CN108024753B - 程序记忆增强系统和方法，以及计算机可读介质 - Google Patents

程序记忆增强系统和方法，以及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及程序记忆增强系统和方法，以及计算机可读介质，并且更具体地，涉及一种系统：其出于增强技能获取的目的而对程序记忆再巩固进行经颅控制。在操作期间，系统记录练习模式。该练习模式是在受试者执行技能时传感器阵列所感测到的大脑活动的记录。该练习模式被转换成大脑活动体素并且被存储为未压缩的练习模式和经压缩的练习模式二者。

Description

程序记忆增强系统和方法，以及计算机可读介质
相关申请的交叉引用
这是2015年10月27日提交的美国临时申请No.62/247,106的非临时专利申请，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于对人类行为进行治疗性诱发变异(modification)的装置，并且更具体地，涉及出于增强技能获取的目的对程序记忆再巩固进行经颅控制的程序记忆增强系统。
背景技术
在陈述记忆系统中学习程序技能，并然后其随时间的推移而被转移到程序记忆(参见所并入的参考文献的列表，参考文献No.1)。如可以理解的，期望提升该转移的速度和效率，并消除“不良习惯”(即，不适宜的程序行为)。研究人员已经试图通过各种技术(包括经颅刺激)来改善这些程序技能。
在用于经颅刺激的潜在性治疗装置的领域内，Cousins等人在睡眠期间使用“Targeted Memory reactivation(靶向记忆再生)”来改善程序技能(参见参考文献No.2)。然而，本文所描述的方法要求在技能学习期间展示音调序列。在睡眠期间，可重新播放音调序列，并且发现其可以提示技能的记忆，由此改善技能的学习。不足之处在于，这需要在学习每个程序技能的同时播放独特的音调序列，并且在睡眠期间重新播放。在清醒状态期间，无法干涉不适宜的技能执行的再巩固。此外，必须针对用户用Cousins的方法来隐含地学习音调序列与技能的关联，该方法可能需要多次重复，而所有这些都应无差错地完成。
因此，一直需要一种用于对程序记忆再巩固进行经颅控制的程序记忆增强系统，该程序记忆增强系统出于在清醒和睡眠二者期间都增强技能获取的目的，主动地中断清醒状态期间技能记忆的不良执行的再巩固以用电方式减弱它，并且还在睡眠期间自动且周期性地演练适宜的技能执行。
发明内容
一种程序记忆增强系统。在各种实施方式中，该系统包括一个或更多个处理器以及存储器。该存储器是其上编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，使得在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行多个操作，包括记录练习模式(该练习模式是在执行技能时传感器阵列所感测到的大脑活动的记录)；以及将所述练习模式转换成大脑活动体素，并将所述大脑活动体素存储为未压缩的练习模式和经压缩的练习模式二者。
另一方面，包括用于向受试者施加刺激蒙太奇的刺激器阵列。
此外，在记录练习模式时，当正确执行技能(例如，正确演奏歌曲的音符等)时记录练习模式。
另外，当受试者清醒并且练习技能时，系统能够进行操作，以确定使未压缩的练习模式与当前大脑活动之间的差异最大化所需的刺激蒙太奇，并在所述技能的后续清醒练习期间通过刺激器阵列向受试者经颅施加所述刺激蒙太奇。
在另一方面，当受试者清醒并且不正确地练习技能(例如，不正确地演奏歌曲的音符)时，该系统能够进行操作，以经颅施加与未压缩的练习模式相对应的刺激蒙太奇，以干涉再巩固并且打破不良习惯。
此外，该系统能够进行操作，以在受试者睡着的同时周期性地通过刺激器阵列向受试者经颅施加经压缩的练习模式，由此提示所述技能的执行的记忆。
另外，响应于用户输入，该系统能够进行操作，以调节用于形成经压缩的练习模式的压缩等级，以使睡眠训练适于受试者，并由此增加个体睡眠训练效果。
最后，本发明还包括一种计算机程序产品和一种计算机实现的方法。该计算机程序产品包括存储在非暂时性计算机可读介质上的计算机可读指令，该非暂时性计算机可读介质可由具有一个或更多个处理器的计算机执行，使得在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行本文中所列出的操作。另选地，该计算机实现的方法包括致使计算机执行这些指令并且执行所得操作的动作。
