CN107530521A - 用于经皮电刺激以改善睡眠的系统和方法 - Google Patents

Abstract

通过经皮电刺激(TES)改善睡眠的方法和装置。通常，本文描述的方法是利用适于改善睡眠(包括更快地减少睡眠起始(入睡)和/或延长睡眠持续时间)的TES波形将TES施加于受试者，特别是受试者的头部(例如，太阳穴/前额区域)和/或颈部。本文还描述了特别适合于增强睡眠的TES波形。

Description

用于经皮电刺激以改善睡眠的系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年5月1日提交的题为“SYSTEMS FOR TRANSDERMALELECTRICAL STIMULATION TO IMPROVE SLEEP AND METHODS OF USING THEM”的美国临时专利申请62/100,004的优先权。

本专利申请也可能涉及以下美国专利申请，它们的全部内容通过引用并入本文：2015年12月1日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION DEVICES FORMODIFYING OR INDUCING COGNITIVE STATE”的美国专利申请号14/956,193，该美国专利申请是2015年3月4日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION DEVICES FORMODIFYING OR INDUCING COGNITIVE STATE”的美国专利申请号14/639,015(现在美国专利号9,233,244)的继续申请，该美国专利申请号14/639,015是2014年6月30日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION DEVICES FOR MODIFYING OR INDUCINGCOGNITIVE STATE”的美国专利申请号14/320,461(现在是美国专利号9,002,458)的继续申请，该美国专利申请号14/320,461要求下列申请的优选权益：于2013年7月12日提交的题为“TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND METHODS”的美国临时申请号61/845,845；2013年9月9日提交的题为“TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMSAND METHODS”的美国临时申请号61/875,424；2013年6月29日提交的题为“TRANSCRANIALELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS”的美国临时申请号61/841,308；2013年11月22日提交的题为“TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND METHODS”的美国临时申请号61/907,394；2013年10月9日提交的题为“TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATIONSYSTEMS AND METHODS”的美国临时申请号61/888,910；2014年4月4日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS”的美国临时申请号61/975,118；2014年5月25日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS FOR INDUCINGCOGNITIVE EFFECTS AND METHODS OF USING THEM”的美国临时申请号62/002,860；2014年5月25日提交的题为“TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND METHODS OFUSING THEM”的美国临时申请号62/002,909；以及2014年5月25日提交的题为“TRANSDERMALELECTRICAL STIMULATION ELECTRRESSATION DEGRADATION DETECTION SYSTEMS ANDMETHODS OF THEING THEM”的美国临时申请号62/002,910；该专利也可能涉及提交于2015年2月27日且题为“CANTILEVER ELECTRODES FOR TRANSDERMAL AND TRANSCRANIALSTIMULATION”的美国专利申请号14/634,664；2015年2月27日提交的题为“METHODS FORATTACHING AND WEARING A NEUROSTIMULATOR”的号14/634,661号；2015年5月18日提交的题为“WEARABLE TRANSDERMAL NEUROSTIMULATOR HAVING CANTILEVERED ATTACHMENT”的美国专利申请号14/715,461；2015年5月18日提交的题为“TRANSDERMAL NEUROSTIMULATORADAPTED TO REDUCE CAPACITIVE BUILD-UP”的美国专利申请号14/715,470；2015年5月18日提交的题为“METHODS AND APPARATUSES FOR AMPLITUDE-MODULATED ENSEMBLEWAVEFORMS FOR NEUROSTIMULATION”的美国专利申请号14/715,476；和2015年5月18日提交的题为“METHODS AND APPARATUSES FOR CONTROL OF A WEARABLE TRANSDERMALNEUROSTIMULATOR TO APPLY ENSEMBLE WAVEFORMS”的美国专利申请号14/715,483。所有这些申请均通过引用以其整体并入本文。

通过引用并入

本说明书中提及的所有公开和专利申请均通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的公开或专利申请被明确地和单独地指出通过引用并入。

发明领域

本发明涉及用于经皮电神经调节以调节睡眠的方法和系统。特别地，本文描述的是通常可佩戴的神经刺激器装置，其被配置成施加到用户(例如，用户的头部和/或颈部)以减少睡眠起始、延长睡眠持续时间、改善睡眠质量和/或增强睡眠的类型和/或亚型(subtype)。在一些变型中，这些系统可以改善具有亚临床或临床睡眠障碍的受试者的睡眠，包括与其他疾病、病症或行为有关的睡眠障碍和睡眠问题症状。

背景

公知的是睡眠障碍，包括失眠和缺乏睡眠，影响到很多人。此外，许多人可能希望调节或控制他们的睡眠作为生活方式的选择。睡眠障碍以及与病症、疾病、行为或治疗有关的睡眠异常症状(即，针对ADHD治疗、化疗等发生的睡眠问题)影响数百万人。此外，许多人患有严重影响健康和福祉的亚临床或未确诊的睡眠问题，导致生活质量下降。目前，睡眠调节和睡眠障碍症状的治疗通常用药理学试剂完成。这样的药剂可能是昂贵的，具有过量的相关风险，并且可能具有不期望的副作用。另外有些人反对使用药物来治疗像失眠和缺乏睡眠这样看似良性的病情。

提供用于经皮电刺激以改善睡眠的装置(设备、系统)和方法通常是有利的。具体来说，需要对睡眠进行有效的非药物治疗(或现有药物治疗的增强)。

本文描述了经皮电刺激(以下称为“TES”)装置(设备和系统)及使用它们可用于治疗睡眠的方法。TES(例如，通过头皮电极施加)已被用于影响人类的大脑功能。TES已经被示出，改善运动控制和运动学习，改善慢波睡眠期间的记忆强化，调节决策制定和风险评估，影响感官知觉，以及引起动作。TES已在治疗上被用于各种临床应用中，包括疼痛、抑郁、癫痫和耳鸣的治疗。尽管迄今为止研究集中于TES神经刺激，但是目前缺乏与睡眠调节有关的应用的TES的现有方法和装置。

例如，发明人Liang的题为“Device for converting music signal toelectrical stimulation”的美国专利申请13/423,380描述了通过将模拟听觉信号转换为传递到针对穴位的经皮电极的时变电压信号来使音乐治疗适于失眠治疗的系统。然而，适合用作用于睡眠的音乐治疗干预的音乐的可听波形不太适合于针对外周神经的经皮电刺激。如Liang所述的模拟适应信号可能缺乏可能对激活外周神经有效的高瞬态峰值电流(即脉冲)，并且由于在没有占空比限制的低频(100s的Hz)中存在显着功率，还可能非常不舒服。

发明人Wu等人的题为“Deep brain stimulation for sleep and movementdisorders”的美国专利申请12/616,513描述了治疗睡眠障碍的针对黑质的可植入电刺激系统。跟踪患者的睡眠阶段，并根据患者的睡眠阶段调节刺激。相对于无创设计，这种可植入系统具有更大的成本和风险。此外，该发明需要某种形式的睡眠跟踪来调节所施加的电刺激。期望的是调节睡眠而不需要这种跟踪。类似地，发明人Rezai等人的题为“Neurostimulation for affecting sleep disorders”的美国专利号8,612,005描述了通过经由植入电极刺激深核来影响睡眠障碍的另一种技术。授予发明人Terry Jr.等人的题为“Therapeutic treatment of sleep disorder by nerve stimulation”的美国专利5,335,657描述了另一种植入电疗法。该专利描述了一种用于治疗睡眠障碍的植入性迷走神经刺激器。

虽然已经提出了用于治疗睡眠的非侵入性电刺激设备，但是由于这些设备不能有效和/或在使用期间或使用后导致疼痛或不适，所以尚未发现被广泛使用。例如，授予发明人Haeri的题为“Electrical therapeutic device”的美国专利3,648,708描述了由医疗专业人员操作的设备，其以较低频率(小于或等于250Hz)提供脉冲或交流电流来用于诱导放松或睡眠。该发明的缺点至少由于需要医疗专业人员的操作(不适合自我启动)和可能由于不适而限制刺激强度的低频限制。(如，由于皮肤过敏和/或肌肉抽搐引起的)不舒服被认为在250Hz以上的范围内是随着增加频率而减少因此低频刺激可能不舒服。

类似地，授予发明人Wing的题为“Electrical sleep machine and sleepinducing method”的美国专利3,255,753使用可再充电电池为电刺激器和自动定时器供电作为能够实现设备自动操作的安全特征。所输送的脉冲是方波脉冲，通常小于40Hz。这种刺激对于诱导或改善睡眠可能是不舒服的和/或无效的。不舒适或疼痛总是引起用户的生理觉醒，并使睡眠更加困难。

授予发明人Matsumoto等人的题为“Electric sleep inducer”的美国专利4,418,687描述了通过广泛抑制大脑皮层来诱导睡眠的另一种低频(<14Hz)电刺激器。该发明的灵感来自于Gilyarovsky及其同事在19世纪中期使用低频(<150Hz)刺激来诱导睡眠的工作。

授予发明人Tononi等人的标题为“Method and apparatus for promotingrestorative sleep”的美国专利号8,029,431，也在脑节律(低频)下操作，采用磁刺激以慢波(delta)频率传达脑节律以增强恢复性睡眠。这种低频磁系统可能不针对能够调节自主功能和脑状态的外周神经(颅神经、迷走神经等)，但可以在不同的方式下操作。类似地，授予发明人Wang的题为“Method for moderation of sleep disorder”的美国专利申请11/025,928描述了使用用于使用植入头皮上的许多电极以0.3-3.4kHz进行电刺激的磁头针灸头盔治疗睡眠障碍的方法(另见授予Wang的美国专利号6,280,454)。这些方法需要磁性材料、盖子或大量的电极位置，使得它们难以操作和应用。

最后，授予发明人Karell的题为“Apparatus and method for mitigating sleepand other disorders through electromuscular stimulation”的美国专利号5,792,067描述了使用放置在用户的上腭或咽部上的电极来减轻打鼾、呼吸暂停等的系统和方法。如题目所暗示的，该发明刺激肌肉，例如在口腔内，以减少打鼾和/或呼吸暂停，并且内部(在口中)的位置和施加的能量可能不舒服，并且不直接调节睡眠(例如起始、持续时间、质量等)。

因此，一般来说，提供对于用户而言是有效的且舒适的用于改善睡眠的经皮电刺激的装置和方法将是有利的。

公开内容

本发明涉及用于改善睡眠的方法和装置。改善睡眠可以指减少入睡时间，包括减少睡眠起始、增加/引起睡意和引起睡眠。改善睡眠也可以或可选地包括延长睡眠的持续时间或睡眠周期的某些部分的持续时间(例如，任何睡眠阶段：1、2、3、4和REM睡眠，慢波睡眠等)，减少睡眠中断(唤醒)等。

通常，这些方法可以包括将可佩戴的TES施加器施加至受试者，以及在入睡之前和/或在睡眠期间施加适当的TES。TES施加器通常由患者自己施加，并且在一些变型中，患者可以手动地调整一个或多个TES波形参数以增强舒适度。用于电极的附接位置可以包括头部上的至少一个位置(例如，太阳穴)，并且还可以包括受试者头部或颈部上的第二位置(例如，颈部后部)。可选地，两个电极位置可以在颈部上；一个电极位置可以在受试者的颈部上，并且第二电极位置可以在颈部下方；或者两个电极可以在颈部下方的受试者的皮肤上。

例如，非侵入性地减少睡眠起始和增加睡眠持续时间的方法可以包括在第一位置将第一电极附接到受试者的头部或颈部，并且将在第二位置将第二电极附接到受试者的头部或颈部，其中第一电极和第二电极耦合到由受试者佩戴的经皮电刺激(TES)施加器。一旦施加，TES施加器可以用于在刺激持续时间内在第一电极和第二电极之间施加电刺激。所施加的电刺激可以是如本文所述的和之前通过引用以其整体并入的于2015年5月18日提交的美国申请号14/715,476(现在US-2015-0328461)中所述的“集合波形(ensemblewaveform)”。例如，电刺激可以具有大于3mA的峰值振幅、大于250Hz的频率和大于10％的占空比。电刺激的施加可以持续至少一分钟的刺激持续时间以增强困倦、维持睡眠或增强困倦并维持睡眠。例如，刺激持续时间(施加器施加TES波形的时间)可以在1分钟至120分钟之间、在1分钟至90分钟之间、在1分钟至60分钟之间等等，或者可以是在任何较低的值(其中较低值可以是0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35，40、45、50、55、60、75、90、105、120等分钟)和较高的值(其中较高的值可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、75、90、105、120、150等分钟)之间，且较低的值始终低于较高的值。

可佩戴的TES施加器可以通过任何适当的方法来附接，包括粘合附接，使用带子附接，通过诸如帽子、衣带等的衣服附接，通过绷带或包裹等附接。如上所述，第一电极可以附接到受试者的头部，例如附接到受试者的太阳穴区域、前额区域等。第一电极可以直接在可佩戴的TES施加器的主体上或附接到其上。第二电极也可以附接到受试者的头部或颈部；例如，第二电极可以附接到受试者的隆椎上方的受检者的颈部。

