CN109069832B - 大脑组织刺激方法、设备和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大脑组织的预定区的局部刺激方法，所述大脑组织至少包括GABA能神经元类型。根据本发明，所述方法包括根据预定电场强度(PEI)和预定双相脉冲频率(PBPF)激活双极电极组(SBE)，从而提供预定电场(PEF)的至少一个激活步骤(10)，所述预定电场(PEF)引发所述GABA能类型神经元的激活而几乎不引发其它类型神经元的激活。

Description

大脑组织刺激方法、设备和计算机程序
1、技术领域
本技术涉及大脑组织刺激领域。更具体地说，本技术涉及刺激大脑组织中的特定类型神经元的领域。
2、背景技术
对人类大脑的完全理解是科学中的最大挑战之一。此类成功将导致日常生活的重大改善，包括大脑疾病的新疗法以及新的计算技术。大脑能够接收、处理、存储和检索信息；这在很大程度上是通过神经元的网络执行，所述神经元通过称为突触的接口彼此通信。不同的神经递质构成突触水平的电脉冲传递的基础，且可以是兴奋性的(促进神经元活动)或抑制性的(降低神经元活性)。
在哺乳动物大脑中，每一神经元网络的特征在于互连的兴奋性(使用谷氨酸作为其神经递质)和抑制性(使用GABA，即γ-氨基丁酸作为其神经递质)神经元。兴奋与抑制之间的动态平衡是网络的生理功能所必需的。瞬时过度兴奋(即，正兴奋与抑制比)可以是生理性的(学习、感知、记忆…)；然而，由于突触抑制故障导致的过度和长时间的兴奋性是导致几种神经疾病的原因。因此，评估GABA能神经元的生理响应是一种量化网络兴奋性水平，且确定组织是健康还是过度兴奋(GABA能响应受损)的方式。因此，需要提供一种使得能够记录GABA能神经元的诱发响应的解决方案。
必须注意，已经提出了先前技术解决方案来评估大脑组织兴奋性水平。然而，这些解决方案不能使得仅刺激GABA能神经元。这例如是专利申请EP 2331192 A1中提出的方法和装置的情况。在本申请中提出的方法涉及治疗癫痫症的事实中，此方法未能仅记录GABA能神经元的活动。实际上，所提出的方法(和电极)刺激给定区域中的每一细胞，这在试图观察和记录这些GABA能神经元的功能时是合乎需要的。
3、发明内容
所提出的技术不具有先前技术刺激解决方案的这些缺陷。所提出的技术使得能够选择性地记录GABA能神经元活动。所提出的技术可以用于通过避免来自锥体神经元的响应来理解GABA能神经元的功能。
更具体地说，提出用于刺激GABA能神经元的方法和装置。根据本发明技术，所述方法包括以预定强度、频率和脉冲长度激活双极电极组，从而提供预定电场的多个步骤，所述预定电场引发所述GABA能神经元的激活和所述神经组织的其它类型神经元的最少激活。
更具体地说，本发明涉及大脑组织的预定区的局部刺激方法，所述大脑组织至少包括GABA能类型神经元。根据本发明，所述方法包括根据预定电场强度和预定双相脉冲频率激活双极电极组，从而提供预定电场的至少一个激活步骤，所述预定电场引发所述GABA能类型神经元的激活而几乎不引发其它类型神经元的激活。
因此，虽然在双极电极的阳极与阴极之间提供预定电场(为电位的空间梯度)，但所提出的方法允许特定地刺激一种类型的神经元：GABA能神经元。
根据特定特征，所述双极电极组的激活包括将双相脉冲提供到所述双极电极，每个双相脉冲持续约200微秒。
根据特定特征，所述预定双相脉冲频率介于0.5与10Hz之间。
根据特定特征，所述预定双相脉冲频率为约1kHz。
根据特定实施例，至少一个激活步骤之后为记录步骤，其中对大脑组织对所述双极电极组的所述激活的响应进行记录。
