不限于100-150幅图像之间选择以初始化向主体提供的显示。对主体显示的图像的初始数量可以是预定数量或者可以在符合预定标准时而得以确定。比如，预定标准可以是主体准确识别预定数量的图形，例如，如果预定数量为50，并且主体在已显示第165幅图像时识别了第50幅正确图像，则初始图像组应该为165。

认知任务

主体受到指示来等待提示，并在提交提示时，要求患者执行预定任务（比如，大声数数、说话、正确说出一幅图像）。由于任务执行有锁时，因此刺激装置将通过试图调节（增强、干扰或完全终止）任务执行来传送刺激。优选执行几次任务来获取关于任务执行过程中受刺激的大脑区域所参与的确定性，并且减少假阳性和假阴性的发生。

主体认知反应监控

该系统可以包括由操作者使用来注释实验的响应装置。可选地，该系统可以包括基于诸如所记录的演讲起始潜伏期或其他物理反应注释实验记录的模块。自动检测可应用于视频录制、音频音轨、从生理探针读取数据等等。

会话记录

会话数据可以多种方式进行存储。所有刺激参数（线圈位置、方位以及刺激密度参数）可以通过NBS存储。此外，可记录视频或音频追踪以便解释短暂的可能不清楚的效果。另外，任何生物信号都可被记录，并与刺激参数和坐标关联。

图1显示了主要为自包含的系统100的实施例。信号终端102可以是如一个或多个计算机，其包含导航控制、激励控制、认知程序以及至少初始会话记录存储。系统的输入包括至少是导航控制程序的输入的追踪装置112、摄像装置116以及可选择的包括至少是会话记录的输入的麦克风（未示出）、任何主体物理反应监视器（未示出，如EMG装置、电极等）、以及允许操作者控制部分或全部系统的操作者输入（未示出，如键盘、踏板输入、触摸屏幕等）。

来自终端102的输出包括操作者显示器104、主体显示器114和TMS108。操作者显示器104例如可以是一个或多个计算机显示器，其优选展示至少NBS显示器106的显示，比如头部模型、在先刺激位置和/或结果、投影的刺激位置、投影强度、映射区域、要被刺激的位置、刺激参数等等。此外，优选地，操作者还有主体反应显示器107，其至少显示主体针对任何刺激的物理反应，比如EMG显示器。显示器还可以显示主体认知反应或主体认知反应的指示、当前或近期展现资料以及通用的系统控制。主体显示器114优选主要用来显示针对主体的展现资料。主体显示器114可以是如计算机监控器、电视机、扩音器或其组合。TMS108还连接到刺激装置110上。

如图所示的终端102可以有一个或多个用于控制系统100各方面的专用部分。比如，一个专用部分包括专用输入、处理器以及包含导航软件的存储介质。所述专用部分然后负责控制导航，并且为了使用该导航具有至其他终端102或终端102的其他部分的一个或多个输出。类似地，对于认知软件包、会话记录、系统操作等都可以作为专用部分。

图2显示了类似于图1中系统100的系统200，不同之处在于专用NBS装置118直接连接到追踪装置112和TMS108上。NBS装置118可包含一个或多个处理器/控制器，以及存储于计算机可读介质上的导航系统。此外，NBS装置118可包含用于存储导航信息的存储介质。导航信息可包括过去或新近的刺激位置、刺激装置110的新近位置以及与导航相关或由其确定的其他信息。

系统中可使用可移除存储介质（未示出）。关于主体或主体组的一些或全部所存储的信息都可以存储至一个或多个可移除存储介质上，比如存储再CD-ROM、DVD、指状存储器或者移动硬盘上。终端102也可以与内部网、互联网、服务器或其他终端通信，它们可存储、其上已存储和/或可访问系统控制程序或主体信息的一些或全部。

在不背离本发明的范围的情况下，图1和图2中给出的系统可能有多种变形。比如，NBS装置118和追踪装置112可以包含在单个外壳中。另外，NBS装置118可直接与终端102连接，或者，直接与终端102和追踪装置112连接而不与TMS108直接连接。此外，尽管图中所示的连接为有线连接，但是至少一些连接可以是无线的。

可以在诸如临床环境中使用根据图1和图2的系统，以便于在外科手术或者其他治疗之前或之后映射认知大脑功能。一个示例是如果主体在大脑的讲话功能区域内或附近患有或疑似患有脑肿瘤。可以在临床医生办公室、医生办公室，或者预操作室使用该系统来映射脑肿瘤附近的执行必要讲话功能的大脑区域。之后可以导出这种数据，或者记录在可移动存储介质，或者电子发送至外科医生或手术室内，使得外科医生可以知道需要避免大脑的什么部分以使得患者在外科手术后保留尽可能多的讲话功能。

本示例的优点是该系统能够在三维空间内映射认知功能而不需要物理接入大脑。因此，临床医生可花费尽可能多所需要的时间甚至可能多于几次会话来映射所期望的大脑区域。之后，由于外科大夫可获取或导出特定大脑区域的详细映射数据，因此在外科手术过程中就不需要花费宝贵时间来初始化映射大脑功能。

针对本发明某些实施例的一般应用是在入侵过程期间针对规避区域和/或安全考虑来确定体积。在许多情况下，为最好的利用，优选用约1cm³的分辨率的体积。映射数据通常包括两种针对所测试的区域的指示数据，即阳性认知反应或阴性认知反应。比如，映射数据可指示特定的1cm³部分，所述部分为讲话所需要的部分（当在该部分或相邻部分的刺激中讲话受到影响）或讲话不需要的部分（当在该部分或一个、多个或所有相邻部分的刺激中讲话没有受到影响）。在这类示例中，阴性认知反应数据可能比阳性认知反应数据更准确。同样地，非语音或非认知反应数据可以是针对外科手术或外科手术制定显示的和/或使用的基本的、主要的或仅仅是映射的数据。

此外，来自系统的三维认知映射数据可与外科手术期间的大脑表层或三维映射联合和/或集成。在这种实施例中，一旦大脑的部分或肿瘤被移除，那么大脑遵循部分缺失（称为“脑移位”现象），映射数据可将三维认知数据与新大脑结构联合，使得新结构中的大脑认知功能仍然可以根据原认知映射数据而得知。

图3显示了具有系统130的第一部分的实施例，其与就图1与图2而言所描述的相似，不同之处在于系统140的第二部分与第一部分分离。系统130包括终端102、操作者显示器104、TMS108、刺激装置110以及追踪系统112。系统130可以是能够进行脑磁刺激和/或导航脑刺激和/或脑功能映射的标准经颅磁刺激系统。