这些方法中的任何一种方法可以允许受试者(其也可以被称为用户)关于要施加的电刺激选择一组参数。任何单独的参数或参数组合可以由用户调节/设置，并且该调节可以在施加刺激之前和/或期间执行。例如，受试者可以修改一个或多个参数，例如：刺激持续时间、频率、峰值幅度、占空比、电容放电的接通或关断(on or off)以及DC偏移。调整可以在固定/预定的值范围内进行(例如，对于频率，受试者可以在最小值(例如250Hz)和最大值(例如40kHz)之间调整频率，或在其间的任何子范围内调整频率)。

当受试者清醒，在睡眠前和/或在受试者睡觉时，TES施加器可被佩戴(并施加能量)。在一些变型中，可以在受试者睡觉之前移除装置(包括第一电极和第二电极和TES施加器)。

下面更详细地描述适合于增强睡眠的TES集合波形。一般来说，这些TES集合波形可以是单相的或双相的(或者在不同的时期为两者)；特别是改善睡眠的TES集合波形可以包括双相电刺激。这种双相电刺激可以关于正向和负向相位是不对称的。增强睡眠的TES波形也可以具有在10％至90％之间的占空比(例如，接通的时间相对于关断的时间)，例如占空比在30％至60％之间。也可以控制施加电流的峰值幅度。通常，峰值幅度可大于3mA(大于4mA，大于5mA，大于6mA，大于7mA，大于8mA等，或在大约3mA至大约30mA之间，在3mA和20mA之间，在5mA和30mA之间，5mA和20mA之间等)。

如上所述，可以在集合波形期间改变任何刺激参数(例如，峰值电流幅度、频率、DC偏移、百分比占空比、电容放电等)，使得不同参数的子周期可以被连续地施加。频率可以在250Hz和40kHz之间(例如，最小值：250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1500、2000、3000、4000、5000等Hz，和最大值：350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、12000、15000、20000、25000、30000、35000、40000Hz，其中最小值总是小于最大值)。

如上所述，可以使用任何适当的刺激持续时间。例如，在刺激持续时间内连续施加电刺激的步骤可以包括在至少五分钟的刺激持续时间内连续施加刺激。

可以使用适当的AM载波频率通过幅度调制来调节本文描述的任何TES集合波形。例如，施加TES波形可以包括施加具有幅度调制的电刺激，并且幅度调制通常可以具有小于250Hz的频率(例如，在0.01Hz和250Hz之间，在1Hz和250Hz之间，在5Hz和200Hz之间，在10Hz和200Hz之间等)。

在一些变型中，施加TES改善睡眠的集合波形可以包括施加具有脉冲串(burst)模式的电刺激。脉冲串模式可以包括所施加的TES刺激静止(“关断”)的时段。注意，虽然本文所述的大多数示例包括使用其中一个或多个(但通常仅一个)刺激参数在被顺序施加为集合波形的不同的、预定义的分量波形期间变化的集合波形，但是在一些变型中仅仅是施加单分量波形。类似地，对于一个或多个分量波形，分量波形可以连续地或离散地(逐步)变化。

例如，本文描述的是非侵入性地减少睡眠起始的方法，其可以包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极放置在受试者的太阳穴区域上，并且将第二电极放置在受试者颈部的背部上；激活可佩戴的TES施加器以在第一电极和第二电极之间传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中双相电刺激关于正向和负向相位不对称；并通过在第一电极和第二电极之间施加双相电刺激10秒或更长时间来减少睡眠起始。

例如，对受试者进行非侵入性诱导睡眠的方法可包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极置于受试者的太阳穴区域上的受试者皮肤上；将第二电极放置于受试者隆椎上方的颈部的背部；激活可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中所述双相电刺激关于正向和负向相位不对称；以及通过在第一电极和第二电极之间施加双相电刺激10秒或更长时间来诱导睡眠。

将受试者保持在睡眠中的方法包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极放置在受试者的太阳穴区域上的受试者皮肤上以及将第二电极放置在受试者隆椎上方的颈部的背部；激活可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中所述双相电刺激关于正向和负向相位不对称；以及通过在受试者睡着时在第一电极和第二电极之间施加双相电刺激10秒或更长时间来保持受试者的睡眠状态。

上述任何方法组分也可以并入任何这些示例性方法中。例如，附接TES施加器和/或电极可以指粘合附接、机械附接等。通常，TES施加器可以直接施加到身体(例如，将主体直接连接到患者的皮肤或衣服)或间接地例如，仅通过与已经附接到身体或可附接到身体的另一个构件(例如，电极)连接来附接到身体。

在本文所描述的任何方法中，可以允许和/或要求用户从可能的波形集合的列表中选择波形集合，其可以被标记以指示名称、内容、功效等。如已经提到的，可以许可或允许受试者(例如，使用可佩戴的电子装置和/或手持式电子装置)选择和/或修改要施加的电刺激的一个或更多个参数，其中参数可以包括以下中一个或更多：刺激持续时间、频率、峰值幅度和占空比。

电极和TES施加器可在受试者睡觉时被佩戴，或者在睡觉前被去除。例如，这些方法中的任何一种方法可以包括在受试者睡觉之前去除第一电极和第二电极和TES施加器。

通常，减少睡眠起始或诱导睡眠可包括：增加睡意和/或增加睡眠欲望。激活可包括在受试者清醒时传递双相电刺激。因此，在本文所述的任何这些方法中，方法可以包括监视受试者的睡眠。如上所述，睡眠可以使用可佩戴的TES施加器和/或使用单独的监视器来监视。例如，可以使传感器耦合到TES施加器以测量受试者的自主功能或与TES施加器通信(但是分开)来使用可佩戴的TES施加器以完成对受试者的睡眠的监视。监视可以包括以下中的一种或更多种：活动测定法(actimetry)、电流皮肤电阻、心率、心率变化或呼吸频率。监视可包括使用受试者佩戴的、耦合到受试者的传感器监视受试者的睡眠，或远程监视受试者而不与受试者身体接触。

本文描述的任何方法可以是自动或半自动控制的，并且可以包括处理来自任何传感器的反馈以调节TES的施加，包括基于所感测的值来修改一个或更多个TES波形参数。例如，这些方法中的任一个可包括当受试者睡着时基于生理测量或睡眠状态监视自动停止可佩戴的TES施加器的激活，和/或当受试者睡着时在固定延迟(例如1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、15分钟、20分钟等)之后自动停止可佩戴的TES施加器的激活。激活可以包括当受试者睡着时基于生理测量或睡眠状态监视激活可佩戴的TES施加器。

本文描述的任何方法可以是治疗睡眠障碍或睡眠相关障碍的方法。例如，这些方法中的任何一种方法可以包括治疗受试者的睡眠障碍的步骤。这种睡眠障碍的例子包括：特发性睡眠增多症、失眠、创伤后应激障碍、焦虑、情绪困扰、抑郁、双相情感障碍、精神分裂症；不宁腿综合征和周期性肢体运动障碍；昼夜节律障碍；昏睡病、深眠状态；轮班工作和时差；和嗜睡。

在这些变型中的任何一个中，该装置可以特别适用于在睡觉期间和之前的舒适性、便利性或实用性。例如，在具有诸如LED、屏幕等可视(例如，光)指示器的设备中，在操作期间和/或后续操作，和/或当检测到睡眠时，光可以被调暗或关断。例如，这些方法中的任何一种方法可以包括在可佩戴的TES系统被激活时调暗或关断经皮电刺激器的可视指示器(例如，LED或屏幕)。

虽然刺激参数可以由佩戴该装置的受试者调整或修改，但是这些方法中的任何一种方法可以包括在受试者睡觉时由不是受试者的一方修改可佩戴的TES设备的刺激参数，其中刺激参数包括以下中的一个或更多个：刺激持续时间、频率、峰值幅度、占空比、电容放电、DC偏移等。

如上所述，装置和方法还可以适于自动调整刺激参数。例如，这些方法中的任何一种方法可以包括基于受试者的睡眠质量低于阈值来自动修改可佩戴的TES设备的刺激参数，其中睡眠质量由以下中的一个或更多个来定义：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量、自主状态、EEG活动、EMG活动、运动、和一天当中发生睡觉的时间，而且其中刺激参数包括以下中的一个或更多个：刺激持续时间、频率、峰值幅度、占空比、电容放电、DC偏移等

任何这些方法还可以包括基于从受试者检测到的睡眠质量的量度来自动停止、启动或调节可佩戴的TES施加器，其中睡眠质量由以下中的一种或更多种定义：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量、一天当中发生睡觉的时间以及其他睡眠质量或数量度量。用于开始、停止或调节经皮电刺激的睡眠质量可以基于受试者的以下一种或更多种的测量：活动、应激反应、免疫系统功能、自主状态或其他生理评估。

放置可以包括在小睡之前或期间放置第一电极和第二电极。

在操作中，可佩戴的TES施加器可以自动或手动触发，以在受试者醒来时传递双相电刺激。该装置还可以被配置为在上床睡觉之前(直接地或经由用户计算设备)传送提醒受试者佩戴TES施加器的通知，例如基于来自TES施加器中的或无线地连接到TES施加器的、检测受试者何时在其卧室中的位置传感器的输入而在上床睡觉之前传送提醒受试者佩戴TES施加器的通知。

本文描述的方法还可以包括向受试者提供显示睡眠质量量度的度量，其中睡眠质量度量是以下中的一个或更多个：睡眠起始时间、睡眠时间长度、睡眠潜伏期、REM睡眠的总长度或百分比、NREM睡眠的总长度或百分比、慢波(深度)睡眠的总长度或百分比、睡眠周期的长度、夜间醒觉的数量和/或长度以及早晨醒来时间。

本文描述的任何方法可以包括基于受试者入睡之前的平均时间量或检测到的时间量来自动调整双相电刺激。本文描述的设备还可以被配置为执行这些步骤中的任何步骤，例如自动调整电刺激。

此外，本文所述的任何方法还可以包括在激活可佩戴的TES施加器时同时传递平静的感觉刺激，例如当激活可佩戴的TES施加器时同时传递平静的感觉刺激，其中平静的感觉刺激是听觉刺激、嗅觉刺激、热刺激和机械刺激中的一种或更多种。

本文还描述了用于促进、诱导和/或维持受试者睡眠的可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器。这些装置可以被配置为执行本文所述的任何方法。通常，这些装置可以包括：主体；第一电极；第二电极(该装置可以是单独但可附接的、例如耦合到主体的一次性电极组件的一部分)；以及至少部分在主体内的TES控制模块。TES控制模块可以包括处理器、定时器和波形发生器，并且TES控制模块可以适于在刺激持续时间(例如，10秒或更长)内在第一电极和第二电极之间传递电(例如，双相、不对称)刺激信号。可以是TES集合波形的电刺激可以具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度，其中双相经皮电刺激关于正向和负向相位不对称。可佩戴的TES施加器通常可以是轻质的(例如，重量可以小于50克等)。本文描述的任何TES施加器可以包括耦合到主体的至少一个传感器以用于对受试者的睡眠监视。

可以使用任何适当的增强睡眠的TES波形。例如，占空比可以在10％和90％之间。经皮电刺激可以具有大于250Hz、500Hz、750Hz、5kHz等的频率。经皮电刺激可以包括如上所讨论的具有小于250Hz的频率的幅度调制。经皮电刺激可以包括脉冲串模式，例如具有小于250Hz的脉冲串频率的脉冲串模式。

如上所述，本文描述的任何装置可以特别适用于睡眠。在一些变型中，这可以包括具有预编程的TES波形和/或包括用于监视受试者的睡眠的反馈和/或用于在修改/控制所施加的刺激时对受试者使用任何与睡眠相关的数据。该装置可以包括测量受试者的自主功能的至少一个传感器，其中自主功能的测量可以测量以下中的一个或更多个：电流皮肤电阻、心率、心率变化或呼吸频率。至少一个传感器可以包括用于检测受试者的运动的传感器(例如，单轴或多轴加速度计等)。运动传感器可以被配置为与控制器通信地检测受试者的运动；运动传感器可被受试者佩戴，被耦合到受试者的床，或者可以远程检测运动而不与受试者直接或间接物理接触。

TES控制模块可以被配置为当受试者睡着时基于来自传感器的测量，例如当受试者睡着时以固定的延迟(例如，1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、12分钟、15分钟、30分钟、45分钟、1小时等)，自动停止双相电刺激的传递。

TES控制模块(“TES控制器”)可以被配置为当受试者睡着时基于从至少一个传感器导出的生理测量而自动开始双相电刺激的传递。

这些设备中的任一个设备可以包括可视化指示器(灯、屏幕等，包括LED、显示器等)，其被配置为在可佩戴的TES系统被激活时被关小或关断。

TES控制器还可以被配置为基于睡眠质量低于阈值来自动停止、启动或修改双相电刺激的传递，其中睡眠质量由TES控制模块(或通信地连接到TES控制模块的计算设备)基于来自至少一个传感器的数据来进行定义，并且对应于以下中的一个或更多个：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量和一天当中发生睡觉时的时间。如果受试者唤醒，TES控制器也可以被配置为自动或手动地传递双相电刺激。

附图简述

特别地，本发明的新特征在所附权利要求中陈述。通过参考以下详细描述和附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，该详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施例，在附图中：