根据特定实施例，基于先前记录的多个响应，其包括至少一个计算步骤，其中计算神经网络兴奋性指数。
根据特定实施例，所述至少一个计算步骤包括：
-将包含于周期性脉冲刺激期间的所记录响应(RESP)中的LFP信号划分成单个的响应时期s；
-在每个时期s上应用快速傅立叶变换(FFT)，从而产生其频率分量的振幅和相位两者作为复值系数。
-在每个刺激频率f下，将相位聚类指数(PCI)计算为各时期上的按其幅值归一化的这些复系数的平均值：
-通过NNEI＝1-PCI(fs)获得所述神经网络兴奋性指数(NNEI)
根据特定实施例，激活步骤的持续时间持续3分钟与7分钟之间。
根据特定实施例，执行约300次所述双极电极组的激活步骤，每个激活步骤之后为记录步骤，其中对大脑组织对所述双极电极组的前次激活的响应进行记录。
根据特定实施例，所述方法包括：
-一组预定数目个激活步骤，每个激活步骤之后为记录步骤，其中对大脑组织对所述双极电极组的所述激活的响应进行记录，其中所述预定双相脉冲频率介于0.5与10Hz之间，且其中提供一组所述预定数目个响应；
-针对所述大脑组织的至少一个子区依据所述组响应计算神经网络兴奋性指数的步骤；以及
-在所述神经网络兴奋性指数的值对于所述大脑组织的所述至少一个子区大于0.5时，一组预定数目个激活步骤，其中所述预定双相脉冲频率为约1kHz。
本发明还涉及刺激装置。此类装置包括用于应用先前实施例的任何组合的必需构件。
根据本发明技术，所述装置包括电子电路、存储器和处理器，所述处理器用于以预定强度和预定频率将电流重复地传输到双极电极组，从而提供预定电流(在所述电极组中的每个双极电极的阳极与阴极之间)，所述预定电流值引发所述GABA能神经元的激活和所述神经组织的其它神经元类型的最少激活。
根据实施例，所述装置还包括用于在将电流传输到所述双极电极组的至少一个迭代之后记录所述GABA能神经元的活动的构件。
根据优选实施方案，根据本发明的方法的不同步骤由包括软件指令的一个或多个软件程序或计算机程序实施，所述软件指令待由根据本发明的刺激和记录装置的数据处理器执行且被设计成命令执行所述方法的不同步骤。
因此，本发明还涉及一种能够由计算机或数据处理器执行的程序，此程序包括如上文所提及的用以命令执行方法的步骤的指令。
此程序可以使用任何编程语言且可以呈源代码、目标代码或在源代码与目标代码之间的中间代码的形式，如部分编译形式或任何其它合乎需要的形式。
本发明还旨在提供可以由数据处理器读取且包括如在上文中提及的程序的指令的信息载体。
所述信息载体可以是能够存储程序的任何实体或装置。例如，所述载体可以包括存储构件，例如ROM(例如CD ROM或微电子电路ROM)还有磁性记录构件，例如软盘或硬盘驱动器。
此外，所述信息载体可以是例如可以经由电缆或光缆、通过无线电或通过其它构件传送的电信号或光学信号的可传输载体。根据本发明的程序可以尤其从互联网类型网路下载。
作为替代方案，所述信息载体可以是程序并入到其中的集成电路，所述电路适于执行或用于执行所讨论的方法。
根据一个实施例，本发明借助于软件和/或硬件组件实施。就此而言，术语“模块”在此文档中可以同等地对应于软件组件和硬件组件或一组硬件或软件组件。
软件组件对应于一个或多个计算机程序或程序的若干子程序，或更通常对应于程序的任何元件或能够根据上文针对所关注的模块所描述的内容而实施功能或一组功能的软件包。此类软件组件由物理实体(终端机、服务器、网关、路由器等)的数据处理器执行，且能够访问此物理实体的硬件资源(存储器、记录媒体、通信总线、电子输入/输出板、用户接口等)。