系统140为认知包，其通过有线或无线方式与能通过经颅磁刺激映射认知大脑的系统130进行连接。认知包包括认知终端142、显示器144和记录装置146。认知终端142可类似于如上所述的用于认知程序控制的终端102。类似地，显示器144和记录装置146可类似于以上分别描述的主体显示器114和摄像装置116。

在本实施例中，认知包140显示在医疗架上，并且优选为可移动的。本实施例的优点是单个认知包可用于几个不同的TMS或其他系统。类似地，几个不同的认知包也可用于单个TMS系统。例如，认知包可从预运算映射中导出到手术室中，以便于在手术前、手术中和/或手术后及时映射认知功能或检查认知功能的映射。

认知包140也可以用于其他类型的脑刺激系统和方法。

认知包140可直接与系统130的一个或多个部分进行通信。例如，认知终端142可以与终端102以类似方式直接通信，就好像它是同一终端的不同部分一样。认知终端142也可直接与TMS108或NBS118通信。此外，终端102或认知终端142可以为系统的主控制器。

在一个示例中，认知包140放置在主体前，使得主体可以观察显示器144上呈现的资料。之后操作者能够通过系统130的终端102来控制认知包。一旦操作者从系统130中初始化刺激序列，认知包140可自主运行至刺激序列的最后。在自主运行过程中，认知终端142可直接控制和/或触发TMS108或者其可向终端102发送指令以控制和/或触发TMS108。类似地，NBS118或终端102的NBS部分可直接或通过终端102发出的指令与认知终端142进行交互。

图4显示了映射认知功能的方法200的示例。该方法开始于202，在系统中安置患者/主体。这通常涉及到将任何必须的物理监控装置和追踪客体附着于到主体上。此外，这个步骤可包括校准追踪装置、追踪对象、追踪系统、物理监控装置，显示器和/或其他必须的系统部件。操作者可选择地进入或加载主体和/或诸如书目、位置、日期、时间等的会话信息。

在方法开始时202，操作者也可以选择要用于导航中的解剖模型。他们可以选择预加载的解剖模型，如标准头部、与主体相似的头部或该主体本身的解剖模型。在这个阶段，操作者也可以加载主体本身解剖模型或从如MRI或CT中针对主体建立解剖模型。所选择的解剖模型随后优选显示在操作者显示器104的NBS显示器部分106中。

一旦执行了所有必要的校准，并且输入了基本信息，操作者至少能够看到主体解剖模型和与操作者显示器104的NBS显示器部分106上的头部模型相关的刺激装置110的再现。操作者至少还能看到来自例如显示器104的部分107上的物理反应监视器（如EMG显示器）的输出。

在步骤204中，确定主体的运动阈值(MT)是否已知。如果主体已经做过TMS并且知道了其MT，则操作者可以通过输入装置如键盘或触摸屏幕来输入主体MT。此外，如果主体或操作者有可移动存储介质或以其他方式得到病人MT，那么这时可以加载所述存储介质或信息，如果还没有加载的话。然后，操作者可以测试MT值以检测其准确性，或者可以直接进行到步骤208。

如果主体MT例如是未知的、无法获取的或者所给的值是不可靠的，则操作者可以继续确定主体的MT206。已知许多确定MT的方法。比如，操作者可执行一系列的刺激以及手动调整TMS参数、时间和强度，并监视显示器107直到确定了MT为止。另一个示例是，操作者通过程序来指导以根据所选的（手动调整或自动调整）参数刺激解剖模型上所选的部分，并且监视显示器107直到确定了MT为止。此外，该系统还可包括能确定MT的程序。

虽然在本实施例中描述步骤204与MT相关，但是其他阈值也可以替代MT使用。这种阈值如言语中断阈值（如，在任务中引起言语中断或打断的刺激阈值），可以与MT一起使用或取代MT。比如，针对运动系统外部的大脑区域如负责特定认知功能的区域从EEG中确定的兴奋性指标在此意义上也可用作阈值。在许多实施例中，确定或输入阈值是为了使其作为刺激水平，如强度、针对认知映射的开始点和/或作为向刺激水平开始点的确定的输入，如主体的缺省参数。因此，可以用作或用来确定合适或优选的刺激级别开始点的其他阈值可以与MT以及言语中断阈值一起使用或取代其使用。

一旦主体的MT在系统中，则可以确定认知基线是否已知208。比如，如果系统用于言语映射，则认知基线应当是言语基线。言语基线至少部分地是主体执行与展现资料相关的所请求的任务的能力的衡量、是在没有TMS情况下从看到/听到展现资料开始的主体反应时间或者上述组合。可构成主体言语基线的额外信息包括在基线中产生错误的数量。虽然该方法可以用于映射如上讨论的其他所期望的认知功能，但是该方法的其余部分将针对言语认知功能来描述。

如果主体言语基线未知，则在步骤210中确定。可采用几种可能的方法来确定和/或记录主体基线。在一个示例中，认知显示器114、144显示了依次用于言语映射的所有展现资料。如果展现资料为一系列静态照片或图像，则要提交每幅照片或图像，并注释、测量和/或记录主体的反应。

为了获得最佳映射结果，展现资料对于主体而言应当清楚，并且对于操作者而言主体的反应应当清楚。比如，如果显示了一幅图像，但是主体并没有识别出该图像或该图像的主题，则可以从映射中使用的展现资料组中将其移除。类似地，如果主体不确定该图像是什么，或者针对一幅图像提供了多个名称，可以注释/记录主体选择的名称或将该图像移除。比如，如果使用一幅汽车的图片，一个主体的反应可能是说出汽车的制造和型号，而其他主体的反应可能是“汽车”。如果所期望的反应是“汽车”，则可以注释/记录第一个主体的反应或从展现资料组中将该图片移除。

在一个示例中，操作者可通过手动选择何时显示展现资料以及确定是否应当将某些部分的展现资料从展现资料组中移除，来控制基线确定步骤210。在确定步骤中，操作者还可以输入其他信息或编辑参数。然而，当要捕获主体反应时间来用于基线确定时，使用记录装置针对至少部分基线的确定来说是很有帮助的。

在主体基线的确定过程中，可以使用记录装置116、146来记录和/或测量主体基线响应。所述记录装置如摄像装置可独自或与定时和/或认知程序联合来确定针对每件展现资料的主体反应时间。此外，所述记录装置也可追踪、记录和/或确定主体反应，并且在很少或没有操作者输入情况下与认知程序结合来确定主体基线。