附图说明
通过下面结合参照附图对本发明的各种描述的详细描述，将清楚本发明的目的、特征和优点，在附图中：
图1是描绘根据本公开的一些实施方式的系统的组件的框图；
图2是根据本发明的一些实施方式的计算机程序产品的例示；
图3是根据本公开的一些实施方式的可用于提供经颅刺激的示例可穿戴经颅刺激装置的例示；
图4是根据本公开的一些实施方式的系统流程图的例示，该流程图描绘了导致与系统架构图关联的两种类型的治疗的程序的排序，所述系统架构图用于用户启动的练习信号记录；
图5A是描绘根据本公开的一些实施方式在清醒时间期间用户启动的治疗的例示；以及
图5B是描绘根据本公开的一些实施方式的在睡眠期间进行的治疗的例示。
具体实施方式
本发明涉及用于对人类行为进行治疗性诱发变异的装置，并且更具体地，涉及出于增强技能获取的目对程序记忆再巩固进行经颅控制的程序记忆增强系统。呈现以下描述，以使得本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明并且将其并入特定应用的背景中。本领域的技术人员将容易清楚各种修改形式以及不同应用中的各种使用，并且本文所限定的总体原理可应用于大范围的方面。因此，本发明不旨在限于所呈现的方面，而是将被赋予与本文中公开的原理和新颖特征一致的最广范围。
在下面的详细描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对本发明更全面的理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可实践本发明，而不必限于这些具体细节。在其它情形下，为了避免混淆本发明，以框图形式而非详细地示出了熟知的结构和装置。
读者的注意力被引导到与本说明书同时提交并且与本说明书一起公开进行审查的所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容通过引用并入本文。除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征可由起相同作用、等效或相似目的的另选特征来替代。因此，除非另外明确说明，否则所公开的每个特征仅仅是常见一系列等同物或相似特征的一个示例。
此外，权利要求中未明确说明用于执行指定功能的“装置”或用于执行特定功能的“步骤”的任何元素不被解释为如在35U.S.C第112节第6段中指定的“装置”或“步骤”条款。特别是，本文权利要求中“…的步骤”或“…的动作”的使用不旨在援引35U.S.C第112节第6段中的规定。
在详细描述本发明之前，首先，提供所并入参考文献的列表。接下来，提供对本发明的各个主要方面的描述。随后，介绍为读者提供对本发明的总体理解。最后，提供本发明的各个方面的具体细节，以理解具体方面。
(1)所并入的参考文献的列表
在整个本申请中引用了以下参考文献。为了清晰和方便起见，本文将参考文献列为读者的中心资源。以下参考文献通过引用并入本文，如同完全包括在本文中。参考文献通过参考相应的参考文献号在本申请中引用，如下所列：
1.Censor N,Dayan E,Cohen LG,Cortico-subcortical neuronal circuitryassociated with reconsolidation of human procedural memories.Cortex.(2014)；58；281-8。
2.Cousins IN,El-Deredy W,Parkes LM,Hennies N,Lewis PA.Cued MemoryReactivation during Slow-Wave Sleep Promotes Explicit Knowledge of a MotorSequence.J.Neurosci.(2G14)；34:15870-6。
3.Euston DR,Graber AJ,McNaughton BL.The role of medial prefrontalcortex in memory and decision making.Neuron.(2012)；76:1057-70。
4.Ji D,Wilson MA,Coordinated memory replay in the visual cortex andhippocampus during sleep,Nat Neurosci.(2007)；10:100-7。