图1示意性地示出了可以根据波形参数被重复和被修改以形成可以组合以形成集合波形的分量波形的基本波形，如本文所述。

图2A-2F示出了关于可以与本文所述的增强睡眠的方法和装置一起使用的模型用户头部的一种配置(“配置3”)的电极位置。

图3A示出了可以被配置为与本文描述的集合波形一起使用(并且可以传递)的神经刺激器的一个示例。

图3B-3G示出了本文所述的神经刺激器的另一示例。

图3H-3K示出了电极组件的一个变型的第一示例。

图3L示出了可以佩戴在受试者的头部和/或头部和颈部以增强睡眠的电极组件的施加。

图3M示出了佩戴在受试者头部的神经刺激器设备。

图4A-4D示出了关于可以与本文所述的增强睡眠的方法和装置一起使用的模型用户头部的另一配置(“配置4”)的电极位置。

图5示出便携式、有线TES神经刺激器系统的组件。

图6示出无线地连接到包括微处理器的控制单元的TES神经刺激器系统的组件。

图7显示配置、致动且终止TES会话(session)的工作流程。

图8A-8D示出了关于可以与本文所述的增强睡眠的方法和装置一起使用的模型用户头部的另一配置(“配置6”)的电极位置。

图9是显示以用户群体(n＝10)计的根据本文描述的方法的整体睡眠改善(使用匹兹堡睡眠质量指数PSQI)的图表。较高的分数(例如PSQI大于5，最高得分为21)被认为是较差的睡眠质量。用于本研究的受试者具有刚刚超过5的PSI。用两种实验性TES方案(“低F”或“高F”)中任何一种进行治疗后，PSQI评分得到改善。

图10A-10C对图9所示试验中的接收治疗方案A(低F)或治疗方案B(高F)的受试者的觉醒时间(WASO，图10A)、时间清醒的百分比(图10B)和自我报告的WASO(图10C)进行比较。

图11A-11C分别示出了在非常低、低和高频带中的心率变化(HRV)功率。心率变化方面的改变可能表明受试者的自主神经系统的调节。在这些实验中，比较了两种有效刺激方案(低F和高F)，检查了10名受试者(n＝10)。

图12A-12C分别示出了如以上关于图9治疗的患者(n＝10)的焦虑、抑郁和压力。这些措施是基于DASS(抑郁、焦虑和应激反应量表)，是0和3之间的临床测量。

图12D-12G示出了图12A-12C中描述的相同患者的正面情感(图12D)、负面情感(图12E)、烦躁(图12F)和疲劳(图12G)。情感性是在5点刻度上被测量到(图12D和12E)，烦躁是在0至3刻度上被测量到(图12F)，而疲劳是在0至10的刻度上被测量到(图12G)。

图13A和13B示出不同(有效)睡眠增强刺激方案之间关于小睡的次数(图13A)和瞬间应激反应(图13B)的比较。

图14A和14B分别比较在不同的增强睡眠的刺激方案之间的早晨淀粉酶和早晨皮质醇的测量。两个方案与基线(未示出)相比明显不同，并且可以彼此不同，与图9-13B(淀粉酶：p＝0.036；皮质醇：p＝0.040)所示的结果一致。早晨唾液在每个患者醒来的30分钟内进行测定。下午或晚上皮质醇在患者之间无差异。

图15A是具有本文所述的“高F”集合波形的另一示例的波形参数的表。图15B是具有类似于图15A所示的集合波形的另一变型的表。图15C是具有如图15A-15B所示的集合波形的另一变型的表。

图16是示出可以适合用作增强睡眠的TES波形的集合波形的另一示例的表。该变型与本文所述的低F集合波形一致。

图17是示出如本文所述的非常低的F集合波形的一个示例的表。

发明描述

通常，本文描述了用于经皮电刺激(TES)以增强睡眠的方法和装置(设备和系统)，包括对受试者减少睡眠起始(例如，增加睡意，减少睡眠起始潜伏期和诱导睡眠)和/或增加持续时间和/或睡眠质量。睡眠质量可能与在受试者睡眠期间的一个或多个睡眠阶段的长度和/或比例有关。特别地，如本文所述，TES可以在期望的睡觉时间和/或仅在此前(例如，在30分钟内，在25分钟内，在20分钟内，在15分钟内，在10分钟内，在5分钟内等)被施加，诸如当受试者准备或已经准备睡觉时(例如，躺下等)。施加的TES的刺激参数(持续时间、幅度、频率、占空比百分比、双极/单极、DC偏移、AC分量/AC频率、电容放电的存在等)和对受试者的刺激位置(电极的附接位点)以及TES施加器的功能和感觉(施加器的重量，放置和形状)可以影响关于增强睡眠的功效，并且被本文描述。

如将在下面更详细地描述的，已经发现使用佩戴在受试者的头部和/或颈部上的可佩戴的TES施加器施加的TES波形的刺激参数(频率、峰值电流幅度、占空比)的特定范围是有效的，而这些参数之外的刺激和/或在不同位置的刺激可能不那么有效。通常，在100Hz或更大的频率(例如，150Hz、200Hz或更大、250Hz或更大、300Hz或更大、400Hz或更大、500Hz或更大、600Hz或更大、700Hz或更大、750Hz或更大、800Hz或更大、1kHz或更大、2kHz或更大、5kHz或更大等，特别是250Hz或更大)下、以大于10％的占空比或更大(例如，在10％至90％之间，在20至80％之间，在30至80％之间等)、峰值幅度为3mA或更大(例如，4mA或更大、5mA或更大、6mA或更大、7mA或更大、8mA或更大、9mA或更大、10mA或更大等)特别有效。因为这样的刺激参数(例如，在相对高的峰值电流幅度下的低频率)可能是痛苦的并且因此阻止睡意或睡眠，所以调节所施加的TES使得即使在睡觉之前也可以舒适地承受可能是特别有用的。例如，施加的TES波形可以是双相的，并且在一些变型中关于正向相位和负向相位是不对称的。在一些变型中，可以在脉冲施加期间(例如，在TES刺激的例如正向脉冲、负向脉冲等期间每个或子集上)施加电容放电(例如，在电极(和主体内)中积聚的放电电容的快速去极化分量))。

传递给受试者(例如，头部和/或颈部)的特定类型的TES波形可以改善睡眠的数量和质量。在这种情况下，用户醒来感觉休息更多、情绪更积极、焦虑更少且压力更小(既可以自我报告，也可以通过唾液的生物化学分析评估)。例如，通过，利用在前额/太阳穴区域处的阳极和在受试者颈部上的阴极附接的可佩戴的TES施加器传递15分钟的TES波形(传递具有可变频率、通常在250Hz和11kHz之间的、在2-12mA的不对称的峰值电流的脉冲波形)，显示了睡眠的显著改善，例如，相比于基线或相比于无效(伪)的TES波形，减少了睡眠起始(入睡时间)、持续时间(延长睡眠持续时间)以及受试者的睡眠质量(例如，自我报告的评估)睡眠与基线或非有效(假)TES波形相比。

本文描述了用于使用TES刺激方案和电极配置的经皮电刺激(例如，神经刺激)的方法和装置，其有助于进入睡眠，加速睡眠诱导，改善睡眠的恢复质量和/或增强维持受试者的睡眠状态的概率。本文描述的装置通常可以包括用于传递经皮电刺激的神经刺激器、电连接到神经刺激器用于将电刺激传送到受试者的适当的真皮电极、以及可选地可以以有线或无线的方式连接到神经刺激器的控制器单元(包括用户计算设备，如智能手机、平板电脑、可佩戴设备(如智能手表或Google眼镜)或计算机)。本文描述的用于改善睡眠的TES装置被配置为传递适当的TES波形并且被配置为以用于对受试者诱导困倦或睡眠状态的适当配置耦合经皮电极。描述了在睡觉之前或在睡觉期间使用TES系统改善受试者睡眠(例如，以下中的一个或更多个：减少睡眠起始、促进入睡、诱导睡眠、增强维持睡眠的可能性、修改睡眠质量等)的方法。本文还描述了被配置为特别用于增强睡眠的可佩戴的TES装置(例如神经刺激器)。

这些神经刺激器可以能够具有自主功能和/或通过有线或无线连接到计算机化的用户设备(例如智能电话、平板电脑、膝上型计算机、其他可佩戴设备)来控制。神经刺激器可以被配置为特别地用于在包括强度和频率在内的参数的一定范围中传递刺激，其被确定为有效用于诱导、增强或促进睡眠同时使由于提供的相对大的幅度刺激导致的疼痛和不适最小化。例如，装置(诸如TES施加器)可包括具有允许装置施加在有效范围内的信号的电路(例如硬件)、软件和/或固件的控制模块，该控制模块包括例如一个或多个处理器、定时器和波形发生器。

相对于用于改善睡眠的经皮电刺激的现有系统，本文所述的系统和方法对治疗和影响(不限于治疗或诊断任何医疗状况)睡眠产生更强大的效果。这些装置可以使用可替换的、一次性的(例如，消耗性)电极，并且还可以使用适当的电刺激参数；这种组合可以减轻不适，使得能够传递更高的峰值电流以进行真皮刺激而不会传递可能唤醒受试者的令人难受的或痛苦的刺激。较高的峰值电流通常会提供更强大的效果。

本文所述的神经刺激系统可以包括两个或更多个部分：(1)轻便(例如小于100g，小于75g，小于50g，小于40g，小于30g，小于25g，小于20g等)、可佩戴(或便携式)神经刺激设备(神经刺激器)，其被配置为佩戴在受试者(通常在头部或颈部上)上或便携式并耦合到受试者，并且包括处理器和/或控制器以准备要被施加的TES波形；和(2)可消耗/一次性电极组件，以将TES波形传递给佩戴者。在某些变型中，第三组件可以是与神经刺激器分开但与神经刺激器通信的控制器。例如，在某些变型中，控制器可以是与神经刺激器无线通信的用户设备。在某些变型中，控制器是移动电信设备(例如，智能手机或平板电脑)，所述移动电信设备通过发送指令并且与神经刺激器交换双向通信信号的应用程序来控制。例如，控制器可以是软件、硬件或固件，并且可以包括能够被用户下载以在无线可连接的(即，通过蓝牙)设备(例如，手持装置例如智能手机或平板电脑)上运行以允许用户选择由神经刺激器传递的波形的应用程序，包括允许实时或短延时(如，小于一秒、小于500ms等)调节传递的神经刺激以增强睡眠，如本文所描述。可选地，电极可以是可重复使用的并且集成在具有TES控制器的单个组件中。

本文描述的方法和装置可以诱导平静或放松的精神状态，并且可以促进、诱导或维持受试者的睡眠状态。这类感知效果包括与放松和平静精神状态相关的感知效果，例如：平静的状态，包括可以迅速被诱导的平静状态(例如，在开始传递TES波形的大约5分钟内)。在一些变型中，这些效果可包括无忧状态的精神状态；无焦虑的精神状态；诱导睡眠；减缓时间流逝；增强的生理、情感或和/或肌肉放松；增强集中度；抑制分心；提高认知和/或感官清晰度；离解状态；类似于由影响精神的化合物(即酒精)引起轻度中毒的状态；类似于由影响精神的化合物(即吗啡)引起轻度兴奋的状态；描述为轻松愉快的精神状态的诱导；增强的听觉和视觉体验(即多媒体)的感受；减少的生理唤醒；增加的处理情绪或其他压力的能力；与下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)和/或网状激活系统的活动的变化相关的和/或通过调节与通常与压力、焦虑和精神机能障碍的生物标记物的减少相关联的交感神经和副交感神经系统之间的活动平衡的心理生理觉醒的减少；抗焦虑；高头脑清晰的状态；增强的身体性能；提升对压力的有害后果的抵抗；周身(即臂和/或腿)放松的身体感觉；能够听到心脏跳动的身体感觉等等。

更有意义的是，在一些变型中，TES波形可以如本文提出的在会话(TES的施加)结束之后不久增强睡眠；在会话期间，可能不会感到困倦/放松，且实际上施加可能会轻微不适。如本文所述，不适可以被最小化，并且可能是短暂的；一旦这些(通常较低频率)刺激波形的施加已经被停止，则可能影响睡眠的增强。

本文所述的装置(系统和设备)和方法允许可再现睡眠的增强，如本文所述。由所述的方法和设备产生的效果至少部分可依赖于电极的位置。使用本文所述的TES波形参数可能是特别有利的，将电极施加在受试者的头部、颈部和头部或颈部以及头部以外的身体其他部位上。下面描述了用于增强睡眠的三种配置。这些配置是示例性的，并且不意味着对于可以诱导这些认知效果并因此改善受试者的睡眠的配置的限制。

