CN109432596B - 经脊髓直流电调节系统 - Google Patents

Abstract

与脊椎动物中效应器官相关联的神经异常的改进的神经调节控制利用用于调节脊髓兴奋性的直流电刺激，具有用于提供直流电周围神经刺激的周围电流供应部件和提供用于脊髓刺激的直流电的脊髓电流供应部件和管理这些功能的控制器。

Description

经脊髓直流电调节系统

本申请为分案申请，母案申请的国家申请号为：201480070353.7(国际申请号为PCT/US2014/071959)、进入中国国家阶段日期为：2016年6月22日(国际申请日为2014年12月22日)，发明名称为：经脊髓直流电调节系统。

技术领域

本发明涉及用于调节效应器官的调节——例如肌张力的调节和自主系统功能的调节——的脊髓兴奋性的方法和装置。

背景技术

神经系统包括中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(PNS)，后者包括躯体神经系统(SNS)和自主神经系统(ANS)。CNS包括脑和脊髓。脊髓是用于身体和脑之间的信号的主要传输路径。PNS将信号传送到脑和脊髓之外贯穿身体的其余部分，包括将运动信号传送至肌肉并且将发送反馈传送到脑，包括来自皮肤的触觉和痛觉信号。SNS和ANS与CNS和PNS重叠。有31对由颈(8)、胸(12)、腰(5)、骶(5)和尾(1)段发出的脊神经。脊神经包含感觉和运动纤维。传出神经(与传入神经相反)是从中枢神经系统导向效应器官的神经，并且传出神经流出是指经由脊髓通路传送到效应器官的来自大脑的神经信号。

SNS是与经由骨骼肌自发控制运动相关联的周围神经系统的一部分。ANS由两个部分组成：交感神经系统和副交感神经系统，并且负责调节身体功能，包括心率、呼吸、消化、膀胱张力、性反应以及其他功能。交感神经系统的激活导致紧张或紧急情况下身体的准备，而副交感神经系统的激活导致保护和修复并且控制正常情况期间的身体过程。自主神经系统包括感觉和运动神经。节前神经元开始于CNS并且突出到身体中的神经节，在该神经节处，它们与节后神经元连接，节后神经元与特定器官连接。

有许多与效应器官的异常调节相关联的病症和功能障碍，这可能是由于神经系统的任何部件的干扰。这些效应器官可以是处于自发控制下的骨骼肌、在自主控制下的平滑肌、或内脏器官和腺体。我们已经研发出一种使用经脊髓直流电刺激(tsDCS)来调节这些系统的新方法。

肌张力异常与多种神经病变相关联，并且可以严重限制运动功能和控制。肌张力取决于脊髓运动神经元和中间神经元的兴奋性的水平。肌张力异常可能是由于降低的张力(肌张力减退)或增加的张力(肌张力过高)。肌张力减退通常例如在患有小脑缺陷和脊髓小脑损伤的患者中和发育迟缓的儿童包括患有唐氏综合症的儿童中观察到。肌张力过高通常例如在患有大脑性麻痹、中风、脊髓损伤(SCI)、脑损伤、多发性硬化和许多其它神经病症的患者中观察到。肌张力过高包括痉挛和僵直，并且其特征是在紧张性牵张反射时依赖速度增加和在被动伸展过程中增加的肌肉活动。痉挛可以从轻度到严重变化，并且可能导致功能性运动的显著损伤。更好地控制和调节肌张力的能力有长期切身需要。脊髓损伤是常见的肌张力增加一个指示。

在SCI之后反射兴奋性增加可能由多种因素引起，包括增加的脊髓运动神经元的兴奋性和神经元间生理机能和连接性的变化。一般情况下，在SCI之后，增加的激发和降低的控制运动神经元的机制的抑制引起导致痉挛的力的异常产生。控制痉挛的药理作用、外科手术和物理治疗充其量具有短期疗效并且有副作用的困惑。

除了骨骼肌病症之外，有与已描述的交感神经或副交感神经系统的功能障碍相关的多种病症。这些ANS病症被称为自主神经异常(dysautonomias)，并且可能是由于ANS的交感神经或副交感神经部分的故障或损坏引起的。具体这样的病症包括家族性自主神经异常、自身免疫性自主神经神经节病、先天性中枢性肺换气不足综合症(congenital centralhypoventilation syndrome)、福尔摩斯-艾迪综合症(Holmes-Adie syndrome)、多系统萎缩症、夏伊-德雷格综合症(Shy-Drager syndrome)、神经介导性晕厥(neurally mediatedsyncope)、体位性低血压(orthostatic hypotension)、体位性心动过速综合症(posturaltachycardia syndrome)、纹状体黑质变性和血管迷走性晕厥(striatonigraldegeneration and vasovagal syncope)。对于这些自主神经异常，当前没有有效的治疗方法。自主神经调节的新方法将不仅为这些患者开启新的治疗选择，而且将利用自主神经系统来调节自主受神经支配的所有器官系统的活性。