5.Stepnowsky C.等人的Scoring accuracy of automated sleep staging froma bipolar electroocular recording compared to manual scoring by multipleraters.Sleep Med(2013)，见于http://dx.doi.org/10.1016/j.sleep.2013.04.022。
(2)主要方面
本发明的各种实施方式包括三个“主要”方面。第一个主要方面是用于为了技能获取对程序记忆再巩固进行经颅控制的程序记忆增强系统。该系统通常以操作软件的计算机系统的形式或者以“硬编码”指令集的形式。该系统可以并入提供不同功能的各种装置中。第二个主要方面是通常以使用数据处理系统(计算机)操作的软件的形式的方法。第三个主要方面是计算机程序产品。计算机程序产品通常表示存储在非暂时性计算机可读介质(诸如光存储装置(例如，光盘(CD)或数字通用光盘(DVD))或磁存储装置(诸如软盘或磁带))上的计算机可读指令。计算机可读介质的其它非限制性示例包括硬盘、只读存储器(ROM)和闪存型存储器。下面将更详细地描述这些方面。
在图1中提供了描绘本发明的系统(即，计算机系统100)的示例的框图。计算机系统100被配置为执行与程序或算法相关联的计算、处理、操作和/或功能。在一个方面，本文讨论的某些过程和步骤被实现为一系列指令(例如，软件程序)，所述一系列指令驻留在计算机可读存储器单元内，并且由计算机系统100的一个或更多个处理器来执行。当执行时，指令使得计算机系统100执行特定的动作并展示特定的行为，诸如本文所描述的。
计算机系统100可以包括被配置为传送信息的地址/数据总线102。另外，一个或更多个数据处理单元(诸如处理器104)与地址/数据总线102联接。处理器104被配置为处理信息和指令。在一方面，处理器104是微处理器。另选地，处理器104可以是不同类型的处理器，诸如并行处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
计算机系统100被配置为利用一个或更多个数据存储单元。计算机系统100可以包括与地址/数据总线102联接的易失性存储器单元106(例如，随机存取存储器(“RAM”)、静态RAM、动态RAM等)，其中，易失性存储器单元106被配置为存储用于处理器104的信息和指令。计算机系统100还可以包括与地址/数据总线102联接的非易失性存储器单元108(例如，只读存储器(“ROM”)、可编程ROM(“PROM”)、可擦除可编程ROM(“EPROM”)、电可擦除可编程ROM(“EEPROM”)、闪存等)，其中，非易失性存储器单元108被配置为存储用于处理器104的静态信息和指令。另选地，计算机系统100可以执行从诸如“云”计算中的在线数据存储单元检索的指令。在一方面，计算机系统100还可以包括与地址/数据总线102联接的一个或更多个接口(诸如接口110)。一个或更多个接口被配置为使得计算机系统100能够与其它电子装置和计算机系统接口连接。由一个或更多个接口实现的通信接口可以包括有线通信技术(例如，串行电缆、调制解调器、网络适配器等)和/或无线通信技术(例如，无线调制解调器、无线网络适配器等)。
在一方面，计算机系统100可包括与地址/数据总线102联接的输入装置112，其中，输入装置112被配置成将信息和命令选择传送到处理器100。按照一方面，输入装置112是诸如键盘的字母数字输入装置，可包括字母数字和/或功能键。另选地，输入装置112可以是除了字母数字输入装置之外的输入装置。在一方面，计算机系统100可包括与地址/数据总线102联接的光标控制装置114，其中，光标控制装置114被配置成将用户输入信息和/或命令选择传送到处理器100。在一方面，使用诸如鼠标、轨迹球、轨迹板、光学跟踪装置或触摸屏的装置来实现光标控制装置14。尽管如此，在一方面中，诸如，响应于使用与输入装置112关联的特殊键和键序列命令，借助来自输入装置112的输入来引导和/或激活光标控制装置114。在替代方面，光标控制设备114被配置成接受语音命令的引导或指导。
