CN108187228A - 对深度昏迷大脑进行脉冲刺激的脑刺激装置 - Google Patents

Abstract

一种对深度昏迷大脑进行脉冲刺激的脑刺激装置，包括主机和三组输出电极，主机包括有脉冲产生模块、输出模块、时序控制电路等，使用时将各输出电极置于昏迷大脑的特定位置的神经核团，对其神经元施加具有前后依次输出的时序关系的刺激脉冲。本发明通过各组输出电极对特定神经通路上不同核团的神经元进行具有时序关系的脉冲刺激，诱发神经活动节律过低的神经元提高动作电位发放节律，从而使昏迷大脑苏醒过来。其独特的输出控制方式既能够诱发神经元爆发动作电位，又不会过度刺激神经元以致使神经元受到抑制失活或受到损伤。

Description

对深度昏迷大脑进行脉冲刺激的脑刺激装置

技术领域 本发明为申请号为2015101775882的中国专利申请的分案申请，是对原案申请在审查时对权利要求书进行修改造成保护范围丢失的补救。本涉及脑神经医疗领域的一种神经刺激装置。

背景技术 通过对大脑的神经元进行电脉冲刺激，来影响神经元的活动，从而达到治疗某些脑疾病的目的，是神经医学领域的现有技术。但申请人发现，现有技术大多只是对某些位置的神经元进行孤立的刺激，影响这些神经元的活动，比如用于刺激某些神经核团，使其神经功能产生增强或减弱的变化，或者用于干预神经核团的信号传递，比如阻隔疼痛信号的传递达到电子止痛的目的。而若要用于启动某种具体的神经活动，尤其是要产生或改变神经核团之间具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，由于大脑中枢神经的各个神经链路的神经元之间是具有神经投射和信号传递关系的，所以，现有孤立的脑神经刺激技术，便难以产生这样的技术效果，而申请人发现在某些有意义的特定应用场合，往往便需要具有这样的技术效果。而且，现有技术对电刺激的具体位置、施加方式、和电脉冲的细节等无针对性，采取的技术往往跟用于外周神经刺激时是一样的，但实际上，对中枢神经元的刺激具有其特殊性，比如，根据对大脑一些神经回路的放电研究，施加到神经元的电脉冲，频率和脉冲幅度过低时无法触发动作电位放电，而频率或脉冲幅度过高时则会对神经元信号传递形成抑制，甚至使其失活。

发明内容 本发明目的是公开一种多通道的神经刺激装置，适合于对某些神经通路的不同位置的神经元同时进行脉冲刺激，促使神经通路产生具有信号定向传递关系的动作电位发放。

本发明还公开对输出信号进行优化，使其能更有效地诱发神经元发放动作电位的技术。

本发明同时公开上述的神经刺激装置的一些应用，包括用于增强某些神经传递通路的传递效能，用于唤醒深度昏迷病人，以及用于对脑死亡在短时间内的激活。

本发明的神经刺激装置，包括主机和连接主机的电极，电极包括有接地电极(或称基准电极)和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，连接各输出电极的用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有二组或二组以上的输出电极，(比如三组输出电极)；主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。

脉冲产生模块属于现有技术，所产生的脉冲可以采用方波、三角波、梯形波、或者模仿神经元动作电位脉冲的波形。脉冲宽度T0为0.5—10毫秒，更合适的是1—5毫秒，相当于神经元动作电位的脉冲宽度。各输出电极输出的脉冲信号，相对于基准电极(也即接地电极)的电位，脉冲信号的峰值电压幅度，在20—1000毫伏之间进行调节，根据电极接触位置及电极进入神经元的状态而有所不同。

本发明的主机还包括脉冲周期调节电路，用于调节同一组输出电极(第一、第二和第三输出电极)所输出的前后两个脉冲的脉冲周期T。对于不同的应用，脉冲周期T是不同的，一般在25毫秒至1000毫秒之间，对应于频率是1—40赫兹，见后面应用部分所述。

本发明主机还包括延迟时间调节电路，用于调节在同一个脉冲输出周期中，前后两个电极(比如第一输出电极和第二输出电极)输出的前后两个脉冲之间的延迟时间Ts。

输出时序控制电路用于控制各输出模块的工作，使得各组输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：在一个脉冲周期T中，前一输出电极输出一个刺激脉冲后，经过设定的延迟时间Ts后，后一输出电极才输出一个刺激脉冲。具体的控制方法可以是：脉冲产生模块产生一个脉冲信号，然后经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，然后再经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，时序控制电路对三个输出模块进行依次的选通输出，将这三个脉冲信号依次从三个输出模块进行输出，从而在三组输出电极上依次各输出一个脉冲信号。(注意这时脉冲产生模块的输出脉冲频率是输出电极输出脉冲频率的3倍)，这样的控制属于普通的电子技术，可以通过简单的MCU或者数字电路来实现。

本发明的神经刺激装置具有多组输出电极，各输出电极能够输出相对于基准电极的刺激脉冲信号，且各组输出电极所输出的刺激脉冲信号具有前后依次输出的时序关系。使用本发明能够通过各组输出电极分别对某一神经通路上不同节点的神经元同时进行具有前后时序关系的脉冲刺激，强制神经通路产生具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，从而可应用于激发和恢复某些具有生理功能的神经活动。

作为一种重要的优化，本发明还对这种输出脉冲的时序关系进行精准的设置。其前后两组输出电极(比如第一与第二输出电极，第二与第三输出电极)输出的两个脉冲的延迟时间Ts，与脉冲周期T，脉冲宽度T0，三者具有如下关系：0＜Ts＜1/2T－T0；表述为：前后两组输出电极输出脉冲的延迟时间大于0，且小于“脉冲周期的一半减去一个脉冲宽度”的值。这种设置基于脑神经的STDP突触可塑性原理，(Spike Timing-Dependent Plasticity，即时序依赖的突触可塑性)，其意义是：以具有这样时序关系的刺激脉冲，分别对某一神经通路上前后不同节点的神经核团进行脉冲刺激，不但在发放刺激脉冲的过程中能强制该神经通路产生定向激活动作，从而强制产生信号传递的神经活动，而且，这种脉冲刺激具有特定的时序关系，能够使所刺激的前后两组神经元之间的突触传递产生增强效应，提高突触传递效能。所以，这样的脉冲刺激，同时具有刺激神经元和定向提高神经元之间突触可塑性的作用，有利于恢复神经通路自身的信号传递效能，从而恢复其生理功能，所以可以用于一些工作异常的神经通路的康复。

在本发明上述的刺激方法和装置中，其进行神经元刺激的电脉冲串的输出特性是很重要的。所以，申请人仔细根据神经元爆发动作电位的具体工作原理，公开三种对输出电极的输出信号进行优化的方案，使得输出脉冲信号能够更准确地诱发神经元爆发动作电位，并且这种动作电位是能够持续发放的，更有利于受刺激的中枢神经元形成可持续的信号传递。

本发明的第一种输出优化方案，包括：所述的脉冲产生模块，带有正脉冲输出端和负脉冲输出端，能够分别输出相对于接地电极是正电位和负电位的两种脉冲输出信号；(这可以通过正负电源来产生，是普通的电子技术)；正脉冲和负脉冲两个输出端通过切换开关进行切换，切换开关的输出再作为脉冲产生模块的输出端，连接到各个输出模块。切换开关可以是机械开关或电子开关。

本发明的第二种输出优化方案，主机上用于连接各个输出电极的电极输出端，与各个输出模块(包括第一输出模块、第二输出模块和第三输出模块)的输出端之间，加有输出控制电路，(更合适的，在输出模块的输出端与输出控制电路之间还可串接有一电阻器R，用于缓冲和产生一定的电压差)；电极输出端还连接到一电压检测电路的输入端，电压检测电路的输出端连接到一电压比较电路，与来自输出模块的输出脉冲信号进行比较；电压比较电路的输出端连接到输出控制电路的控制端，通过输出控制电路对脉冲输出信号进行控制。当电压检测电路检测到的电极输出端的电压信号，与输出模块输出的电压信号之间的差值大于设定数值时，则关闭输出控制电路，在该脉冲周期余下的时间关闭输出模块到电极输出端的输出信号，直到下一脉冲周期才重新打开。各个输出模块到其连接的各个输出电极，其控制电路是一样的。

按照这样的输出控制方案，工作时，在各个输出模块的每一个输出脉冲周期，输出控制电路首先被打开，脉冲输出信号通过电极输出端和输出电极施加于神经元，同时电压检测电路检测电极输出端(相当于输出电极)上的电压信号，并与输出模块的脉冲输出信号进行比较。当输出电极的脉冲信号对神经元的刺激达到一定程度，神经元爆发动作电位，产生离子超射现象，引起膜内外的电位出现急剧变化，通过输出电极传递到电极输出端，造成电极输出端上的电压出现较大波动，而且是与输出模块输出的脉冲输出信号明显的变化不同步。这一电压波动被电压检测电路所检测到，并通过电压比较电路与脉冲输出信号进行比较，识别为神经元已经爆发动作电位，于是电压比较电路的输出关闭了输出控制电路，在该脉冲周期余下的时间关闭输出模块到电极输出端的输出，直到下一个脉冲周期才重新打开。这样可使神经元在每一次动作电位爆发后不再受到外部脉冲的刺激，使其能够恢复膜极化状态，以便准备对下一次刺激进行整合和再次爆发动作电位，形成可持续进行的动作电位发放。这一技术方案，更符合中枢神经细胞的工作机制，既能够诱发神经元爆发动作电位，又不会过度刺激神经元以致使神经元受到抑制失活或受到损伤，能够持续诱发动作电位，形成连续的脉冲发放，并使神经元的离子运动和生理功能逐渐恢复正常。

本发明的第三种输出优化方案，主机上用于连接各个输出电极的电极输出端连接有一电压检测电路，电压检测电路用于检测电极输出端的背景电压，所以也可称为背景电压检测电路，电压检测电路的输出连接有一电压保持电路，对电压检测电路输出的背景电压值进行保持记忆，(相当于电压记忆电路)，电压保持电路输出的电压值连接到一个电压叠加电路，各个输出模块输出的脉冲输出信号，在电压叠加电路中与背景电压进行叠加，再连接到电极输出端。电压保持电路、电压叠加电路和各个输出模块的工作，受到一个状态切换电路的控制，或者由主机总的控制电路进行控制。

本发明的神经刺激装置具有多组输出电极，各组输出电极输出相对于基准电极的刺激脉冲，且各组输出电极所输出的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。本发明可以用于对大脑中枢神经受损而工作不正常的某些神经投射通路，比如听觉、触觉的感觉输入通路，或某些运动神经的输出通路，用于对这些神经通路的前后节点的不同神经核团同时进行具有前后时序关系的脉冲刺激，强制神经通路产生具有信号定向传递关系的动作电位发放，并增强其突触传递效能，从而恢复这些受损神经通路的信号传递功能。

以下是本发明在中枢神经的特殊应用。当然，在使用这些技术进行神经刺激之前，必须先消除各种病因，修复创伤、恢复正常供血供氧、改善微循环和营养神经等护理。

1、本发明用于对深度昏迷病人的唤醒。昏迷大多是由于大脑缺血(缺氧)所致，也有部分是由于脑创伤造成，或异常的化学物质进入脑屏障影响神经活动引起，在消除各种病因后，仍有部分病人处于昏迷状态而无法恢复自主意识。这时病人具有呼吸、循环等生命体征，但处于深度昏迷状态，对外界的刺激没有高级神经反应。典型的如果是长期深度昏迷，也就是俗称的植物人。目前有采用电脉冲和交变磁场对脑部进行刺激的技术，但由于对人脑的思维意识活动的工作机制不清楚，没有理论依据，所以对电磁刺激的具体位置、施加方式、和脉冲的频率等细节也无针对性，效果仍然非常有限。

本发明应用于对昏迷病人进行脑部脉冲刺激时，需要采用三组输出电极，其方法是：

⑴、将第一输出电极置于脑干网状结构内侧区(更准确的是中脑网状结构)的位置，并接触或刺入该部位的神经元；(更合适的是接触或刺入中脑网状结构向丘脑板内核投射的神经元)；将第二输出电极置于丘脑板内核，并接触或刺入该部位的神经元；(更合适的是接触或刺入丘脑板内核中发侧枝向丘脑网状核投射的神经元)；将第三输出电极置于丘脑网状核的位置，并接触或刺入该部位的神经元；(更合适的是接触或刺入丘脑网状核向中脑网状结构投射的神经元)；将接地电极与人体相接触；(比较合适的接触位置是脑部的椎底动脉、脑脊液，更合适的位置是输出电极所在的脑组织周围的脑液处)；