图2A-2F示出了用于增强受试者200中的睡眠的第一电极配置，并且为了方便起见，本文可以将其称为“配置3”。第一电极位于受试者的太阳穴区域附近的受试者的皮肤上(例如，在右眼的上方且稍微向右侧，或受试者的左眼的左侧)，并且将第二电极放置在受试者的颈部(例如，在颈部中心的上部，如图2E所示)。有利的实施例包括用于颈部的具有至少约20cm²区域的电极和接近右太阳穴的具有至少约10cm²(优选地至少约20cm²)的电极。此区域的TES刺激可导致增强平静或放松的精神状态。图2A和2B示出了用于太阳穴电极202和颈电极201、203的有效面积的宽泛轮廓(尽管这些区域内的实际电极将小于所勾勒出的区域)。例如，有效电极尺寸和位置可以如图2C所示，其中矩形太阳穴电极205和圆形电极(在颈部的右侧)204被施加到受试者。在图2D中所示的有效电极尺寸和位置的另一示例中，将小的圆形的太阳穴电极206和细长的椭圆形电极(在颈部的右侧)207施加到受试者。在图2E-2F中所示的有效电极尺寸和位置的第三示例中，将椭圆形太阳穴电极209和大致矩形电极(以颈部的上部为中心)208施加到受试者。

图4A-4D示出了用于增强受试者4500的睡眠的第二电极配置，并且为了方便起见，本文可以将其称为“配置4”。第一电极定位在受试者的鼻梁4501的附近的受试者的皮肤上，并且第二电极位于距离第一电极几英寸的受试者的身体上4502、4503、4504(例如，在受试者的头部或颈部上，包括前额或太阳穴)。该配置的一个优点是电极放置对用户自己来进行相对容易。图4A示出放置在鼻梁4501上两眼之间的圆形阳极电极的模型受试者4500。在优选的实施例中，阳极电极跨度小于1”且灵活，以便符合邻近受试者的鼻梁区域的曲率。阳极电极可为经配置为易于放置在鼻子上的弯曲区域的圆形、椭圆形、正方形、矩形或不规则形状。在优选的实施例中，第二电极(例如，阴极)位于选自包括但不限于以下项的列表的位置处：太阳穴4502(如图4B所示)、前额4504(图4C)、颈部4503(图4D)、乳突、肩部、臂部或在脸部、头部、颈部上的或颈部以下的身体的其他区域。第二电极可置于身体的任一侧。在一些实施例中，可使用多个阴极电极。前额电极可易于使用镜面或智能手机(或平板电脑)的前置相机固定，并且阴极定位不需要很精确。

图8A-D示出了用于增强受试者800的睡眠的第三电极配置，并且为了方便起见，本文可以将其称为“配置6”。根据实施例，利用使用配置6的TES进行治疗的受试者可体验不同形式的神经调节，所述不同形式的神经调节具有依赖传递的波形和强度的不同的认知效果。在使用配置6的TES的系统和方法将电极电耦合到受试者800在双眼之间的鼻梁801处(“鼻”电极)，且第二电极接近前额中部，高于鼻电极。在实施例中，鼻电极为阳极，且前额电极为阴极。较上方的电极可以是中间的并且靠近鼻梁802(图8A)，相对于鼻梁间的且较上方的803(图8B)，相对于鼻梁中间的且较上方的偏左或偏右804(图8C)，或者相对于鼻梁更大的且更上方805(图8D)。与其他配置相比，可以切换阳极和阴极，并且在受试者中仍然实现有益的神经调节作用。在优选的实施例中，具有该电极配置的系统和方法传递不同的电刺激波形以实现不同认知效果。在3kHz至15kHz(如3kHz至5kHz之间)的频率下使用强度大于4mA的交替(或脉冲双相)经皮电刺激电流的TES诱导受试者具有包括但不限于以下列出的认知效果的神经调节：增加睡意；增加睡眠欲望：诱导睡眠；诱导轻松的精神状态；并诱导平静的精神状态。使用大于1mA的强度、频率小于3kHz(优选在750Hz和1kHz之间)的交替经皮电刺激电流的TES诱导具有包括但不限于以下列出的认知效果的神经调节：增加能量和增强的觉醒性，并且因此不是与该配置一起使用以用于促进、诱导或保持睡眠状态的有益的一组波形参数。

用于诱导或增强睡眠的可选电极配置包括：颈部上的第一电极和肩部上的第二电极(即三角肌，上臂等)；每个肩膀上一个电极(即三角肌，上臂等)；和两个电极在颈部。

图7示出用于配置、致动和结束TES会话的示例性工作流。根据本发明的实施例，在TES设备上的或无线连接到控制单元的用户输入700可用于选择所需的认知效果701，其确定要实现所需的认知效果的电极配置设置702，包括选择电极或包含电极的TES系统，和确定电极的正确位置。如上所述，配置3、4和6是有益于改善睡眠的三个示例配置。在实施例中，用户的配置指令703通过选自包括但不限于以下列出的一种或更多种方式来提供：经由用户接口提供的指令；提供给用户的工具包；经配置为使TES电极接触到用户身体的适当部分的可佩戴系统；由用户自动完成的电极选择和定位(例如，由于以往的使用TES的体验)；通过TES的熟练技术人员提供的援助；以及经由其他方式提供的指令。

基于这些指令或知识，用户或其他个人或系统将电极定位在身体上704。在一些实施例中，在电极定位在身体上后，TES会话自动开始707。在其他实施例中，在TES会话开始707之前，通过TES系统检查电极的阻抗705。在一些实施例中，在通过TES系统检查电极的阻抗705之后，在TES会话开始707之前用户致动TES设备706。在其他实施例中，在将电极定位在身体上704之后，用户致动TES设备706以开始TES会话707。一旦TES会话开始，下一个步骤就是使用指定的刺激方案传递电刺激708。在一些实施例中，用户致动TES会话的结束709。在其他实施例中，当刺激方案完成时TES会话自动结束710。

图5示出便携式、有线TES神经刺激器500示意性图示。根据实施例，粘附电极501经由连接器502和线503连接到TES控制器504。TES控制器504有若干部件，包括电池和受保护的AC电源505、保险丝以及其它安全电路507、存储器508、微处理器509、用户接口510、电流控制电路506和波形发生器511。

图6示出包括与微处理器控制的控制单元609(如，运行Android或iOS操作系统的智能手机，诸如iPhone或Samsung Galaxy，平板电脑，诸如iPad，个人计算机，包括但不限于膝上型电脑和台式计算机，或任何其他合适的计算设备)无线通信的粘附的或可佩戴的TES神经刺激器600的TES系统的实施例。在本示例性实施方式中，粘附的或可佩戴的神经刺激器600通过以下方式中的一种或更多种来使两个或更多个电极与受试者保持有皮肤接触：粘合剂、固定于或佩戴于用户身体一部分上的成形的形状要素(form factor)(例如头带或围绕耳部的“眼镜”形式的形状要素)。在示例性实施例中，粘附的或可佩戴的神经刺激器600包括组件：电池601、存储器602、微处理器603、用户接口604、电流控制电路605、保险丝以及其他安全电路606、无线天线以及芯片组607和波形发生器616。微处理器控制的控制单元609包括组件：无线天线以及芯片组610、图形用户界面611、用于提供关于TES会话的反馈的一个或更多个显示元件612、一个或更多个用户控制元件613、存储器614以及微处理器66。在可选实施例中，神经刺激器600可以包括额外的或更少的组件。本领域的普通技术人员将理解，神经刺激器可以由多种部件组成，并且本发明的实施例涉及使用任何此类部件。

粘附的或可佩戴神经刺激器600可以经配置为使用无线通信协议608与微处理器控制的系统609双向通信。该系统可经配置为无线传送各种形式的数据，包括但不限于触发信号、控制信号、安全警报信号、刺激定时、刺激持续时间、刺激强度、刺激方案的其他方面、电极质量、电极阻抗和电池电平。可以使用本领域已知的方法与设备和控制器进行通信，所述方法包括但不限于RF、WIFI、WiMAX、蓝牙、BLE、UHF、NHF、GSM、CDMA、LAN、WAN或其他无线协议。由例如遥控器发射的脉冲红外光线是另外的无线通信形式。近场通信(NFC)是用于与神经调节系统或神经调节圆盘(puck)进行通信的另一种有用的技术。本领域的普通技术人员将理解，存在可用于本发明的实施例的多种无线通信协议，并且本发明的实施例被设想为与任何无线通信协议一起使用。

粘附的或可佩戴神经刺激器609可以包括或可以不包括用户接口604，并通过无线通信协议608由控制单元609专门控制。在可选的实施例中，粘附的或可佩戴神经刺激器609不包括无线天线和芯片组607，并通过用户接口604专门控制。本领域技术人员将认识到，替代的神经刺激器系统可被设计成具有多种配置，同时仍然能够经皮传递电刺激到受试者中。

通常，任何适当的神经刺激系统可以使用(和/或被配置为使用或操作)如本文所述的用于增强睡眠的集合波形。图3A和图3B-3M描述并示出了可以使用的神经刺激系统(神经刺激器、电极、控制器)的示例。例如，神经刺激系统可以包括被配置为佩戴在头部上的轻量级、可佩戴的神经刺激器设备(神经刺激器)和消耗性/一次性电极组件；此外，包括处理器和无线通信模块的可由用户(“用户设备”)佩戴和/或保持的设备可以用于控制可佩戴神经刺激器的神经刺激的施加。神经刺激器和/或用户设备可以特别适于传递如本文所述的集合波形。例如，用户设备可以呈现集合波形的列表，并且允许用户在它们之间进行选择以便选择期望的认知效果。可以通过期望的效果(例如，增强睡眠起始，改善睡眠质量等)和/或通过时间和/或通过排名等排序集合波形。此外，用户设备可以适于与可佩戴的神经刺激器通信，并且可以传输所选择的集合波形的标识符和/或定义集合波形的所有部分(例如，分量波形或分量波形的部分)的波形参数，以及任何用户调整，例如用户修改用于修改通过例如衰减集合波形参数而传递的实际波形的感知强度。因此，例如，用户设备可以被配置为发送集合波形参数，并且神经刺激器接收集合波形参数(持续时间、斜坡参数/斜坡时间、电容放电参数、电流幅度、频率、百分比占空比、电荷不平衡百分比，等等。)。

用户设备在本文中也可以称为控制器，并且控制器(用户设备或用户计算设备)通常与神经刺激器分离，但与神经刺激器通信。例如，在某些变型中，控制器可以是与神经刺激器无线通信的用户设备。在某些变型中，控制器是移动电信设备(例如，智能电话或平板电脑)或可佩戴电子器件(如，Google眼镜、智能手表等)，其通过发送指令并且与神经刺激器交换双向通信信号的应用程序来控制。这些实施例中的任一个可以被称为手持设备，因为它们可以被保持在用户的手中或佩戴在用户的人身上。然而，也可以使用非手持控制用户设备(例如，台式计算机等)。用户设备可以是运行专门配置为用作控制器的应用程序软件的通用设备(例如，智能电话)，或者可以是具体(并且可能专门地)配置以用于本文描述的神经刺激器的定制设备。例如，控制器可以是软件、硬件或固件，并且可以包括能够被用户下载以在可无线连接的(即，通过蓝牙)设备(例如，手持设备，例如智能电话或平板电脑)上运行以允许用户选择通过神经刺激器传递的波形的应用程序，包括允许实时调节传递的神经刺激以修改用户的认知状态，如本文所描述。

神经刺激器可以施加集合波形持续约3-30min(或更久)，该集合波形由具有重复波形特征的不同的“块”构成；波形集合可以包括在不同的块之间的过渡区域。通常，波形块中的至少一些(并且在某些变型中它们的大部分或全部)通常具有>3mA(例如，>3mA，大于4mA，大于5mA，在5mA和40mA之间、在5mA和30mA之间、在5mA和22mA之间等等)的电流幅度以及>100Hz(例如，在750Hz和25kHz之间、在750Hz和20kHz之间、在750Hz和15kHz之间等等)的频率，电流通常是双相的并且是电荷不平衡的，并且具有在1-90％之间(例如，在10-90％之间，在30-80％之间，在30-60％之间等等)的占空比。这些特征中的一个或更多个可以在刺激期间随着每几秒至每几分钟的时间尺度随着集合波形在后续分量波形之间位移(shift)而变化。

当被佩戴时，系统可以类似于图3M中示出的系统，具有附接在受试者的头部和/或颈部上的两个位置(点或区域)处的电极组件以及附接至电极组件的神经刺激器，如所示出；在某些变型中，单独的控制器可以被附接以协调刺激的施加。

如本文将更详细地描述的是，神经刺激器可以是轻质的(例如，小于30g、小于25g、小于20g、小于18g、小于15g等等)并且自包含的，例如封闭电路系统、电源和无线通信部件例如可再充电的电池和充电电路、蓝牙芯片和天线、微控制器、被配置成以10秒和数十分钟之间的持续时间传递波形的电流源。神经刺激器还可以包括安全电路。神经刺激器还可以包括为了确定电极被附接以及其是什么“种类”的电极(即，关于配置3与配置4；或指示制造的批次和/或来源)的电路。图3A和图3B-3G示出神经刺激器的两种变型。

例如，图3A示出了本文所述的神经刺激器的第一示例。在图3A中，神经刺激器被示出具有附接的一对电极。第一电极601直接耦合至TES施加器602的主体603，以及第二电极606通过线缆或线604连接至施加器602的主体603。这些电极彼此分离，并且可以是可更换的/一次性的。不同形状的电极607可用于相同的可重复使用的神经刺激器。该示例中的神经刺激器包括刚性外部主体，一对电极可附接到该刚性外部主体，经由一个或多个插头式连接器进行电接触。