精确地映射认知功能的重要部分是针对主体建立精确的基线。根据本发明的某些实施例，基线是在没有外部大脑刺激时能够正确并重复执行任务的主体能力。由于需要这种映射的许多主体都承受某些外部或内部的大脑创伤，因此建立正确的基线可能比较困难且耗时。

根据本发明的某些实施例，要求主体执行的任务是在图像之间间隔相对短的时间内识别多幅图像。下面的示例用于说明精确地确定针对主体的基线以及在认知映射期间所用的有用的图像组的示例性方法。

在第一个示例中，以预定间隔如0.1-5秒间隔向主体显示多幅图像。该多幅图像可以是全部图像组，或者是全部图像的子集。在实际中，显示100-150幅图像范围内的初始图像组足以产生在认知映射时要使用的可接受的图像组大小。

当图像第一次显示给主体时，主体例如可能在可接受的时间内识别图像、在回答前犹豫、错误地识别图像、不回答、因不能够回答而沮丧、在关于图像的多个答案之间选择有困难等。在某些实施例中，优选记录主体的实际答案以及可能的话记录下他们回答的方式。这可通过多种方式来完成。由于在基线计算时没有刺激发生，因此可以有主体反应的视觉和/或声音记录。该反应随后可与对应的图片一起存储于系统的短期存储器或长期存储器中。也可以使用其他记录方法，这些方法包括使用语音识别软件来保存主体口头答案和对应图像的文本和/或人工录入和/或检查主体答案和/或回答的方式。在不背离本发明范围的情况下，本领域普通技术人员可以想到其他记录和/或存储主体反应（答案及回答的方式）的备选方式。

在大多数情况下，如果主体不能恰当地识别图像、犹豫了相对长的一段时间不能针对图像选择唯一答案、或另一方面在可接受的一段时间内不能清晰识别该图像，则从认知映射期间使用的图像组中移除对应的图像。由于不同的人执行相同的任务所花费的时间长度不同，因此犹豫是很难量化的问题。因此，根据本发明的某些实施例，向主体展示全部初始图像组，并且在从将要继续展示的图像组中删除图像之前记录主体反应。在这种实施例中，系统和/或操作者可以选择对应于来自主体的最成功的反应的一组图像。该图像组可以是预定数量的图像的，或者仅是全部或部分具有最佳反应的那些图像。

在某些实施例中，一旦展示了初始图像组，并且没有成功反应的图像已被删除后，该处理在一个或一个以上的额外周期里重复自身。在某些实施例中，若从主体处接收针对特定图像的至少三次且完全相同的反应，则需要在认知映射中使用的最终图像组中使用该图像。然而，必要的成功反应的数量以及反应之间的相似程度可能根据主体的条件和/或其他环境因素而差别很大。

当第二次或随后几次向主体展示图像时，他们的反应可以如上所述那样与第一次看到该图像时的反应相同，或者他们的反应也可以不同。该差异可出现在例如要求主体反应的时间或答案其本身上。比如，主体可能看到一幅图片且第一次反应为“杯子”，而第二次反应为“马克杯”。尽管二者都是他们自己可接受的答案，但是在不受刺激的情况下用户改变反应的这一事实被认为是语义错误，该事实往往就是删除图像的原因。

确定语义错误可以多种方式来完成。在某些实施例中，将主体的先前反应或他们反应的部分展示和/或显示给系统操作者。例如，如果系统采用语音识别软件，则为操作者展示从一个或多个先前反应中系统识别的单词。同时或作为备选，系统可以比如通过头戴式耳机为操作者播放用户的一个或多个先前反应。之后可以由系统、操作者或其组合来确定反应是相似的、不同的还是完全相同的。类似地，操作者可以键入主体的初始反应，并且通过简单复选框或类似输入来简单地指示后续反应是否与初始反应匹配或不匹配。这种系统也可以是完全自动的，并且可包括或不包括操作者检查或确认相似点或不同处。某些实施例中，可包括或不包括向操作者展示或显示主体的先前反应中的初始反应和/或一个或多个反应或所述反应中的部分。

在本发明的某些实施例中，向操作者显示展示给主体的先前图像以及当前图像。这给予操作者一些额外时间来观察和/或记录关于主体对先前图像的反应。同样地，在某些实施例中，可向操作者显示不仅是先前图像的更多图像（例如其它先前图像、没有被完全记录下反应的图像、将要出现的图像、任何所述图像先前或当前反应的部分反应，或所述反应中的部分）。

从原始图像组中确定认知映射期间将使用的最终图像组的实际方式可以多种备选方式来完成。比如，图像可因为上述任意原因立即被删除，或者它们可留在组中并在出现差错后被多次显示。类似地，该图像在一轮中可按一定顺序显示或随机显示。该图像也可仅仅随机显示，以便于在其他所有图像全部显示前两幅或多幅图像可以重复。比如，如果主体对衣着类商品的图像的正确反应有困难，则系统可以选择不显示新的衣着类商品的图像。

实际中，在100-150幅图像的图像组中，患者能够对20-100幅图像进行可接受地反应。基于多种因素，在认知映射中要使用的图像组的大小差异很大。然而，如果系统的操作者倾向于某一组大小，则一旦获取了合适的图像数量，基线的确定结束。

此外，在本发明的某些实施例中，优选在基线确定期间识别基线指数。该指数可以基于如以下之一或其组合：所显示的图像总数、所显示的唯一图像的数量、所显示的每类中（例如机器、人、动作）图像的数量、错误总数、错误类型、语义错误的数量、犹豫的次数、犹豫的长度、针对同一幅图像多个错误的次数、针对同一图像的单一错误的次数、连续错误的次数、沮丧等级、与错误的可能性相关的沮丧等级、涉及以上任意和/或任意其他相关数据或信息的百分比或比率。基线指数可以是诸如错误数量与所显示的图像总数的简单百分比。基线指数也可以是用于量化主体执行任务的能力的复杂专用公式的结果。根据本发明的某些实施例，基线指数基本上基于与具有完美反应的图像数量相比主体针对相似图像做出几次正确反应之外只出一次错误的次数。

当前系统经常用于患有肿瘤或遭受诸如中风的脑损伤的主体。同样地，主体可能具有某种程度上的失语症。任何程度上的失语症可以影响主体重复执行任务的能力。对于先前患有失语症的主体，可以放松针对认知映射来选择正确图像组的条件。该条件被放松的程度可至少部分地基于主体的一个或多个基线指数。

此外，在多个刺激会话期间，可以使用基线指数来监视过程。例如，如果在一个或多个刺激会话后要用与第一组不同的图像组对主体进行新的基线确定，那么可将根据第一组图像计算出的基线与根据第二组图像计算出的基线进行比较以监视可能的改进。通过计算多个基线指数，比如多个先前和/或多个在后刺激计算，可逐步地移除与主体的失语症的好转或恶化无关的因素。