对用于神经调节和效应器官的调节的改进的方法和装置的需要仍然存在。

发明内容

用于神经调节和效应器官的调节的改进的方法和装置在下文中公开。

在一个或多个实施例中，这些教导的系统包括第一刺激部件和第二刺激部件，该第一刺激部件被配置为提供与目标效应器官相关联的神经的刺激，该第二刺激部件被配置为提供与所述目标效应器官的调节相关联的脊髓直流电刺激。

在一个或多个实施例中，这些教导的方法包括沿着提供目标效应器官的神经控制的神经施加电刺激源并且将直流电源施加到与至目标效应器官的传出神经流出相关联的脊髓位置。

包括许多使用方法的许多其他实施例也被公开。

附图说明

以上说明性和另外的实施例以下结合附图进行描述，其中，对明确编号的部件进行了描述并且应当领会的是因而在本公开的所有附图中进行描述：

图1和2：说明了用于调节正中神经以解决具有高肌张力的习惯性握成拳头的手和手指的这些教导的实施例。

图3：电荷平衡电极装置。

图4：示出了在这些教导的说明性实践中用于人类受试者的电极放置的主要神经关联/组合。

图5：示出了用于根据从源施加的信号极性下调或上调腿中的肌张力的对受坐骨神经支配的肌肉的脊柱到坐骨神经或坐骨神经到脊髓治疗。在图11中所示的具有阳极脊髓阴极的配置是用于下调。

图6：示出了在这些教导的实践中封装的肌张力调节系统。

图7-8：示出了在这些教导的实施例的实践中通过引线固定到神经电极组的特殊电极。

图9：这些教导的说明性实施例的框图。

图10：示出了这些教导的可佩戴tsDCS装置。

图11-12：示出了自主神经系统和介入位点的表示；

图13：示出了用于根据增加副交感神经张力来调节肾功能的神经调节策略。

图14：示出了在这些教导的实践中用于治疗膀胱肌张力异常的说明性实施例，其提供在壳体中作为用于在这些教导的实施例的实践中的非侵入性刺激的可佩戴肌张力调节器或者作为可植入的刺激器的刺激装置。

图15：示出了用于根据降低交感神经张力来调节肾功能的神经调节策略。

图16：示出了用于根据增加交感神经张力来调节肾功能的神经调节策略。

图17：示出了用于根据增加副交感神经张力来治疗尿潴留的神经调节策略。

图18：示出了用于根据抑制躯体传出神经来治疗尿潴留的神经调节策略。

图19：示出了用于根据刺激感觉传入神经来治疗尿潴留的神经调节策略。

图20：示出了用于根据降低副交感神经张力来治疗尿失禁的神经调节策略。

图21：示出了用于根据刺激躯体传出神经来治疗尿失禁的神经调节策略。

图22：示出了用于根据降低交感神经张力来增加胃肠(GI)蠕动和分泌的神经调节策略。所示的tsDCS仅在L2水平但延伸横跨作为目标的效应器官的所有相关的脊髓水平。所示的节后纤维刺激仅在腹下神经丛的远端，但可选择地包括腹腔神经节和肠系膜上神经节(SMG)远端的纤维。

图23：示出了用于根据增加副交感神经张力来增加GI蠕动和分泌的神经调节策略。

图24：示出了用于根据增加交感神经张力来治疗大便失禁的神经调节策略。

图25：示出了用于根据降低副交感神经张力来治疗大便失禁的神经调节策略。

图26：示出了用于根据刺激躯体传出神经来治疗大便失禁的神经调节策略。

具体实施方式

说明书不应被视为具有限制性的意义，而是仅用于说明这些教导的一般原则的目的，因为这些教导的范围最好由所附的权利要求来限定。

如本文中所使用的，单数形式“一(a/an)”和“该”包括复数个参考对象，除非上下文另有明确说明。

定义

以下定义适合本公开，前提是：这样的定义可以根据使用情景进行修改。为了本教导的教学目的：

术语“神经”在本文中可以指包括神经、神经元、运动神经元和中间神经元以及诸如此类，并且在本文中总体上被称为“神经”或“神经元”；

神经刺激和神经的刺激的术语或概念自由地且可互换地使用以描述教导的刺激的施加；

为了本公开的目的，术语神经调节、调节、刺激和调控作为等同物可互换使用，并且表明在本教导的实践中施加在目标上的效果；

为了本公开的目的，术语功能障碍、病症、缺陷和异常作为等同物可互换使用，并且表明适用于医疗干预的医学上公认的条件的概念：

术语效应器官是指响应于神经刺激而产生作用的神经支配的器官。为了本公开的目的，肌肉被包括在这样的定义内。为了本教导的包容性讨论的目的，本教导的刺激对效应器官或肌肉的影响可以可互换地进行讨论。