在一方面，计算机系统100还可包括与地址/数据总线102联接的诸如存储装置116的一个或更多个可选的计算机可使用数据存储装置。存储装置116被配置成存储信息和/或计算机可执行指令。在一方面，存储装置116是诸如磁或光盘驱动器的存储装置(例如，硬盘驱动器(“HDD”)、软盘、光盘只读存储器(“CD-ROM”)、数字通用盘(“DVD”))。根据一方面，显示装置118与地址/数据总线102联接，其中，显示装置118被配置成显示视频和/或图形。在一方面，显示装置118可包括阴极射线管(“CRT”)、液晶显示器(“LCD”)、场发射显示器(“FED”)、等离子体显示器或适于显示用户可识别的视频和/或图形图像和字母数字符号的任何其他显示装置。
本文中展示的计算机系统100是按照一方面的示例计算环境。然而，计算机系统100的非限制性示例并不严格地限于是计算机系统。例如，一方面提供了计算机系统100代表可按照本文中描述的各个方面使用的一种数据处理分析。此外，还可实现其他计算系统，事实上，本技术的精神和范围不限于任何单一数据处理环境。因此，在一方面，使用正由计算机执行的诸如程序模块的计算机可执行指令来控制或实现本技术的各个方面的一个或更多个操作。在一个实现方式中，此程序模块包括被配置成执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件和/或数据结构。另外，一方面提供了本技术的一个或更多个方面是通过利用一个或更多个分布式计算环境来实现的，诸如，其中，由通过通信网络链接的远程处理装置来执行任务，或者诸如，其中，各种程序模块位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质二者中。
在图2中描述了实施本发明的计算机程序产品(即，存储装置)的例示图。计算机程序产品被描绘为软盘200或诸如CD或DVD的光盘202。然而，如之前提到的，计算机程序产品通常代表存储在任何兼容的非暂时性计算机可读介质上的计算机可读指令。相对于本发明使用的术语“指令”通常指示将在计算机上执行的一组操作，并且可代表整体程序或个体、可分离的软件模块中的多个。“指令”的非限制示例包括计算机程序代码(源或对象代码)和“硬编码”电子器件(即，编码到计算机芯片中的计算机操作)。“指令”被存储在任何非暂时性计算机可读介质上，诸如，存储在计算机的存储器中或软盘、CD-ROM和闪存驱动器上。在任一情况下，指令被编码在非暂时性计算机可读介质上。
(3)介绍
在陈述记忆系统中学习程序技能，并且然后其随时间的推移被转移到程序记忆。提升该转移的速度和效率，并且消除“不良习惯”(即，不适宜的程序行为)是本公开的重点。简言之，在正在使用它的受试者的清醒时间期间，本文所描述的程序记忆增强系统在适宜的技能执行期间记录大脑活动。随后，当执行不良或不适宜时，可通过应用刺激模式来激活系统以中断再巩固，该刺激模式粗略地再现适宜的技能执行的大脑活动。不良习惯的再巩固也可受到经颅阴极刺激的破坏，这种刺激在对运动规划和执行(例如，初级运动皮层(M1)、辅助运动区域(SMA))重要的皮层区域中降低细胞兴奋性。该系统还可在睡眠期间用于周期性地再现大脑良好技能执行的状态，从而提示回忆技能并且加速技能向受试者的程序记忆系统的转移。
在学习技能(或有意并且准确地练习技能)时，用诸如高分辨率EEG和fNIRS的传感器记录时空分布的大脑活动。这被称为“练习模式”。随后，在清醒时间或睡眠期间，使用经颅刺激帽来应用该练习模式，该经颅刺激帽将低电平高分辨率经颅电流刺激发送到大脑，以通过影响跨所分布大脑区域的细胞兴奋性来再现练习模式。因为其是低电压(例如，与小电池相似)，所以治疗将感觉像是轻微的刺痛感。使用经颅电刺激来增强程序技能学习并且减弱不良习惯的这个程序是独特的。
本公开的有针对性的程序记忆增强系统将加速程序技能的获取，并且也加快了对不良习惯的校正，而不会对患者造成身体上的风险。当学习如何演奏乐器、键盘上的触摸类型、开车、网球发球、游泳或获取其它程序技能时，通过指令、规则和建议对其进行训练。例如，网球发球需要进行复杂的协调运动，该协调运动精心安排球拍的回退、把球投掷到一定高度、当球拍摆到头顶击球时移动躯干的特定方式。起初，这种训练采取记忆中的一系列规则的形式，并且学生有可能多年练习很多次以学习巧妙地来执行。熟练的从业者不再考虑执行的细节，而是替代地，将注意力集中在高级别目标上，比如将球瞄准到对方球场的哪个位置或者用什么样的旋转。因此，“程序”记忆与陈述记忆的显性性质相反被称为“隐性”记忆。