以相同方式，硬件组件对应于能够根据下文针对所关注的模块所描述的内容而实施功能或一组功能的硬体组合件的任何元件。其可以是可编程硬件组件或具有用于执行软件的集成处理器的组件，例如集成电路、智能卡、存储卡、用于执行固件的电子卡，等。
上文描述的方法和设备的每个组件自然地实施其自身的软件模块。上文提及的不同实施例可以彼此组合以实施本发明。
4、附图说明
在下文中结合附图借助于实例描述所提出的方法和装置，而不限制如由权利要求限定的保护范围。诸图示出：
图1为根据本发明的一个实施例的刺激方法的说明；
图2说明了根据本发明的特定特征的互补刺激调节方法；
图3说明了实施本发明的方法的特定装置。
5、具体实施方式
5.1.总体描述
如已解释的，所提出的方法涉及用双极电极执行的大脑组织的局部刺激。在所提出的方法中，关键因素是电场分布和值，而不是刺激强度：触点的几何形状以及触点之间的距离实际上是电场分布中的决定性因素。所提出的方法中最重要的是整合电极设计物理参数以及考虑整合的参数来提供预定电场。预定电场取决于在刺激期间测得的电位值。
从生物物理学的角度来看，影响神经元膜电位的是电场，而不是直接刺激电流。因此，在神经元激活方面，刺激强度自身并无意义。
在所公开的实施例中，提出了两种类型的刺激。这两种类型的刺激主要通过在刺激期间施加的频率(双相脉冲的频率，也称为“双相脉冲频率”)而改变。在第一情况下，使用低频率(介于0.5与10Hz之间)。在第二情况下，使用(相对)高频率(约1Khz)。
在两种情况下，通过计算例如小鼠的脑内电极引发的等效原位电场，且评估在人类大脑组织中引发相当电场所需的刺激电流，可以将最佳强度范围从红藻氨酸小鼠大脑组织转化到人类大脑组织。
这可以通过计算由刺激触点中的每一个引发的电位，且应用叠加原理来计算空间中每个点处的等效电位来完成。接着，将电场计算为与电位的空间梯度相反。可以使用小鼠与人类之间的电场值的这种转化，因为小鼠和人类海马神经元具有非常类似的大小和神经生理学特性，两者都是对所施加电场(例如，膜极化)的神经生理学响应的基础。
大脑中存在两种主要类型的神经元：兴奋性和抑制性。兴奋性神经元(锥体)主要使用谷氨酸作为其神经递质，可以增大其将其轴突伸出到的神经元的活动。另一方面，抑制性神经元(通常使用GABA作为其神经递质)将降低其将其轴突伸出到的神经元的活动。在生理环境中，兴奋与抑制之间存在平衡。GABA能神经元的失调导致兴奋性与抑制性过程之间的不平衡。仅记录来自特定类型神经元的信号可能是困难的。可以使用间接过程来获得此类记录，即，例如，通过测量总体信号且接着“减去”已知信号。这是所提出技术的众多应用之一。
因此，差异性激活兴奋性或抑制性神经元，从而提供组织兴奋性水平的观察手段受到关注。在所提出的技术中，发明人利用如下事实：这些GABA能神经元具有特定的形态学(延伸的轴突分支)和电生理学特性(较为去极化的静息膜电位、较高输入电阻)，这使得其在低强度电刺激之后更容易放电。
结合图1说明所提出的技术。大体来说，所提出的技术涉及大脑组织的预定区的局部刺激方法，所述大脑组织至少包括GABA能类型神经元，所述方法包括根据预定电场强度(PEI)和预定双相脉冲频率(PBPF)激活双极电极组(SBE)，从而引发电场分布(PEF)的至少一个激活步骤(10)，所述电场分布(PEF)引发所述GABA能类型神经元的激活和其它类型神经元的最少激活。
根据特定特征，所述双极电极组的激活包括将双相脉冲提供到所述双极电极，每个双相脉冲持续约200微秒。
根据特定特征，至少一个激活步骤(10)之后为记录步骤(20)，其中对大脑组织对所述双极电极组的所述激活的响应(RESP)进行记录。
