CN106999049A - 调节睡眠期间的感官刺激的持续时间以增强慢波活动的系统和方法 - Google Patents

调节睡眠期间的感官刺激的持续时间以增强慢波活动的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开描述了一种被配置为调节被提供给对象的个体感官刺激的持续时间的系统。所述系统被配置为：确定对象中的慢波活动的当前量；响应于所述对象当前处于慢波睡眠中，控制一个或多个感官刺激器向所述对象提供个体感官刺激；确定所述对象对个体感官刺激的反应弱化；并且响应于在个体感官刺激的提供之后的一时间段的所述对象中的慢波活动示出反应弱化而调节所述个体感官刺激的持续时间。

Description

调节睡眠期间的感官刺激的持续时间以增强慢波活动的系统 和方法
技术领域
本公开涉及一种用于调节睡眠期间的感官刺激的持续时间以增强对象的慢波活动的系统和方法。
背景技术
用于监测睡眠的系统是已知的。睡眠期间的感官刺激是已知的。睡眠期间的感官刺激通常以不一定对应于对象的睡眠模式的间隔和/或强度连续地被应用。本公开克服了现有技术系统中的缺陷，尤其是与反应弱化(habituation)相关联的缺陷(即，由于刺激中缺乏感觉到的新奇感而导致的慢波活动增强效应的降低)。
发明内容
因此，本公开的一个或多个方面涉及一种被配置为调节被提供给对象的个体感官刺激的参数的系统。所述系统包括：感官刺激器，其被配置为向所述对象提供所述个体感官刺激；一个或多个传感器，其被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；以及一个或多个物理计算机处理器。所述一个或多个物理计算机处理器由计算机可读指令配置为：基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中；响应于所述对象目前处于慢波睡眠中，控制所述感官刺激器向所述对象提供所述个体感官刺激，所述个体感官刺激具有第一参数；检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的时间段的所述输出信号来检测反应弱化；并且响应于对所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测，调节所述第一参数。
本公开的另一方面涉及一种被配置为利用参数确定系统来调节提供给对象的个体感官刺激的参数的方法。所述系统包括感官刺激器、一个或多个传感器以及一个或多个物理计算机处理器。所述方法包括：利用所述一个或多个传感器来生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；利用所述一个或多个物理计算机处理器基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中；响应于所述对象目前处于慢波睡眠中，利用所述一个或多个物理计算机处理器、所述感官刺激器来控制所述感官刺激器，以向所述对象提供所述个体感官刺激，所述个体感官刺激具有第一参数；利用所述一个或多个物理计算机处理器来检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的时间段的输出信号来检测反应弱化；并且响应于对所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测，利用所述一个或多个物理计算机处理器来调节所述第一参数。
本公开的又一方面涉及一种被配置为调节提供给对象的个体感官刺激的参数的系统。所述系统包括：用于向所述对象提供个体感官刺激的单元；用于生成输出信号的单元，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；用于基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中的单元；用于响应于所述对象目前处于慢波睡眠中而控制所述感官刺激器以向所述对象提供所述个体感官刺激的单元，所述个体感官刺激具有第一参数；用于检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的单元，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的时间段的输出信号来检测反应弱化；以及用于响应于所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测而调节所述第一参数的单元。
参考附图，考虑以下说明和权利要求，本公开的这些和其他目标、特征和特性以及操作的方法和结构的相关元件的功能以及各部分的组合和制造的经济性将变得更加显而易见，所有附图形成本说明的部分，其中，相似的附图标记指代各附图中对应的部分。然而，要明确理解，附图仅出于图示和说明的目的，而不旨在作为本公开的限度的限定。
附图说明
图1是被配置为降低对象在睡眠期间对感官刺激的反应弱化以增强对象睡眠期间的慢波活动的系统的示意性图示。
图2图示了系统的实施例，其包括由对象佩戴的对象安装件。
图3A图示了改变在感官刺激的块之间的音调持续时间对对象的反应弱化的效应。
图3B图示了对个体感官刺激进行分组以改变刺激的定时和持续时间并且引入新奇感。
图4图示了响应于感官刺激的序列对慢波活动的效应以及对象对感官刺激的最终反应弱化。
图5图示了感知到的听觉信号的相对响度对音调持续时间(相对于1000毫秒刺激)。