与程序记忆相关的技能形成的一个显著问题在于，在学习时，养成不良习惯是非常常见的。因此，当学生上课来尝试提高这种技能时，老师必须帮助学生打破这些不良习惯。另外，新技能获取会由于习惯动作带来的干扰而缓慢；例如，学习网球的某人转而去打壁球。本发明的系统将在起初慎重考虑、集中学习或练习技能期间记录大脑活动。将使用这种模式来不但打破对技能的不良清醒执行的再巩固，而且在睡眠期间提示回忆，以便提高显性陈述记忆转移到隐性程序记忆的速度。因此，可采用本公开的系统来减少所需要的练习，并且打破有碍良好执行的不良习惯。
值得注意的是，根据本公开的程序记忆增强系统不需要系统性的并且会带来诸如依赖性的不期望的副作用的药物干预(例如，兴奋剂)。然而，该系统有可能有助于处理具有身体表现的依赖性问题。
另外，程序记忆增强系统首次允许有针对性的个性化闭环系统(例如，感应和刺激)用于增强程序技能的学习。作为一个非限制性示例，被称为MC-10的公司(位于MA02421，Lexington，1st Floor，Building 3，Maguire Road 10)开发了粘附于皮肤的几乎不可见、保形且可伸展的电子传感器。如图3中例示的，将刺激电极300添加到其当前EEG传感器302的概率是将通过允许在头部306上形成将感测并调整大脑状态的活动“纹身”304来大幅增强本发明的系统的概率。
出于多种原因，程序记忆增强系统可以是一个巨大的商业上的成功，这至少是由于具有以下进一步提供的具体细节的以下优点：
●该程序安全；其不需要药品
●该系统可以在用户首次学习或准确地练习技能时进行自我训练
●该干预既可以在清醒时自行应用，也可以在夜间自动应用，而无需医生或心理治疗师的监督
●该干预是有针对性的；相比于其效果可能持续许多小时并且带来不期望的系统性化学副作用的药品治疗，只在大约数分钟的技能记忆的清醒再巩固时间段或睡眠巩固期间应用该干预。
(4)各种方面的具体细节
当受试者学习技能时，该技能首先被编码在陈述记忆系统中。缓慢地，随着时间的推移，程序系统得以训练。该训练部分通过在唤醒状态期间的人工练习来进行。然而，大部分的学习在睡眠状态期间进行：因为陈述记忆是自发回忆的，所以皮质程序系统得以训练。本发明解决了这两个阶段的学习。如上所述，程序技能首先通过快速陈述记忆系统进行学习。每当回忆程序记忆(即，执行程序技能)时，在短时间段内，它不稳定并且易于修改。本发明的方法是记录最初极度努力期间的大脑活动，此时受试者在高度集中的情况下完美地执行程序。随后，如果受试者在清醒期间练习技能时出错，则该“练习模式”可以通过使用安全、低电平高分辨率经颅电流刺激再现，由此干涉不良执行的再巩固。本发明还允许进行选择以通过将经颅阴极刺激靶向到程序记忆执行中所涉及的皮层区域(例如，初级运动区域(M1)、辅助运动区域)来按字面意思(literally)破坏再巩固过程。以下描述了本公开的方法和设备以及如何找到再现练习模式所需的刺激参数。另外，还提出了一种方法用来在睡眠期间通过自动唤醒其临时压缩版本的应用加速跨相关新皮层区域的程序记忆技能的皮质巩固来重新播放练习模式。
图4呈现了整个系统的基本流程图400以及针对由受试者404启动的大脑活动模式的记录的架构402。受试者404穿戴传感器/刺激器阵列406，该传感器/刺激器阵列406是穿戴在头部上的传感器和刺激器的高密度阵列。该传感器/刺激器阵列406包含诸如EEG(脑电图)和fNIRS(功能性近红外光谱)的传感器以及诸如HD-tCS(高分辨率tCS)的电刺激器。该传感器/刺激器阵列406可按任何合适的形状或方式形成，只要其能够附着于受试者404并且能够提供本文所描述的功能即可。例如，传感器/刺激器阵列406可以是弹性头罩(如图4中所示)，或者以更符合人体工程学的设计进行设计，诸如，图3中所示出的可穿戴“纹身”。
如图4中所示，受试者404在学习或练习技能时启动408记录(例如，通过记录启动开关或任何其它激活/启动装置)。只有最佳执行应被使用，所以受试者可能会记录技能的多次执行，只保留最好的。执行速度并不像完美执行那么重要，所以最好的记录可能是在正在训练技能的专家的监督下的缓慢、慎重的执行。例如，当学习吉他时，学生可经常与吉他老师一起缓慢且完美地演奏音乐序列，并且在此时将它记录下来。受试者或训练者通知系统(例如，通过如例示的按钮)，启动408在技能执行期间从(传感器/刺激器阵列406中的)传感器到记录装置412的大脑活动410(“练习模式”)的记录。