在一般实施例中，多次激活中的每次激活(10)之后为一次记录(20)。激活持续预定持续时间(在3与7分钟之间，例如5分钟)，且对所获得的信号的测量值进行记录。
结合图1说明所提出的技术。一般来说，所提出的技术涉及大脑组织的预定区的局部刺激方法，所述大脑组织至少包括GABA能类型神经元，所述方法包括根据预定电场强度(PEI)和预定双相脉冲频率(PBPF)激活双极电极组(SBE)，从而引发电场(和/或电场分布(PEF))的至少一个激活步骤(10)，所述电场(和或电场分布(PEF))引发所述GABA能类型神经元的激活和其它类型神经元的最少激活。术语“最少激活”是告知“几乎不会刺激其它类型的神经元”的简单且简洁的方式。已知考虑到神经元的大小和电极的大小，难以瞄准大脑组织中的特性神经元，因为电极远大于神经元。因此，还已知，在刺激大脑组织的同时，可能刺激许多类型的神经元。本发明的目标是提供一种方法，其中，考虑到之前已揭露的内容，“几乎不会刺激其它类型的神经元”将发生(由于提供预定电场(PEF)和/或预定电场分布)。但是，当然，在电极将足够小的情况下，最少激活将由此为完全没有激活。
考虑到刺激的目标，实施预定数目次激活(10)和记录(20)。
在另一实施例中，可以在若干次模拟(10)之后进行单次记录(20)。此实施例可以例如用于监测若干刺激系列的效果，而不需要受检验的大脑组织保持连接到记录装置或系统。这对于试图及时了解大脑组织兴奋性的变化也可能是有用的。
接着可以计算在刺激之后(激活之后)记录的各种响应，以便计算神经网络兴奋性指数(NNEI)。此指数可以用于表征刺激下的大脑组织。接着可以在各种任务中使用此类指数。
根据特定实施例，所提出的方法使用两次。更具体地说，在此实施例中，所述方法包括：
-之后为记录步骤(20)，其中对大脑组织对所述双极电极组的所述激活(10)的响应(RESP)进行记录，其中所述预定双相脉冲频率(PBPF)介于0.5与10Hz之间，且其中提供一组所述预定数目个响应(RESP)；
-针对所述大脑组织的至少一个子区依据所述组响应(RESP)计算神经网络兴奋性指数(NNEI)的步骤；以及
-在所述神经网络兴奋性指数(NNEI)的值对于所述大脑组织的所述至少一个子区大于0.5时，一组预定数目个激活步骤(10)，其中所述预定双相脉冲频率(PBPF)为约1kHz。
5.2.第一实施例的描述
在此第一实施例中，以相对较低的双相脉冲频率(在0.5与10Hz之间)公开了所提出的方法的实例。
在所述方法的此实施例中，目标是获取(记录)给定数目的刺激后诱发响应(即，在刺激之后立即获取和记录信号)。在此实施例中，使用持续1与5分钟之间的低强度电刺激系列。
逐渐地，以约1.2微安来调节强度以选择性地激活GABA能中间神经元，其中脑内双极电极在小鼠大脑组织中分开400微米且触点直径为120微米。由于组织特性可能从一个组织到另一组织发生改变，因此可能不适合对于给定参数直接使用1.2微安的值。取决于双极电极和触点的几何形状，其对于其它参数可能不同。
必须注意，所述方法不是针对在组织中植入电极，因此其不是手术方法。实际上，使用已经植入大脑组织中的双极电极。
在人类大脑组织中，所使用的强度为约0.3毫安(在使用立体脑电图(sEEG)颅内电极的特定情况下，其特征在于触点为2mm高、直径0.8mm、间隔1.5mm)。
在所有情况(小鼠大脑组织、人类大脑组织)下，总双相脉冲宽度为200微秒(每相位100微秒)。双相脉冲频率介于0.5与10Hz之间，且适于GABA能神经元的响应：高于此频率，其不能触发对每个刺激脉冲的系统响应。在特定情况下，同时记录颅内EEG(LFP，局部电场电位)以便辅助设定最佳刺激强度。