⑵、通过三组输出电极向三个位置的神经元进行具有时序性的脉冲刺激。其脉冲周期可选125—25毫秒，(对应的脉冲频率为8—40赫兹，是大脑处于清醒和思维状态时的脑电节律)。

⑶、脉冲刺激最好是间隔性的，即进行1—3秒的脉冲刺激后，停止刺激1—3秒。在停止刺激的间隔期中，同时检测昏迷病人的脑电波(EEG)，如果持续检测到脉冲频率大于8赫兹的脑电波信号，(比如频率8—13赫兹的α波或频率14赫兹以上的β波)，或观察到病人出现自主意识的反应，则停止发放脉冲刺激，否则继续进行下一次脉冲刺激。

根据研究，思维的本质是大脑皮质区(尤其是端脑联合皮质)的中间神经元的链式激活活动，而意识的本质是大脑对思维活动的自我感知，(联合皮质上链式激活的神经元的轴突侧枝向感觉皮质的联合感觉区进行投射)。但是，虽然思维和意识的神经元活动是主要发生在脑皮质，其活动却是受到丘脑(主要是丘脑板内核)向皮质投射的动作电位同步激励脉冲的控制。进一步研究发现，丘脑向脑皮质发放的同步激励脉冲，其起源在于“中脑网状结构—丘脑”之间往返发放同步激励脉冲所形成的振荡环路产生的，申请人将其称为“上环振荡环路”或简称“上环路”，其具体的投射关系也即脉冲发放关系为“中脑网状结构→丘脑板内核→丘脑网状核→中脑网状结构”，并同时由丘脑板内核向广泛的皮质区进行同步激励脉冲的发放，来控制皮质的神经活动也即思维活动。(见图5的脑干网状结构与丘脑及下丘脑之间的上下两个神经环路的示意图，思维系统涉及的是其中的上面的振荡环路)。当大脑因为缺血缺氧或受伤时，这一振荡环路的神经元受损，对兴奋信号的整合和触发动作较慢，造成其发放的振荡节律过低，使得丘脑板内核向皮质发放的同步激励脉冲的发放节律过低，(低于4赫兹，即深度睡眠和昏迷时的脑电节律)，无法使皮质的中间神经元进行突触整合而触发动作电位并以此形成链式激活，所以也就无法产生有意识的思维活动，处于类似于深度睡眠的状态。所以，本发明按照其同步激励脉冲发放的次序，采用具有时序性的电脉冲对这一环路的三个节点的神经元进行依次刺激，强制提高和恢复这一环路的同步激励脉冲的发放节律(大于8赫兹)，使皮质的中间神经元能够形成链式激活，也即恢复有意识的思维活动。而由于本发明的输出脉冲具有特定的时序关系，还能够增强这一环路的神经元之间的突触传递效能，有利于恢复这一环路的自主的神经发放动作，从而最终能够不依赖本发明的脉冲刺激而形成自主的正常的神经思维活动。

2、用于对脑死亡大脑的激活。(原案申请的该部分内容，跟本申请关系不大，给予删除)。

本发明根据大脑的工作机制，分析了大脑昏迷的实质，并有的放矢地针对大脑特定位置的神经元，施加特定信号的脉冲刺激，能够对昏迷的大脑进行脉冲刺激，使其恢复思维活动。

本申请文件所述的将各个输出电极置于大脑各个目标位置的方法，可以采用现有的脑电刺激的技术，比如：开颅直接将电极穿刺目标神经元，或在脑内目标位置预埋电极，更合适的方案，是在脑颅上开小孔、或者通过鼻腔或喉后颚开小孔，然后在神经内窥镜的配合辅助下，将输出电极插入脑内并置于目标位置上。而所使用的电极，可以采用现有用于脑神经的电刺激和电信号检测的电极，刺入神经元时采用脑神经专用的微电极，或膜片钳，只接触神经元膜外时采用普通电极。

本申请文件所述的电极，包括第一输出电极、第二输出电极，第三输出电极等，都可以是一只电极，也可以是一组(多只)电极，视工作需要而定。一般来说，对于周围神经，只需采用单只电极，而对于中枢神经，更合适的是采用多只电极作为同一输出电极，同时对同一位置的相邻的多个神经元进行脉冲刺激，有利于形成信号整合，产生神经活动。

附图说明 图1是本发明的结构示意图。图2是各个输出电极所输出的刺激脉冲的时序图。图3是一种对输出脉冲信号进行更合理控制的工作原理方框图。图4是另一种对输出脉冲信号进行更合理控制的工作原理方框图。图5是脑干网状结构与丘脑及下丘脑之间的上下两个振荡环路的神经投射示意图。

图6是生物信息处理总结构图。图7是生物内外信息处理系统示意图。图8是人脑内外感觉信息处理系统示意图。图9是思维通道的中间神经元连接结构示意图。图10是“思维→意识”第一种神经投射方式的示意图。图11是“思维→意识”第二种神经投射方式的示意图。图12是人脑视觉通道的信号投射结构示意图。图13是人脑听觉通道的信号投射结构示意图。图14是思维系统的振荡环路的工作原理示意图。图15是思维系统振荡环路的神经元投射示意图。图16是思维系统振荡环路的信号投射结构示意图。

具体实施方式 以下为对本发明的原理和具体实施的叙述。

图1是本发明的神经刺激装置的结构示意图。包括主机和连接主机的电极，电极包括有基准电极(或称接地电极)和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，连接各输出电极的用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，即第一输出模块、第二输出模块、第三输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有二组或二组以上的输出电极，图1为第一、第二、和第三输出电极，共三组输出电极；主机还包括有输出时序控制电路；输出时序控制电路用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。如图2。

脉冲产生模块属于现有技术，所产生的脉冲可以采用方波、三角波、梯形波、或者模仿神经元动作电位脉冲的波形。脉冲宽度T0为0.5—10毫秒，更合适的是1—5毫秒，相当于神经元动作电位的脉冲宽度。输出模块也属于现有技术，用于接收脉冲产生模块的脉冲信号，并输出到输出电极，其作用是隔离缓冲和调节输出脉冲的幅度。各输出电极输出的脉冲信号，相对于基准电极(也即接地电极)，其峰值电压幅度，可在20—1000毫伏之间进行调节，根据电极接触位置及电极进入神经元的状态而有所不同。

本发明的主机还包括脉冲周期调节电路，用于调节同一组输出电极(第一、第二和第三输出电极)所输出的前后两个脉冲的脉冲周期T。对于不同的应用，脉冲周期T是不同的，一般在25毫秒至1000毫秒之间，见后面应用部分所述。本发明主机还包括延迟时间调节电路，用于调节在同一脉冲输出周期中，前后两个电极(比如第一输出电极和第二输出电极)输出的前后两个脉冲之间的延迟时间Ts。

输出时序控制电路用于控制各输出模块的工作，使得各组输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：在一个脉冲周期T中，前一输出电极输出一个刺激脉冲后，经过设定的延迟时间Ts后，后一输出电极才输出一个刺激脉冲。比如：对于图1这样具有三组输出电极的装置，在一个脉冲周期中，第一输出电极输出一个刺激脉冲后，经过一个延迟时间Ts后，第二输出电极再输出一个刺激脉冲，然后再经过一个延迟时间Ts后，第三输出电极再输出一个刺激脉冲，依次类推。具体的控制方法可以是：脉冲产生模块产生一个脉冲信号，然后经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，然后再经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，而输出时序控制电路对三个输出模块进行依次的选通输出，将这三个脉冲信号依次从三个输出模块进行输出，从而在三组输出电极上依次各输出一个脉冲信号。(注意这时脉冲产生模块的输出脉冲频率是输出电极输出脉冲频率的3倍)，这样的控制属于普通的电子技术，可以通过简单的MCU或者数字电路来实现。

本发明的神经刺激装置具有多组输出电极，各输出电极能够输出相对于基准电极的输出脉冲，且各组输出电极所输出的刺激脉冲信号具有前后依次输出的时序关系。使用本发明能够通过各组输出电极分别对某一神经通路上不同节点的神经元同时进行具有前后时序关系的脉冲刺激，强制神经通路产生具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，从而可应用于激发和恢复某些具有生理功能的神经活动。(见后面公开的本发明的应用)。

作为一种重要的优化，本发明还对这种输出脉冲的时序关系进行精准的设置。其前后两组输出电极(比如第一与第二输出电极，第二与第三输出电极)输出的两个脉冲的延迟时间Ts，与脉冲周期T，脉冲宽度T0，三者具有如下关系：0＜Ts＜1/2T－T0；表述为：前后两组输出电极输出脉冲的延迟时间大于0，且小于“脉冲周期的一半减去一个脉冲宽度”的值。这种精准的设置基于神经元的STDP突触可塑性原理，(Spike Timing-DependentPlasticity，即时序依赖的突触可塑性)，根据突触传递的STDP可塑性，突触可塑性具有严格的时间依赖性，其突触传递效能与突触前后膜的脉冲峰电位的时序具有密切关系：如果突触前膜的锋电位早于突触后膜的锋电位，则产生突触传递增强现象，而且锋电位的延迟越小则突触传递增强效应越大；如果突触前膜的锋电位慢于突触后膜的锋电位，则产生突触传递抑制现象，而且锋电位的延迟越小则突触传递减弱效应越大。为了使本发明刺激的神经通路的前后神经元之间的突触产生传递效能增强，则需要保证在同一个脉冲周期(即同一次脉冲刺激动作)中，前一输出电极与后一输出电极所输出的脉冲的延迟时间，大于后一输出电极与前一输出电极所输出的脉冲的延迟时间。

参照图2的输出脉冲时序图，其推算过程如下：对于有两组输出电极的情况，则在一个脉冲周期T中，包含有两个脉冲宽度T0，和两段延迟时间Ts1和Ts2，为了确保第一输出电极输出的第一个脉冲与第二输出电极输出的第一个脉冲之间的延迟时间Ts1，小于第二输出电极输出的第一个脉冲与第一输出电极输出的第二个脉冲的延迟时间Ts2，则需要有2T0+2Ts1＜T，依此推出有Ts1＜1/2T－2/2T0，也即要求延迟时间Ts＜1/2T－T0。对于具有三组及更多输出电极的情况，由于各输出电极是依次按顺序输出的，只要保证前后两个电极的输出信号满足上面所分析的情况即可，所以一样需要有Ts＜1/2T－T0，又因为Ts需要大于0，所以有0＜Ts＜1/2T－T0。比如，脉冲周期T为50毫秒，脉冲宽度T0为5毫秒，则延迟时间0＜Ts＜20毫秒，比如可选10毫秒。

这样设置的意义是：以具有这样时序关系的刺激脉冲，分别对某一神经通路上前后不同环节的神经核团进行脉冲刺激，不单在发放刺激脉冲的过程中能强制该神经通路产生定向激活动作，从而强制产生信号传递的神经活动，而且，这种脉冲刺激具有特定的时序关系，能够使所刺激的前后两组神经元之间的突触产生STDP可塑性，尤其是LTP突触增强效应，提高突触传递效能。所以，这样的脉冲刺激，同时具有刺激神经元和定向提高神经元之间突触可塑性的作用，有利于恢复神经通路自身的信号传递效能，从而恢复其生理功能，所以可以用于一些工作异常的神经通路的康复。

在本发明的神经刺激装置中，其电脉冲串的输出特性也是很重要的。现有用于进行脑刺激的技术，其输出信号往往是采用跟其他人体电脉冲刺激或治疗技术(比如各种中高低频的电疗技术，电针技术，心脏起搏技术)一样，其脉冲波形是设定输出，也就是由脉冲发生模块调节一定频率、波形、占空比和电压幅度的正脉冲或正负交变脉冲，然后直接作用于目标刺激部位。现有这些电脉冲刺激技术，如果是用于刺激肌细胞或肌神经或心肌细胞上，只要具有足够的脉冲宽度和电压幅度，便能够有效刺激这些细胞以产生反应。但是，如果要用于对中枢神经的中间神经元的进行刺激并诱发连续的动作电位的发放，那就不一样了，这时便不仅仅是要求对神经元进行足够脉冲宽度和电压幅度的刺激便可以，不恰当的脉冲刺激不仅未能够诱发神经元发放动作电位，甚至还会抑制其生理活动，得到相反的结果。