图5A例示了唤醒的新皮质大脑活动500如何被转换成临时压缩的形式(使用例如6至7的常见压缩因子；参见为了描述临时压缩的参考文献No.3)，以(如图5B中示出的)在睡眠期间提示技能的巩固。皮层重新播放通常以比唤醒体验更快的速率进行；个体受试者可能具有不同的皮质重新播放速率(参见参考文献No.3和No.4)，所以用户或训练者可调节该速率(即，临时压缩)提高或降低以找到最佳匹配。对该参数的最佳设置将是使用该系统一个夜晚或多个夜晚时对技能提升的主观判断；然而，如果有关于技能的指标，则可客观地评估该参数设置。
如图4中所示，练习模式的记录414(从(传感器/刺激器阵列406中的)经颅传感器获得的大脑活动410信号)必须在提供治疗之前首先被映射416(转换)到大脑中活动的体素。基于经颅传感器数据(EEG和/或fNIRS)计算脑容量的区域中的神经活动是本领域已知的作为盲源分离的问题，盲源分离发现头皮电极所记录的活动中的最可能的来源。然后，具有低活性的体素被猝灭(例如，将具有小于10％的最高体素活性的体素设定成零)。表示练习模式414(来自大脑活动410)的体素活动(通过体素映射4.16)以未压缩的形式(用于如图5A中的清醒治疗418)作为未压缩的练习模式以及通过信号压缩420(用于如图5B中的睡眠治疗422)的临时压缩形式(作为经压缩的练习模式)存储在记录器412中。应注意的是，元素400是流程图，其中，元素420描绘了对元素414中记录的大脑活动进行临时压缩的临时压缩过程。该压缩过程发生在元素402的架构图中的临时压缩模块420中，在那里，临时压缩模块420再次记录大脑活动。
如图5A中所例示的，以至少未压缩的形式记录练习模式(记录在记录器412中)之后，该系统将所记录的练习模式映射到体素416并且还对该模式进行临时压缩420。该系统通过例如实现刺激蒙太奇控制器504来提供治疗刺激，所述刺激蒙太奇控制器504通过将当前大脑活动500与所记录的未压缩的练习模式510进行比较以找到当前大脑活动500与正确练习相关的大脑活动之间的差异来计算所需的刺激。基于体素映射，刺激蒙太奇控制器504找到刺激蒙太奇506，该刺激蒙太奇506将再现遍历大脑所需的活动模式，以最小化当前大脑活动500与正确练习相关的大脑活动之间的差异。然后，系统致使传感器/刺激器阵列406中的刺激器(例如，电极刺激器)将所确定的刺激蒙太奇506提供至受试者404。例如，假设受试者要练习网球发球达到执行标准(即，网球教练教受试者如何发球并且受试者在监督下缓慢仔细地练习)。在每次练习尝试中，受试者在尝试的持续时间内启动记录(利用开关408)，直到教练观察到准确的尝试为止。此时，可在后续练习尝试期间使用所述系统，以使得更有可能实现受试者将完美地执行技能。受试者在进行每次练习尝试之前启动系统，并且该系统根据正确的执行再现大脑状态。
如图5B所示，为了在睡眠期间增强程序技能，本发明的系统可使用本领域技术人员已知的几种类型的睡眠分类器(即，睡眠传感器520)中的任一种来识别深度睡眠。这种睡眠传感器502的非限制示例包括FP-STAGE算法(参见例如参考文献No.5)。
周期性地，在该睡眠状态期间，(如存储在记录器412中的)所记录的经压缩的练习模式524可用于在睡眠期间提示技能的回忆。这里，睡眠传感器520检测受试者何时处于NREM(非快速眼动)睡眠，然后使用蒙太奇开启刺激的周期，该蒙太奇仅仅是在准确练习技能期间捕获的EEG的经压缩的模式。该实践模式应应用于一定百分比的慢波振荡(SWO)的正相位期间，但是如果不能确定SWO循环频率(其不是常数)，则合理的近似将是仅在整个慢波睡眠周期中的某个部分期间重复应用练习模式。该部分将由本领域技术人员确定。例如，指导方针应该是，该部分应该是(当第二天进行测试时)足以获得有益的行为效果的长度，但不能长到以致其它记忆没有得以巩固。作为非限制示例，所期望的实现方式将是慢波睡眠周期的大致30％。
总之，所描述的系统用于通过使用经颅电刺激破坏不良习惯的唤醒巩固以及在睡眠期间促进正确执行程序执行的巩固来增强程序记忆的获取。在使用期间，用户或训练者指示技能执行何时开始，启动记录当执行令人满意时时存储的由传感器感测到的大脑活动(“练习模式”)。该练习模式被转换成推断出的大脑活动体素并且以原始的实时形式并且以按照本领域已知为皮质重播加速的因子在时间上被压缩的版本进行存储。在清醒期间，当练习技能欠佳时，用户可以启动治疗，并且系统将在他/她的头皮上的电极处施加与未压缩的练习模式相对应的经颅刺激，由此干扰再巩固并打破不良习惯。此外，在清醒期间，当由于习惯性干扰而使技能练习欠佳时，用户可启动治疗，并且系统将经颅刺激施加到新皮层区域(即，初级运动皮质和辅助运动区域)，要么主动抑制它们，要么将他们的功能交互暂时(大约几分钟)去同步。另选地且周期性地，在睡眠期间，本发明可以自动启动治疗，在头皮上的电极处施加与经压缩的练习模式相对应的经颅刺激，由此提示技能的正确执行记忆，并且加速从显性陈述记忆转移到隐性程序记忆。