在结合图2描述的此实施例中，为了考虑到给定参数(即，电极)确定正确强度，且考虑到所研究的大脑组织，应用以下方法：
-逐渐增大(P01)刺激脉冲的强度(E1)，同时记录对每个脉冲的LFP响应(P02)：接着引发电场(EF)；
-基于LFP响应，评估最佳强度范围(OIR)(P03)：在最佳强度范围内，每个刺激脉冲系统地触发刺激后抑制响应(LFP信号中的负偏差)；对于较低强度值，不触发或不系统地触发刺激后抑制响应；对于较高强度值，谷氨酸能(兴奋性)神经元也被调动，且刺激后的纯抑制性响应消失；因此，LFP信号的负偏差意味着所施加的强度(IE)在所述范围内；
-一旦已评估出最佳强度范围(OIR)，就在约几分钟的时间内提供刺激系列，以便获取可用刺激后响应的大约预定数目个响应(RESP)：这对应于结合图1呈现的用于获得刺激后响应的记录方法，其中最佳强度范围(OIR)的一些强度值用作预定电场强度(PEI)；刺激后响应也是LFP响应(这是同一种响应)。
响应(RESP)的预定数目必须足以导出可用的统计指数。所述预定数目可以介于100与500之间；平均可用数目为约300(即，不会过长以致无法获得)。
记录这些响应，且其本身可以用于表征大脑组织兴奋性。此类表征的实例为：
-使用刺激后诱发响应(约300)来计算具有0与1之间的值的指数(NNEI：“神经网络兴奋性指数”)：此指数量化所记录的响应的相位相干性；上文描述了获得所述指数的方式；
-接近0的NNEI值表征可兴奋性弱的组织；高NNEI值(例如，0.5和更高)表征可兴奋性高的组织。
5.2.1.神经网络兴奋性指数(NNEI)的计算
-NNEI是用于测量信号之间的相位类似性的归一化量(范围从0到1)。其是从傅立叶变换(FT)导出，提供信号中存在的振荡分量的幅度和相位两者。在实践中，NNEI计算涉及三个步骤。
-将包含于周期性脉冲刺激期间的所记录响应(RESP)中的LFP信号划分成单个的响应时期s；
-在每个时期s上应用快速傅立叶变换(FFT)，从而产生其频率分量的振幅和相位两者作为复值系数，
-在每个刺激频率f下，将相位聚类指数(PCI)计算为各时期上的按其幅值归一化的这些复系数的平均值：
-通过NNEI＝1-PCI(fs)获得所述神经网络兴奋性指数(NNEI)
实际上，对于随机分布的相位，PCI(f)接近于零，且对于相干相位，PCI(f)接近于1。最后，为了从PCI(fs)导出与兴奋性水平一致的指数，通过NNEI＝1-PCI(fs)限定NNEI，其中fs表示刺激频率。在刺激强度得以适当调节的条件下，NNEI在低兴奋性水平下显示低值，其中LFP诱发响应(锁定到刺激序列的每个脉冲的时间)具有类似的时间进程，且在高兴奋性水平下显示高值，其中LFP具有不规则的时间进程。
5.2.2.最佳刺激强度的统计检验
最佳强度值对应于刺激诱发的LFP响应之间的交叉相关变得显著的强度，且因此可以拒绝虚无假设(Ho：)。所提出的检验开始于计算任何诱发响应对i X和Y的线性相关系数的值/>引入对数变换/>
可以证明，所获得的随机变量γi在虚无假设(Ho：)下成正态分布，均值为且方差为/>其中m是所诱发LFP响应的大小(样本数)。
从n个脉冲的刺激序列记录的个诱发响应对(为简单起见，认为是独立的)的γi个值之和Γ也是高斯的：
因此，对于诱发响应之间不存在相关性的假设的(1-p)置信水平的接受区由下式给出：
其中z为归一化变量。由此得出，区间[-2.576，+2.576]之外的值构成了诱发响应之间在99％置信水平(p值＝0.01，z0.005＝-2.576)下存在相关性的证据。