根据神经生物学，由于离子运动的作用，会在神经细胞的膜的内外形成稳定的电位差也即静息电位，人脑的中间神经元的静息电位大约是－70至－90mV，也即神经元膜内电位比膜外电位低70—90mV，形成膜极化。要使神经元爆发动作电位，需要是其去极化，降低膜内外的电位差，当去极化达到或超过某一阈值，便可打开膜上的大量电压门控型离子通道，使正离子大量内流并形成正反馈，从而爆发动作电位。动作电位的发放时间一般只有几毫秒，之后，在动作电位发放完成之后，需要有时间供正离子外流重新恢复到原来的极化状态，才能够在下一次刺激时再次爆发动作电位。

根据动作电位的爆发机制，如果要通过外部电脉冲来刺激诱发神经元爆发动作电位，可以有二种方式：1、是将电极刺入神经元的细胞膜内(且不能与细胞膜外相连接)，在膜内施加正电位的电刺激，当这一刺激产生的膜内电位的上升值大于触发阈值时，便能够使膜去极化并爆发动作电位。2、是将电极置于神经元膜外，但需要在膜外施加负电位的电刺激，这一负电位的电刺激拉低了膜外的电位，从而相对地也拉低了膜内相对膜外的电位差，当这一电位差的变化值大于阈值时，同样能够使膜去极化并爆发动作电位。所以，现有技术常常将电极置于某一脑部位，然后对电极施加强烈的正脉冲或正负交变脉冲，其导致的结果实际上并非诱发神经元产生正常的有序的动作电位发放，而是由于强烈的电位波动刺激神经元产生偶发性的动作电位，但之后往往会抑制神经元的离子正常运动，使其无法产生持续的动作电位发放，更加无法使其恢复自发的正常的神经活动。典型的，之前在脑刺激实验中，当对丘脑上的疼痛传递通路的神经元施加电脉冲刺激时，往往不是产生疼痛的感觉，而是抑制了疼痛，这也常被应用于作为脑刺激止痛(SPA)，虽然并不知道其具体的止痛机制。

所以，申请人仔细根据神经元爆发动作电位的具体工作原理，对输出电极的输出信号进行优化，使得能够更准确地诱发神经元爆发动作电位，并且这种动作电位是能够持续发放的，更有利于受刺激的中枢神经元形成可持续的信号传递。

本发明的第一种输出脉冲信号优化方案，包括：所述的脉冲产生模块，带有正脉冲输出端和负脉冲输出端，能够分别输出相对于接地电极是正电位和负电位的两种脉冲信号；(这可以通过正负电源来产生，是普通的电子技术)；正脉冲和负脉冲两个输出端通过切换开关进行切换，切换开关的输出再作为脉冲产生模块的输出端，连接到各个输出模块。切换开关可以是机械开关或电子开关。如果在实施脑刺激时是采用开颅的方式，并且采用专用于脑神经刺激的膜片钳或神经微电极，(这种微电极常用于神经解剖学的实验室中，用于检测神经元的电信号，采用金属丝或微玻璃管制成，尖端只有1微米或更小，且只有电极尖端处能够导电，可直接刺入神经元的胞体或轴突的膜内)，能够将输出电极刺入所要刺激的神经元膜内，则可将切换开关切换到正脉冲输出端，使电极输出端连接到正脉冲输出端，这时输出电极是输出正电位的脉冲信号。这种方式是目前实验室进行神经元激活的惯用方式，能够可靠的刺激诱发神经元爆发动作电位，但要将微电极准确刺入目标神经元膜内，显然需要进行开颅手术，极其麻烦。所以，如果将本发明的切换开关切换于负脉冲输出端，使电极输出端连接到负脉冲输出端，这时输出电极输出的是负电位的脉冲信号，可直接施加于神经元的膜外，通过拉低膜外电位，来相对降低膜静息电位，并诱发动作电位。这时可采用普通的电极，并在脑颅上开小孔、或者通过鼻腔或喉后颚开小孔，然后在神经内窥镜的配合辅助下将输出电极插入并置于所需要刺激的目标位置上，只需使输出电极接触或靠近神经细胞的膜外，而无需准确刺入神经元，所以操作更加方便，创伤也较小。

另外，如果施加于神经元上的电脉冲刺激过于强烈，特别是当神经元已经被诱发动作电位后，仍然受到强烈的电刺激，则会严重影响神经元膜内外的正常离子运动，使神经元爆发动作电位后无法恢复正常的膜极化，所以也就无法进行下一次动作电位的触发。所以这样的电脉冲刺激反而会反过来抑制了神经元的活动，甚至使其失活，无法进行持续的整合和激活。(之前常常对疼痛传递通路的脑区域施加强的电脉冲刺激，用于进行止痛，实际上便是这个原因，因为这时其疼痛传递通路的神经元被强刺激所抑制甚至被损伤，无法传递疼痛的感觉)。所以，现有的电脉冲刺激技术输出的信号，可用于脑部刺激，但往往是神经元由于受到强烈的刺激而产生简单无序的放电，而无法产生可持续多次的正常动作电位发放，甚至是起抑制作用，可用于止痛或治疗各种神经元异常放电的疾病，比如癫痫，但要用于这种希望诱发神经元持续多次发放动作电位的应用场合，则并不合适，或者说要调整得到合适的刺激宽度和幅度，是比较困难的。

申请人对此进行改进，本发明的第二种输出信号优化方案，如图3，主机上用于连接各个输出电极(包括第一、第二和第三输出电极)的电极输出端，(电极输出端也即是主机上设置的用于连接主机外部各输出电极的输出端子，一般采用电气接插件)，与各个输出模块(包括第一、第二和第三输出模块)的输出端之间，加有一输出控制电路，(相当于电子开关电路，更加合适的方案，在输出模块的输出端与输出控制电路之间还串接有一电阻器R，用于缓冲和产生一定的电压差)；电极输出端还连接到一电压检测电路的输入端，电压检测电路的输出端连接到一电压比较电路，与来自输出模块的输出脉冲信号进行比较；电压比较电路的输出端连接到输出控制电路的控制端，通过输出控制电路对脉冲输出信号进行控制。当电压检测电路检测到的电极输出端的电压信号，与输出模块输出的电压信号之间的差值大于设定数值时，则关闭输出控制电路，在该脉冲周期余下的时间关闭输出模块到电极输出端的输出信号，直到下一脉冲周期才重新打开。由于第一输出模块到第一输出电极，第二输出模块到第二输出电极，第三输出模块到第三输出电极的控制电路是一样的，所以图3只画出一路。

按照这样的输出控制方案，工作时，在各个输出模块的每一个输出脉冲周期(即单个脉冲输出的周期)，输出控制电路首先被打开，输出脉冲信号通过电极输出端和输出电极施加于神经元，同时电压检测电路检测电极输出端(相当于输出电极)上的电压信号，并与输出模块的输出脉冲信号进行比较，(允许两者具有一定的差值)。当输出电极的脉冲信号对神经元的刺激达到一定程度，神经元出现去极化，打开膜上的离子通道，大量离子内流并形成正反馈，使神经元爆发动作电位。这时由于大量离子急剧内流，形成超射现象，使神经元膜内电位由负电位变成正电位，膜外由正电位变成负电位，这一急剧的电位变化，会通过输出电极传递到电极输出端，造成电极输出端上的电压出现较大波动，而且是与输出模块输出的脉冲输出信号明显的变化不同步。这一电压波动被电压检测电路所检测到，并通过电压比较电路与脉冲输出信号进行比较，当两者的差别大于设定值(比如10％)时，可识别为神经元已经爆发动作电位，于是，电压比较电路的输出关闭了输出控制电路，在该脉冲周期余下的时间关闭输出模块到电极输出端的输出信号，直到下一个脉冲周期才重新打开。这样可使神经元在每一次动作电位爆发后不再受到外部电脉冲的刺激，使其膜内外的正常离子运动不受影响，能够恢复膜极化状态，以便对下一次刺激进行整合和再次爆发动作电位，形成可持续的多次的动作电位发放。这一技术方案，更符合中枢神经细胞的工作机制，既能够诱发神经元爆发动作电位，又不会过度刺激神经元以致使神经元受到抑制失活或受到损伤，用于刺激丘脑、网状结构、下丘脑等部位的神经元，能够持续诱发动作电位，形成连续的脉冲发放，并使神经元的离子运动和生理功能逐渐恢复正常，最终出现自发的同步脉冲发放。

还有，正如前面所述，跟其他脉冲电疗技术不同，在对中枢神经进行电刺激以诱发动作电位的可持续发放时，对电脉冲信号的刺激幅度是比较敏感的，既要足以使其去极化，但又不能太大以致抑制了其生理活性。申请人还注意到这里还存在一个问题：当将输出电极和接地电极置于不同脑部位时，由于大脑神经元周围的液体存在不同性质和不同浓度的正负离子，在未工作时输出电极与接地电极之间便存在一定的电位差，(可称为背景电压)，而且这一电位差随两个电极的相对位置不同、以及所处的脑部位的不同，其电位差也不同。当在输出电极与接地电极之间发放电脉冲信号时，如果以一种设定的脉冲幅度进行输出，则这一原本便存在的电位差，便会对脉冲信号的幅度形成叠加影响，干扰了脉冲信号刺激强度的精确性。

所以，本发明对输出脉冲信号的第三种优化方案，如图4。其电极输出端连接有一电压检测电路，(可以与前面其他技术的电压检测电路共用)，电压检测电路用于检测电极输出端的背景电压，所以也可称为背景电压检测电路，电压检测电路的输出连接有一电压保持电路，对电压检测电路输出的背景电压值进行保持记忆，(相当于电压记忆电路，如果电路是采用模拟电路，则可采用电容配合运放电路来构成，如果电路是数字电路，则可直接记忆其电压值)，电压保持电路输出的电压值连接到一个电压叠加电路，脉冲产生模块输出的脉冲输出信号，在电压叠加电路中与背景电压进行叠加，(如果电路采用模拟电路，可采用运放电路，或者采用虚拟地的技术，对两者进行叠加，如果是采用数字电路，则将两者数值进行加减运算)，再连接到电极输出端。电压保持电路、电压叠加电路和脉冲输出模块(包括第一输出模块和第二输出模块)的工作，受到一个状态切换电路的控制，(也可由主机总的控制电路进行控制)，具体工作过程是：在每次进行脑神经刺激、将接地电极和输出电极置于目标区域后，或工作中重新调整输出电极和接地电极的位置时，状态切换电路将电路工作切换在“检测”状态，关闭输出模块的输出，先由电压检测电路检测电极输出端上的电压，(这一电压也即当前的输出电极与接地电极之间的电位差，也即背景电压，可能为正也可能为负)，其输出电压值由电压保持电路进行保持(也即记忆)，并送到电压叠加电路上；之后，由状态切换电路将电路工作切换到“输出”状态，关闭电压保持电路的输入端，(使其输出电压保持之前输入的电压值)，打开输出模块的工作，输出模块输出的脉冲信号，在电压叠加电路中与背景电压进行叠加，再连接到电极输出端。这样，输出电极所输出的脉冲信号，便已经将两电极之间的电位差进行抵销，可消除背景电压对脉冲信号刺激效应的影响。

本发明的应用，包括用于对昏迷病人的唤醒，已经在“发明内容”部分进行充分和详细的叙述，其输出电极所刺激的神经核团的投射关系可参照图5，图5的神经投射关系是依据图6、图7、图8的人脑工作架构简化而来，详细资料可参见原案申请的说明书，这里不再重复。其理论依据见下面附带的资料。

附带资料：关于思维和意识的本质及人脑工作机制的研究资料。以下部分是申请人对于大脑思维、意识、注意的本质及其神经元层面上的工作机制的分析和描述。这些内容可能跟本发明技术方案没有直接关系，但有助于理解本发明及其应用的工作原理和设计依据。

⒈大脑的起源及进化。鉴于原案申请的这部分内容跟本发明关系不大，本申请给予删除。

⒉思维和意识的本质。要分析思维和意识，也需要了解认知和记忆，这是思维的两个基础和必要前提。认知是大脑对各种刺激的感知和识别，并通过记忆将经过认知的信息保存下来，之后，大脑对经过认知的信息和经过记忆的中间信息进行反应和重新整合的过程，才形成思维。