最后，虽然已经根据几个实施方式描述了本发明，但是本领域普通技术人员将容易地认识到本发明可以在其它环境中具有其他应用。应注意，许多实施方式和实现是可能的。此外，所附权利要求绝不旨在将本发明的范围限于上述特定实施方式。另外，“用于…的装置”的任何叙述旨在引出元素和权利要求的装置加功能解读，而未特别使用“用于…装置”的叙述的任何元素不旨在被解读为装置加功能元素，即使权利要求另外包括词语“装置”。此外，虽然已经以特定顺序描述了特定方法步骤，但方法步骤可以以任何期望的顺序进行，并且落在本发明的范围内。

Claims (24)

1.一种程序记忆增强系统，该系统包括：
一个或更多个处理器和存储器，所述存储器是非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有编码在其上的可执行指令，使得在执行所述可执行指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
记录练习模式，所述练习模式是在执行技能时传感器阵列所感测到的大脑活动的记录；以及
将所述练习模式转换成大脑活动体素，并且将所述大脑活动体素存储为与受试者清醒时施加的经颅刺激相对应的未压缩的练习模式以及与受试者睡着时施加的经颅刺激相对应的经压缩的练习模式二者。
2.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括用于向受试者施加刺激蒙太奇的刺激器阵列。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，在记录所述练习模式时，当正确地执行所述技能时记录所述练习模式。
4.根据权利要求3所述的系统，该系统还包括以下操作：
当受试者清醒并且练习所述技能时，确定使所述未压缩的练习模式与当前大脑活动之间的差异最大化所需的刺激蒙太奇；以及
在所述技能的后续清醒练习期间通过所述刺激器阵列向受试者经颅施加所述刺激蒙太奇。
5.根据权利要求4所述的系统，该系统还包括以下操作：
当受试者清醒并且不正确地练习所述技能时，经颅施加与所述未压缩的练习模式相对应的刺激蒙太奇，以干扰再巩固并且打破不良习惯。
6.根据权利要求5所述的系统，该系统还包括以下操作：
在受试者睡着时，周期性地通过所述刺激器阵列向所述受试者经颅施加作为刺激蒙太奇的所述经压缩的练习模式，由此提示所述技能的执行的记忆。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，响应于用户输入，调节用于形成所述经压缩的练习模式的压缩等级，以使睡眠训练适于所述受试者，并由此增加个体睡眠训练效果。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，在记录所述练习模式时，当正确地执行所述技能时记录所述练习模式。
9.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括以下操作：
当受试者清醒并且练习所述技能时，确定使所述未压缩的练习模式与当前大脑活动之间的差异最大化所需的刺激蒙太奇；以及
在所述技能的后续清醒练习期间通过刺激器阵列向受试者经颅施加所述刺激蒙太奇。
10.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括以下操作：
当受试者清醒并且不正确地练习所述技能时，经颅施加与所述未压缩的练习模式相对应的刺激蒙太奇，以干扰再巩固并且打破不良习惯。
11.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括以下操作：
在受试者睡着时，周期性地通过刺激器阵列向所述受试者经颅施加作为刺激蒙太奇的所述经压缩的练习模式，由此提示所述技能的执行的记忆。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，响应于用户输入，调节用于形成所述经压缩的练习模式的压缩等级，以使睡眠训练适于受试者，并由此增加个体睡眠训练效果。