图3B-3G示出了本文所述的神经刺激器的另一个实施例。在该变型中，神经刺激器也是附接于电极的轻质、可佩戴的神经刺激器，并且包括用于与电极上的两个(或潜在的更多个)电活性区(例如，阳极和阴极区域)进行电连接的触点。然而，在该示例中，神经刺激器被配置为利用悬臂电极装置进行操作，并且在神经刺激器的底部(下侧或面向皮肤侧)的偏心区域机械地和电气地附接到电极装置，允许一个端部区域牢固地保持在皮肤上，而另一个边缘区域不以这种方式固定住。因此，即使在将电极组件(其可以是柔性的)牢固地保持在皮肤上的情况下，“漂浮”端可稍微调整到头部的不同弯曲度。因此，该悬臂附接机构可以增强设备的舒适度和可调整性。此外，神经刺激器设备可以被特别地配置为使得即使对于戴眼镜的用户，也可以舒适地佩戴在用户的太阳穴处。例如，该装置可以被配置为使得面向皮肤侧(其经由一个或更多个连接器连接到电极组件)以具有轻微扭曲角的略微凹入的表面弯曲。这种弯曲形状可以帮助装置更贴合地(更均匀地)配合到太阳穴表面。此外，设备的一端(与用户眼睛和用户耳朵的边缘成一直线定位的端部)可以比相对端更薄(例如，小于2cm，小于1.5cm，小于1cm，小于0.8厘米等)，其可佩戴在太阳穴上更高处。

例如，图3B-3G各自示出了神经刺激设备(神经刺激器或电刺激器)的变型的前、后、左侧、右侧、顶部及底部的透视图，该神经刺激设备可与悬臂电极装置一起使用。神经刺激器的整体形状可以是三角形的，并且特别地，适于连接至电极装置并且面向患者的神经刺激器的(尽管弯曲的/凹形的和扭转的)表面可以是三边的(诸如大致三角形的)。这种大致三角形形状可以包括圆形边缘，并且刺激器的厚度(在垂直于接触悬臂电极装置的表面的方向上)可以改变，例如，沿着一个侧面以及特别地将在耳部的方向上从眼睛的边缘横向地延伸的侧面(眼窝/边缘和耳廓边缘之间的部分)变得更薄。当有助于装配/被佩戴在大部分人的面部/头部的倾向于没有头发的区域中时，该形状也可以是有益的。可以覆盖活性电极区的粘合剂和导电性水凝胶两者在具有很少或没有头发的皮肤上更有效地起作用。该薄的较低拐角(眼窝/耳廓拐角)可以在眉毛和头发际线之间配合，而较宽部分被定位在其中不太可能有头发的前额区的上部。

在图3B-3G中，根据受试者将佩戴装置的位置标出神经刺激器的各个边缘，与图3M中所示的相似。总的来说，单元的朝着耳朵佩戴的一侧为耳廓边缘，佩戴在前额上的最高的一侧为上边缘，佩戴在最靠近眼睛/眉毛的一侧为眼窝边缘。神经刺激器的总体形状是三角形的(包括圆形边缘)。如所示出，如本文使用的三角形包括具有在三个侧面之间的圆形/平滑的过渡的形状。面向受试者的表面特别地是仿形的以按预定义的方向装配，使得受试者难以或不可能误用，并且使得将附接的悬臂电极装置的活性区放置在错误的地方的风险是困难的或不可能的。当将悬臂电极装置附接至神经刺激器时，悬臂电极装置可以折曲或折弯，使得其是仿形的以匹配弯曲的且扭曲的表面。此表面是鞍形状的截面，其中存在曲率轴和扭曲轴，表面围绕该曲率轴是凹形弯曲的，该扭曲轴可以使弯曲的表面扭曲(两个轴可以不同或相同)。

本文描述的任何神经刺激器可以在壳体内包括处理器(例如，微处理器)或控制器、连接到处理器的无线通信模块以及电源(例如，电池等)。电源可以被配置为在用户佩戴时向内部电路和/或驱动在电极的阳极和阴极区域之间的电流的电路提供电力。电源可以是高压电源，例如能够在这些电极端子上提供高达60V的电压。通常，该装置还可以包括被配置为调节由处理器所要求的传递的能量(例如，电流)的电路，该处理器又可以经由无线通信模块从控制器接收指令。控制器还可以传达信息，特别是关于电极的信息，包括确认电极组件的连接和/或所附接的电极组件的类型(例如，平静、能量、制造/型号、批次等)，以及与用户皮肤接触的指示符(例如，电导、与电导成比例的参数或可从其导出电极的电导的估计值的值)。

电极组件可以机械地和/或电气地连接至神经刺激器，例如，通过在一个或更多个(例如，两个)连接器(例如卡扣接收器(snap receiver))处卡扣到神经刺激器的下侧。因此，在某些变型中，神经刺激器可以通过电极组件保持到受试者的(用户的)头部；电极组件可以被粘附地连接至用户的头部和/或颈部以与用户上的期望的区域形成电接触，并且神经刺激器可以被例如粘附地和/或电气地连接至电极组件。如下所述，神经刺激器和电极组件之间的连接器可以位于允许神经刺激器被牢固地连接至电极组件并且因此连接至用户的头部/颈部而不扰乱连接并且同时允许系统被佩戴在各种不同的体型上的特定且预定的位置。

电极组件连同特定的实施例和变型通常在下文中详细地描述。特别地，本文描述了电极组件，该电极组件是薄的(例如，通常小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1mm等等厚度，这可以不包括可以从薄电极组件延伸出来的连接器的厚度)并且柔性的并且可以是平坦的(例如，在平面中形成)。例如，它们可以被印刷在柔性材料上，例如用于印刷柔性电路的材料。在使用中，它们可以围绕头部包裹以使其在至少两个位置(例如，在太阳穴和颈部的背部)中接触。电极组件可以包括连接器(电气的和/或机械的)，该连接器从另外的平坦/平面的表面延伸出来以使电极组件的活性区连接至神经刺激器。例如，神经刺激器可以通过从电极组件的前部延伸的一个或更多个卡扣来机械连接且电连接。在某些实施例中，一个卡扣连接至被粘合剂环绕以使活性区粘附至用户的头部的第一活性电极区(阳极区或阴极区)。在电极组件的单独的部分上的第二电极区(阳极的或阴极的)可以被电连接至其他的连接器。例如，第二电极区可以适合于装配在横穿在发际线的基部处的用户的颈部的区域上，例如在颈部的中线附近(平静电极配置)。

电极装置可以被印刷(例如，通过柔性印刷、用导电油墨的激光印刷、丝网印刷等等)在柔性塑料基底(柔性基底)上并且还可以包括与面向皮肤的电极相对的侧面上的一对连接器(卡扣)。在组件的后部上的电极活性区可以包括导体层(例如，银)，在该导体层上是牺牲的且充当pH缓冲器的Ag/AgCl层。下一个水凝胶层覆盖Ag/AgCl电极，使得其可以将电荷横穿活性区均匀地转移至皮肤中。电极组件的围绕活性电极区的一部分可以具有允许与用户的皮肤良好接触的粘合剂。

可以存在电极组件的多种构造(例如，形状)，并且，如本文更详细地描述，电极组件通常可以在柔性材料(“柔性电路”材料)上形成并且机械地且电气地连接至神经刺激器。

图3H-3K示出悬臂电极装置(“电极装置”)的一个变型，该变型可以与神经刺激器一起使用且可佩戴在受试者的头部上。该变型适于连接到用户的太阳穴区域和用户颈部的背部。在此示例中，悬臂电极装置400包括多个电极部分(示出两个)403、405。在图3H中，示出了前透视图。前面为当佩戴时背离受试者的那一面。悬臂电极装置是薄的，使得电极部分包括前侧(在图3H和图3I中可见)和后侧(在图3K中可见)。如图3J中侧视图所示，设备具有薄的主体，其包含电极部分403、405以及在两个电极部分之间延伸的长形主体区域407。长形主体也是薄的(具有比厚度远远较大的直径和高度)。在图3J中示出厚度。

在此示例中，两个连接器415、417(电连接器和机械连接器，在此示例中示出为卡扣)从悬臂电极装置的前部延伸。第一电气部分403的前部还可包含可选择的泡沫和/或粘合材料421，通过其卡扣从第一电气部分伸出。第一电气部分被定形和被定尺寸，从而卡扣将与电刺激器上的插头(端口、支撑圈、开口、凹接头等)连接。如上所述，连接器可以被分开约0.6英寸和约0.9英寸之间(例如，在约0.7英寸和约0.8英寸之间等等，在图3H-3K中示出为约0.72英寸)。第二电极部分可还包含泡沫或衬垫部分423。该泡沫/衬垫区域可以是可选的。在某些变型中，连接器之间的间隔不限于0.7至0.8，但可以是更大的(例如，在0.7英寸和1.2英寸之间、在0.7英寸和1.1英寸之间、在0.7英寸和1.0英寸之间、在0.7英寸和0.9英寸之间等等)或更小的(例如，在0.2英寸和0.7英寸之间、在0.3英寸和0.7英寸之间、在0.4英寸和0.7英寸之间、在0.5英寸和0.7英寸之间、在0.6英寸和0.7英寸之间等等)。

图3K示出悬臂电极装置的该第一示例的后视图。在此例中，第一电极部分403和第二电极部分405也被示出，并包含活性区433、435。活性区由粘合剂440定界。第一电极部分403在背部(患者接触)侧包括第一活性区433，第一活性区433例如围绕其整个圆周由粘合剂440定界，或至少在粘合剂440上。活性区可包含传导性材料(例如，电气传导胶体)。类似地，第二电极部分405的背面包括第二活性区435，该第二活性区435在两侧被延伸到电极区域的边缘的粘合剂材料440包围。粘合剂可以是能够可释放地将材料保持在皮肤上的任何生物相容的粘合剂。

一般来说，连接两个电极部分的长形主体区域可以有任何合适的长度，但通常比几英寸长(例如，比大约2英寸长、比大约3英寸长、比大约4英寸长、比大约5英寸长、比大约6英寸长、比大约7英寸长、比大约8英寸长、比大约9英寸长等)。如图3H-3K中所示，长形主体区域也可以被折弯或弯曲。例如，如在图3L和图3M中所示，其中长形主体甚至可以在自身上对折的折弯或弯曲，可以允许材料折曲或折弯，以允许其可调节地位于受试者的头部上和/或围绕受试者的头部。

图3L示出了佩戴于受试者头部上的悬臂电极装置(与在图1A和图4A中显示的电极装置类似)。如所示的，装置被定位成使第一电极部分粘合地附接于太阳穴区域处并且使第二电极部分附接至在头部后方的区域(例如，颈部区，未显示)。神经刺激器(图3L中未显示)可以在其被施加于受试者之前或之后被附接至悬臂电极装置。如在图3M中所示，神经刺激器通过卡扣到凸出的连接器上而可以被附接至悬臂电极装置的前侧，而长形主体区域407被折弯以在受试者的头部后面延伸并且向下延伸至患者的颈部的背部的中线上的一部分。第一电极部分和第二电极部分均可以以电气活性区抵靠皮肤被粘附地保持，这允许神经刺激器施加能量，并且特别是如在2014年6月30日提交的题目为“TRANSDERMAL ELECTRICALSTIMULATION METHODS FOR MODIFYING OR INDUCING COGNITIVE STATE”的申请14/320,443中描述的波形，且该申请通过引用将其整个地并入本文。

在使用中，用户可以与控制器(例如，由应用软件/固件控制的智能手机)交互，该控制器与神经刺激器(例如，通过蓝牙)配对。用户可以操作控制器以选择操作模式，例如，将要诱发的认知效应的类型(例如，包括增强睡眠质量或减少睡眠起始延时)，和/或设备可以基于装置被附接到的电极的配置自动地检测模式。例如，用户可以从一组集合波形中选择要执行的集合波形。可以存在分离的波形以唤起期望的体验/效应(例如，用于减少焦虑使得受试者可以入睡的“平静”的集合波形与可能诱导受试者睡觉的“困倦”集合波形)。集合波形通常可以是在约3-90分钟之间(例如，在约3-60分钟之间、在约5-60分钟之间、在约5-40分钟之间等等，在约3-25分钟之间等)久的、或更久的(例如，大于3分钟、大于5分钟、大于10分钟、大于12分钟等)。一般来说，集合波形可以以特定的脉冲参数(如，电流振幅、频率、占空比、电荷不平衡、短路放电/电容性放电等)而被分解成区段，并且这些参数关于后续分量波形可以在预先特定的时间变化。一旦用户选择了集合波形，用户可以开始神经刺激并且用户可以使用电话(应用程序)控制或改变感知强度(例如，通过向上或向下调拨感知强度)、暂停或停止会话。一般来说，感知强度可以使用可以在与神经刺激器通信的控制器(例如，智能手机)上呈现的控件(诸如一个或多个按钮、滑动条、转盘、触发器等)被用户在靶感知强度(例如，靶电流、频率、占空比、电荷不平衡、和/或短路放电/电容性放电)的0-100％之间标度。控制器还可以允许用户(“按需”)激活被设计成唤起预定响应的波形配置。例如，控制设备可以适合于显示一个或多个图标以触发光幻视或感知到的认知效应或皮肤感觉强度的强化。此外，控制器可以被配置成允许用户按压图标，以有助于应用电极装置和/或神经刺激器。例如，激活此控件可以引起智能手机激活手机上的前置摄像头以帮助用户将装置附接至头部。在会话期间或在会话之后，用户可以进入帮助屏幕、简况页面、社交共享界面(即，推特(tweet)你的体验)、关于会话的反馈、以及先前使用的分析&历史。一般来说，系统也可以被配置成将数据传递至控制器和/或神经刺激器或传递来自控制器和/或神经刺激器的数据并且经由互联网将数据传递至远程服务器/传递来自远程服务器的数据。这些数据可以包括用户信息、波形数据、关于硬件设备或电极组件的功能或状态的信息等。