根据本发明的某些实施例，在基线确定期间，可测量从展示图像的时间到讲话起始的时间。可以测量和/或计算主体的平均时间和/或时间范围。比如，一般的人在400-700ms内做出反应。然而，人的反应时间可以落在该范围外和/或在扩大的正常范围中。当确定在基线确定期间和/或刺激中是否出现了犹豫时考虑该信息。该时间可基于实时或在后续处理中的录音而得以测量。在某些实施例中，该时间可通过用于确定语言开始的专用工具而得以测量。

尽管先前示例和实施例是针对记录和测量音频反应来进行描述的，但并不是每个主体都能够发出可以理解的和/或可以记录的音频反应。但是，当采用用于检查讲话的意图或以非可听取的方式进行反应的装置时，这里描述的系统工作方式相同。一个示例是与个体的喉咙和/或脖子接触的传感器，该传感器足够敏感以确定主体讲话的意图和/或有意图的回答。在不脱离本发明范围的情况下，本领域的技术人员能够想到针对极端主体情况的种种修改。

根据本发明的某些实施例，在认知映射前执行多次（例如，两次或更多次）上述基线确定。可以用相同的、相似的、部分相似的、或不同的初始和/或所选图像组来执行所述随后的基线确定。

就图3中所描述的系统而言，认知包140可以例如与TMS系统130分开使用来确定主体的言语基线。使用如图所示的移动认知包140，可以在诸如办公室或预治疗室中确定主体的言语基线，并且之后进入设有用于言语映射的TMS系统的房间。另一个选择是在可以确定主体言语基线的特定位置处放置固定认知包或其他合适的装置。之后可将该信息加载到可移动存储介质上，或者可以电的方式传输或加载至映射系统中。

在上述任意示例中，确定主体言语基线的系统可以是全自动的或者是主体运行而不涉及任何操作者输入。在这种实施例中，言语基线甚至可以由用户在家确定，比如通过使用在具有网络摄像装置的计算机上安装的程序，或者通过使用可以由具有网络摄像装置的计算机或自助服务终端访问的网站。

一旦言语基线已知，并且输入了比如反应时间、认知参数、某展现资料的移除、主体反应的标记等准确的信息以及主体MT，则可以设定言语映射参数212。尽管当前图4显示的MT在言语基线前被确定，但是如就图5而言将要讨论的，这两个步骤可以互换。

言语映射214以初始参数开始。该初始参数可以是缺省参数，或者它们可基于属于主体或主体组的系统中的任何或全部信息。操作者使用初始参数在大脑的疑似言语区域开始映射。通常，映射包括：当向主体展示资料时刺激大脑的特定部分，并在刺激过程中让主体尝试说出资料的名称；确定被刺激的特定部分是否用于讲话；使用结果标记特定部分；以及刺激大脑的其他特定部分直到区域被充分映射。

在言语映射214中，言语区域中大脑的一些特定受刺激部分应对讲话功能造成不适影响，而其他区域则不会。在刺激了几个或更多特定位置后，应当计算该结果218，以便于确定在主体中该刺激是否产生了所期望的结果。

TMS可对主体认知功能产生一些不同的显著影响。具体而言，涉及讲话功能时，大脑某些部分的TMS可引起至少一些影响，这些影响在Corina，D.P.等人在“大脑和语言(2010)上”发表的名为“皮层刺激映射中的命名错误的分析：对于语言表达模型的意义”（Analysis of naming errors during cortialstimulation mapping：Implications for models of language representation.Brain＆Language（2010），doi：10.1016/j.bandl.2010.04.001）中有详细描述，该文献通过引用合并于此。

无反应错误－该刺激可导致控制讲话功能的肌肉不起作用。通常，在刺激期间经受这种影响时，主体将尝试发音，并且意识到他们无法形成或清晰表达词语。然而，在刺激就要开始前或结束后，主体讲话功能是正常的。该刺激也可阻止主体识别图像或者阻止其给图像命名。在这种情况下，主体可继续观看主体显示器，而不以任何方式对展现资料做出反应。

转换词语或语义性错语－该刺激可以使得主体在词语相互转换或替换。比如，可能向主体显示一幅猫的图像，而在刺激期间他们可能说成狗或汽车。该主体可能无意识地进行替换，并且意识不到其说错或者可能知道该转换。由于词语的转换具有显著影响，因此在基线确定期间采用大脑在讲话功能方面的特定部分很重要，以便于确保主体可以清楚地识别一个展现资料。如果在言语基线确定期间，向主体多次显示一幅图像而主体的反应不同，则这是一个很好的将该图像移除的理由，以便清楚检测词语的转换。比如，如果多次显示汽水的图像，而主体的反应一次是“汽水”，下一次是“罐头”，则该图像应该被移除。

新语症－类似于词语的转换，该刺激还可以导致主体说出难以理解的、不完整的、结巴的或模糊的词语。该刺激的言语结果可能与基线反应相似，但是在某些方面明显被改变。为了确保该言语映射尽可能准确，操作者或部分系统应当特别注意所刺激言语结果与基线反应之间的关系，以检测任何显著的不同。此外，还应当考虑主体整体言语的异常。比如，如果在基线确定期间主体偶尔模糊地念出词语或结巴，则仅因为在基线确定期间该主体在某幅图像上没有明显结巴，并不一定说明由于在刺激时他们在该图像上结巴，而得出大脑的该特定部分与语言相关。在这种情况下，当时或之后使用相同或不同的展现资料件来重新刺激大脑的特定区域很有用处。

操作者或系统应当考虑到刺激期间可注意到的其他言语特性。操作者或系统应当考虑所有反应，并将其与主体基线对比以确定言语映射是否有效。在结果评估216中，如果例如没有刺激产生效果，并且映射没有完成218，则可确定所用的言语映射参数是否可接受和/或合适220。

如果确定步骤220中确定该参数是可接受的，则言语映射可以照旧或者优选在新位置或新区域继续214。如果确定该参数是不可接受的，则设置新参数212，并且言语映射可在新的区域或优选相同的区域开始。一旦确定完成针对会话的言语映射218，则该言语映射结束222。

在认知映射期间，映射大脑的一个或多个区域和/或范围，以便于确定在所述区域中和/或范围内大脑的区域的体积表示，该区域和/或范围有的负责认知功能，有的不负责认知功能。如上所述，经常有种情况是阴性反应区域比阳性反应区域更准确。此外，存在对主体的反应的误读。因此，在本发明的某些实施例中，多次刺激大脑的特定区域，并记录针对每次刺激的反应。