⒉⒈记忆的本质和工作机制。申请人已在其他专利申请中描述了记忆的工作机制，这里不再描述。

⒉⒉认知的工作机制。原案申请的该部分内容，本申请删除，需要时可参考原案申请。

⒉⒊思维的本质。而皮质尤其是联合皮质的中间神经元的活动，如果在各种调制条件下，形成了受控的、有序的、依次的、逐个(或逐组)步进式的激活，也即链式激活，(激活也即是爆发动作电位)，便是思维的神经元活动的基本形式。具体说，如图9所示，某一神经元比如神经元a的轴突可以与数以万计的其他神经元的树突或胞体建立突触联系，另一神经元比如神经元b的树突也可与数以万计的其他神经元的轴突建立有突触联系，这些突触结构是之前通过各种信息刺激所建立起来的，(包括直接的信息记忆和其他的间接联系)，使得当神经元a被激活而产生动作电位时，通过突触传递给神经元b施加兴奋，而神经元b在其他神经元协同的兴奋激励下，(也即兴奋的空间整合，包括调制性神经元的调制性作用，和同步脉冲的协同激励，在后面有详细叙述)，也被激活而爆发动作电位，即有神经元a→神经元b。同样的，神经元b的激活，其动作电位发放会对其他神经元比如神经元c，神经元d等形成兴奋刺激，使得后面的神经元c，神经元d也被依次激活，形成神经元a→b→c→d→……等的链式激活。由于每一个或每一组神经元对应着某一最基本的信息也即信息元，比如神经元a对应信息元A，神经元b对应信息元B，神经元c对应信息元C，等等，则神经元a→b→c→d→……这一激活链所对应的信息元，便形成一串依次输出的信息链A→B→C→D→……，这种在神经网络中神经元产生受控的、有序的、依次步进的链式激活动作，便是思维最基本的神经活动形式，也即是在神经元层面上的思维的本质。这里所述的神经元，可以是一个或一组，是对应和限定一个信息元的基本神经单位。所述的激活，是神经元爆发一次或连续多次的动作电位，由于突触易化的原因，很多神经元的激活发放可能是连续多次的。

⒉⒋思维的工作方式。思维的工作方式，也即是神经元如何以兴奋信号的传递来进行链式激活以实现信息处理的方式。由于神经元之间的突触联系是数量巨大且结构复杂的，神经元a激活而导致神经元b激活的原因是多方面的，这可以是以下几种。

⒉⒋⒈因为信息记忆而建立的突触联系。即之前曾经多次输入过A→B的信息，而在神经元a和神经元b之间产生建立了直接且传递效能足够强大的突触联系，(突触传递效能一般是由于彼此之间形成的突触数量，和每个突触的传递效能决定的)，使得神经元a被激活并对神经元b进行刺激时，神经元b由于得到足够的兴奋整合而触发产生动作电位，产生神经元a→b→的反射链，这种形式的思维输出，实质也是对原有所记忆的信息的忆起过程，其更详细的工作可参考2014106066977号中国专利申请的叙述。

⒉⒋⒉调制性神经元的调制作用。来自情绪系统、运动神经系统等其他神经活动，其所产生的调制性神经元对神经元b的调制作用，包括增强性调制的增强，或抑制性调制的减弱，使得当神经元a激活时，神经元b由于突触整合而被激活，产生神经元a→b→的反射链。(具体工作后面另有叙述)。

⒉⒋⒊来自同步激励脉冲的协同激励作用。特别是来自思维系统“注意”控制环路的作用。神经元a的激活，通过轴突向大量的后神经元发放刺激，但显然这些后神经元并非都被激活，只有当思维“注意”控制环路的同步脉冲发放指向神经元b所在的区域时，神经元b才被同步脉冲的协同刺激整合而激活，产生神经元a→b→的反射链。而如果“注意”控制环路的同步脉冲是发放向其他神经元的区域，则可能是另一神经元比如神经元f被激活，产生神经元a→f→的反射链。应该说，在同一情绪和同一生理状态下，大脑的思维活动，更主要地便是受到“注意”控制环路的同步激励脉冲的控制，而也正是同步脉冲使神经元的活动得以形成同一通路中有序的“步进”式的链式激活而不会混乱，同步脉冲起到类似于电子技术领域的中央处理器中时钟信号的时序控制作用。“注意”的工作机制是大脑工作的重点，将在后面第3部分，即“⒊大脑思维活动的控制机制”进行详细描述。

⒉⒋⒋各种兴奋激励的综合作用。由于神经元之间的突触联系是庞大且结构复杂的，神经元链式激活的产生条件和途径，可以无需彼此之间建立有直接的固定的反射联系，而是因为其他间接联系的中间神经元的共同整合而触发激活。比如，神经元e与神经元f之间本来并没有直接且固定的反射关系，(也即没有信息记忆关系)，所以，虽然神经元e与神经元f之间建立有传递效能较弱的一般突触联系，(相关的神经元之间由于受间接的信息的刺激，彼此之间建立有广泛的一般的突触联系，而如果彼此之间建立的突触数量较少，和每个突触的传递性能较低，则这种突触的传递效能便较弱)，这种弱的突触联系所能传递的兴奋作用较弱，本来神经元e的激活不足以导致神经元f也产生激活，但是，如果在神经元e激活之前，已经有神经元a、b、c、d的激活，(也即相关信息的神经元激活)，多次给神经元f以刺激，这些刺激多次使神经元f发生膜兴奋，并形成膜整合，(这也是工作记忆的产生原因之一，工作记忆是由于突触传递的膜整合和突触短时程可塑性而产生的)，且同时还有调制性神经元的调制作用，以致于当神经元e激活发放、且同时伴随着“注意”控制通路的同步脉冲的激励时，神经元e传递给神经元f的弱的兴奋性刺激，已经足以使神经元f突触整合后的兴奋值超过动作电位的阈值，从而触发动作电位，产生神经元e→f→的反射链。在这种情况下，神经元e的兴奋刺激起到最后的关键作用，(最后一根稻草)。这种方式所导致的链式激活，是大脑思维的主要形式，也是大脑能够进行自由思维的原因，它无需前后信息在之前建立有直接的记忆关系，而是通过整个信息结构来整合产生，所以，它并非信息的再次忆起，而是可产生之前没有的新的信息链的输出，产生“自由”的思维。当然，所谓“自由”的思维是相对的，是指能够产生之前没有的新的信息链，但其产生依然是受到其他各种间接信息的限定。在面对信息输入时，链式激活的进行方向也即思维的思路，受到相关神经元的连接结构和多个调制通路以及“注意”控制通路的共同影响。其中相关神经元的连接结构也即是原有相关信息的记忆结构，包括知识、事件、经验等，这是形成智力的基础；而“注意”控制通路和各个调制通路的作用强弱在不同人也会有差异，这是形成不同“性格”的主要原因。

⒉⒋⒌神经元的自发放电。中枢神经系统的神经元，似乎普遍存在所谓的自发放电。但申请人推测，这种自发放电是偶发性的，一般未能有效激励下一神经元并形成链式激活，所以形成不了有信息整合价值的神经活动，而只是孤立的自发放电。所以在本文件中，均忽略这种基本上没有信息处理价值的自发放电，并简单化地将其视为神经元没有激活。但这种自发放电仍是有其生物学意义的：由于神经元偶尔的自发放电，能够使神经元胞体及突触保持一定生理活动，维持其生理活性。而且由于接收具有突触联系的相关神经元的兴奋刺激，而自发放电又对这些相关神经元形成刺激，所以能够“刷新”与相关神经元的突触联系，提高突触联系的有效性，也即增强了依赖这种突触联系建立起来的记忆结构。这种记忆的刷新机制应该也存在中枢神经的其他系统。而且，这种机制似乎在睡眠时也在发生作用，所以有时我们会发现，经过反复学习或练习的信息或技能，即使过后没有再去学习或联系，有些在几天后会变得更清晰或更熟练。

⒉⒌意识的本质。意识是大脑最神秘的功能之一。申请人根据大脑在信息处理中的链路和流程，分析认为：意识是大脑对思维活动的自我感知。当大脑进行思维时，也即大脑联合皮质的中间神经元网络在进行思维活动时，思维通道的神经元的激活，其轴突一方面向前面其他神经元形成兴奋传递以继续激励思维活动，另一方面还同时向皮质的联合感觉区的神经元形成投射，使得思维通道的神经元的活动被皮质感觉区所感知，于是，大脑便感知和意识到“我”的思维和存在。这种联合皮质的神经元活动向感觉皮质神经元的投射，使感觉皮质能够对联合皮质的思维活动产生自我感知，这便是意识的本质。在正常人，以及在正常的清醒状态下，这种接受投射的感觉皮质似乎主要是听觉性联合感觉区，尤其是语言中枢，所以我们日常“意识”到的“思维”大多是以语言进行。(对于先天性聋哑人，由于其无法形成声音感知，而神经网络又具有可塑性和代偿性，则可以视觉性的手语来进行，这种手语也属于语言)。当然，我们所说的听觉性感觉区和视觉性感觉区，都是人为定义的，实际上都是以中枢神经的中间神经元来实现的。这一思维过程向感觉皮质的投射和自我感知的生物学意义，应该是将思维过程产生的各种中间信息，作为新的信息，投射到感觉区进行感知和输入，以便对这种中间信息进行记忆或与原有信息进行重组，(这种记忆首先表现为工作记忆，之后在某些情况下再转化为长时程记忆和长期记忆)，以此不断完善其记忆的信息结构。但正是由于这一重新投射，使得思维过程能够被大脑的感觉皮质所感知，使我们“知道”和“意识”到思维的内容和过程，才使我们产生了这种奇妙的“意识”。如果没有这种重新投射感知的通路，则大脑便只是对输入信息进行反射和反应输出，而没有“知道”和“意识”，也不会自我完善信息结构，便只是属于初等生物的神经反射机制，或者说更像是一台自动化机器。显然，这也是目前的人工智能与人脑的本质差别之所在：目前的人工智能只具备对外部输入信息的感知、识别、处理、反应和输出的能力，而缺乏对信息处理过程的自我感知、和将信息处理过程所产生的中间信息实时地整合到原有信息结构的能力，也即缺乏“自我意识”和“自我完善”能力。显然，没有对人脑“意识”的本质的认识和理解，要设计出真正具有“意识”的人工智能就根本无从谈起。申请人按照上述人脑“思维”和“意识”的本质和工作原理，还有后面将描述的关于思维的“注意”控制机制，并以巧妙的方式解决了其中最困难的将中间信息实时整合到原有信息结构中的“自我完善”的技术，设计了全新工作原理的人工智能系统，将在之后提出的“具有自我意识的人工智能系统”的专利申请中进行公开。

申请人还认为：大脑存在来自下丘脑或脑干的调制通路，即睡眠与觉醒的调制通路，使得正常人在清醒状态下，联合皮质的中间神经元在进行思维活动时，其激活链的神经元主要是向联合听觉皮质进行投射，而向视觉及其他感觉皮质的投射被抑制，所以大脑对思维的自我感知和意识，主要是以听觉性感觉来实现的。这主要是因为视觉皮质还存在有向运动皮质的直接投射以进行无意识的日常活动，而听觉没有，如果思维活动的视觉信息还向视觉皮质进行投射，则可能会造成“视觉—运动”反应的混乱。只有在非清醒状态下(睡眠做梦，或者某种精神病如精神分裂症)，对视觉皮质的抑制被异常地解除，思维活动所产生的信息才会向视觉皮质进行投射，使大脑产生可感知的图像幻觉，就像看到的一样。

⒉⒍意识的产生方式。意识的产生方式，也即思维过程中联合皮质思维通路的中间神经元向皮质感觉区的回馈投射方式，这可能有两种方式：

⒉⒍⒈第一种方式是思维通路的中间神经元直接进行链式激活，比如神经元a1→b1→c1→的激活链，其活动不受皮质感觉区的影响，只是在这一过程中，神经元a1、b1、c1同时发侧枝向皮质感觉区进行投射，使其对应的神经元比如神经元a2、b2、c2感知这一思维过程，即产生a2→b2→c2→的自我感知，从而产生自我“意识”。在这种方式中，思维是由联合皮质的中间神经元直接产生的，感觉皮质只是被动地感知和意识到这种思维活动。其神经元投射方式如图10所示。