图6图示了系统的一个实施例，其检测对象的觉醒和反应弱化两者，并且基于检测到的觉醒和/或反应弱化来调节感官信号的参数。
图7图示了用于调节感官刺激的参数以增强慢波活动的方法。
具体实施方式
如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括多个指代，除非在上下文中清楚地另有指定。如在本文中所使用的，两个或更多部分或部件被“耦合”的表述应意指所述部分被直接或间接地(即，通过一个或多个中间部分或部件)结合在一起或一起运行，只要发生链接。如在本文所使用的，“直接耦合”意指两个元件直接彼此接触。如在本文所使用的，“固定地耦合”或“固定的”意指两个部件被耦合从而作为一体移动，同时维持相对于彼此的恒定取向。
如在本文中所使用的，词语“单式”意指将部件创建为单件或单元。即，包括单独创建并之后耦合在一起作为单元的多个件的部件不是“单式”部件或体。如在本文中所采用的，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的表述应当意指所述部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件而对彼此施力。如在本文中所采用的，术语“数量”应意指一或大于一的整数(即，多个)。
本文中所使用的方向性用语，例如而非限制性的，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及它们的衍生词，涉及附图中示出的元件的取向，而非限制权利要求，除非其中明确记载。
图1示意性地图示了系统10的示范性实施例，系统10被配置为确定和/或调节提供给对象12的感官刺激(例如，一个或多个听觉音调)的参数(例如，持续时间)以降低对象12对感官刺激的反应弱化并增加睡眠会话期间的对象12中的慢波活动。在一些实施例中，系统10被配置为确定和/或调节提供给对象12的个体感官刺激的持续时间，以增加在睡眠会话期间的睡眠慢波，并降低对象12对感官刺激的反应弱化。调节个体感官刺激的持续时间(例如刺激的长度)便于频繁地调节感官刺激以增加新奇感，而不受灵敏度(例如频率)和/或安全限制(例如音量)的限制。系统10基于对象12中的慢波活动来检测反应弱化。睡眠慢波的频率因人而异。单个人的睡眠慢波的频率可能会随着时间的推移而改变(例如随着年龄增长或取决于睡眠压力)。随着对象12变得对感官刺激反应弱化，睡眠慢波的频率能够在单次睡眠会话期间和/或在睡眠会话内的单个慢波睡眠时段期间变化。具有恒定、不变的参数的感官刺激在诱导/增强睡眠慢波/慢波活动时能够由于反应弱化所而较不有效。系统10被配置为检测和/或确定对象12中的慢波活动量(例如，紧随着个体刺激之后)并且被配置为定制被提供给对象12的感官刺激的参数(例如，持续时间)以降低反应弱化，并且增加对象12中的睡眠慢波。在一些实施例中，系统10可以包括感官刺激器16、传感器18、处理器20、电子存储设备22、用户接口24和/或其他部件中的一个或多个。
在图1中，感官刺激器16、传感器18、处理器20、电子存储设备22和用户接口24被示为分离的实体。这并不旨在进行限制。系统10的部件中的一些和/或全部和/或其他部件可以被分组成一个或多个单一设备。例如，图2图示了对象12佩戴的对象安装件200(例如，头带、腕带和/或其他安装件)。安装件200包括感测电极204、参考电极205、与EEG相关联的一个或多个设备206、无线音频设备208、一个或多个音频扬声器210和/或其他部件中的一个或多个。音频扬声器210可以被定位于对象12的耳朵中和/或其附近。例如，参考电极205可以被定位于对象12的耳后。在图2中示出的范例中，感测电极204可以被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与对象12的前脑EEG有关的信息、对象12的左/右眼信息(例如在传感器18的输出信号中传达的脑波活动信息)和/或其他信息。输出信号可以无线地和/或经由线路发送到计算设备(例如，设备206中包括的床边膝上电脑)。听觉刺激可以经由无线音频设备208、扬声器210和/或其他听觉部件被递送到对象12。可以(例如，由被包括在设备206中的计算设备)生成包括与听觉刺激相关的信息的音频信号。在一些实施例中，音频信号由无线音频设备208接收。感测电极204、参考电极205以及设备206可以例如由图1中的传感器18来表示。无线音频设备208和扬声器210可以例如由图1所示的感官刺激器16表示。
返回到图1，感官刺激器16被配置为向对象12提供感官刺激。感官刺激器16被配置为在睡眠会话之前，睡眠会话期间和/或在其他时间向对象12提供感官刺激。例如，感官刺激器16可以被配置为在睡眠会话中的慢波睡眠期间向对象12提供感官刺激。感官刺激器16可以被配置为向对象12提供感官刺激以诱导和/或调节对象12中的慢波活动(SWA)。在一些实施例中，感官刺激器16可以被配置为使得诱导和/或调节SWA包括在对象12中诱导、增加和/或增强睡眠慢波。SWA对应于0.5-4.5Hz频带中的脑电图(EEG)信号的功率。在一些实施例中，该频带被设置为0.5-4Hz。SWA具有贯穿给定睡眠会话的周期变化的典型的行为。SWA在非快速眼动睡眠(NREM)期间增加，在快速眼动(REM)睡眠开始之前下降，并且在REM期间保持低。相继的NREM发作中的SWA从一个发作到下一个逐渐减少。在给定的睡眠会话期间，可以根据对象12的EEG来估计SWA。