神经刺激器可以应用集成波形持续约3-30min(或更久)，该集成波形由具有重复波形特征的不同的“块”构成；波形集成可以包括在不同的块之间的过渡区域。通常，至少一些波形块(并且在一些变型中，它们中的大多数或全部)通常具有大于3mA的电流幅度(例如，在5mA和40mA之间，在5mA和30mA之间，在5mA和22mA之间等)且频率大于100Hz(如，在250Hz和15kHz之间、在750Hz和25kHz之间、在750Hz和20kHz之间，在750Hz和15kHz之间等)，电流通常为双相且电荷不平衡的，以及具有在1-90％(例如，在10-90％之间，在30-80％之间，在30-60％之间等)的占空比。一个或更多个这些特征可以在刺激期间随着每几秒至每几分钟的时间尺度而变化。图1示出了针对TES的波形的示例周期，包括持续时间t_p的正向脉冲、持续时间t_n的负向脉冲和总脉冲持续时间t_c。如图1所示，正和负向脉冲的峰值可以相等(绝对值)。占空比百分比可以定义为(t_p+t_n)/t_c，而电荷不平衡百分比可以定义为(t_p-t_n)/(t_p+t_n)。

通常，TES控制模块可以特别适于在第一电极和第二电极之间传递10秒或更长时间的双相电刺激信号，其中信号具有100Hz或更大的频率(例如，200Hz或更大、400Hz或更大、450Hz或更大、500Hz或更大、600Hz或更大、700Hz或更大等；最佳750Hz或更大，包括1kHz或更大、2kHz或更大、3kHz或更大、4kHz或更大、5kHz或更大、7.5kHz或更大、10kHz或更大、20kHz或更大等)和2mA或更大的强度(例如，3mA或更大，4mA或更大，5mA或更大，6mA或更大，7mA或更大，8mA或更大，9mA或更大，10mA或更大等)。控制模块也可经配置为当通过控制占空比(例如，采用的电流是非零和/或大于零的时间百分比)施加刺激时减少疼痛，例如使得施加的能量的占空比大于10％(例如，大于15％、大于20％、大于30％)且小于90％(如，小于75％、大于小于70％、小于60％)。此外，控制模块可经配置使得施加的电流为双相的和/或不是电荷平衡的(例如，具有直流偏移，也称为直流偏置，使得施加的波形的平均幅值为非零)。可选地或附加地，控制模块(TES控制模块)可以被配置为传递双向不对称的波形(即，在正方向和负方向上不具有相同的脉冲)和/或在电极上(以及在主体内)构建放电电容，例如偶尔地或周期性地“短路”电极和/或施加相反的电流。通常，控制模块可经配置为产生包括这些参数的刺激，以及为了避免诱导疼痛，可以被配置为阻止超出这些参数范围的刺激。

本文描述了一种增强睡眠的方法，包括促进入睡(例如，减少睡眠起始时间，增加睡意，促进受试者入睡等)。这种方法通常可以包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极放置在第一区域(例如，在受试者身体的第一侧上的太阳穴区域上)的受试者的皮肤上；将TES施加器的第二电极放置在第二位置(例如，在隆椎上方的受试者颈部的背部)；激活可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、频率为250Hz或更大、强度为3mA或更大的经皮电刺激。双相经皮电刺激可以关于正向和负向相位是不对称的；并且通过在第一电极和第二电极之间施加双相经皮电刺激10秒或更长时间来促进入睡。

本文还描述了诱导受试者睡眠的方法，其可以包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极放置在受试者的皮肤上(例如，在受试者身体的第一侧上的太阳穴区域上)；将第二电极放置在受试者身上(例如，在隆椎上方的受试者的颈部的背部上)；激活可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、频率为250Hz或更大、强度为3mA或更大的经皮电刺激。刺激可以是关于正向和负向相位不对称的双相经皮电刺激。方法通常可以包括通过在第一电极和第二电极之间施加双相经皮电刺激10秒或更长时间来诱导睡眠。

本文还描述了维持受试者睡眠的方法，该方法包括：将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极置于受试者身体的第一侧的太阳穴区域上的受试者皮肤上；将第二电极置于受试者隆椎上方的颈部的背部；激活可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、频率为250Hz或更大、强度为5mA或更大的经皮电刺激，其中双相经皮电刺激关于正向和负向相位不对称；以及在受试者睡着时通过在第一电极和第二电极之间施加双相经皮电刺激10秒或更长时间来保持受试者的睡眠状态。

如上所述，本文所述的用于促进、诱导和/或维持受试者睡眠的任何便携式经皮电刺激(TES)施加器可包括：主体；第一电极；第二电极；以及TES控制模块，其至少部分地在所述主体内并且包括处理器、定时器和波形发生器，其中TES控制模块适于在所述第一电极和第二电极之间传递10秒或更长的双相电刺激信号，所述双相电刺激信号具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率、3mA或更大的强度，其中双相经皮电刺激关于正向和负向相位不对称。

例如，用于促进、诱导和/或维持受试者睡眠的可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器可包括：主体；第一电极；第二电极；至少部分地在主体内的TES控制模块，且TES控制模块包括处理器、定时器和波形发生器，其中TES控制模块适于在第一电极和第二电极之间传递10秒或更长的双相电刺激信号，所述双相电刺激信号具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率、和3mA或更大的强度，其中双相经皮电刺激关于正向和负向相位不对称；以及连接至TES控制模块的无线接收器；其中可佩戴的TES施加器的重量小于50克。

这些装置中的任一个可以特别适合用作睡眠修改装置。例如，在一些变型中，该装置包括确定佩戴该装置的受试者的睡眠状态(例如，醒来，睡着，昏昏欲睡等)的一个或更多个传感器。传感器可以包括一个或更多个加速度计、心率传感器、脑电图(EEG)传感器、肌电图(EMG，包括眼电图EOG)等。如本文所使用的，传感器还可以包括硬件和/或软件，用于解释和/或修改产生的信号，包括但不限于过滤生理信号，放大生理信号等

本文描述的方法和装置(设备、系统)可以使用具有来自包括以下列出的一个或更多个特性的TES波形：占空比在30％和60％之间；频率大于5kHz或大于10kHz；幅度调制，包括频率小于250Hz的幅度调制；和脉冲串模式，其中间歇性地刺激暂停(即，接通100ms、关断900ms；接通500ms、关断500ms；以及其他更复杂的脉冲模式，包括在250Hz或更低频率下重复的啁啾和模式)。

本文所述的方法和装置(设备、系统)有助于促进入睡和/或诱导睡眠，并且可以包括诱导受试者的一种或多种以下状态：增加的睡意；增加睡眠欲望：在准备入睡、试图入睡或实际进入睡眠状态时，增加的平静和无忧无虑(即减轻焦虑)的状态。

本文描述的装置(设备、系统)可以在受试者清醒(在入睡之前)被激活，或者可以在睡眠之前由用户佩戴，但是在用户已经睡着后才被激活。对于被配置为在受试者入睡之前传递TES的实施例，经皮电刺激器(或连接的用户设备，诸如运行控制经皮电刺激器的应用的智能手机)的可视化指示器(例如，LED或屏幕)可在可佩戴的TES系统被激活以促进受试者入睡时关小或关断。

本文描述的方法和系统的一些版本包括受试者的睡眠监视。睡眠监视可以包括使用传感器(其可以作为装置的一部分被包括或与装置一起使用)来测量受试者的脑节律(即EEG)、自主功能(包括用于测量以下的一种或更多种的传感器：电流皮肤电阻、心率、心率变化或呼吸频率)，和/或运动，包括受试者佩戴，耦合到受检者的床上，或配置成远程检测运动而没有与受试者的直接或间接物理接触(即，经由超声波或麦克风)的运动传感器。本文描述的系统和方法的变型可以进一步包括基于受试者入睡所需的时间量的经皮电刺激波形的自动修改。因此，本文描述的任何装置可以被配置为反馈回传感器信息以控制(例如，接通/关断)和/或修改施加的TES刺激。

例如，在本发明的一些实施例中，受试者将在短时间(即，小于15分钟、小于10分钟、小于5分钟)内入睡。当睡眠监视功能和系统的相关组件检测到受试者睡着时，TES刺激可能会自动停止。例如，在受试者睡着时，TES可以基于用户经历的睡眠状态(或一系列睡眠状态)或通过第三方(即，通过互联网连接远程控制系统的睡眠诊所技术人员)的控制以固定延迟时间自动停止(警报模式)。在另一个例子中，如果受试者被唤醒，TES可以自动地或手动地(即，从可以被快速而容易地按压以最小化醒来的可能性的快速启动按钮)被触发，甚至短暂地被触发，使得受试者可以快速回到睡眠。

在本文描述的系统和方法的一些变型中，TES波形可以基于睡眠质量低于阈值而开始、停止或修改，其中睡眠质量由以下中的一个或更多个来定义：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量、和一天当中发生睡眠时的时间。睡眠质量测量可以是来自当前的一次睡眠和/或来自一次或多次先前的睡眠的睡眠质量的测量。在本文描述的系统和方法的其它变型中，TES波形可以基于受试者的生理学或认知状态的测量来开始、停止或修改，包括但不限于：活动、应激反应、免疫系统功能、饮食和心情。本文描述的方法和装置(设备、系统)可以被配置为在小睡之前或期间使用和/或增强免疫系统的功能(即，通过改善受试者的慢波睡眠的质量和/或数量)。

除了“生活方式”应用(即，受试者一般使用，不用于治疗或诊断任何医疗状况)之外，本文所述的用于促进、诱导和/或维持受试者睡眠的TES装置(系统、设备)和方法可用于治疗患者的睡眠障碍，包括但不限于：失眠，包括作为精神病或情绪障碍的症状的失眠，例如创伤后应激障碍、焦虑、情绪困扰、抑郁、双相情感障碍或精神分裂症；不宁腿综合征和周期性肢体运动障碍；昼夜节律障碍；昏睡病；深眠状态；轮班工作和时差；和睡眠过多。本文所述的用于促进、诱导和/或维持患者睡眠的TES装置(系统、设备)和方法也可用于治疗通常不被描述为睡眠障碍而是患者出现睡眠异常的病症、疾病或症状，包括但不限于：创伤后应激障碍、神经变性疾病(如阿尔茨海默病)、神经发育障碍(如唐氏综合征)、自闭症谱系障碍和雷蒂综合征；酗酒；药物成瘾；更年期；怀孕；经期；注意力缺陷障碍，包括注意缺陷多动障碍；影响入睡能力的药物，包括化学治疗剂；和年龄相关的睡眠变化。

本文描述的系统和方法还可以包括在上床睡觉前提醒受试者佩戴神经刺激器并将其配置以改善睡眠的通知。例如，至受试者的通知可以基于来自神经刺激器中的位置传感器或无线连接到神经刺激器以检测用户在他们的卧室中的设备的输入和确定用户是否在他们一般去睡觉的时候在他们的卧室中的时钟。在其他实施例中，系统或方法还可以包括平静的感觉刺激(即，听觉刺激，包括双耳节拍和嗅觉刺激)和/或可以进一步包括在识别的轻度睡眠阶段期间唤醒受试者的警报以提醒用户去除睡眠促进TES系统。

当受试者醒来时(即在早上)，可以向受试者提供反馈，显示在睡眠之前和/或睡眠期间受试者使用经皮电刺激如何影响从包括但不限于以下项的组中选择的睡眠质量度量：睡眠起始时间、睡眠长度、睡眠潜伏期、REM睡眠的总长度或百分比、NREM睡眠的总长度或百分比、慢波(深度)睡眠的总长度或百分比、睡眠周期的长度、夜间醒觉的数量和/或长度、和早晨醒来时间。

示例

如上所述，一般来说，在睡觉之前施加的某些TES波形的使用可以改善睡眠的量和/或质量。早上，用户通常会醒来感觉休息更好，情绪更加积极，焦虑更少，压力更小(既可以自我报告，也可以通过唾液的生化测定来评估)。图9-14B示出了比较可用于增强睡眠的各种TES波形的示例性数据，包括与仅施加伪TES的对照(“基线”)刺激进行比较。

例如，图9示出了与基线相比，在发现增强睡眠的参数值的范围内的两个示例性TES波形的影响的总体评估的示例。比较使用匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)。在这个例子中，评估通过其中阳极位于前额/太阳穴区域而阴极在受试者的颈部上的配置在1周的交叉设计中没有洗脱期、基线(睡眠前没有TES)和两个不同的15分钟TES波形进行了比较，类似于图2A-2F所示。测试的一个波形被称为“高F”(或者替代地称为“计划B”或松弛CES)，并且是具有可变频率、通常在3kHz至11kHz之间的脉冲波形。图15A-15C描述了可能类似于所使用的“高F”TES波形的完整集合波形的三个示例。