⒉⒍⒈第二种方式是思维活动的链式激活是在联合皮质神经元与感觉皮质神经元之间往返交叉进行的，其神经元的投射方式如图11所示。其过程包括：⑴、思维通路的神经元的每一步激活，比如神经元a1激活，便同时向下一神经元b1和感觉皮质的对应神经元a2进行投射激励；⑵、感觉皮质的神经元a2受触发激活感知这一信息；⑶、感觉皮质神经元a2的激活，又反过来向联合皮质的神经元(包括有神经元a2)进行投射激励；⑷、联合皮质的神经元b1同时接受a1和a2的激励，触发激活；⑸、神经元b1的激活，又同时向下一神经元c1和感觉皮质的对应神经元b2进行投射激励；⑹、感觉皮质神经元b2激活感知这一信息；⑺、感觉皮质神经元b2的激活，又反过来向联合皮质的神经元(包括有神经元c1)进行投射激励；⑻、神经元c1同时接受b1和b2的激励，触发激活……；最终，联合皮质思维通路同样出现了神经元a1→b1→c1→的激活链，而感觉皮质的神经元也同样产生了a2→b2→c2→的自我感知而形成意识，但这一过程是以a1→a2→b1→b2→c1→c2→的往返投射的方式进行的。在这种方式中，感觉神经元是实时感知思维活动的每一步，并参与并限定了思维活动的下一个激活动作。

⒉⒍⒉由于缺乏详细和可靠的解剖资料，申请人无法直接确定意识感知是以上述哪一种方式进行，但申请人通过一种特殊的思维，即语言化的思维来对此进行分析和推测。在人类，思维大多时候是以语言化进行的，只有少数特殊情况才有非语言化的思维。人类的语言化思维一般是以第一母语进行的，但也能够以外语包括第二母语来进行，这是申请人认为意识是思维通道向联合感觉皮质投射的原因，而且这为我们分析思维向意识的投射方式提供一种途径：如果思维向意识的投射是第一种方式，即思维活动是联合皮质的中间神经元独立进行，联合感觉皮质(语言的感觉识别也是属于感觉皮质的联合感觉区)只是被动感知这种活动，那么，不管是以母语还是以外语进行思维，思维活动都应该能够正常顺畅地进行并产生思维结果，只是思维有时不一定能够被可靠感知和意识到；相反，如果思维向意识的投射是第二种方式，即思维是在联合皮质与感觉皮质的神经元之间往返进行，那么，在以不熟练的外语进行思维时，思维活动必然会不顺畅，进行到不认识的外语词语时会受阻，无法产生思维结果。实际情况是后者，大脑在以不熟练的外语进行思维时，常常不连贯，受阻而难以进行下去，所以申请人推测，大脑的思维，至少是语言化的思维，是在联合皮质思维通路的中间神经元，与感觉皮质的神经元之间，往返进行链式激活的。当然，这一工作过程还同时受到同步脉冲和其他调制信息的调制影响。(见“⒉⒋⒊来自同步脉冲的协同作用”。还有后面第3部分“大脑思维活动的控制机制”)。

⒉⒍⒊如果思维与意识是以这种方式进行，即在思维通路和感觉皮质的神经元之间往返投射来实现，由于思维活动需要“注意”控制环路的同步脉冲的协同激励，那么，在语言化的思维活动中，神经元活动的每一个步进，便需要更多次的同步脉冲来协同激励，思维通路的神经元激活至少需要一次，感觉皮质的神经元激活至少需要一次，(这里说至少，是因为神经元有时需要不止一次的同步脉冲激励才产生一次激活发放)。而我们知道，大脑活动的同步脉冲，可以被检测得到，也即脑电波。所以，在语言化的思维活动中，即使是在最紧张最快的思维中，思维的速度，即一定时间内能够意识到的思维活动的词语的数量，最快不会超过脑电波节律的一半。这可以通过设计实验来进行验证。

⒉⒍⒋申请人认为，思维和意识以这种往返交叉投射来进行的方式也有其生物学意义和合理性。思维过程的每一步活动都实时投射到感觉皮质，使大脑及时感知和整合这一信息，感觉皮质的感知再重新投射回到思维通路中，对思维活动进行重新影响和限定，促使思维在相关信息中更精准地进行。而且，从大脑的解剖结构来看，大脑皮质具有数量巨大的密集排列的神经元，(尤其是椎体细胞和颗粒细胞)，而大脑中任何直接的神经投射链路的神经元的数量(换元数)都不多，大多只是2个到5个神经元的投射链路，但我们的思维活动却能够输入、输出和整合长度惊人的串行的信息链，比如，记忆或背诵长达上千字的文章！显然，大脑正是通过在神经元数量巨大的感觉皮质与联合皮质之间进行往返投射的活动方式，来记忆和输出这种字节数巨大的成串的文章的。其中，感觉皮质记忆了语言和文字的单个的词语，而联合皮质记忆了它们之间的联结关系。当我们阅读并记忆一段文章时，是通过改变联合皮质(包括海马结构的皮质)的中间神经元的连接结构来记忆词语之间具有前后时序的联结关系；而当我们回忆这段文章时，是在同步激励脉冲的控制下，以步进的方式依次激活联合皮质这些具有时序联结关系的中间神经元，并实时与感觉皮质的阅读中枢进行往返投射，于是感觉皮质逐个感知这些词语，产生成串的语言感知，实现对文章的忆起。(这种对原有已记忆的文章的忆起，也属于思维活动的一种形式)。

⒉⒍⒌在上述这种语言化的思维过程中，皮质上语言感觉区的神经元激活的同时，还可以向皮质上语言相关的运动区，包括说话中枢和书写中枢进行投射。但这两个中枢在平时是被关闭输出的，(受调制性神经元的抑制，或/和没有同步脉冲的协同激励)，只有在需要说话或写字时，这两个运动中枢才被打开，(抑制解除，同步脉冲有效激励)，于是语言化思维活动的信息同时进行运动输出，即进行说话或书写。

如果以跟⒉⒍⒉同样道理的方式进行分析，其结果是：说话中枢或书写中枢只是被动地接受思维活动的信息投射并下行向运动神经进行输出，而没有参与思维的过程。所以，发音不正，字词不会写，都不会影响思维活动的正常进行，甚至有时还会出现大脑“想的跟说出来的不一样”的情况。

⒉⒍⒍当然上面分析的是思维系统“有意识”的思维活动，而对于其他系统，比如运动系统，由于皮质运动区既可以接受联合皮质的输出投射，也可以直接接受皮质感觉区的投射，所以运动系统的运动动作既可以是受思维系统的输出控制，也可以是无需思维系统的“注意”和“意识”而直接进行的，其宏观表现便是，面对外部信息刺激，机体直接产生反应动作，然后才被思维系统所注意和感知。

⒉⒎思维、意识与注意之间的关系。思维是联合皮质的中间神经元有序的依次进行的链式激活，而意识是感觉皮质对思维活动的自我感知，所以，意识依赖于思维而产生。而根据大脑“注意”的工作机制，(见后面第3部分所述内容)，“注意”是思维系统的控制环路接受各种感觉刺激，经过比较、竞争和互相抑制，整合出对多个信息处理通道进行协调控制的一种控制方式。“注意”的指向决定了在某一时刻，大脑的思维系统的哪部分神经元接受感知输入并进行思维活动，而这些神经元的思维活动又回馈投射到感觉区，被感觉区神经元所感知，产生了“意识”。所以，“注意”是一种控制方式，“思维”是一种反射活动，“意识”是一种感知过程。“注意”控制着“思维”，而“思维”产生了“意识”。

一般情况下这三者是互相依存的，大脑所“注意”的，便是思维活动的内容，同时也会被大脑所“意识”到。尤其是当思维以语言化形式进行时，思维活动回馈投射到语言识别的感觉区(听觉性语言中枢)，使我们强烈地感受到这种语言化的思考过程，强烈地感受到“意识”的存在。但在其他一些非语言化的思维活动中，比如前面所举的操作性工作的思维过程中，由于动作既可以是受思维系统有“注意”和有“意识”所控制，也可以是无需思维系统的“注意”和“意识”而直接进行的，甚至还可以是依赖于运动系统的程序性记忆而进行的，所以容易使我们弄不清“注意”、“思维”和“意识”之间的关联和区别。

⒊大脑思维活动的控制机制。大脑的信号处理和控制机制是大脑最重要的内容。之前，我们能够通过解剖学了解大脑的组成和结构，了解大脑各神经链路的大概的投射关系，甚至能够了解单个神经元及突触的结构及工作原理，但仍然无法明白大脑的记忆、思维和意识的本质及工作，其主要原因，便是对整个大脑(至少是对其中的思维系统)整体的工作机制、尤其是其信号处理和控制的机制，缺乏一个系统性的认识，这导致我们对大脑的认识如同盲人摸象般的局限性。而一旦弄清楚这种信号的传递和控制机制，很多关于大脑的问题，甚至一些精神病的本质和起因，便可迎刃而解。

⒊⒈关于思维的几个问题。前面分析了思维活动的最基本的神经元动作，即神经元的链式激活是脑思维的基本形式，也是思维的本质。神经元由于有序的依次激活，而形成链式激活，这种链式激活的神经元所对应的信息元的依次输出，形成信息链，便是思维。

可是，如果仅以神经元的链式激活来形成思维，那至少还存在几个问题：

⒊⒈⒈如果没有其他方面的协调作用，那么一个神经元的激活，可能无法单独导致下一个神经元激活，也可能导致多个后神经元同时激活，这时便不是出现有序的链式激活，而是出现辐射状的大范围的神经元激活，这显然不符合我们思维的串行且有序的特点。

⒊⒈⒉大脑在同一时刻的各种外部信息刺激(视觉、听觉等各种感觉)的输入，都可能引发大脑相关神经元的激活，如果没有某种控制机制，那么这些外部刺激都可能同时引发多条链式激活，形成多个思维同时进行，显然这也不符合我们思维在同一时间只是单一“思路”在进行的特点。(这里指的是有“意识”的思维，不包括身体对外部刺激无意识的反射反应，那是另外的反射系统，后面另有分析)。

⒊⒈⒊如果思维仅仅是通过中间神经元的链式激活来进行，那么，思维的速度应该是基本一致的，因为在“输入—触发动作电位—输出”这一过程中，神经元的动作速度基本一致，即使考虑兴奋的膜整合的时间，也相差不会很大。可是，实际上，大脑的思维速度和信息输出速度是可变的，甚至是可“有意识”的自由控制的。比如，在用语言进行思考时，或者用语言默读背诵一段话时，速度既可以很慢，慢至每秒1个字词以下，也可以很快，最快似乎可达到每秒10几个字词。显然，这不是链式激活的联合皮质的那部分神经元的活动决定的，而是需要另外一个其他信号进行控制。

⒊⒈⒋如果思维仅仅是通过中间神经元的链式激活来进行，那么，思维一旦启动，便只能在有关联的相关神经元(也即相关信息)中进行，而无法将思维向其他方面的内容进行转向。但实际上，大脑在思维过程中是可以转向其他内容的。比如：思维过程中可以联想或切换到其他内容，将“思路”在不同信息内容之间进行切换，(当然，在同一时刻仍然只有单一思路在进行)。再比如，思维过程中当有其他感觉(视觉、听觉、触觉等)输入时，大脑既可以马上切换去“注意”并处理这些感觉输入，也可以忽视这些感觉而继续进行原有的思维。显然，这也需要有一个控制机制来对此进行判断和切换。

⒊⒈⒌神经元动作电位的脉冲宽度只有几毫秒，而思维活动和运动动作的时程大多在秒的数量级上，并可构成更长时程的活动周期，显然，难以依赖毫秒级的动作电位来直接形成秒级的信息活动。

⒊⒈⒍上述这些问题，其实质便是思维的控制机制。大脑在进行思维，也即在进行神经元链式激活的活动中，必然受到某种控制机制的控制，使得在某一时刻只能有某个或某组特定的神经元在激活，使得神经活动是以“步进”的方式有序进行的，保证思维活动是在某一通道以单一思路有序进行。而且，这种控制机制还控制思维能够在各种不同的思路、以及不同的外部感觉输入之间，进行合适的注意、判断和切换，即形成“注意”的控制机制。

申请人分析发现，大脑思维系统的这一控制机制，是由用于产生同步脉冲的“网状结构—丘脑”的思维振荡环路和几个调制通路共同构成的。(同步脉冲是按以往习惯对丘脑向皮质发放动作电位脉冲的称呼，但其实质并非用于同步控制，而是在“网状结构—丘脑”之间往返发放动作电位脉冲，形成振荡节律，并通过丘脑向皮质发放脉冲、以激励皮质的中间神经元依次进行链式激活，所以似乎称为激励脉冲更为合适，但出于习惯仍称为同步脉冲，或同步激励脉冲)。这一振荡环路及几个调制通路作用不同，共同构成思维的控制机制，而且也应该是运动及其他处理系统的控制机制。下面对此进行叙述。

⒊⒉“注意”的控制通路，同步脉冲振荡环路的工作机制。我们知道，丘脑在不停地向皮质发放动作电位，按目前的理解，这似乎是在控制皮质神经元的工作，而且，丘脑同步脉冲的发放似乎还跟网状结构有关联。那么，其具体的工作过程和控制机制是如何的？申请人经过分析，对此进行详细描述。