在一些实施例中，感官刺激器16可以被配置为通过非侵入性脑刺激和/或其他方法来影响(例如，诱导、增加、增强和/或以其他方式影响)睡眠慢波。感官刺激器16可以被配置为通过使用感官刺激的非侵入性脑刺激来影响睡眠慢波。感官刺激包括气味、声音、视觉刺激、触觉、口味和/或其他刺激。例如，可以向对象12提供声学音调以诱导、增加和/或增强睡眠慢波。感官刺激器16的范例可以包括以下中的一个或多个：音乐播放器、音调发生器、对象12的头皮上的电极集合、递送振动刺激(也称为躯体感官刺激)的单元、生成磁场以直接刺激大脑的皮层的线圈、发光器、芳香散发器和/或其他设备。
传感器18被配置为传达与在当前睡眠会话期间的对象12中的脑波活动有关的信息。在一些实施例中，传感器18被配置为生成传达与对象12的当前睡眠阶段有关的信息的输出信号(例如，脑波活动与睡眠阶段有关)。对象12的当前睡眠阶段可以对应于以下中的一个或多个：非快速眼动(NREM)阶段N1、阶段N2或阶段N3睡眠、快速眼动(REM)睡眠和/或其他睡眠阶段。在一些实施例中，NREM阶段3或阶段2睡眠可以是慢波睡眠。传感器18可以包括直接测量这样的信息(例如，脑波活动/睡眠阶段)的一个或多个传感器。例如，传感器18可以包括被配置为检测由对象12的脑内的电流产生的沿着对象12的头皮的电活动的电极。传感器18可以包括一个或多个传感器，其生成传达与对象12的脑波活动和/或当前睡眠阶段间接有关的信息的输出信号。例如，一个或多个传感器18可以基于以下来生成输出：对象12的心率(例如，传感器18可以是定位于对象12的胸部上的心率传感器和/或被配置为对象12的腕部上的手镯和/或位于对象12的另一个肢体上)、对象12的移动(例如，传感器18可以包括具有加速度计的围绕对象12的腕部和/或脚踝的镯子，使得可以使用体动记录信号来分析睡眠)、对象12的呼吸和/或对象12的其他特性。尽管传感器18被图示在对象12附近的单个位置处，但这并不旨在为限制。传感器18可以包括设置在多个位置中的传感器，例如，在感官刺激器16内(或与其通信)，与对象12的服装耦合(以可移除方式)，由对象12佩戴(例如，作为头带、腕带等)，在对象12睡觉时被定位为指向对象12(例如，传达与对象12的移动有关的输出信号的相机)和/或在其他位置中。
处理器20被配置为提供系统10中的信息处理能力。这样，处理器20可包括数字处理器、模拟处理器、以及被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其他机构中的一个或多个。尽管图1中示出作为单个实体的处理器20，但是这仅出于说明目的。在一些实施例中，处理器20可以包括多个处理单元。这些处理单元可以被物理地定位在相同设备(例如，感官刺激器16)内，或者处理器20可以表示协同操作的多个设备的处理功能。
如图1所示，处理器20被配置为运行一个或多个计算机程序部件。所述一个或多个计算机程序部件可以包括以下中的一个或多个：睡眠阶段部件32、慢波睡眠定时部件33、控制部件34、反应弱化部件36、调节部件38和/或其他部件。处理器20可以被配置为由软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的一些组合和/或用于在处理器20上配置处理能力的其他机构来运行部件32、33、34、36和/或38。
应当意识到，尽管在图1中部件32、33、34、36和/或38被图示为被共同定位在单个处理单元内，但是在其中处理器20包括多个处理单元的实施例中，部件32、33、34、36和/或38中的一个或多个可以被定位为远离其他部件。对由下文描述的不同部件32、33、34、36和/或38提供的功能的描述是出于说明性目的，并非旨在为限制，这是因为部件32、33、34、36和/或38中的任一个可以提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可以消除部件32、33、34、36和/或38中的一个或多个，并且其功能中的一些或全部可以由其他部件32、33、34、36和/或38来提供。作为另一范例，处理器20可以被配置为运行一个或多个额外的部件，所述一个或多个额外的部件可以执行归于部件32、33、34、36和/或38中的一个的功能中的一些或全部。
睡眠阶段部件32被配置为基于来自(一个或多个)传感器18的输出信号和/或其他信息来确定对象12是否当前处于慢波睡眠中。睡眠阶段部件32被配置为确定对象12中的慢波活动的当前量，并确定慢波活动的当前量是否指示对象12当前处于慢波睡眠中。如上所述，对象12的当前睡眠阶段和慢波活动量可以对应于以下中的一个或多个：觉醒、REM睡眠、阶段N1睡眠、阶段N2睡眠和/或阶段N3睡眠。睡眠阶段部件32被配置为确定对象12当前是否处于慢波睡眠中。在一些实施例中，慢波睡眠和/或慢波活动可以对应于阶段N3睡眠。在一些实施例中，阶段N2和/或阶段N3睡眠可以是慢波睡眠。
在一些实施例中，睡眠阶段部件32可以基于对由传感器18的输出信号传达的信息的分析来确定对象12的当前睡眠阶段。分析可以包括在对象12的睡眠会话期间生成和/或监测EEG。在一些实施例中，所述分析可以包括基于EEG的δ频带中的功率和/或EEG的β频带中的功率来检测慢波睡眠。δ频带中的功率通常定义为0.5-4.5Hz频率范围中的功率，尽管没有频率限制的标准定义。β频带中的功率通常定义为15-30Hz频率范围中的功率，尽管范围的限制的变化是非常常见的。