NNEI的演化由模拟LFP针对三种兴奋性状态(低、中和高)和三种刺激强度值(最佳、最佳除以3和最佳乘以3)加以计算。最佳l值(1.5任意单位)对应于w＝2.6(即，刚好高于统计阈值2.576)。如所描绘，对于这种精确强度，NNEI可以有效地区分三种兴奋性状态。相比之下，当强度过低(w<<2.576)或过高(w>>2.576)时，NNEI值不指示模型中的兴奋性水平。
5.3.第二实施例的描述
在所述方法的此实施例中，目标是获取(记录)给定数目的刺激后响应(即，在刺激之后获取信号，且接着记录所述信号)。在此实施例中，强度高于NNEI的强度系列组成各自持续若干分钟(例如，5分钟)的重复系列。刺激系列分开若干分钟。频率为约1000Hz，进行优化以减少信号中存在的标记(例如，在小鼠中，海马体阵发性放电，HPD；在兴奋性增大时，其更频繁/持续时间更长)的数目。
对于显著较低的刺激频率(例如，100Hz)，未观察到HPD的显著减小。如在前一实施例中，脉冲宽度为200微秒(双相脉冲的总宽度，每相位100微秒)。
在此实施例中，选择标记的类型以便量化刺激的效率。标记可以是例如(红藻氨酸)小鼠的海马体阵发性放电(HPD)。
同时记录EEG(例如，颅内EEG(LFP))以便评估刺激效率，如通过信号中存在的标记的数目来量化。
所使用的强度可以是5微安或高于5微安(对于红藻氨酸小鼠，在10到20微安的强度值下观察到显著的HPD减小)，其中脑内双极电极(双绞线)在小鼠中分开400微米且触点直径为120微米。
在此实施例中，为了考虑到给定参数(即，电极)获得正确的强度且考虑到所研究的大脑组织，应用以下方法：
-每几个块(例如，每2个块)逐渐增大刺激的强度，同时在两个刺激脉冲之间记录EEG；
-针对(刺激块之间的)每个EEG记录块量化HPD的数目(每单位时间的HPD数目)；
获得以下刺激结果：
-在最佳强度范围内，HPD率随着刺激强度的增大而减小；在最佳强度范围之外，HPD率的数目不因刺激而修改，或甚至可能增大。
-在正确的刺激极性中，HPD率的数目减少，而在另一刺激极性中，标记的发生率可能增大(例如，每单位时间的尖峰或HPD数目增大)。因此，这也可以用作探测标记数目增大的区的过度兴奋的方式。
5.4.对应装置的描述
在另一实施例中，所提出的技术还涉及一种装置。所述装置可以原位用于记录在使用上述方法时发生的刺激效果。更一般来说，所述装置包括用于实施上述方法的必需构件。典型实例是对患者使用先前方法，所述患者已植入了颅内电极。可能有兴趣在常规环境(例如医院外)记录刺激的效果。接着，所提出的装置可以连接到电极，且可以用于考虑到所寻求的结果而依据预定方案将刺激脉冲传递到所述电极：例如，使用低频率双相脉冲的方案(所述方法的第一实施例)或使用高频率双相脉冲(所述方法的第二实施例)的方案或实施两种方法的一次或多次迭代的方案。因此，所述装置可以是可穿戴的。结合图3描述所述装置。
具体地说，这种类型的装置(DRS)包括处理器(P)，所述处理器联接到存储器(M)，所述存储器包括用于根据所提出的方法驱动电刺激的至少一组指令。所述处理器包括到至少一电流提供模块(CDM)的连接，所述电流提供模块(CDM)可连接到已经安装在患者体内的颅内电极(IE)。处理器(P)、电路、电流提供模块(CDM)和所述装置的其它组件连接到电源(PS)。所述电源(PS)可以采用内部电池或外部电池的形式。所述电池例如是离子聚合物电池等，其能够提供适合于装置的组件的功能的电流。