⒊⒉⒈首先，丘脑和脑干网状结构形成了一个往返循环发放动作电位的振荡环路。脑干网状结构内侧区，更准确说是内侧区的中脑网状结构向丘脑板内核投射发放动作电位，这种发放不包含具体的信息内容，但具有一定特异性。目前神经解剖学没有对中脑网状结构进行更详细的分区，但申请人认为中脑网状结构至少是具有分组结构的，其每一组神经元对应并连接着某一类信息输入，(比如视觉、听觉、触觉等输入，以及来自联合皮质思维活动的神经元的各条下行投射通路)。中脑网状结构的每一组神经元，上行投射向丘脑板内核中的一个特定分区，中脑网状结构的某一分组中的某一神经元，上行投射并控制着丘脑板内核中的对应分区中的一组神经元。中脑网状结构向丘脑板内核投射的神经元，属于胆碱能神经元，其突触传递反应速度快，引发的兴奋效应强大，使得中脑网状结构的某一组神经元激活发放时，所投射的丘脑板内核的该组神经元被兴奋激活而发放动作电位。

⒊⒉⒉丘脑板内核的神经元轴突同时向皮质和丘脑网状核进行投射；皮质也同时向板内核和网状核进行下行投射。(板内核向皮质的投射和皮质对板内核的投射在后另有叙述)。板内核向网状核的投射，和皮质向网状核的投射，两者存在投射位置相对应的关系，使得两者的脉冲发放能够进行兴奋整合，共同激励网状核神经元的激活。

⒊⒉⒊丘脑网状核的神经元，向中脑网状结构进行下行投射。这一投射不携带具体信息，主要是给中脑网状结构的神经元提供回馈激励，以维持振荡环路的往返发放能够持续进行。但可能具有分组定位，板内核向网状核投射的某一组神经元，与网状核投射向中脑网状结构的一组神经元，属于同一信息通路。

⒊⒉⒋这样，大脑工作时，中脑网状结构与丘脑之间的往返的脉冲发放过程是：中脑网状结构的某个或某组神经元激活，向丘脑板内核发放，使其所投射到的一组神经元激活；板内核的神经元向网状核发放，使被投射的神经元激活；(板内核同时向皮质发放同步脉冲)；网状核的神经元向中脑网状结构的对应的神经元发放，再次激活中脑网状结构的神经元。于是，中脑网状结构与丘脑之间，按照“中脑网状结构→丘脑板内核→丘脑网状核→中脑网状结构”的投射关系，形成一个往返循环发放动作电位脉冲的“中脑网状结构←→丘脑”的闭环环路，如图12所示。这一环路，按其工作形式而言是一种往返发放的振荡环路，按其功能而言又是一种协调控制的控制环路，所以申请人将其称为“思维系统同步脉冲振荡环路”，简称“思维振荡环路”，或者“思维系统控制环路”，简称“思维控制环路”。

⒊⒉⒌丘脑板内核向网状核投射的同时，还向皮质进行上行投射，即皮质的“非特异性传入”投射。这种投射是发散性的，即少对多的投射，但实际是具有位置对应关系的，丘脑板内核的每一个分区，上行投射向皮质上的一个对应的大分区，(视觉感觉区、听觉感觉区、触觉感觉区等等，以及进行思维的多个联合皮质区等等)；板内核某一分区中的一组神经元，上行投射向皮质该对应大区中的某一部分神经元；板内核的某一神经元，上行投射向皮质该部分中的一组神经元。丘脑板内核的特定神经元在受到中脑网状结构上行发放而激活时，向皮质所投射的神经元进行脉冲发放，形成了皮质的神经元思维活动的同步激励信号，使皮质神经元的活动有序地逐个依次激活，形成步进式的链式激活即思维，(同步脉冲起到类似于电子技术领域的中央处理器中时钟信号的时序控制作用)。同时，通过板内核不同神经元向皮质不同位置不同神经元的脉冲发放，也控制了思维活动在皮质不同神经元之间进行和切换，形成了思维活动中“注意”在同一类信息通道中的指向转移。

同时，皮质也向板内核形成下行投射，并同时向网状核进行投射，这种下行投射是聚合性的，即多对少的收敛投射，跟上行投射相反，但在位置上其投射关系相同。皮质向板内核和网状核的下行投射发放，对板内核和网状核的神经元形成兴奋激励，虽然不是决定其激活的主要因素，但影响其兴奋整合的速度，从而影响了整个环路的发放节律。当皮质产生思维活动时，皮质向板内核和网状核进行回馈发放，通过兴奋整合加快了板内核和网状核神经元的激活发放，从而提高了振荡环路的振荡节律。

丘脑板内核与皮质之间往返投射的神经元属于氨基酸能神经元，其单一神经元动作电位脉冲的发放不足以使所投射的皮质神经元直接被兴奋激活而触发动作电位，只能产生协同的兴奋性激励，皮质的神经元需要有其他兴奋刺激的协同激励，(也即思维的链式激活通路之前激活的其他神经元的兴奋刺激，及其他调制性神经元的兴奋刺激)，才能通过空间整合和时间整合来触发动作电位。但氨基酸能神经元能够在发放动作中产生突触可塑性，其投射关系(也即联结结构)可随着神经元活动而产生修饰，所以，丘脑板内核与皮质之间的神经元，可能不只是同步脉冲发放的作用，而是参与了信息的记忆和整合。

⒊⒉⒍丘脑板内核向皮质的投射和发放，和皮质向板内核的投射发放，虽然也存在往返的脉冲发放，但其实质并不构成振荡环路，而只是“中脑网状结构←→丘脑”的思维振荡环路在板内核节点上的对外延伸。如果切断丘脑跟皮质的投射联系，“中脑网状结构←→丘脑”的振荡环路仍然能够维持振荡，反过来，如果切断“中脑网状结构←→丘脑”之间的投射联系，则丘脑跟皮质之间必然无法形成往返发放。其中，板内核向皮质的脉冲发放，形成了皮质神经元思维活动的同步激励信号，而皮质向板内核和网状核的回馈发放，也对思维振荡环路的工作形成回馈，并可能对其振荡节律形成影响。

⒊⒉⒎中脑网状结构的神经元工作，决定着思维振荡环路的振荡节律，也控制着中脑网状结构的哪一组神经元向丘脑板内核进行脉冲发放。由于缺乏更详细的解剖资料，申请人目前无法确定中脑网状结构中，向丘脑板内核上行投射的神经元，和接收网状核下行投射的神经元，是同一组神经元或者是前后两组神经元？申请人偏向于是具有前后两组神经元。但无论是同一组神经元还是前后两组神经元，中脑网状结构这部分神经元，需要同时接收来自几方面的兴奋及调制信号，包括：⑴、网状核下行投射的兴奋激励，用于维持整合振荡环路的振荡继续进行；⑵、来自其他调制性神经核团及来自其他控制环路的调制作用，用于调制神经元的兴奋整合的速度，从而调制整个振荡环路的振荡节律；⑶、来自各个输入信息通路及皮质下行投射通路的兴奋信号，用于根据各个信息通路的兴奋程度(可能还有时序)，来控制某一信息通路的某组神经元首先激活，向丘脑板内核发放；⑷、来自中脑网状结构不同信息通道的神经元的抑制性调制，用于使中脑网状结构某组神经元首先激活向丘脑板内核发放脉冲时，同时抑制网状结构的其他信息通道的神经元在该脉冲周期内不再会激活发放。这几方面的兴奋信号和调制信号进行整合比较和协同作用的结果，使得思维振荡环路在同一时刻，中脑网状结构只能有某一信息通道中的一组神经元向丘脑板内核进行同步脉冲发放，从而使得在同一时刻，丘脑板内核只能有一组神经元激活并向皮质的某一分区中的某一部分神经元进行同步脉冲发放，激励其产生思维活动，并同时回馈投射到感觉皮质，对思维进行自我感知，产生“意识”。所以，大脑通过“中脑网状结构—丘脑—皮质”的分级控制，形成了在同一时刻只对皮质思维系统的某一部分神经元发放同步脉冲，以激励这一部分的神经元进行思维活动，以此形成思维系统的单一性的“注意”指向。这也是思维系统“注意”指向的形成机制。

⒊⒊信息的输入传递通道。而要分析大脑如何对各种信息进行“注意”指向的控制及切换，还需要了解各种信息输入通道的传递通路。大脑的信息处理包括对外部感觉信息和对机体内部信息的感知处理，跟思维和“注意”有关的主要是外部信息处理。而对外部信息的感知处理又包括二方面：一是外界的各种感觉信息，包括视觉、听觉、嗅觉等等，来自于各种感觉器官的输入，不同感觉具有不同的输入传递通道；二是大脑在思维过程产生的中间信息，来自于皮质的中间神经元在思维活动中产生的下行投射，不同区域的皮质有各自的下行投射通路。对于各种感觉的输入传递通道，之前的研究比较多，这里只以其中比较复杂的视觉和听觉输入通道为例，分析其与思维和“注意”的关联关系。

⒊⒊⒈视觉信息的输入传递通道。根据目前的解剖学研究，视网膜的多种视觉感觉神经元的输出即视神经，在视交叉之后分为两大传递通路。(参考图13的人脑视觉通道信号投射结构示意图)。

第一条视觉传递通路的神经元很多，形成较大的视束，传递的是包含具体内容的视觉信息，通过丘脑外侧膝状体的中转再投射到初级视皮质，属于皮质的“特异性传入”投射，视觉信息由时间编码和频率编码转换为空间位置编码，完成对各种视觉信息(形状、大小、位置、颜色、亮度等)的初步识别，(参考上面“⒉⒉认知的工作机制”)，再以多对一的方式投射到联合视皮质，完成对视觉对象的识别。之后，对于直接的视觉信息(具体的物体、图像、画面等)，直接投射到联合皮质进行记忆、思维和反应活动，而对于涉及文字的视觉信息，则投射到“阅读中枢”的皮质，完成对文字的识别，再投射到联合皮质进行语言化的信息记忆和思维活动。联合视皮质还可以直接投射到运动皮质。运动皮质与小脑(似乎还有纹状体)等构成运动系统，运动系统不属于思维系统，既可以受思维系统的输出控制，也可以无需思维系统控制而直接根据视觉信息来反射和控制肌肉运动，也能够进行联合的学习记忆和反应处理，(这里的记忆也即是所谓的“程序性记忆”)，完成我们日常生活中无意识进行的大多数动作。

视交叉之后的第二条视觉传递通路的神经元较少，但实际却是更重要的，这一传递通路实际上至少包含三方面：⑴、投射向下丘脑。该投射传递的只是视觉信息中的亮与暗的信息，由下丘脑的视上核、结节核、乳头核等形成反射回路，再上行向丘脑和皮质的广泛区域、下行向脑干和脊髓等进行调制性的投射，(属于组胺能神经元)，用以形成日夜节律并进行睡眠和觉醒的控制。⑵、投射向顶盖前区，再投射向中脑网状结构。这一投射没有包含具体的视觉信息，也即非特异性投射，只是传递视觉信息的有无和强度，(应该是通过动作电位的发放频率来实现信息强度的传递)，所以申请人把这一神经投射称为“报告”式投射。这一“报告”信号投射到中脑网状结构的视觉上行通道，并与同样投射到网状结构的其他不同类感觉(听觉、嗅觉等)的“报告”信号进行“竞争”，如果能够激活网状结构向丘脑投射的视觉上行通道，便是“引起”网状结构的“注意”。顶盖前区同时有神经元下行投射向眼睛，用以反馈调节晶状体，通过瞳孔反射来调节进入眼睛的光强度。⑶、投射向上丘。上丘跟初级视皮质具有神经元的相互联系调制，同时上丘还有神经元下行投射向眼睛的动眼神经，进行眼动控制。所以，申请人推测上丘的作用是当视觉信息受到“注意”时，控制将视觉的具体“注意点”放在视觉信息的哪一部分，也即视野中的哪个位置，而上丘对眼动的控制，正是将眼睛晶状体的焦点投射在视网膜的哪个位置上。