在一些实施例中，睡眠阶段部件32被配置为确定在当前睡眠会话期间的对象的觉醒水平。一个或多个觉醒水平可以指示对象12的清醒度的水平。可以基于(一个或多个)传感器18的输出信号、存储在电子存储设备22中的信息、在当前睡眠会话之前执行的测试、经由用户接口24接收和/或选择的信息和/或其他信息来确定一个或多个觉醒水平。在一些实施例中，可以基于对与EEG有关的信息的分析来确定所述一个或多个觉醒水平。例如，觉醒的可能性可以根据短的时间窗口(通常例如约1.5秒长)中的β频带的EEG功率来量化。响应于β频带中的功率超过阈值，系统10可以检测到存在觉醒。在一些实施例中，可以基于对象12的先前睡眠会话，基于与在人口学上类似于对象12的对象的群体有关的信息和/或基于其他信息，来确定针对觉醒的β频带功率阈值。例如，β频带功率阈值可以基于睡眠的校准夜晚来确定，在该睡眠期间，测量对象12的EEG并且分析贯穿睡眠会话的β功率的统计以设置所述阈值。β频带功率阈值可以经由包含针对对象的群体的β阈值的数据库来确定。对象12的β频带功率阈值可以基于人口统计学上匹配对象12与数据库中存在的对象来确定。预期用于确定这种阈值的其它技术。
慢波睡眠定时部件33被配置为确定当前睡眠会话期间的对象12中的慢波睡眠的个体时间段。慢波睡眠定时部件33被配置为通过睡眠阶段部件32基于睡眠阶段确定结果(例如，对象12是否当前处于慢波睡眠)来检测慢波睡眠的个体时间段。慢波睡眠定时部件33可以确定时段开始时间点以及结束时间点、时段长度、时段中点和/或时间段的标识(例如，慢波睡眠的指示)。例如，慢波睡眠定时部件33可以确定慢波睡眠的第一个体时间段，使得第一个体时间段的开始与当前睡眠会话期间的第一慢波睡眠发作的开始相符合和/或所述第一慢波睡眠发作随着第一慢波睡眠发作的结束(例如，睡眠阶段部件32确定对象12不再处于慢波睡眠中)而停止。例如，慢波睡眠的第二个体时间段的开始可以与当前睡眠会话期间的慢波睡眠的第二发作的开始相符合和/或所述第二个体时间段随着第二慢波睡眠发作的结束而停止。
在一些实施例中，慢波睡眠定时部件33被配置为确定从由睡眠阶段部件32检测到的慢波睡眠的时段起始起的时间量。在一些实施例中，慢波睡眠定时部件33被配置为确定个体时间段，使得个体时间段在睡眠阶段部件32确定对象12当前处于慢波睡眠之后预定时间量结束。在一些实施例中，一个或多个预定时间量可以基于在当前睡眠会话期间针对给定的慢波睡眠发作的慢波睡眠开始和慢波睡眠结束之间的典型时间量。可以基于对象12的当前睡眠会话、对象12的先前睡眠会话和/或其他睡眠会话来确定所述典型时间量。在一些实施例中，一个或多个预定时间量可以在制造时被编程，由用户经由用户接口24设置和/或通过其他方法确定。
在一些实施例中，睡眠阶段部件32可以在慢波睡眠的个体时间段期间确定一个或多个觉醒水平。在一些实施例中，慢波睡眠定时部件33可以基于由睡眠阶段部件32确定的觉醒水平来确定慢波睡眠的给定的个体时间段的结束。
控制部件34被配置为控制感官刺激器16，以在慢波睡眠的个体时间段(例如，在阶段N3睡眠期间)期间向对象12提供感官刺激。控制部件34被配置为控制感官刺激的一个或多个参数。在一些实施例中，控制部件34被配置为控制感官刺激的持续时间(例如，长度)、定时和/或其他参数。针对感官刺激的递送的定时和/或持续时间可以对应于对象12当前处于慢波睡眠中的确定、慢波睡眠的个体时间段和/或其他信息。例如，控制部件34被配置为使得每个个体感官刺激可以具有特定的持续时间(例如，刺激的长度)。作为另一范例，控制部件34被配置为控制个体刺激的定时(例如，每个个体感官刺激之间的时间长度)。控制个体刺激的持续时间、定时和/或其他参数可以有助于在睡眠期间(下面进一步描述)刺激随着时间被递送给对象12时引入被对象12感知的刺激的新鲜性。
控制部件34可以被配置为控制感官刺激器来向对象12提供感官刺激，使得所提供的感官刺激对应于与慢波活动相关联的睡眠阶段，因为在特定睡眠阶段期间慢波诱导和/或调节的可能性可能比其他睡眠阶段中相对较高，用户可能更不可以通过感官刺激和/或其他原因觉醒。
在一些实施例中，控制部件34被配置为控制感官刺激器16以持续时间短暂(例如，约50ms长)，具有预定频率和/或持续时间并且通过音调间间隔彼此分离开(例如如上所述的定时)的听觉音调的形式提供感官刺激。在一些实施例中，感官刺激的音调持续时间、频率、持续时间、音调间间隔和/或其他特性中的一个或多个可以在制造时被编程，由用户经由用户接口24设置，由系统10基于对象12的先前睡眠会话确定，基于当前睡眠会话确定和/或通过其他方法确定。例如，在一些实施例中，控制部件34被配置为使得基于对象12的先前睡眠会话、在清醒期间对对象12执行的测试和/或其他信息来确定所述持续时间。持续时间可以是对象在清醒期间能够感知的最短持续时间(例如200ms听觉感官信号)和/或其他持续时间。例如，与在对象12的先前睡眠会话期间的刺激额持续时间和/或在清醒期间对对象12执行的测试有关的信息可以存储在电子存储设备22中。在一些实施例中，控制部件34可以使与对象12的当前睡眠会话有关的信息被存储在电子存储设备22中。与当前睡眠会话有关的信息可以包括与感官刺激的持续时间、感官刺激的强度水平、睡眠阶段信息、定时信息和/或其他信息有关的信息。
反应弱化部件36被配置为检测对象12对个体感官刺激的反应弱化(例如，具有由控制部件34控制的第一持续时间的刺激)。反应弱化是对感官刺激(例如，行为和/或皮层)的降低的反应。当与先前的刺激或环境背景相比，刺激具有低的新鲜性时，趋于发生对重复刺激的反应弱化。反应弱化不一定是由于对象12的疲劳而是对感官刺激的反应降低。重复感官刺激的反应弱化本身表现为皮质响应的幅度减小(如经由EEG和/或其他方法确定的SWA的降低)。反应弱化可能不利地影响SWA诱导，和/或由控制部件34控制的感官刺激的有效性。基于针对提供个体感官刺激之后的时间段的来自传感器18的输出信号、与对象12的EEG有关的信息和/或其他信息来检测反应弱化。在一些实施例中，反应弱化部件36可以被认为确定所提供的感官刺激的有效性。在一些实施例中，反应弱化部件36被配置为基于紧接在感官刺激被递送到对象12的之后的时间窗口期间测量的对象12中的SWA来确定所提供的感官刺激的有效性。