所述装置还可以包括用于实施额外功能性的多个接口(InF)。因此，所述装置可以包括第一通信接口(C1)，其连接到至少一个记录装置或系统。此第一通信接口(C1)可以具有两个功能：第一功能是将与刺激的参数有关的数据传输到记录装置。当记录装置需要依据这些参数校准自身时，这可能是有用的。第二功能是从记录装置接收所记录的数据。例如，在记录装置是EEG头盔时，记录装置可能需要将所记录的数据传输到另一装置。因此，刺激装置可以起到记录单元的作用。这对于例如独立实施方案中的实例是有用的。由此，患者不需要附接到特定位置且保持自主。在此情况下，由此可以认为接口还包括用于提供记录装置所必需的电流的电力提供源。
所述装置还可以包括一个或两个大容量存储接口(MSI#1、MSI#2)。这些接口可以用于若干目的。第一个(MSI#1)是通过使用外部记录装置或通过使用集成记录装置来记录刺激本身。第二个(MSI#2)允许使装置能够接收新的刺激参数，例如通过更新微码程序或通过传输包括新参数的文件。
所述装置还可以包括屏幕(SCR)。此屏幕可以适用于验证电源(例如，电池)的状态和刺激的各种参数。在链接到外部记录装置或系统(如EEG头盔)时，所述装置还包括用于将记录指令传输到记录装置的构件。这些构件例如是串行接口或USB接口。这些指令例如在刺激序列的末尾(在刺激周期结束时)传输，用于记录在一个或多个刺激序列之后获得的信号。所述装置还包括用于分析由记录装置接收的信号的构件。在此上下文中，所述装置还可以包括用于处理所接收信号，例如以计算神经网络兴奋性指数(NNEI)或信号中存在的标记的数目的构件。这些构件可以采用专用处理器的形式。接着可以使用屏幕(SCR)来显示所述指数或标记。
所述构件由处理器驱动(或包含于处理器中)，所述处理器包括用于实施先前方法的硬件或软件模块。
此外，所述装置还可以包括链接到通信接口(C1)的通信构件。这些构件可以采用WiFi或蓝牙(低能量)模块的形式。这些构件的目的是能够与另一装置通信，所述另一装置可以是例如智能手机或平板电脑或服务器。接着可以由所述另一装置进行结果的分析或指数和/或标记的计算。这具有若干优点：刺激装置由此制造起来较为低廉，且其可以在广泛范围的情境中使用。另一优点是能够使用所述另一装置的存储空间来记录由刺激装置产生的各种数据。另一优点是能够远程管理所述装置。
当然，所述装置包括用于实施所提出的方法的所有必需构件。为此目的，提出了一种局部刺激装置，用于刺激大脑组织的预定区，所述大脑组织至少包括GABA能类型神经元。所述装置包括根据预定电场强度和预定双相脉冲频率(PBPF)激活双极电极组(SBE)，从而提供预定电场的激活构件(10)，所述预定电场(PEF)引发主要激活所述GABA能类型神经元。
在一特定实施例中，所述双极电极组的激活构件将双相脉冲提供到所述双极电极，每个双相脉冲持续约200微秒。
在一特定实施例中，所述预定双相脉冲频率(PBPF)介于0.5与10Hz之间。
在一特定实施例中，所述预定双相脉冲频率(PBPF)为约1kHz。
在一特定实施例中，所述装置包括记录构件(20)，借以记录大脑组织对所述激活构件对所述双极电极组的所述激活(10)的响应(RESP)。
在一特定实施例中，所述装置包括用于基于所述记录构件先前记录的多个响应(RESP)计算神经网络兴奋性指数(NNEI)的计算构件。
在一特定实施例中，所述计算构件包括用于进行以下操作的构件：
-将包含于周期性脉冲刺激期间的所记录响应(RESP)中的LFP信号划分成单个的响应时期s；
-在每个时期s上应用快速傅立叶变换(FFT)，从而产生其频率分量的振幅和相位两者作为复值系数。
-在每个刺激频率f下，将相位聚类指数(PCI)计算为各时期上的按其幅值归一化的这些复系数的平均值：
-通过NNEI＝1-PCI(fs)获得所述神经网络兴奋性指数(NNEI)
在一特定实施例中，所述激活构件被配置以使得所述激活构件的激活持续时间持续3与7分钟之间。