当多次刺激相同点时，通常有利的是在一段时间内将该多次刺激扩展，以确保没有来自相同或相邻点的先前刺激的延迟影响。此外，当一次或多次显示不同图像时，多次刺激相同点可能比较好。

为了跟踪映射的进展，可以有一个或多个程序或工具来协助操作者。根据本发明的某些实施例，有用于跟踪每个位置被刺激的次数的自动的、或手动的工具。此外，所述工具可以表示其他数据，比如来自每个位置的反应和/或自上次刺激和/或上次相邻刺激起的实际或相对的时间长度。

该工具可以是针对每个位置、区域、范围或其组合的基本的计数器。基本工具也可包括由系统的操作者在解剖模型基础上产生或绘制的网格。该工具随后可针对网格的区域如网格框、线条、交叉点或扇区来表示刺激的总次数。基本工具也可以表示如上所述的额外信息，或者对系统操作者有价值的其他信息。工具可表示位置或区域何时接收到用于检查结果的可接受级别的刺激，和/或在某时间段内何时接近或达到针对该区域的最高级别的刺激。

该工具还可以进行改进以指示下次要刺激的一个或多个优选位置。在本发明的某些实施例中，在确定建议后续刺激的位置时，该工具考虑位置、邻近位置以及更大相关区域和范围的刺激的过往结果和数据。该工具还可考虑所使用的图像，并建议或自动选择在下次所指示的位置处展示的用于刺激的图像。

根据本发明的某些实施例，在确定是否验证了关于某区域的参与的确定中，工具也可考虑先前结果。比如，由于阴性反应比阳性反应更准确，如果区域具有例如三个阴性反应，则可以认为其被验证没有参与到认知功能中。然而，同样的工具可以确定三个阳性反应不足以验证该区域参与到认知功能中，因此可能需要诸如四个阳性反应以验证该参与。明显可以做出其他的扩展和变形。例如，如果位置引起混合反应，如一个阴极反应，随后是两个阳极反应，该工具可以指明有必要更彻底地测试该位置。如果该区域处于大脑的认知与非认知功能部分之间的边界区域上，那么也可以出现上述情况。

工具也可以包括图解集，该图解集包括来自在先刺激和/或在先刺激的后续处理或其他映射方式的在先数据。这种图解集可用来识别进行重复测试的特定位置以便例如确认结果、或检查变化/改进。这里枚举的工具仅表示适用工具的非限制性示例。可使用采用系统可得到的信息的工具和可协助认知映射过程的工具的多种变形，这些变形在这里均涵盖描述并且不背离本发明的范围。

在部分自动或全自动的状态中，认知映射期间可使用如上所述的工具来指导TMS线圈或装置和/或刺激的一些或全部定位。

图5显示了针对言语映射的示例方法240，其与就图4而言所描述的方法200相似。在开始242时，记录主体/患者的基线表现244。在本示例中，向主体显示物体的一系列图片，并向主体提交尽快地说出图片中的物体的名称的任务。可以由操作者记录和/或由一个或多个摄像装置和/或麦克风自动地记录主体的反应以及反应时间。

在一个示例中，每幅图片均显示预定的时间长度，在此之后，在展示下一幅图片前，在第二预定的时间长度里显示黑色图像、空白图像或参考屏幕。在某些实施例中，可以连续地显示图像，即它们之间没有空白或黑色图像。每幅图片被展示的预定的时间长度优选是固定的，并且这里称为图片展示时间。图片之间的预定的时间长度优选是固定的，并且这里称为图片间间隔(IPI)。缺省时间的示例有：根据患者执行任务的能力，连续图片之间的间隔(IPI)在2-5秒范围内，，展示时间大约700毫秒，以及图片刺激延迟在200-400毫秒范围内。

确定主体执行任务的能力246，并且如果主体不能满意地执行任务的话，则调整任务的至少一个参数248。主体不能满意地执行任务的示例有：根本不能识别一幅或多幅图片、不能针对一幅图像给出清晰的名字、在图片展示时间内不能识别一幅或多幅图片、在图片展示时间内或图片展示时间与IPI的组合内不能命名图片、因快速或迅速连续展示的图片而变的紧张等。可被改变以使主体能够执行任务的参数是调节IPI、展示时间和/或移除困难的或棘手的图片。

尽管优选的是每次仅调节一个参数，但是在步骤248中可以同时调节多个参数。一旦设定优选的是记录了新的参数，那么就使用新参数来记录基线表现244，并且又开始确定患者是否可以满意地执行任务246。如上所讨论，不需要任何脑刺激来执行基线任务记录。因此部分或整个过程可以在远离TMS系统和/或不与其连接的情况下而进行。

在基线确定和映射期间，有利的是可向图像的展示或任务的执行额外增加一个或多个提示或触发器。比如，有利的是可将图片与呼吸和/或眨眼进行同步。如果在主体自然吸气、眨眼或执行一些其他有意识或无意识的活动时显示图片，那么这可能影响反应中的某部分，如反应时间差异性。因此，根据本发明的某些实施例，提供针对活动如呼吸或眨眼的提示，这些提示针对图像展示或任务而言与之同步。

提示可采取诸如音频、视频或触觉提示的形式。使用嘟嘟声、屏幕闪烁、一股空气、光、压力或其他类型的提示来告诉主体去执行某个动作。然后，系统可展示图像或要求主体在充足的后续时间内执行任务，其中该活动很明显不会干扰主体反应。这些提示可以设置成以预定的时间或间隔出现。如果操作者认为必要，它们也可以由操作者初始化。此外，系统可以如通过音频或视频记录，自动检查主体的如眨眼和呼吸的无意识行为，并使图像的展示或任务进行相应同步使得所述活动不会影响该反应。

一旦基线任务记录结束，则可以如先前所讨论的那样记录运动阈值。此外，这时可以执行其他TMS过程。比如，在言语映射前可以执行运动映射和/或手部运动区域映射。

使用缺省参数开始言语映射252。作为缺省使用的典型刺激参数是频率为5-10Hz的2-10个脉冲和90-130%的主体MT的强度。比如，5个7Hz频率的脉冲以及120%的MT强度很适于用作缺省的刺激参数。但是，合适的参数可以在比如频率为1-400Hz的1-100个脉冲以及1-120%的主体MT的强度范围内。在某些实施例中，使用高频突发来代替单个的脉冲。高频突发的范围可以是200-1000Hz，并且可以在每个突发中包括2至10个脉冲。此外，用于刺激的缺省图片展示参数如图片展示时间、IPI等应当基于主体言语基线。