在一些实施例中，反应弱化部件36被配置为确定具有第一持续时间(例如200ms)的个体感官刺激是否有效增加对象12的慢波活动。在一些实施例中，反应弱化部件36被配置为确定具有第一持续时间的两个或更多个连续感官刺激是否有效。例如，如果对象12的SWA针对两个连续的感官刺激示出降低的效应，则反应弱化部件36可以确定存在反应弱化。反应弱化可以通过将紧接在刺激之前的时间窗口中的SWA与紧接在刺激之后的时间窗口中的SWA进行比较来确定。在一些实施例中，持续评价反应弱化，因为SWA可以通过对EEG进行带通滤波(优选在0.5-4Hz频带)，对结果进行平方并且跨时间窗口(在一些实施例中，10秒长)取平均而被即时估计。
调节部件38被配置为响应于检测到对象12对个体感官刺激(例如，具有第一特定持续时间参数)的反应弱化，调节所述个体感官刺激的一个或多个参数(例如持续时间)。调节部件38被配置为使得控制部件34和/或感官刺激器16调节所提供的感官刺激的一个或多个参数(例如，持续时间、时间、频率、音量、强度等)。调节部件38被配置为使得调节基于提供给对象12的感官刺激的当前参数(例如，当前和/或基线持续时间)、由睡眠阶段部件32确定的信息、由定时部件33确定的信息、由反应弱化部件36确定的信息和/或其他信息。例如，调节部件38可以基于先前提供的刺激是否增加对象12中的SWA和/或由反应弱化部件36检测到对刺激的反应弱化来使所提供的感官刺激的参数(例如，持续时间)被调节到第二参数(例如更长或更短的持续时间)。
在一些实施例中，调节部件38被配置为使得调节包括基于调节算法的调节。调节算法可以在制造时确定，基于经由用户接口24输入和/或选择的信息和/或其他信息来确定。算法输入可以包括由睡眠阶段部件32确定的信息、由定时部件33确定的信息、由反应弱化部件36确定的信息和/或其他信息。在一些实施例中，调节算法从预先预定的一组持续时间中随机选择刺激(或刺激序列)的持续时间。调节算法可以在检测到反应弱化时利用感知刺激响度和音调持续时间之间的关系来增加音调持续时间。
在一些实施例中，反应弱化部件36和/或调节部件38被配置为重复反应弱化和/或有效性确定，并且在慢波睡眠的个体时间段期间一次或多次调节参数，使得在慢波睡眠的个体时间段期间重复调节感官刺激的(一个或多个)参数。反应弱化部件36和/或调节部件38被配置为重复反应弱化和/或有效性确定，并且将感官刺激的参数调节一次或多次，直到个体时间段的期满。例如，反应弱化部件36可以确定在慢波睡眠的第一个个体时间段期间以第二参数提供的感官刺激的第二反应弱化和/或有效性，并且调节部件38可以使得感官刺激器16将所提供的参数感官刺激调节到感官刺激的第三参数。
在一些实施例中，调节部件38被配置为使得感官刺激器16在慢波睡眠的给定时间段期间调节参数一次或多次，直到对象12觉醒和/或反应弱化被降低并且有效性被恢复。在一些实施例中，感官刺激的参数的最大长度可以由调节部件38基于由对象12在觉醒时检测到的最短刺激(例如持续110ms的听觉音调)来确定。在一些实施例中，可以响应于用户接口24接收与最大参数有关的信息的输入和/或选择，由调节部件38获得最大参数。在一些实施例中，调节部件38被配置为基于对象12的当前睡眠会话和/或对象12的先前睡眠会话来确定最大参数。
在一些实施例中，调节部件38被配置为使得感官刺激器16响应于由睡眠阶段部件32确定的觉醒水平在慢波睡眠的给定时段突破觉醒水平阈值而在慢波睡眠的给定时段期间停止向对象12提供感官刺激。在一些实施例中，调节部件38被配置为使得感官刺激器16响应于对象的觉醒水平突破觉醒水平阈值而降低提供给对象12的感官刺激的强度。
在一些实施例中，调节部件38可以被配置为使得调节包括随机地改变感官刺激的一个或多个参数(例如持续时间)(例如，随机地改变提供给对象12的相继的个体音调的长度)。在一些实施例中，随机地调节感官刺激的参数(例如持续时间)可以引起对象12的觉醒水平阈值的增加。例如，在当前睡眠会话之前的测试期间为对象12的听觉刺激确定的觉醒水平阈值可以指示对象12响应于例如具有200ms的持续时间的声音而从睡眠中觉醒。对感官刺激的随机调节可能引起对象12(例如在当前睡眠会话期间)以190ms的第二较低持续时间期间从睡眠中觉醒。
图3A图示了示出对象12(图1)中的反应弱化306的曲线图300。曲线图300绘制了慢波活动(SWA)302对时间304的绘图。图3A示出了当遇到反应弱化306时可以利用在感官刺激中的新鲜性实现的SWA的增强308。如上所述，通过调节刺激的一个或多个参数(包括持续时间、强度、频率、时间和/或向刺激引入新鲜性的其它方法)，可以向感官刺激中引入新鲜性。在一些实施例中，当SWA 302对时间304的曲线的斜率变为负(例如，通过检测负向过零点)时，可以检测反应弱化(例如，通过图1所示的反应弱化部件36)。
图3B图示了通过改变感官刺激的块332、334、336内的感官刺激(例如音调持续时间)的个体参数和/或通过感官刺激的块332、334、336来降低反应弱化。(图1中示出的控制部件34和/或系统10的其他部件可以控制感官刺激器16在块中提供感官刺激。)每个个体刺激330可以具有引入新鲜性的个体调节的(例如，通过控制部件34和/或调节部件36)参数和/或刺激可以逐块地调节(例如，块332中的刺激具有第一持续时间，块334中的刺激具有第二持续时间，并且块336中的刺激具有第三持续时间)。刺激的分块能够通过调节感官刺激的参数(例如个体刺激的持续时间和/或定时，逐块和/或以其他方式)来引入新鲜性。