在一特定实施例中，所述激活构件被配置成用于执行约300次所述双极电极组的激活，每次激活之后为记录构件的激活，在所述记录构件中，对大脑组织对所述双极电极组的前次激活的响应进行记录。
在一特定实施例中，所述装置被配置成用于：
-执行所述双极电极组(SBE)的一组预定数目次激活(10)，每次激活(10)之后为使用所述记录构件记录(20)所述大脑组织对所述双极电极组的所述激活(10)的响应(RESP)，其中所述预定双相脉冲频率(PBPF)介于0.5与10Hz之间，且其中提供一组所述预定数目个响应(RESP)；
-针对所述大脑组织的至少一个子区依据由所述记录构件记录的所述组响应(RESP)计算神经网络兴奋性指数(NNEI)；以及
-在所述神经网络兴奋性指数(NNEI)的值对于所述大脑组织的所述至少一个子区大于0.5时，执行一组预定数目个激活步骤(10)，其中所述预定双相脉冲频率(PBPF)为约1kHz。

Claims (6)

1.一种用于刺激大脑组织的预定区的局部刺激装置，所述大脑组织至少包括GABA能类型神经元，所述装置特征在于其包括：
-执行双极电极组(SBE)的一组预定数目个激活步骤(10)的激活构件，所述激活步骤包括在给定的双相脉冲频率下逐渐增大电场强度，其中所述双相脉冲频率介于0.5与10Hz之间；
-记录构件，在一个激活步骤后，执行记录步骤(20)，其中对所述大脑组织对所述双极电极组的所述激活(10)的响应(RESP)进行记录，其中所述一组预定数目个激活步骤提供所述预定数目个响应(RESP)；
-计算构件，其执行针对所述大脑组织的至少一个子区依据所述响应(RESP)计算神经网络兴奋性指数(NNEI)的步骤；
其中，在所述神经网络兴奋性指数(NNEI)的值对于所述大脑组织的所述至少一个子区大于0.5时，所述激活构件执行一组预定数目个激活步骤(10)，其中所述双相脉冲频率为1kHz；
所述预定数目个激活步骤引发所述GABA能类型神经元的激活，而几乎不会刺激其它类型的神经元。
2.根据权利要求1所述的局部刺激装置，其特征在于，其包括处理器(P)、存储器(M)，所述处理器(P)包括到至少一电流提供模块(CDM)的连接，所述电流提供模块(CDM)可连接到颅内电极(IE)，所述处理器(P)、所述电流提供模块(CDM)连接到电源(PS)，所述处理器包括用于根据经由外部通信接口提供到所述装置的刺激参数实施大脑组织的所述预定区的局部刺激所必需的指令。
3.根据权利要求1所述的局部刺激装置，其特征在于，所述双极电极组(SBE)的激活包括将双相脉冲提供到所述双极电极，每个双相脉冲持续200微秒。
4.根据权利要求1所述的局部刺激装置，其特征在于，所述计算构件执行以下步骤：
将包含于周期性脉冲刺激期间的所记录响应(RESP)中的LFP信号划分成单个的响应时期s；
在每个时期s上应用快速傅立叶变换(FFT)，从而产生其频率分量的振幅和相位两者作为复值系数(Z)，
在每个刺激频率f下，将相位聚类指数(PCI)计算为各时期上的按其幅值归一化的这些复系数的平均值：
通过NNEI＝1-PCI(fs)获得所述神经网络兴奋性指数(NNEI)
是与时期s的频率f相对应的复值系数；
s是与应用快速傅立叶变换的时期相对应的刺激频率。
5.根据权利要求1所述的局部刺激装置，其特征在于，激活步骤的持续时间持续3与7分钟之间。
6.根据权利要求1所述的局部刺激装置，其特征在于，所述激活构件执行300次所述双极电极组的激活步骤，记录构件对所述大脑组织对所述双极电极组的激活的每次响应进行记录。
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