可以使用成对脉冲（也称为双脉冲）或高频突发以增加主体对刺激的反应或对更有效地打断正在进行的认知脑过程。第一成对脉冲或脉冲突发与之后的成对脉冲或脉冲突发的强度可以相同、大体相同，或者第一脉冲可以具有比第二或之后脉冲更高或更低的强度。

可以使用双相双脉冲刺激代替一系列RTM刺激脉冲。双相双脉冲包括或由两个全窦波构成。一旦通过刺激线圈传递了第一双相窦波脉冲被，则第二双相窦波脉冲也得以传递。

尽管第二脉冲可以典型地具有相同的或更大的幅度，但是实践证明，通常优选的第二脉冲具有比第一脉冲更小的幅度。针对双脉冲的脉冲间间隔通常基于所期望的生理效应来选择。通常，短脉冲重复间隔与长重复间隔具有相反的效果。比如，在经颅磁刺激中使用的双脉冲可以具有如对应于重复频率为50Hz-1000Hz的1-20毫秒范围内的脉冲间隔。

由于现有技术的限制，在刺激中，双相双脉冲的两个脉冲之间有短停顿。该停顿部分是因第一脉冲必须返回线圈而引起。停顿的长度上的一个限制是在TMS装置和/或线圈中使用的任何切换器的速度。另一个限制是在脉冲之间对电容器再充电所必须的时间量。比如，停顿的时长在0.1-15毫秒之间。使用带有必要的电容器或电容器组以及切换器构造的TMS装置可以在物理上尽可能地、至少部分地减少或抵消该停顿，以便于在第一双相脉冲后释放第二双相脉冲而不需要再充电或在脉冲之间轻微再充电。此外，若操作者需要，则具有相同持续时间的停顿如0.1-15毫秒可以设计到双相双脉冲中。

在使用双相双脉冲的刺激期间，有利的是在0相或中线相位（即非阳性或阴性相位）开始每个脉冲。双相双脉冲中第一与第二脉冲的峰值幅度之间的总持续时间的示例为3、7和15毫秒。此外，第一与第二脉冲的峰值幅度之间的差异的示例性范围是第二脉冲比第二脉冲弱5-50%。但是，这些参数仅是有利的，由本领域的普通技术人员对其进行的修改仍然落入本发明的范围内。

通常，可以就脉冲刺激的其他方法如上所描述的确定和修改第一脉冲的幅度。比如，当使用双相双脉冲时，在为如认知映射的情况确定初始刺激级别时，将MT作为基线和/或向导来确定和使用。使用双相双脉冲的好处之一是，为了引起针对主体的相同或更强的反应，双相双脉冲的第一脉冲的幅度可以小于一个或多个单相脉冲的幅度的15-30%。在某些情况下，当主体的单相刺激MT确定后，使用具有比主体的单相刺激MT小18-20%的第一幅度的双相双脉冲可以引起比预期强10倍的反应。

使用双相双脉冲带来了几方面的有利之处。比如，因为来自双相双脉冲的脉冲的绝对幅度可以比由相似的单相或一系列单相脉冲所需要的幅度小，所以针对主体和操作者的总照射可得以限制。类似地，峰值幅度的减少可以降低大脑细胞上的温升。另一个示例是所减少的峰值幅度可以减轻表层肌肉和头皮上刺激的消极影响。此外，由于双相双脉冲的效果比单相脉冲刺激的效果好比如10倍或更多，因此延长刺激结束与主体讲话开始之间的时间，可以减少单个刺激中脉冲的绝对数量。这可以保证主体讲话与刺激之间很少重叠或不重叠，使得讲话开始的检测更加简单并且更加可靠。另外，另一个优点是由双相双脉冲引起的更强反应可以为认知结果增加更高的可信度，例如减少假的阴性结果。

成对脉冲和/或高频突发允许更容易地检测来自刺激的效果。可以在如上所描述的涉及典型刺激参数的单个刺激脉冲组中使用一个或多个所述成对脉冲或高频突发。因此，通过它们的使用，操作者可以更容易地确定受刺激的范围是否具有讲话功能。

在许多例子中，操作者靠其自身来检测确定主体的语言或认知功能是否被改变是很困难的。此外，对于许多系统资源（处理能力、带宽等等），实时且高效地分析主体的反应甚至是很困难或很耗时的。因此，通过由系统收集的信息和数据，比如在刺激和基线确定期间主体的视频和/或音频记录可以之后分析和/或在远处通过在后分析来分析主体的反应。

可以将用于刺激的图片展示参数看做是刺激参数或独立的参数组。比如，如果系统由诸如终端102进行中央控制，则其可以被看做是单独的参数组。然而，如果系统的控制是比如在终端102和认知包140之间共享的，则刺激参数可用于终端102，而独立的图片展示参数可用于认知包140。

之后测试疑似讲话功能的区域254。该区域可以由操作者选择，或者它可以是由诸如NBS或导航软件的系统选择的区域，该区域在如操作者NBS显示器106上向操作者展示以进行测试。之后，当向主体展示图片时刺激该区域，并检测主体响应于该刺激是否有表现误差256。

刺激图片展示以及反应监视的时序很重要。目前可得到几种不同的同步与控制处理的方式。在一种方法中，终端102控制时序，并且将第一触发器发送至TMS108以通过刺激装置110来自动产生刺激。之后，根据刺激装置110的刺激终端102使得主体显示器114每次显示所期望的图片。

该刺激与该图片的展示的时序之间的关系可以是刺激与展示在同一时间点开始，或者该展示比刺激的开始稍早一点或晚一点。此外，图片的展示可以持续与刺激相同的时间长度，或者可以比刺激的长度稍短一些或长一些。时序关系的一个示例如下：在时间T=0毫秒时，展示开始。在T=300毫秒时刺激开始(PTI=300ms)，并在T=700毫秒时展示停止。

可用的另一种方法是时间同步，其为系统的必要元素。如果TMS108与至少认知软件和终端102时间同步，则终端102可向TMS108和认知软件发送消息以在特定时间进行刺激和展示。如果认知软件是认知包140的一部分，则这种方法很有效。

如果操作者主要控制会话，如测试位置选择、IPI，则系统的控制如如这里讨论的时间控制可以由导航软件处理。如果认知软件控制会话如测试位置选择、IPI，则系统的控制如如这里讨论的时间控制可以由认知软件处理。在之后的情景中，如果认知软件控制会话，并位于认知包140内，则在言语映射期间，认知包可以是系统的主要控制器。