图4图示了感官刺激406(例如听觉音调)对具有EEG数据402的慢波活动410(例如，0.5-4Hz频带中的EEG功率)的影响。对象12的绘图400(参见图1)示出了EEG频率402对时间404。当EEG信号408呈现慢波睡眠时，向对象12提供一个或多个个体感官刺激406。在图4所示的范例中，感官刺激406均被应用10秒。如在绘图400中可以看出的，相比于最后几个感官刺激406之后的慢波活动410，前几个感官刺激406(例如，前5个感官刺激)之后的慢波活动410具有更大的响应。慢波活动410对最后几个感官刺激406的反应降低表明对象12对感官刺激406的反应弱化。
图5图示了对听觉音调(例如，与图4所示的感官刺激406相同或相似)的感知相对响度502对音调持续时间504。绘图500具有持续时间504的对数标度，并且示出对持续时间506的微小改变可能对所感知的听觉感知信号508的相对响度502具有很大的影响(对于短音调而言尤其如此，实际上如果L是感知到的响度并且D是持续时间ΔL/Δ(log(D))＝常量→ΔL与ΔD/D成比例)。因为与200毫秒或更长的音调相比，人类感知系统对50毫秒长音调较不敏感，因而持续时间可以使得能够改变听觉感官刺激而不改变听觉感官信号的音调、基音、音量、频率和/或其他参数。这可以使得能够增强感官刺激的新鲜性，而不必将对象12暴露于不必要的机械负载和/或音量。绘图500图示了人耳的灵敏度(例如大约200ms)，其中，听觉感官信号的持续时间创建在对象12经历的感知音量中相对响度的等敏510区域。根据该敏感性考虑，持续时间504可以是向对象12引入新鲜性并降低反应弱化的更有用的参数。例如，如果音调持续时间从50增加到大约200毫秒，而不改变声压级(例如音量)，则可以获得～6dB的感知增加。绘图500指示一旦听觉信号持续时间506持续超过约200毫秒，则感知信号是等敏510的，其中，所感知的听觉信号音量水平(例如相对响度502)不改变。当持续时间504在相继的音调之间改变时，听觉信号持续时间506可以引入新鲜性。
图6图示了系统10的一个实施例，其基于EEG信号602检测对象12的觉醒和反应弱化两者，并且调节听觉刺激612的参数(例如，利用与图1所示的调节部件38相同或相似的调节部件)。在图6所示的实施例中，对象12佩戴安装件600(例如与图2图示的安装件200相同或相似)。觉醒604是EEG信号602中可观察到的事件(因为它们的相对高的频率内容)并且指示对象12可能醒来。如果在使用系统10时在提供感官刺激606(例如，与图4中的406相同或相似)时检测到觉醒604，则立即停止感官刺激。如果在感官刺激持续时间608之外检测到觉醒604，则邻近的感官刺激的开始被延迟。如果没有检测到觉醒602，则系统检测慢波睡眠的发生并监测感官刺激。如果检测到慢波睡眠610，则系统10提供感官刺激。在一些实施例中，感官刺激可以包括例如以恒定的1秒长间隔彼此间隔开的50毫秒长音调的序列。可以逐渐调节听觉刺激的感官刺激的参数(例如音量、频率和/或持续时间)中的一个或多个以优化慢波增强效应。系统10可以实时估计慢波睡眠610增强效应，并且可以调节感官信号612以降低反应弱化。如上所述，可以使用感官刺激的持续时间来降低反应弱化。在一些实施例中，可以组合使用一个或多个参数来降低反应弱化(例如增加音量和调节持续时间)。
返回图1，电子存储设备22包括电子地存储信息的电子存储介质。电子存储设备22的电子存储介质可以包括与系统10一体地(即，基本上不可移除)提供的系统存储器和/或可经由例如端口(例如，USB端口、火线端口等)或驱动器(例如，磁盘驱动器等)可移除地可连接到系统10的可移除存储器中的一个或两者。电子存储设备22可以包括以下中的一个或多个：光学可读存储介质(例如光盘等)、磁性可读存储介质(例如磁带、磁硬盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的存储介质(例如EPROM、RAM等)、固态存储介质(例如闪速驱动器等)和/或其他电子地可读的存储介质。电子存储设备22可以存储软件算法、由处理器20确定的信息、从对象12接收到的信息、和/或使得系统10能够正确工作的其他信息。电子存储设备22可以(整体地或部分地)是系统10内的分开的部件，或者电子存储设备22可以(整体地或部分地)与系统10的一个或多个其他部件(例如处理器20)被集成提供。
用户接口24被配置为提供系统10与对象12和/或其他用户之间的接口，通过所述接口，对象12和/或其他用户可以向系统10提供信息并从系统10接收信息。这使得统称为“信息”的数据、线索、结果和/或指令以及任何其他可通信项能够在用户(例如对象12)与感官刺激器16、传感器18、处理器20和/或系统10的其他部分之间传递。例如，EEG可以经由用户接口24而被显示给护理提供者。
适合包括在用户接口24中的接口设备的范例包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、可听警报、打印机、触觉反馈设备和/或其他接口设备。在一些实施例中，用户接口24可以包括多个单独的接口。在一些实施例中，用户接口24包括与感官刺激器16和/或系统10的其他部件集成地提供的至少一个接口。