图15A-15C中所示出的表列出了每个分量波形的波形参数。在该示例中，集合波形被配置为短路接通(意味着在每个双相脉冲之后的相反方向上发生电容放电脉冲)。在一个示例中，系统每隔大约400ms(或大约400ms的倍数)在用户设备和佩戴的神经刺激器之间安全地传输块(例如，400ms段)，包括神经刺激起始频率、结束频率、起始振幅、结束幅度、起始占空比、结束占空比、起始百分比电荷不平衡、终端电荷不平衡等。大约400ms的无线通信块的定时不应被解释为限制控制器单元和神经刺激器之间的通信时序。图15B示出了在12分钟内运行的具有稍长的运行时间的平静的集合波形的第二示例。类似地，15C示出了具有更长的运行时间(超过16分钟)的平静集合波形的第三示例。

在本研究中测试的第二波形被称为“低F”(或者替代为“计划A”)。该第二波形具有较低的脉冲频率，可变但通常为750Hz。图16示出了TES集合波形的示例，例如本文所述的低F变型。

在图9中，在基线(无TES)、高F和低F集合波形之间检查的n＝10个受试者的PSQI的比较显示与基线相比较的低F和高F波形的显着改善(以及具有本文所述的范围之外的参数的其它TES波形，数据未示出)。一般来说，大于5的PSQI被认为反映差的睡眠质量。

除了低F和高F参数之外，在下午进行的急性研究使用甚至更低频率(如，500Hz)脉冲的交替的15分钟TES集合波形(下面的全套参数)。令人惊讶的是，在15分钟的时间里10个人中有5人感觉睡着了。与较高频率(“高F”)集合相比，较低频率(例如，“低F”)这种效果出现更强烈，对此受试者倾向于在该时间段完成后入睡(尽管在睡眠诱导波形期间入睡是不常见的)。受试者的自我报告的感觉增加了困倦(例如，非常沉重的困倦的身体感觉，“脸部非常放松，言语减慢，肩膀下降”，感觉好像受试者从小睡中醒来身体轻松，精神矍铄等)。在这个例子中，参数(对于“非常低的F”刺激)包括在500Hz下刺激15分钟的集合，峰值电流为3.5mA。(在图17的表格中示出)具有500Hz的频率4分30秒，切换到550Hz的频率30秒(并且重复3次循环)。如上所述，占空比为取决于患者的舒适度(它们可自行调整)。如上和DC偏移百分比那样定义的电荷不平衡(如图1所示)为3％。电容放电被设置为“接通”，使得在每个正向或负向脉冲的一部分期间发射简短的电容放电脉冲。

在本文讨论的每个睡眠研究中，受试者年龄介于18至50岁之间。受试者使用一个或多个睡眠传感器进行监视(例如，7个穿着活动变化记录仪的睡眠传感器，PhillipsActiwatch；7个HRV监视器，Polar胸带)。可替代地或附加地使用可佩戴装置中的集成传感器(例如，运动传感器等)。在一些例子中，计划包括每个方案七晚。在实践中，受试者可以同时使用这些装置多晚(例如，2晚，3晚，1周，2周，一个月等)以增强睡眠。

例如，七晚的计划_B(例如，使用类似于图15A所示的高F集合TES波形，在入睡之前开始运行15分钟)和七晚的计划_A(例如，在入睡之前，使用低F，大约750Hz，脉冲TES波形15分钟，类似于图16)。在图9-14B中所示的研究中，上午和晚上日志被保存用于研究持续时间，而在睡眠期间进行睡眠监视(如活动变化记录仪和Polar胸带，测量HR和HRV)。基线，7日和14日全面健康检查完成，评估(通过自我报告)：整体睡眠评分(图9)，压力，焦虑，抑郁，疲劳等(图12A-12G)。

例如，在图10A-10C中，低F和高F刺激方案之间的比较表明，在这两个示例性刺激方案中，改善的睡眠质量(与基线相比)可能部分地由于较少的觉醒、更少的未知觉醒，特别是较少需要使用卫生间而引起的觉醒。参见，例如图10A，示出了几分钟内的WASO的条形图，而图10B示出了时间百分比之间的比较，以及图10C，显示自我报告的WASO事件。

类似地，图11A-11C示出了心率变化(图11A，示出了在非常低频带(例如，57.5至75的oVLF)中的HRV，低频带中的HRV功率，图11B示出了pLF(在15和20之间)而图11C比较了指示低F和高F方案之间的轻微差异的pHF。

图14A和14B比较了高F和低F组之间睡眠质量，早晨淀粉酶和早晨皮质醇的两种实验测量。这种生物化学分析包括在治疗期间早晨关于高F和低F参数中的每一个收集唾液。用户收集的唾液由第三方处理用于α-淀粉酶和皮质醇，这两者都已知与急性和慢性应激相关。较低频率方案(低F)显示出与高F方式相比略有更大的影响，与其他(自我报告)数据一致，例如，在图11A-13B中的数据。

通常，本文所述的通过TES刺激改善睡眠的方法表明，相对于基线，低F和高F TES集合波形都改善了睡眠质量，如通过匹兹堡睡眠质量指数评估的(其中更高的分数对应于较低质量的睡眠)。此外，低F波形导致较少的唤醒并且相对于高F波形减少睡眠起始之后的唤醒时间长度(参见例如图10A-10C)，并且低F波形导致相对于高F的非常低的频带的功率降低。在低F TES波形之后，低频带和高频带中的心率变化(HRV)略高于高F波形。这些频带通常描述为高频(HF)脑活动，从0.15Hz至0.4Hz，低频(LF)脑活动，从0.04Hz至0.15Hz，极低频(VLF)脑活动从0.0033Hz至0.04赫兹。

一般来说，高F和低F波形相对相似，尽管两者都比基线改善。例如，在睡眠所需的时间(睡眠起始潜伏期)，噩梦发生的减少，总睡眠时间的增加以及心情的改善方面，看到了改善。在以前的研究中，除了与中午和早晨觉醒相关的那些情况以外，所有以上指标高F都击败基线。

因此，一般来说，在上床睡觉前使用低F或高F波形TES的施加导致了在早上根据正面和负面影响时间表(PANAS)量表评估受试者的情绪和能量的改善。对情绪的这些有益的影响可能包括减少焦虑(图12A)，减少的抑郁感(图12B)，减轻的压力(图12C)，增加的积极影响(图12D)，减少的负面影响(图12E)，降低的烦躁(图12F)和疲劳减轻(图12G)。在睡眠之前进行本文所述的TES的施加也可以改善抑郁、焦虑和压力，如抑郁症、焦虑和压力量表(DASS)所示，用于图12A-12G的0至3量表的临床测量。在1点到5点的5点刻度上测量情感活动，在0至3级测量烦躁，并在0至10级测量疲劳。

对于高F、低F和非常低F的TES刺激，PANAS和DASS的自我报告评分与所检查的生化标记(例如，降低的唤醒淀粉酶和增加的觉醒皮质醇)一致。皮质醇在醒来后30分钟处于昼夜模式；一般来说，皮质醇的早晨升高越高，指标越“正常”，而早晨皮质醇的平缓上升可能表示疾病状态，如抑郁症、创伤后应激障碍(PTSD)、焦虑和/或睡眠不足。一般来说，大多数(例如2/3或更多)的受试者报告感觉更加活力恢复、更少的困倦，更少的焦虑，并且在第二天减少压力。超过2/3的受试者还报告在使用本文所述的TES方法之后，时间上更容易入睡和/或更多的睡眠。

如本文所述，可以施加增强睡眠的TES波形(例如，到受试者的颈部或头部和颈部)包括可以针对功效和舒适度进行调整的一系列参数。本文描述的数据表明，在一些变型中，在较高电流(例如>3mA，大于4mA，大于5mA等)下提供较低频率(例如250Hz至750Hz，250至1kHz，250至3kHz，250至5kHz等等)的刺激可能是有益的；然而，通常，低频和高电流这两个参数单独施加于头部和/或颈部时导致疼痛和/或令人不快的感觉。为了实现低(250-750Hz)频率和高电流(>3mA，3-40mA，>5mA等)的组合，可能有益的是包括本文所述的一种或更多种调节方案，包括DC偏移(双相、非对称刺激，其中正向和负向脉冲是不同持续时间和/或幅度)，百分比占空比(例如，在10-80％之间等)和使用AC(载波)频率(<250Hz)。在一些变型中，仅使用这些调节方案中的一个或两个可能是足够的(例如，仅使用DC偏移和在10-80％之间的百分比占空比，或仅使用DC偏移和AC载波频率<250Hz，或仅在10-80％之间的占空比和AC载波频率<250Hz)，而在一些变型中，可以使用或必须使用所有三种。

当一个特征或元件在本文被描述为“在另一特征或元件上”时，它可直接在其他特征或元件上，或也可能存在中间的另一特征或元件。相反，当一个特征或元件被描述为“直接在另一特征或元件上”时，没有中间的特征或元件存在。应当理解，当一个特征或元件被描述为“连接”、“附接”或“耦接”到在另一特征或元件上时，它可直接连接、附接或耦接到其他特征或元件，或可存在中间的特征或元件。相反，当一个特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦合”到另一特征或元件时，没有中间的特征或元件存在。虽然相对于一个实施例进行了描述或示出，但是这样描述或示出的部件和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员应当理解，参考“邻近”另一特征设置的结构或特征可具有与相邻特征重叠或在相邻特征下方的部分。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。例如，除上下文明确说明之外，如本文所用的，单数形式“a(一)”、“an(一)”和“所述(the)”旨在同样包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。如本文所用的，术语“和/或”包括一种或多种相关的所列项目中的任一组合和所有组合，并且可缩写为“/”。

空间相关的术语，诸如“在...下(under)”、“在...下(below)”、“低于(lower)”、“在...上(over)”、“上部(upper)”等可在本文中使用，以便于描述如附图所示的一个元件或特征与另外的一个或更多个元件或特征的关系。将理解的是，空间相对的术语旨在包括除了附图中描绘的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的设备被反向，被描述为“在其它元件或特征下(under)”、“在其它元件或特征下(beneath)”的元件然后将被定位成“在其它元件或特征上(over)”。因此，示例性术语“在...下(under)”可涵盖在...上和在...下的两种方向。该装置可以另外地取向(旋转90度或在其他方位)，并且本文使用的空间相对描述词被相应地解释。类似地，除另外特别说明之外，术语“向上(upwardly)”、“向下(downwardly)”、“垂直(vertical)”、“水平(horizontal)”等在本文中用于说明的目的。

虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/元素(包括步骤)，但是这些特征/元素不应该受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可以用于将一个部件/元件与另一个部件/元件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一部件/元件可以被称为第二部件/元件，并且类似地，下面讨论的第二部件/元件可以被称为第一部件/元件。

在本说明书和所附权利要求书中，除非上下文另有要求，术语“包括”，并且诸如“包括”和“包含”的变型意味着可以在方法和制品中共同使用各种组分(例如，组合物以及包括器件的装置和方法)。例如，术语“包括”将被理解为暗示包含任何所述的元素或步骤，但不排除任何其它元素或步骤。

如本文在说明书和权利要求书中所用的，包括在实施例中所用的，除非另有明确说明，所有数字可以被读作好像以单词“约(about)”或“约(approximately)”开头，即使该术语没有明确出现。当描述幅度和/或位置以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内时，可以使用短语“约”或“大约”。例如，数值可以具有为设定值(或值的范围)的+/-0.1％、设定值(或值的范围)的+/-1％、设定值(或值的范围)的+/-2％、设定值(或值的范围)的+/-5％、设定值(或值的范围)的+/-10％的值等。本文所述的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。本文所述的任何数值范围旨在包括包含在其中的所有子范围。还应当理解，如本领域技术人员所适当理解的，当公开了“小于或等于”该值时，“大于或等于该值”的值和值之间的可能范围也被公开。例如，如果公开了“X”值，则小于等于X以及“大于等于X”(例如，其中，X为数值)也被公开。还应当理解，在整个应用中，以多种不同格式提供数据，并且该数据表示数据点的任何组合的端点和起点以及范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应当理解，大于、大于或等于小于、小于或等于并且等于10和15被认为是公开的，以及在在10到15之间。还应当理解，两个特定单元之间的每个单元也被公开。例如，如果公开10和15，则还公开了11、12、13和14。

虽然上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离如权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行若干改变中的任一个。例如，在替代实施例中，通常可以改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他替代实施例中，可以一起跳过一个或更多个方法步骤。各种装置和系统实施例的可选特征可以被包括在一些实施例中而不被包括在其他实施例中。因此，前面的描述主要被提供用于示例性目的，并且不应被解释为限制如在权利要求中阐述的本发明的范围。