虽然操作者可负责监视映射期间主体的反应，并且之后输入该反应或者所检测到的表现误差的指示，但是也可以通过系统如摄像装置116或146来进行主体反应的监视。当使用记录装置来监视主体的反应时，则记录装置和/或所记录资料的回顾/分析应当与该刺激协调。这可以通过将记录装置和/或所记录的资料与如上所讨论的系统的其他部分进行时间同步来完成。此外，该记录装置通过由系统的部分如终端102、导航软件或认知软件发送的触发器来启动。另一种触发记录装置的方法可以是如在刺激期间由刺激装置110产生的声音。刺激装置110的声音的识别如可以初始化记录，或者可以标记所记录的资料，以便于指示在主体的大脑该点上受到了刺激。

如果检测到了表现错误，则操作者可以将区域标记为涉及讲话功能258。如果系统检测到错误，则系统也可以自动标记该区域。当系统自动检测用户错误时，同时也可以有操作者复查。例如，如果系统检测出错误，而操作者对该错误不确定或认为所确定的错误归因于除刺激外的其他事情，则操作者可以覆盖该标记和/或继续重新测试该部位。只要得到满意的刺激结果，则操作员将移动刺激装置110至新位置260，并且再次执行刺激以测试下一个疑似讲话功能的区域。

在一个实施例中，认知程序控制言语映射的流程。该认知程序设置IPI，并通过显示器向操作者指示下一个疑似言语区域的位置以及发生下一次刺激的时间。在这种实施例中，尽管操作者能够覆盖设置流程，但是他们的主要职责是在足够的时间内根据NBS显示器106为下一次预定的刺激来准确地调节刺激装置。认知程序可以有预定的一组点如网格，操作者连续的或通过其他设定顺序来关注这些点。根据至少一个先前刺激，认知程序也可以选择下次刺激的顺序或特定位置。

一旦发生了刺激且没有检测到表现误差256，则由操作者或系统的部分来确定所期望的范围是否完全映射262。为了完全映射大脑中针对讲话的区域，大脑中感兴趣区域应当包含表明与讲话相关的一组标记的位置，该位置由表明与讲话无关的几个标记的位置包围。因此，如果没有检测到表现误差，并且没有完全映射感兴趣区域264，则通过刺激另一位置来继续该过程。

在某些情况中，在步骤264中可能确定没有检测到表现误差，则感兴趣区域被完全映射，但是讲话映射并没有完成。比如，如果认为感兴趣区域与讲话相关，但是没有检测到表现误差，则问题可能出在所用的刺激参数中。这种情况下，之后改变一个或多个刺激参数，并重新测试区域（通常是一个相同的先前区域）。

如果在应当与语言相关的区域中没有检测到表现误差，可以从刺激频率、IPI、刺激强度、TMS间隔、图片TMS间隔(PTI)、脉冲模式、脉冲数量和/或图片展示时间中选择一些可以修改的刺激参数。当修改刺激参数时，优选的是一次只修改一个参数。此外，优选的是以图5的步骤266中所示的顺序改变参数。

在根据图5的一个实施例中，在步骤264中第一次确定在步骤266中要修改刺激参数，刺激频率上升。刺激频率上升的量基于当前参数的余项而改变或以预定数量改变。一个示例是，第一频率提高可以是5Hz，并且可以上升至7Hz至10Hz。如果该过程继续，并且在步骤264中进行一定数量的测试后，再次确定刺激参数不满足需要，则可以再次提高频率，或可以调节下一个参数，本示例中为IPI。

在本示例中，要调节的刺激参数链为：提高刺激频率，然后缩短IPI（比如以0.5秒缩短），然后增加强度（如以主体MT的百分比或以如10V/m的预定数量增加），然后缩短PTI（如以50毫秒缩短），以及最终通过缩短图片的显示时间（如以50毫缩短秒）。可以按顺序地完成该刺激链，如第一次提高频率，第二次缩短IPI，第三次增加强度，第四次缩短PTI，第五次缩短展示时间，第六次提高频率，第七次缩短IPI，等等。

该刺激链也可以在频率提高了预定次数或提高至预定极值的阶段中执行，然后该链移动至缩短IPI预定次数或缩短IPI到预定的极值的下一个阶段，等等。虽然在按照阶段执行该刺激链时，优选每次只做一次修改，但是如果按照以下方式做会有利：频率在某第一级别开始连续地增长至极值（或预定次数），并且之后降低频率至低于极值但高于第一级别，并随后通过调节下一个参数来继续处理等等。

这里所描述的刺激链仅是示例，并且以这里没有明确描述的其他方法来修改刺激参数并不背离本发明的范围。一旦刺激参数正确设置，并且在特定会话期间要映射的大脑区域确定完成262，则言语映射结束268。这时，可以将映射数据存储或加载至系统中的硬盘中，比如终端102或142上的非暂时的计算机可读存储介质。此外，包括或不包括诸如MT、言语基线、刺激参数等的映射数据可以被加载至外部的或可移动硬盘上，或远端服务器上。所述信息之后可以由相同或其他系统用来重新映射、检测或使用数据。

本发明并不局限于这里公开的示例与实施例。这里没有明确公开的多种变形和实施例对本领域的普通技术人员是显而易见的，并不背离本发明的范围。

Claims (59)

1.一种认知映射的方法，包括以下步骤：

响应于任务的提出，确定来自主体的认知基线反应；

当使用通过经颅磁刺激(TMS)线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，再次向主体提出任务；

比较主体对任务的基线反应与在刺激过程中的主体表现；以及

确定被刺激的大脑区域是否涉及认知功能。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：

在使用TMS线圈装置产生的磁场来刺激一个或多个大脑区域时，相应地一次或多次向主体提出任务；

比较主体对任务的基线反应与在刺激过程中的每个主体表现；

确定被刺激的一个或多个大脑区域是否涉及认知功能。

3.根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括以下步骤：

当使用通过具有第一参数组的TMS线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，向主体提出任务，

其中，如果在主体基线与刺激过程中的主体表现间没有检测到表现误差，则改变第一参数组中的至少一个参数；并且

当使用通过具有新参数组的TMS线圈装置产生的磁场来刺激相同的大脑区域时，向主体提出任务。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，参数组从以下组中选择：刺激频率、图片间间隔、刺激强度、图片TMS间隔、脉冲模式、脉冲数量和图片展示时间。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，仅改变一个参数。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，如果在使用新参数组的刺激过程中，在主体表现之间没有检测到表现误差，则改变新参数组中的至少一个参数，并且当使用通过具有更新的新参数组的TMS线圈装置产生的磁场来刺激大脑的相同区域时，向主体提出任务。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，重复该过程直到确定被刺激的区域没有涉及认知功能。