显然，第⑵和⑶两方面便跟思维的“注意”有关，其中投射向顶盖前区的第⑵方面是引起网状结构对视觉信息的“注意”，而投射向上丘的第⑶方面是将视觉的“注意点”投向视野的哪个位置。值得一提的是：上丘向动眼神经的投射不需要经过皮质运动区和小脑，而直接控制着眼睛的眼动动作。在做梦时，思维系统出现神经元活动，但运动皮质和小脑等运动神经系统的输出受到抑制，不会产生机体动作，只有动眼神经既可受运动系统的控制，又可直接受网状结构和上丘的控制，所以能够跟随思维系统的活动(梦境)出现眼动动作，这也即是做梦时出现眼动动作的原因。(后面另有对做梦进行叙述)。

⒊⒊⒉听觉的信息输入通道跟这类似，如图14所示：第一条听觉传递通路(外侧丘系传导通路)从耳蜗通过内侧膝状体中继，向初级听皮质投射，用于传递包含具体内容的听觉信息；第二条听觉传递通路(丘系外通路)从上橄榄核分支，投射向脑干网状结构，该传递通路并不包含具体的听觉内容，只是传递听觉的有无和强度，也属于“报告”式投射。这一“报告”信号在网状结构跟其他输入的“报告”信号进行“竞争”，以引起网状结构对听觉信息的“注意”。两条听觉传递通路在下丘进行相互联系，下丘同时与初级听皮质有神经元进行相互联络，所以，申请人推测下丘的作用是当听觉信息受到“注意”时，控制将听觉的主要“注意点”放在听觉信息的哪一部分，也即哪个位置和哪个频率段的声音。其他信息(触觉、嗅觉及躯体感觉等)的输入通道跟视觉通道和听觉通道类似，这里不再描述。

⒊3.⒊而对于大脑在进行思维时，联合皮质的中间神经元活动所产生的中间信息的投射处理，目前没有这方面的相关研究。申请人研究分析，这种中间信息除了向其他中间神经元投射以继续思维活动，还存在两方面的投射：一方面向皮质的联合感觉区进行回馈投射，使思维活动中产生的中间信息被重新感知，(在一些情况下还被进行记忆和整合)，形成了大脑对思维活动的自我感知也即形成“意识”，(见第2部分，“思维和意识的本质”部分的内容)；另一方面进行下行投射，(氨基酸能神经)，这种下行投射是多对少的聚合性投射，即皮质上多个中间神经元的活动共同激励一个下行神经元，而且应该是具有分组特异性的，即皮质的不同分组具有各自的投射通路，(这种分组不局限于解剖学上定义的皮质分区，而是神经元长期活动可塑性形成的，所以称为分组更合适)。聚合性投射的结果，是这种投射信号没有包含神经元活动的具体信息，而只是传递对应分组的神经元是否在活动，以及活动的活跃程度，(通过动作电位发放频率的快慢来传递)。这些皮质下行的各个投射通路，在经过中继后，(中继是进行信号整合及再次聚合)，进入到脑干网状结构，成为“报告”式投射，跟其他报告信号进行“竞争”，以引起网状结构对该分组的皮质神经元活动的“注意”。思维系统的这种皮质向网状结构的下行投射通路的意义是，当该分组的皮质在进行思维活动时，这种“注意”能够维持中脑网状结构和丘脑继续对该分组的皮质进行同步脉冲发放，以继续维持该分组的思维活动的进行。

⒊⒋“注意”的控制、维持和切换。根据申请人的研究和分析，思维活动中“注意”指向的控制和切换，并非以往所认为的是在信息处理顶层的端脑皮质产生，再去控制大脑的其他部分，而是在中脑网状结构上产生和切换，再上行控制丘脑和皮质等其他区域的神经元活动。思维系统“注意”指向的切换在两个层面上进行：中脑网状结构负责的是将“注意”指向切换到哪一个信息通道，即“注意”哪一类信息；丘脑负责的是将“注意”指向该信息通道中的哪个具体位置，即“注意”该类信息的哪一部分；而皮质尤其是端脑联合皮质只是在“注意”的控制下进行具体的信息处理。

⒊⒋⒈网状结构对“注意”指向的控制。如前述，各类信息通道，包括外界输入信息通道(视觉、听觉、嗅觉等通道)和皮质思维通道的神经元活动，都有经过聚合性(多对少)整合后的神经输出向中脑网状结构进行投射，这些投射通路只传递信息刺激的有无和强度(通过动作电位发放频率来传递强度)，而不包含具体的信息内容，属于“报告”式投射。中脑网状结构具有多个并列的向丘脑进行投射的上行激励通路，对应接收这些来自各个信息通道的“报告”式投射，并且这些并列的上行激励通路彼此之间交互投射进行互相抑制，出现类似“竞争”的现象：当某一时刻有某组神经元受到兴奋激活并上行向丘脑进行脉冲发放时，其输出同时对其他通路的神经元产生抑制，使得其他通路的神经元在同一脉冲周期内无法再激活输出，形成了中脑网状结构层面上的单一性的“注意”指向。

至于在一个脉冲周期内，哪组神经元能够得到激活并上行发放同步脉冲，则取决于几个信号的共同整合：⑴、来自各信息输入通路的非特异性的“报告”式投射的信号，这一信号是主要的，其信号强弱起决定性作用；⑵、来自丘脑网状核下行投射的同步脉冲发放，用于维持振荡环路的振荡继续进行，也因此形成了每一个脉冲周期；⑶、来自脑干和下丘脑等其他神经活动的调制作用，用于调制整个振荡环路的振荡节律；⑷、来自网状结构其他神经元的抑制性调制，用于进行“竞争”；这些信号共同进行兴奋整合，造成在振荡环路的一个脉冲周期内，总有某组神经元的兴奋整合首先触发动作电位而激活，相当于其“报告”竞争成功得到应答而引起“注意”，于是其激活输出一方面向板内核上行发放同步脉冲，另一方面立即对其他通路的神经元产生抑制，使它们无法再激活输出。之后，在丘脑网状核下行发放的下一个脉冲的脉冲周期，上述整合和竞争过程又再次进行。周而复始，使得在每一个脉冲周期内，中脑网状结构有且只有一个信息通路的“报告”竞争成功而引起“注意”，并上行向丘脑板内核进行激励脉冲发放，将信息处理所需要的同步脉冲投射向这一信息通路，实现了对思维活动的“注意”指向“哪一类”信息的控制。

⒊⒋⒉丘脑对“注意”指向的控制。在人，丘脑的主要功能是中继，包括信息中继和同步脉冲中继。负责信息中继的是“特异性中继核团”，主要包括外侧核群、腹侧核群和膝状体核群，用于对多种感觉(视觉、听觉等)的信息输入进行中继和初级处理；还有腹前核和腹外侧核，用于传递运动系统的中间信息。这些特异性中继核团向皮质的投射属于“特异性传入”，而负责同步脉冲中继的是所谓的“非特异性核团”，实际上同步脉冲的发放是具有特定投射关系的，所以也具有特异性，只不过是同步脉冲发放的特异性而非信息内容的特异性。同步脉冲的中继核团接收网状结构上行投射的同步脉冲发放，(胆碱能神经投射)，其输出一方面发侧枝投射到网状核，再下行投射回到脑干网状结构形成闭环振荡环路；另一方面这些中继核团的输出也向大脑皮质和基底核、边缘系统和小脑等多个区域投射，(即所谓的非特异性传入)，进行同步激励脉冲的发放，激励和协调控制这些区域的神经元进行思维和运动等信息处理。

根据现有的解剖资料进行分析，在丘脑，跟同步脉冲控制相关的中继核团主要包括丘脑前核群、部分内侧核群和板内核群。其中前核群和内侧核群接受脑干脚桥被盖网状核和外侧背核的同步脉冲的发放，其输出向部分大脑皮质和边缘系统(尤其是海马和杏仁核)皮质进行投射，主要用于控制思维系统和情绪系统的中间信息的记忆和整合；而板内核，接受中脑网状结构的同步脉冲发放，其输出投射到端脑基底核、纹状体、和端脑皮质的广泛区域，用于协同控制思维系统的信息处理也即思维活动，还有能够受思维系统控制的那部分运动皮质的运动处理。其中主要以丘脑板内核参与了思维系统的“注意”控制通路：当中脑网状结构的某一信息上行投射通路的神经元激活而向板内核对应位置的神经元发放同步脉冲时，板内核的这部分神经元被上行的同步脉冲发放所激活，其轴突输出以发散投射的方式上行向皮质对应神经元发放同步脉冲，使被投射发放的该部分神经元能够得到同步脉冲的协同激励，形成兴奋整合而进行链式激活，即进行思维活动。(板内核向皮质的相互发放参见⒊⒉⒌部分的描述)。而丘脑网状核接收板内核的侧枝投射和皮质思维通道中间神经元的回馈投射，再下行向中脑网状结构进行回馈投射。

所以，中脑网状结构、丘脑板内核和丘脑网状核构成了思维系统的“注意”控制环路，接收各个信息通道的“报告”式投射的信号，再对思维系统的哪一信息通道的哪部分神经元进行同步激励脉冲发放，以进行思维“注意”指向的控制。其具体的神经元投射如图15所示，各通道的信号投射如图16所示。其中中脑网状结构的上行发放决定着丘脑板内核的哪组神经元能够激活输出，而丘脑板内核这组神经元的激活输出又决定着皮质的哪部分神经元能够进行信息处理。中脑网状结构负责的是将“注意”指向切换到哪一个信息通道，即“注意”哪一类信息；而丘脑负责的是将“注意”指向该信息通道中的哪部分神经元，即“注意”该类信息的哪一部分；而大脑联合皮质是负责具体的信息处理(思维和记忆)，并通过感觉皮质自我感知这一处理过程，也即产生自我“意识”。比如，中脑网状结构控制将“注意”指向视觉信息，丘脑控制在视觉画面中“注意”哪一个物体，而联合皮质则是负责识别这个物体，并同时通过感觉皮质感知联合皮质的活动，“意识”到这个物体的存在。

⒊⒋⒊“注意”的维持。当一个思维过程在进行时，该思维通道的皮质神经元活动处于兴奋状态，这些神经元的激活动作，除了继续向前发放以进行链式激活之外，还同时通过聚合式的投射，产生两路下行的投射信号：第一路下行信号回馈发放到丘脑板内核，通过兴奋整合使板内核将下一个同步脉冲继续向该通道进行发放，以维持该通道的神经元能够继续进行链式激活，第一路下行信号还同时发侧枝投射到丘脑网状核，促使振荡环路能够继续进行，(尤其是高节律振荡时)；第二路下行信号是向中脑网状结构进行“报告”式的投射，通过竞争维持中脑网状结构对该通道的继续“注意”。这两路下行投射信号共同维持思维控制环路对该通道的“注意”指向，这也即是思维活动的“注意”维持的工作机制。

⒊⒋⒋“注意”的切换。导致“注意”指向出现切换的，大概有以下这几种情况。

⑴、思维活动的内容发生变化。在思维过程中，原有思路的信息内容联想或转换到其他方面的信息，也即原有思维通路的神经元活动由于整合而反射到其他方面的神经元，引起该部分的神经元兴奋激活，而这部分神经元的激活，按照同样的机制产生两路下行投射信号，一方面回馈投射到丘脑板内核，使得板内核将下一个同步脉冲继续向该部分神经元进行发放，维持该部分神经元能够继续活动；另一方面下行向中脑网状结构进行“报告”投射，如果该部分神经元跟原有思路不属于同一思维通道，则吸引了中脑网状结构对新通道的“注意”。至此，使思维的“注意”指向，在不同思路之间进行切换。

⑵、外部输入信息的竞争。在思维过程中，如果有外部信息的输入，(看到什么，听到什么，感觉到什么，等等)，其输入通道会通过非特异性传递向中脑网状结构进行“报告”，至于能否引起“注意”，则要看其信号强度。如果输入信息强烈，(比如看到意外事情，听到刺耳声音，受到刺疼，等等)，这会反映在其“报告”信号的动作电位发放频率上，所以能够使该信息通道神经元的兴奋整合更快并触发激活，向丘脑上行发放同步脉冲，并同时对之前的“注意”通道进行抑制，也即“竞争”成功并获得中脑网状结构对该信息输入的“注意”。至此，将思维的“注意”指向，切换到对该外部输入信息的处理上。

⑶、其他调制通路的影响。在思维过程中，其他调制通路的调制信号的影响，比如运动神经系统的状态，情绪系统的情绪影响，内脏和内分泌系统的突发变化，酒精、药物、毒品及其他化学物质的作用，等等，都可能对各个信息通道的神经元活动造成影响，从而影响了中脑网状结构对各种信息通道的“注意”控制，造成“注意”指向的切换。