应该理解，本公开也预期其他通信技术作为用户接口，不管是硬连接线的还是无线的。例如，本公开预期，用户接口24可以与由电子存储设备22提供的可移除存储接口集成。在该范例中，信息可以从可移除存储设备(例如，智能卡、闪速存储器、可移除磁盘等)加载到系统10中，其使得(一个或多个)用户能够定制系统10的操作。适于与系统10一起使用作为用户接口24的一个示范性输入设备和技术包括但不限于，RS-232端口、RF链路、IR链路、调制解调器(电话、线缆或其他)。简言之，本公开预期用于与系统10传递信息的任何技术作为用户接口24。
图7图示了用于利用参数确定系统来调节提供给对象的个体感官刺激的参数以减少和/或降低对象对被证明的感官刺激的反应弱化的方法700。该系统包括一个或多个感官刺激器、一个或多个传感器、一个或多个物理计算机处理器和/或其他部件。所述一个或多个物理计算机处理器被配置为执行计算机程序部件。计算机程序部件包括慢波睡眠检测部件、探测刺激部件、识别部件、组合部件、刺激定时部件和/或其他部件。以下呈现的方法700的操作旨在是说明性的。在一些实施例中，方法700可以利用一个或多个没有描述的额外的操作来完成，和/或在没有一个或多个所讨论的操作的情况下完成。另外，在图7中图示并且在以下描述的方法700的操作的顺序不旨在为限制。
在一些实施例中，方法700可以在一个或多个处理设备(例如，数字处理器、逻辑处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的逻辑电路、状态机、和/或用于电子地处理信息的其他机构)中实施。所述一个或多个处理设备可以包括响应于电子地存储在电子存储介质中的指令来执行方法700的操作中的一些或全部的一个或多个设备。所述一个或多个处理设备可以包括通过硬件、固件和/或软件被配置为专门执行方法700的操作中的一个或多个的一个或多个设备。
在操作702处，生成输出信号，其传达与对象在对象的当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息。在一些实施例中，操作702由与(在图1中所示并且在本文中描述的)传感器18相同或相似的一个或多个传感器来执行。
在操作704处，基于输出信号来确定对象当前是否处于慢波睡眠中。在一些实施例中，操作704由与(在图1中所示并且在本文中描述的)睡眠阶段部件32相同或相似的计算机程序部件来执行。
在操作706处，响应于该对象当前处于慢波睡眠中，感官刺激器被控制为向对象提供个体感官刺激。个体感官刺激具有第一参数。所述控制包括控制一个或多个感官刺激器以提供感官刺激的第一参数。在一些实施例中，感官刺激的第一参数是个体感官刺激的强度水平、时间参数、持续时间、频率和/或其他参数。在一些实施例中，可以基于对象的先前睡眠会话来确定第一参数。在一些实施例中，操作706由与(在图1中所示并且在本文中描述的)睡眠阶段部件34相同或相似的计算机程序部件来执行。
在操作708处，检测对象对具有第一参数的个体感官刺激的反应弱化。基于在提供具有第一参数的个体感官刺激之后的时间段的输出信号检测反应弱化。反应弱化与感官刺激的第一参数引起的慢波活动减少有关。反应弱化是基于输出信号来确定的。在一些实施例中，操作708由与(在图1中所示并且在本文中描述的)睡眠阶段部件36相同或相似的计算机程序部件来执行。
在操作710处，响应于对对象对具有第一参数的个体感官刺激的反应弱化的检测，调节第一参数。在一些实施例中，第一参数被随机地调节和/或包括可以经由将曲线拟合到睡眠慢波并将结果外推到刺激被递送的时刻而获得的反应弱化的降低的预测。在一些实施例中，操作710由与(在图1中所示并且在本文中描述的)睡眠阶段部件38相同或相似的计算机程序部件来执行。
在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应被解释为对权利要求的限制。词语“包含”或“包括”不排除存在权利中列出的那些之外的元件或步骤。在枚举了若干单元的设备权利要求中，这些单元中的若干可以由同一硬件项来实现。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在枚举了若干单元的设备权利要求中，这些单元中的若干可以由同一硬件项来实现。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定元件，但是这并不指示不能组合使用这些元件。
尽管以上提供的说明基于当前认为最现实和优选的实施例出于说明的目的提供了细节，但是应理解，这样的细节仅出于这样的目的并且本公开不明确地限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖在所附权利要求的精神和范围之内的修改和等价布置。例如，应该理解，本公开预期，在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。

Claims (15)

1.一种被配置为调节被提供给对象(12)的个体感官刺激的参数的系统(10)，所述系统包括：
感官刺激器(16)，其被配置为向所述对象提供所述个体感官刺激；
一个或多个传感器(18)，其被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；以及
一个或多个物理计算机处理器(20)，其由计算机可读指令配置为：
基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中；