8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，映射被刺激的大脑区域。

9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，TMS线圈与导航脑刺激(NBS)系统结合起来工作。

10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，被刺激的大脑区域是疑似涉及认知功能的区域。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，被刺激的大脑区域是主体大脑的表面上或其中的特定点。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中，该映射是三维映射。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中，在选自标准大脑模型的大脑模型、等同于主体大脑的大脑模型或特定于主体的大脑模型的大脑模型上映射主体的认知功能。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在至少部分基于主体大脑的MRI的特定于主体的大脑模型上映射主体的认知功能。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的方法，其中，由与映射相关联的系统的部分来选择要刺激的大脑区域。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，基于至少一个先前刺激的结果来选择要刺激的大脑区域。

17.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，该方法用来映射主体大脑区域的认知功能。

18.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，确定被刺激的大脑区域是否涉及认知功能进一步包括，确定大脑区域涉及到认知功能的程度。

19.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，认知功能从以下组中选择：讲话功能、语言表达功能、工作记忆功能、决策功能。

20.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，任务是向主体展示一系列图像，并且要求主体对这些图像命名。

21.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，任务是向主体提出一系列图像、声音和/或问题，并且要求主体响应每次提出的任务。

22.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在刺激由认知单元自动完成期间，比较主体针对任务的基线反应与每次主体表现。

23.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，基线反应是没有任何刺激的主体反应。

24.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中，基线反应是在刺激期间主体针对任务的早期反应。

25.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，由认知单元自动完成被刺激的大脑区域是否涉及认知功能的确定。

26.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，向主体提出多于一个的任务。

27.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，针对每个被刺激的大脑区域，向主体提出不同的任务。

28.根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括在通过TMS线圈装置刺激主体大脑前确定主体运动阈值或失语阈值的步骤。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，操作具有参数组的TMS线圈，其中参数组包括主体运动阈值或失语阈值的1-110%的刺激强度。

30.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，操作具有参数组的TMS线圈，其中参数组包括在1到100之间的针对每次刺激的刺激脉冲的数量，优选在2到10之间。

31.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，操作具有参数组的TMS线圈，其中参数组包括在1到100Hz之间的脉冲频率，优选在5至10HZ之间。

32.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，操作具有参数组的TMS线圈，其中参数组包括10毫秒到1.5秒的图片TMS间隔(PTI)，优选在100毫秒到500毫秒之间，最优选的是300毫秒。

33.一种执行前述任一项权利要求所述的方法的系统。

34.一种计算机程序产品，其上存储了用于使处理器执行根据前述任一项权利要求所述的方法的计算机可读指令集。

35.一种用于使处理器执行根据前述任一项权利要求所述的方法的暂时性或非暂时性的计算机可读媒介。

36.一种用于认知映射的系统，包括：

经颅磁刺激(TMS)线圈装置；

与所述TMS线圈装置连接的激励控制，其能够使所述TMS线圈装置产生磁场；

用于向主体提出任务的展现显示器；

至少一个具有一个或多个处理器的终端，所述一个或多个处理器配置成执行以下步骤：

响应于任务的提出，确定、记录和/或输入来自主体的认知基线反应；

在使用通过(TMS)线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，通过展现显示器向主体提出任务；

比较针对任务的主体基线反应与在刺激过程中的主体表现；以及

确定被刺激的大脑区域是否涉及认知功能。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，至少一个或多个处理器进一步配置成执行以下步骤：

当使用通过具有第一参数组的TMS线圈装置产生的磁场来刺激大脑区域时，向主体提出任务，

其中，如果在主体基线与刺激过程中的主体表现之间没有检测到表现误差，则改变第一参数组的至少一个参数；并且

当使用通过具有新参数组的TMS线圈装置产生的磁场来刺激相同的大脑区域时，向主体提出任务。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，一个或多个参数在激励控制中改变。

39.根据权利要求36-38中任一项所述的系统，进一步包括：

至少一个追踪装置，其用于追踪与主体头部相关的TMS线圈的位置。

40.根据权利要求39所述的系统，进一步包括一个或多个配置成用以执行导航脑刺激的处理器。

41.根据权利要求36-40中任一项所述的系统，进一步包括用于监视主体对刺激的物理反应的装置。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述装置为EMG。

43.根据权利要求36-42中任一项所述的系统，进一步包括能够记录主体针对所提出的任务的反应的摄像头。

44.根据权利要求43所述的系统，其中，摄像头包括麦克风。

45.根据权利要求43或44所述的系统，其中，比较针对任务的主体基线反应与在刺激过程中的主体表现，其包括认知单元中的一个或多点处理器，其配置成比较在基线确定期间由所述摄像头记录的针对特定任务的主体反应与在刺激过程中由所述摄像头记录的主体反应。

46.根据权利要求43-45中任一项所述的系统，其中，来自摄像头的反馈信息存储在与系统相关的计算机可读媒介上。

47.根据权利要求46所述的系统，其中，计算机可读媒介为一个或多个所述终端上的硬盘。

48.根据权利要求43-47中任一项所述的系统，其中，来自摄像头的反馈信息与主体上施加的刺激相协调。

49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述协调是进行时间同步。

50.根据权利要求36-49中任一项所述的系统，进一步包括操作者显示器。

51.根据权利要求50所述的系统，其中，一个或多个处理器配置成在所述操作者显示器上来提供导航显示，其展示来自TMS线圈装置在大脑模型上的刺激而投射的三维磁场。

52.根据权利要求50或51所述的系统，其中，一个或多个处理器配置成在所述操作者显示器上展示已受到刺激的主体大脑的一个或多个点以及涉及到所述认知功能的每个位置的范围的指示。

53.根据权利要求1-32中任一项所述的方法，其中，在刺激前确定多个认知基线反应。

54.根据权利要求1-32和53中任一项所述的方法，其中，确定一个或多个认知基线反应包括在以后认知基线确定和/或刺激过程中，选择一组最成功的图像来进行显示。

55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述最成功图像是那些在同一认知基线确定过程中具有至少两次相同反应的图像。

56.根据权利要求54或55所述的方法，其中，具有阴性反应的任何图像在刺激过程中不适用。

57.根据权利要求1-32和53-56中任一项所述的方法，其中，在基线确定过程中，确定针对主体的平均言语起点。

58.根据权利要求1-32和53-57中任一项所述的方法，其中，在基线确定过程中，确定针对主体的言语起点的正常范围。

59.根据权利要求57或58所述的方法，其中，所述确定的针对主体的言语起点用来确定用于刺激和/或后续基线确定的至少一个初始参数。

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