⑷、“注意”控制通路的神经元工作异常。特别是中脑网状结构的各个信息上行投射通路之间进行互相抑制的作用出现异常。在这种情况下，当某一信息通路成功引起“注意”而在进行信息处理的过程中，如果这时无法维持对其他信息通路进行有效的抑制，便可能导致其他信息通路出现意外的激活而引起“注意”，这时中脑网状结构无法将“注意”持续维持在某一信息通路上，而是在不同信息通道中进行非正常的切换。这在宏观上，表现为注意集中困难和注意持续时间短暂，大脑无法专注于某件事情，成为一种精神异常，即“注意”缺陷。

⒊⒋⒌综述之，思维控制环路对思维系统的“注意”指向进行控制、维持和切换。其中中脑网状结构负责的是将信息处理的“注意”指向“哪一类”信息：通过“中脑网状结构←→丘脑”之间上下往返发放的同步脉冲、跟各种外部信息和中间信息的输入信号强度(动作电位发放频率)进行比较整合，来使网状结构的上行激励脉冲向丘脑板内核发放的分区和分组位置发生变化，以选择转向“哪一类”信息通道，(比如，指向视觉、听觉、触觉等，或指向皮质正在进行思维的中间信息通道)。而丘脑负责将信息处理的“注意”指向同一类信息通道中的“哪一部分”：当丘脑某一分区的某组神经元受到网状结构上行发放的脉冲激励时，其神经元激活并向皮质上所投射的那部分神经元发放同步激励脉冲，通过兴奋整合使皮质上该部分神经元进行链式激活即思维活动，从而控制思维活动的“注意”指向这部分神经元所对应的信息上，(比如，在视觉信息中“注意”哪一个人，在众多声音中“注意”哪一个声音，在思维活动中“注意”哪一方面的内容)。而皮质负责具体的信息处理：联合皮质上对应着各个信息元的中间神经元，在丘脑同步脉冲的发放激励下，进行着有序的依次逐个或逐组的步进激活，形成链式激活，实现大脑对信息的识别、思维、反应和记忆功能，(比如，那个人是谁，那个声音说什么，那个问题是什么，等等)；并同时投射到感觉皮质，通过感觉皮质感知联合皮质的活动，形成对思维活动的自我感知也即形成“意识”，(比如，意识到那个人的存在，意识到那个声音，意识到“我”在进行什么思维，等等)。

⒊⒋⒍“注意”的切换速度与脑电“N400”电位。对于正常的思维活动，由于是在联合皮质的相关神经元之间进行链式激活，依赖的是丘脑向皮质发放的同步脉冲的激励，所以思维能够以较快的速度进行，在具有增强性调制的情况下(处于兴奋或紧张思维)，思维的链式激活的步进速度可以达到每秒十几个步进以上，也即每个步进耗时不到一百毫秒。但是，对于“注意”指向的切换，不管是在来自外界的无关联性的不同感觉信息之间、或者是在来自思维过程的无关联性的不同思维内容之间、或者是在内外不同信息之间进行切换，某一信息要得到新的“注意”，需要该信息通道的神经元先激活发放，再经过聚合投射到中脑网状结构进行“报告”，再在中脑网状结构进行兴奋整合并跟之前的“注意”通道竞争，竞争成功后中脑网状结构该通道的上行神经再向丘脑板内核进行投射发放，板内核再向皮质上跟该信息相关的神经元进行同步脉冲发放，这时才能产生跟该信息相关的感知或思维，引起了“注意”。所以，“注意”切换的速度是比较慢的，其耗时估计在几百毫秒左右。

申请人推测，大脑在没有关联性的不同信息之间进行“注意”指向切换时引起的控制环路神经活动的变化和迟延，正是脑电研究中事件诱发电位“N400”的产生原因：在默读一段句子且句末是语义没有关联性的词语时，或者在呈现两幅完全不相关的图片时，大脑在无法联想到的也即没有关联性的两种不同信息之间，进行“注意”的切换，引发了思维控制环路的同步脉冲发放的迟延和变化，产生了脑电诱发电位的“N400”现象。由于思维系统的“注意”指向发生在信息的输入感知、识别和中间处理环节，而与运动输出无关，所以Wernicke失语也即感觉性失语患者的“N400”不会产生，而Broca失语也即运动性失语患者的“N400”能够产生。

⒊⒌思维振荡环路的节律变化及对大脑工作的影响。

⒊⒌⒈思维振荡环路的发放节律的变化。思维振荡环路通过“中脑网状结构→丘脑板内核→丘脑网状核→中脑网状结构”的循环发放来形成可持续的同步脉冲，这一振荡环路的发放节律，或者说同步脉冲的发放频率，受到多个信号的影响和调制，以此形成振荡环路发放节律的被动改变和主动调整。这些调制信号包括：⑴、来自皮质神经元的下行投射。当丘脑板内核向皮质发放同步脉冲时，如果皮质的神经元在进行思维活动，则皮质会向丘脑板内核和网状核进行回馈发放，加快环路的发放节律。⑵、来自其他脑核团的神经元活动的交互调制。比如，来自“情绪”处理系统(大脑中的另一个信息处理系统)的调制，当情绪激动时，通过对振荡环路神经元活动的影响，会加快环路的发放节律。⑶、来自“脑干网状结构(正中区)←→下丘脑”的“下环控制环路”的交互调制。“下环控制环路”负责控制和调节人体的内分泌和内脏器官的工作，其工作状态形成了人体的身体状况，下环控制环路的工作状态能够对思维控制环路进行调制，所以，身体状况的变化也会对思维路的振荡节律形成影响。⑷、神经调质、药物的影响。比如，酒精、药物等能够影响环路神经元的兴奋传递和整合，从而影响环路的振荡节律。

⒊⒌⒉思维振荡环路振荡节律与大脑工作状态的关系。思维振荡环路的振荡节律，也即丘脑向皮质发放同步脉冲的节律，决定着大脑思维系统的工作状态。

⑴、当同步脉冲发放节律大于14赫兹时，皮质神经元兴奋整合和激活很快，神经活动活跃，大脑处于紧张激动或快速思维的状态。

⑵、当同步脉冲发放节律为8—13赫兹时，这时神经元的膜整合和活动速度中等，大脑处于清醒、安静、或闭眼的状态，没有具体的“注意”点，没有进行紧张思维活动，但仍然可以产生思维。

⑶、当同步脉冲发放节律为4—7赫兹时，虽然同步脉冲的兴奋激励尚能够使皮质的部分神经元进行兴奋整合并激活，但兴奋整合缓慢，神经元活动不活跃，无法形成连贯的激活链，所以这时大脑虽然还存在“意识”，但对各种刺激反应迟钝，思维模糊，且对思维过程的内容无法记忆。在大脑临睡觉前，或者非常困倦，或者身体健康状况很差时，属于这种情况。

⑷、当同步脉冲发放节律为0.5—3赫兹时，这时虽然丘脑仍然向皮质发放同步脉冲，但由于脉冲发放节律很低，脉冲之间的间隔周期太长，(几百毫秒到上千毫秒)，使得皮质神经元只能产生膜兴奋，但无法达到动作电位的触发阈值，所以没有出现具有信息处理价值的持续激活和传递的情况，(只存在偶发性的自发放现象)，所以这时大脑失去“注意”和“思维”活动，也就没有了“意识”。这种情况出现在大脑深度睡眠(即慢波睡眠)、或昏迷、或麻醉的状态下。

⑸、同步脉冲发放节律为0，也即大脑的思维振荡环路的动作电位发放完全停止，这时中脑、丘脑及皮质的神经活动停止，对刺激没有反应，大脑失去高级功能，属于目前医学上定义的脑死亡。值得注意的是，这种情况下虽然脑电图为等电位直线，即没有接收到脑电波，但实质上只是思维振荡环路停止了同步脉冲发放，如果脑死亡主要是由于脑缺血缺氧而导致，而且脑死亡时间不是很长，这种情况下大脑的大部分神经元仍然没有丧失细胞活性，所以，这时生物体仍然没有彻底失去生物活性，如果能够恢复对脑的正常供血供氧，同时对振荡环路的关键环节的神经元施加合适的电脉冲刺激，仍然还有可能重新激励神经元的动作电位发放，恢复振荡环路的往返发放，重新激活大脑的工作。

需要说明的是，丘脑向皮质发放同步脉冲的节律，虽然决定着皮质思维活动的速度，但却不等于思维的神经元链式激活的步进速度，这是因为神经元的动作电位触发可能需要同时几个同步脉冲的激励才能完成兴奋整合(时间总和的整合)，而神经元一旦触发发放，由于突触易化的原因，则容易产生连续多个动作电位发放，所以两者并非一一对应的。

⒊⒍多种调制通路对思维的影响。原案申请的该部分内容跟本申请关系不大，本申请给予删除。

⒋大脑的其他控制系统。原案申请中对大脑的其他神经系统进行描述，本申请给予删除。

⒌对大脑几种现象的解释。原案申请中还对多种脑现象及脑疾病进行解释，本申请给予删除。

Claims (7)

1.一种对深度昏迷大脑进行脉冲刺激的脑刺激装置，包括主机和连接主机的电极，电极包括有接地电极和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有三只或三组输出电极；主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各组输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系；所述各输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：前一输出电极输出刺激脉冲后，经过设定的延迟时间后，后一输出电极才输出刺激脉冲；

使用时，第一输出电极置于脑干网状结构内侧区的位置，并接触或刺入该部位的神经元；第二输出电极置于丘脑板内核的位置，并接触或刺入该部位的神经元；第三输出电极置于丘脑网状核的位置，并接触或刺入该部位的神经元；接地电极与人体相接触；通过输出电极向三个位置的神经元进行具有时序性的脉冲刺激。

2.根据权利要求1所述的脑刺激装置，其特征在于：使用时，第一输出电极置于脑干网状结构内侧区的中脑网状结构的位置，并接触或刺入中脑网状结构向丘脑板内核投射的神经元；第二输出电极置于丘脑板内核，并接触或刺入丘脑板内核向丘脑网状核投射的神经元；第三输出电极置于丘脑网状核的位置，并接触或刺入丘脑网状核向中脑网状结构投射的神经元；接地电极与人体相接触；通过输出电极向三个位置的神经元进行具有时序性的脉冲刺激。

3.根据权利要求1或2所述的脑刺激装置，其特征在于：主机上用于连接各个输出电极的电极输出端与各个输出模块的输出端之间，加有输出控制电路；电极输出端还连接到一个电压检测电路的输入端，电压检测电路的输出端连接到电压比较电路，与来自输出模块的脉冲信号进行比较；电压比较电路的输出端连接到输出控制电路的控制端，通过输出控制电路对脉冲输出信号进行控制。

4.根据权利要求3所述的脑刺激装置，其特征在于：其控制过程是：工作时，在各个输出模块的每一个输出脉冲周期，输出控制电路首先被打开，脉冲输出信号通过电极输出端和输出电极施加于神经元，同时电压检测电路检测电极输出端上的电压信号，并与输出模块的脉冲输出信号进行比较；当电压检测电路检测到的电极输出端的电压信号，与输出模块输出的电压信号之间的差值大于设定数值时，则关闭输出控制电路，在该脉冲周期余下的时间关闭输出模块到电极输出端的输出信号，直到下一脉冲周期才重新打开。

5.根据权利要求1或2所述的脑刺激装置，其特征在于：主机上用于连接各个输出电极的各个电极输出端连接有电压检测电路，电压检测电路用于检测电极输出端的背景电压；电压检测电路的输出连接有电压保持电路，对电压检测电路输出的背景电压值进行保持记忆；电压保持电路输出的电压值连接到一个电压叠加电路；脉冲产生模块输出的脉冲输出信号，在电压叠加电路中与背景电压进行叠加，再连接到电极输出端。

6.根据权利要求5所述的脑刺激装置，其特征在于：所述电压保持电路、电压叠加电路和脉冲输出模块的工作，受一个状态切换电路的控制；工作时，先由状态切换电路将电路工作切换在“检测”状态，关闭输出模块的输出，由电压检测电路检测电极输出端上的电压，其电压值由电压保持电路进行保持，并送到电压叠加电路上；再由状态切换电路将电路工作切换到“输出”状态，关闭电压保持电路的输入端，打开输出模块的工作，输出模块输出的脉冲信号，在电压叠加电路中与背景电压进行叠加，再连接到电极输出端。

7.根据权利要求1至6之一所述的脑刺激装置，其特征在于：各输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：在一个脉冲周期中，按照第一输出电极、第二输出电极、第三输出电极的次序，前一输出电极输出刺激脉冲后，经过设定的延迟时间，后一输出电极才输出刺激脉冲。