本文所包括的示例和说明通过说明而非限制的方式示出其中可以实践主题的具体实施例。如所提到的，可以利用和从其导出其他实施例，使得可以做出结构和逻辑替换和改变而不脱离本公开的范围。仅为了方便，本发明性主题的这样的实施例在本文中可单独地或共同地由术语“发明”来提及，并且不旨在将本申请的范围主动地限制为任何单个发明或发明概念，如果实际上多于一个被公开的话。因此，虽然本文已经说明和描述了特定实施例，但是被设计为实现相同目的的任何布置可以替代所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有修改或变型。在阅读以上描述后，本领域的技术人员将明白以上实施例的组合以及本文未具体描述的其他实施例。

Claims (80)

1.一种非侵入性减少睡眠起始和增加睡眠持续时间的方法，所述方法包括：

在第一位置处将第一电极附接到受试者的头部或颈部，并且在第二位置处将第二电极附接到所述受试者的头部或颈部，其中所述第一电极和所述第二电极耦合到所述受试者佩戴的经皮电刺激(TES)施加器；

在所述第一电极和所述第二电极之间施加电刺激，其中所述电刺激具有大于3mA的峰值幅度、大于250Hz的频率和大于10％的占空比；以及

在至少一分钟的刺激持续时间内持续施加所述电刺激以增强困倦、维持睡眠或增强困倦并维持睡眠。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，附接包括粘合地附接。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，附接包括将所述第一电极附接至所述受试者的太阳穴区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，附接包括将所述第二电极在所述受试者的隆椎上方附接到所述受试者的颈部。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括允许所述受试者选择要被施加的所述电刺激的一组参数，其中，所述一组参数包括以下中的一种或更多种：刺激持续时间、频率、峰值幅度和占空比。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述受试者睡觉时佩戴所述电极。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述受试者睡觉之前去除所述第一电极和第二电极和TES施加器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加双相电刺激。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加双相电刺激，并且进一步地其中，所述双相电刺激关于正向和负向相位是不对称的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有在10％和90％之间的占空比的所述电刺激。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有在30％和60％之间的占空比的所述电刺激。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有5mA或更大的峰值幅度的所述电刺激。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有大于500Hz的频率的所述电刺激。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有大于750Hz的频率的所述电刺激。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有大于5kHz的频率的所述电刺激。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，在刺激持续时间内持续施加所述电刺激包括持续至少五分钟的刺激持续时间。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有幅度调制的所述电刺激。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有幅度调制的所述电刺激，并且进一步地其中，所述幅度调制具有小于250Hz的频率。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，施加包括施加具有脉冲串模式的所述电刺激。

20.一种非侵入性减少睡眠起始的方法，所述方法包括：

将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极放置在受试者的太阳穴区域上，并且将第二电极放置在所述受试者的颈部的背部上；

激活所述可佩戴的TES施加器以在所述第一电极和所述第二电极之间传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中，所述双相电刺激关于正向和负向相位不对称；以及

通过在所述第一电极和第二电极之间施加所述双相电刺激10秒或更长时间来减少睡眠起始。

21.一种非侵入性诱导受试者的睡眠的方法，所述方法包括：

将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极在所述受试者的太阳穴区域上放置在所述受试者的皮肤上，并且将第二电极在隆椎上方放置在所述受试者的颈部的背部上；

激活所述可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中所述双相电刺激关于正向和负向相位不对称；以及

通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述双相电刺激10秒或更长时间来诱导睡眠。

22.一种维持受试者的睡眠的方法，所述方法包括：

将可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器的第一电极在所述受试者的太阳穴区域上放置在所述受试者的皮肤上，并且将第二电极在隆椎上方放置在所述受试者的颈部的背部上；

激活所述可佩戴的TES施加器以传递具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率和3mA或更大的强度的双相电刺激，其中所述双相电刺激关于正向和负向相位不对称；以及

当所述受试者睡着时，通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加10秒或更长时间的所述双相电刺激来维持所述受试者的睡眠状态。

23.根据权利要求20-22所述的方法，其中，放置包括粘合附接。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，放置包括将所述第二电极在所述受试者的隆椎上方附接到所述受试者的颈部。

25.根据权利要求20-22所述的方法，还包括允许所述受试者选择要施加的所述电刺激的一组参数，其中，所述一组参数包括以下中的一个或更多个：刺激持续时间、频率、峰值幅度和占空比。

26.根据权利要求20-22所述的方法，还包括在所述受试者睡觉时佩戴所述电极。

27.根据权利要求20-22所述的方法，还包括在所述受试者睡觉之前去除所述第一电极和第二电极和TES施加器。

28.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有在10％和90％之间的占空比的所述电刺激。

29.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有在30％和60％之间的占空比的所述电刺激。

30.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有5mA或更大的峰值幅度的所述电刺激。

31.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有大于500Hz的频率的所述电刺激。

32.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有大于750Hz的频率的所述电刺激。

33.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有大于5kHz的频率的所述电刺激。

34.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激至少五分钟的刺激持续时间。

35.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有幅度调制的所述双相电刺激。

36.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有幅度调制的所述双相电刺激，并且进一步地其中，所述幅度调制具有小于250Hz的频率。

37.根据权利要求20-22所述的方法，其中，施加所述双相电刺激包括施加具有脉冲串模式的所述双相电刺激。

38.根据权利要求20-22所述的方法，其中，减少睡眠起始或诱导睡眠包括：增加睡意和/或增加睡眠欲望。

39.根据权利要求20-22所述的方法，其中，激活包括在所述受试者清醒时传递所述双相电刺激。

40.根据权利要求20-22所述的方法，还包括使用所述可佩戴的TES施加器来监视所述受试者的睡眠。

41.根据权利要求20-22所述的方法，还包括使用耦合到所述TES施加器的传感器来测量所述受试者的自主功能，来使用所述可佩戴的TES施加器监视所述受试者的睡眠。

42.根据权利要求20-22所述的方法，还包括使用耦合到所述TES施加器的传感器来测量基于以下中的一种或更多种的所述受试者的自主功能，来使用所述可佩戴的TES施加器监视所述受试者的睡眠：电流皮肤电阻、心率、心率变化或呼吸频率。

43.根据权利要求20-22所述的方法，还包括使用传感器来监视所述受试者的睡眠，所述传感器由所述受试者佩戴、耦合到所述受试者的床、或远程监视所述受试者而不与所述受试者物理接触。

44.根据权利要求20-22所述的方法，还包括当所述受试者睡着时基于生理测量或睡眠状态监视而自动停止所述可佩戴的TES施加器的激活。

45.根据权利要求20-22所述的方法，还包括当所述受试者睡着时在固定延迟之后自动停止所述可佩戴的TES施加器的激活。

46.根据权利要求20-22所述的方法，其中，激活包括当所述受试者睡着时基于生理测量或睡眠状态监视激活所述可佩戴的TES施加器。

47.根据权利要求20-23所述的方法，还包括治疗所述受试者的睡眠障碍。

48.根据权利要求20-23所述的方法，还包括治疗所述受试者的睡眠障碍，其中所述睡眠障碍是以下中的一种或更多种：失眠、创伤后应激障碍、焦虑、情绪困扰、抑郁、双相情感障碍、精神分裂症；不宁腿综合征和周期性肢体运动障碍；昼夜节律障碍；昏睡病；深眠状态；轮班工作和时差；和嗜睡。

49.根据权利要求20-23所述的方法，还包括当所述可佩戴的TES系统被激活时，调暗或关断所述经皮电刺激器的可视化指示器。

50.根据权利要求20-23所述的方法，还包括当所述可佩戴的TES系统被激活时，调暗或关断在所述经皮电刺激器上的LED或屏幕。

51.根据权利要求20-23所述的方法，还包括在所述受试者睡觉时，由不是所述受试者的一方修改所述可佩戴的TES施加器的刺激参数，其中所述刺激参数包括以下中的一种或更多种：刺激持续时间、频率、峰值幅度和占空比。

52.根据权利要求20-23所述的方法，还包括基于所述受试者的睡眠质量低于阈值来自动修改所述可佩戴的TES施加器的刺激参数，其中睡眠质量由以下中的一个或更多个来定义：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量和一天当中发生睡觉时的时间，进一步地其中，所述刺激参数包括以下中的一种或更多种：刺激持续时间、频率、峰值幅度和占空比。

53.根据权利要求20-23所述的方法，还包括基于从所述受试者检测到的睡眠质量的量度来自动停止、启动或调节所述可佩戴的TES施加器，其中睡眠质量由以下中的一个或更多个来定义：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量和一天当中发生睡觉时的时间。

54.根据权利要求20-23所述的方法，其中，所述睡眠质量用于基于所述受试者的以下中的一种或更多种的测量来开始、停止或调节所述经皮电刺激：活动、应激反应和免疫系统功能。

55.根据权利要求20-23所述的方法，其中，放置包括在小睡之前或期间放置所述第一电极和第二电极。

56.根据权利要求20-23所述的方法，其中，当所述受试者醒来时，所述可佩戴的TES施加器被自动或手动地触发以传递所述双相电刺激。

57.根据权利要求20-23所述的方法，还包括在上床睡觉前传送提醒所述受试者佩戴所述TES施加器的通知。

58.根据权利要求20-23所述的方法，还包括基于来自所述TES施加器中的或无线连接到所述TES施加器的检测所述受试者何时在他们的卧室的位置传感器的输入而在上床睡觉之前传送提醒所述受试者佩戴所述TES施加器的通知。

59.根据权利要求20-23所述的方法，还包括向所述受试者提供显示睡眠质量度量的度量，其中所述睡眠质量度量是以下中的一个或更多个：睡眠起始时间、睡眠长度、睡眠潜伏期、REM睡眠的总长度或百分比、NREM睡眠的总长度或百分比、慢波(深度)睡眠的总长度或百分比、睡眠周期的长度、夜间醒觉的数量和/或长度以及早晨醒来时间。

60.根据权利要求20-23所述的方法，还包括基于在所述受试者入睡之前的平均或检测到的时间量来自动调整所述双相电刺激。

61.根据权利要求20-23所述的方法，还包括当激活所述可佩戴的TES施加器时同时传递平静的感觉刺激。

62.根据权利要求20-23所述的方法，还包括在激活所述可佩戴的TES施加器时同时传递平静的感觉刺激，其中所述平静的感觉刺激是以下中的一个或更多个：听觉刺激、嗅觉刺激、热刺激和机械刺激。

63.一种用于促进、诱导和/或维持受试者的睡眠的可佩戴的经皮电刺激(TES)施加器，所述设备包括：

主体；

第一电极；

第二电极；以及

TES控制模块，其至少部分地在所述主体内并且包括处理器、定时器和波形发生器，其中所述TES控制模块适于在所述第一电极和第二电极之间传递10秒或更长时间的具有大于10％的占空比、250Hz或更大的频率、3mA或更大的强度的双相电刺激信号，其中所述双相经皮电刺激关于正向和负向相位不对称；

其中所述可佩戴的TES施加器重量小于50克；以及

耦合到所述主体的至少一个传感器，其用于所述受试者的睡眠监视。

64.根据权利要求63所述的设备，其中，所述占空比在30％和60％之间。

65.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激具有大于750Hz的频率。

66.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激具有大于5kHz的频率。

67.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激包括幅度调制。

68.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激包括幅度调制，并且其中，所述幅度调制具有小于250Hz的频率。

69.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激包括脉冲串模式。

70.根据权利要求63所述的设备，其中，所述经皮电刺激包括脉冲串模式，并且其中脉冲串的频率小于250Hz。

71.根据权利要求63所述的设备，其中，所述至少一个传感器测量所述受试者的自主功能。

72.根据权利要求63所述的设备，其中，所述至少一个传感器测量所述受试者的自主功能，进一步地其中，自主功能的测量对以下中的一个或更多个进行测量：电流皮肤电阻、心率、心率变化或呼吸频率。

73.根据权利要求63所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括用于检测所述受试者的运动的传感器。

74.根据权利要求63所述的设备，还包括与所述控制器通信的检测所述受试者的运动的运动传感器，其中，所述运动传感器被所述受试者佩戴，被耦合到所述受试者的床，或者远程检测运动而没有与所述受试者直接或间接物理接触。

75.根据权利要求63所述的设备，其中，所述TES控制模块被配置为当所述受试者睡着时基于所述至少一个传感器自动停止所述双相电刺激的传递。

76.根据权利要求63所述的设备，其中，所述TES控制模块被配置为当所述受试者睡着时以固定延迟自动停止所述双相电刺激的传递。

77.根据权利要求63所述的设备，其中，所述TES控制模块被配置为当所述受试者睡着时基于从所述至少一个传感器导出的生理测量，自动开始所述双相电刺激的传递。

78.根据权利要求63所述的设备，还包括所述经皮电刺激器的可视化指示器，所述可视化指示器被配置为当所述可佩戴的TES系统被激活时被关小或被关断。

79.根据权利要求63所述的设备，其中，所述TES控制模块被配置为基于睡眠质量低于阈值而自动停止、启动或修改所述双相电刺激的传递，其中睡眠质量由所述TES控制模块基于来自所述至少一个传感器的数据来定义并对应于以下中的一个或更多个：睡眠潜伏期、睡眠阶段的量和/或顺序、睡眠量和一天当中发生睡觉时的时间。

80.根据权利要求63所述的设备，其中，所述TES控制模块被配置为如果所述受试者醒来则自动地或手动地传递所述双相电刺激。