13.一种用于程序记忆增强的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有编码在其上的可执行指令，使得在由一个或更多个处理器执行所述可执行指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
记录练习模式，所述练习模式是在执行技能时传感器阵列所感测到的大脑活动的记录；以及
将所述练习模式转换成大脑活动体素并且将所述大脑活动体素存储为与受试者清醒时施加的经颅刺激相对应的未压缩的练习模式以及与受试者睡着时施加的经颅刺激相对应的经压缩的练习模式二者。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中，在记录所述练习模式时，当正确地执行所述技能时记录所述练习模式。
15.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质还包括用于使所述一个或更多个处理器执行以下操作的可执行指令：
当受试者清醒并且练习所述技能时，确定使所述未压缩的练习模式与当前大脑活动之间的差异最大化所需的刺激蒙太奇；以及
在所述技能的后续清醒练习期间通过刺激器阵列向受试者经颅施加所述刺激蒙太奇。
16.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质还包括用于使所述一个或更多个处理器执行以下操作的可执行指令：
当受试者清醒并且不正确地练习所述技能时，经颅施加与所述未压缩的练习模式相对应的刺激蒙太奇，以干扰再巩固并且打破不良习惯。
17.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质还包括用于使所述一个或更多个处理器执行以下操作的可执行指令：
在受试者睡着时，周期性地通过刺激器阵列向所述受试者经颅施加作为刺激蒙太奇的所述经压缩的练习模式，由此提示所述技能的执行的记忆。
18.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质还包括用于使所述一个或更多个处理器执行以下操作的可执行指令：
其中，响应于用户输入，调节用于形成所述经压缩的练习模式的压缩等级，以使睡眠训练适于受试者，并由此增加个体睡眠训练效果。
19.一种用于程序记忆增强的方法，该方法包括以下动作：
使一个或更多个处理器执行编码在非暂时性计算机可读介质上的指令，使得在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
记录练习模式，所述练习模式是在执行技能时传感器阵列所感测到的大脑活动的记录；以及
将所述练习模式转换成大脑活动体素，并且将所述大脑活动体素存储为与受试者清醒时施加的经颅刺激相对应的未压缩的练习模式以及与受试者睡着时施加的经颅刺激相对应的经压缩的练习模式二者。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在记录所述练习模式时，当正确地执行所述技能时记录所述练习模式。
21.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括以下操作：
当受试者清醒并且练习所述技能时，确定使所述未压缩的练习模式与当前大脑活动之间的差异最大化所需的刺激蒙太奇；以及
在所述技能的后续清醒练习期间通过刺激器阵列向受试者经颅施加所述刺激蒙太奇。
22.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括以下操作：
当受试者清醒并且不正确地练习所述技能时，经颅施加与所述未压缩的练习模式相对应的刺激蒙太奇，以干扰再巩固并且打破不良习惯。
23.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括以下操作：
在受试者睡着时，周期性地通过刺激器阵列向所述受试者经颅施加作为刺激蒙太奇的所述经压缩的练习模式，由此提示所述技能的执行的记忆。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，响应于用户输入，调节用于形成所述经压缩的练习模式的压缩等级，以使睡眠训练适于受试者，并由此增加个体睡眠训练效果。
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