响应于所述对象目前处于慢波睡眠中，控制所述感官刺激器向所述对象提供所述个体感官刺激，所述个体感官刺激具有第一参数；
检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的一时间段的所述输出信号来检测反应弱化；并且
响应于对所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测而调节所述第一参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个物理计算机处理器被配置为使得基于针对所述对象的慢波活动对时间的曲线的导数和/或趋势分析来检测反应弱化。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个物理计算机处理器被配置为使得调节所述第一参数包括增加所述第一参数的水平和/或减小所述第一参数的水平。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个物理计算机处理器被配置为使得所述个体感官刺激的所述第一参数是所述个体感官刺激的持续时间。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个物理计算机处理器被配置为在所述对象的睡眠会话期间在所述个体感官刺激的提供之后将反应弱化检测和对所述个体感官刺激的所述第一参数的所述调节重复一次或多次，直到所述对象的慢波睡眠停止。
6.一种用于利用参数确定系统来调节被提供给对象(12)的个体感官刺激的参数的方法，所述系统包括感官刺激器(16)、一个或多个传感器(18)以及一个或多个物理计算机处理器(20)，所述方法包括：
利用所述一个或多个传感器来生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；
利用所述一个或多个物理计算机处理器基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中；
响应于所述对象目前处于慢波睡眠中，利用所述一个或多个物理计算机处理器来控制所述感官刺激器，以向所述对象提供所述个体感官刺激，所述个体感官刺激具有第一参数；
利用所述一个或多个物理计算机处理器来检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的一时间段的所述输出信号来检测反应弱化；并且
响应于对所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测，利用所述一个或多个物理计算机处理器来调节所述第一参数。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：利用所述一个或多个物理计算机处理器基于针对所述对象的慢波活动对时间的曲线的导数来检测对所述个体感官刺激的反应弱化。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，利用所述一个或多个物理计算机处理器调节所述第一参数包括增加所述第一参数的水平和/或减小所述第一参数的水平。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述个体感官刺激的所述第一参数是所述个体感官刺激的持续时间。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述对象的睡眠会话期间在所述个体感官刺激的提供之后将反应弱化检测和对所述个体感官刺激的所述第一参数的调节重复一次或多次，直到所述对象的慢波睡眠停止。
11.一种被配置为调节被提供给对象(12)的个体感官刺激的参数的系统(10)，所述系统包括：
用于向所述对象提供个体感官刺激的单元(16)；
用于生成输出信号的单元(18)，所述输出信号传达与所述对象在当前睡眠会话期间的脑波活动有关的信息；
用于基于所述输出信号来确定所述对象当前是否处于慢波睡眠中的单元(20)；
用于响应于所述对象目前处于慢波睡眠中而控制所述感官刺激器以向所述对象提供所述个体感官刺激的单元(20)，所述个体感官刺激具有第一参数；
用于检测所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的单元(20)，基于在具有所述第一参数的所述个体感官刺激的提供之后的一时间段的所述输出信号来检测反应弱化；以及
用于响应于对所述对象对具有所述第一参数的所述个体感官刺激的反应弱化的检测而调节所述第一参数的单元(20)。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，基于针对所述对象的慢波活动对时间的曲线的导数来检测反应弱化。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，调节所述第一参数包括增加所述第一参数的水平和/或减小所述第一参数的水平。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述个体感官刺激的所述第一参数是所述个体感官刺激的持续时间。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，在所述对象的睡眠会话期间在所述个体感官刺激的提供之后将反应弱化检测和对所述个体感官刺激的所述第一参数的调节重复一次或多次，直到所述对象的慢波睡眠停止。
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