如本文中所使用的术语“刺激”是指神经纤维的激发或抑制，也被称为上调或下调。

如本文中所使用的术语“电刺激”是指无论通过施加电压还是通过磁感应电流而产生或引入电流进入脊神经、神经元、回路或通路。

用于神经调节和效应器官的调控的改进的方法和装置在下文中公开。

在一个或多个实施例中，这些教导的系统包括第一刺激部件和第二刺激部件，该第一刺激部件被配置为提供与目标效应器官相关联的神经的刺激，并且该第二刺激部件被配置为提供与所述目标效应器官的调节相关联的脊髓直流电刺激。

在一个例子中，这些教导的系统的实施例还包括控制器部件，该控制器部件被配置为同时控制由第一和第二刺激部件供应的电流的范围。

在一个例子中，第一刺激部件包括第一电源，该第一电源具有提供刺激电流至刺激电极的正极端子和负极端子，该刺激电极包括设置用于刺激与目标效应器官相关联的神经的两个电极；一个电极被可操作地连接到正极端子并且另一个电极被可操作地连接到负极端子；两个电极中的每一个与两个电极中的另一个电绝缘。在一个实施例中，两个电极被非侵入性地定位并且是皮肤表面电极。在另一个实施例中，两个电极是植入电极。在一个例子中，第一电源也被植入并且控制器部件通过无线连接被可操作地连接到第一电源。

在一个例子中，第二刺激部件包括第二电源，该第二电源具有第二正极端子和第二负极端子、被设置成被放置在脊髓位置处的第一电极和被设置成被放置在选自脊柱上的另一个位置或脊髓末端的位置的一位置处的第二电极。第一和第二电极之一被可操作地连接到第二正极端子并且第一和第二电极中的另一个被可操作地连接到第二负极端子。

在一个实施例中，第一和第二电源是同一电源。在另一个实施例中，第一和第二电源以及控制部件都位于可佩戴壳体中。在一个实施例中，电源是直流电(DC)源。应当指出的是，第一电源是脉冲电源——例如脉冲DC电源——的实施例也在这些教导的范围之内。虽然不经常使用，但是电源是脉冲交流电(AC)源的实施例也在这些教导的范围之内。

许多异常和功能障碍与效应器官的调控相关联，这可以基于神经系统的紊乱。通过效应器官的调控——包括肌张力异常的调控——来控制这种异常是严重的并且有时难以逾越的挑战。本教导的实施例是针对满足对利用用于与脊椎动物中效应器官相关联的异常的控制的改进的神经调节的刺激系统的需求。

本教导的实施例提供在脊髓处施加直流电刺激(DCS)，并且在多个实施例中包括相关联的神经的刺激。这样的相关联的神经可以包括与用于调节控制的特定的效应器官相关联的神经，或者可以是与用于调节控制的肌肉相关联的周围神经。

经脊髓直流电刺激(tsDCS)调节脊神经、神经元、回路和通路。本教导的实施例包括与第二神经刺激配对的tsDCS，第二神经刺激与tsDCS脊髓刺激的位置分开并且在这个意义上说与脊髓刺激的位置分开或在其周围或远端，并且因此在本文中被称为用于影响相关身体部位的非脊髓或周围DCS(pDCS)。该第二刺激包括与目标身体部位相关联的神经的施加能量刺激，例如效应器官的神经、目标肌肉的周围神经、或为了实现与目标身体部位相关联的特定结果所关注的其它神经。目标身体部位可以包括具有相关联的神经的身体的任何部位，神经的刺激可以调节相关功能。因此，根据本教导，本文中所指的PNS和周围神经将被理解为是指与pDCS刺激的施加相关联的系统和神经的子集。因此，PNS和脊髓的周围或远端以外的神经在术语pDCS内。

在这些本教导的实施例中，脊髓刺激被传送为不变的(例如，不随时间变化的)恒定电流tsDCS。在这些本教导的实施例中，tsDCS和pDCS刺激被传送为不变的恒定直流电刺激。

在本教导的实施例中，系统被配置用于上调和/或下调目标效应器官以便改善活性。在说明性实施例中，本教导被配置为提供肌张力的下调以减少痉挛或提供肌张力的上调以减少松弛。用于治疗肌张力过高并且降低肌张力的本教导的实施例以阳极tsDCS和阴极pDCS为特征，如通过本教导的脊髓直流电刺激回路的阳极和周围神经直流电刺激回路的阴极的协作(“脊髓到神经(spine-to-nerve)”)产生。用于治疗肌张力减退并且增加肌张力的本教导的实施例以阳极pDCS和阴极tsDCS为特征，如通过本教导的周围神经直流电刺激回路的阳极和脊髓直流电刺激回路的阴极的协作(“神经到脊髓(nerve-to-spine)”)产生。

在本教导的实践中，我们教导应用正和负信号来限定用于刺激与具有与其相关联的异常的效应器官相关联的神经并且用于刺激与该神经和器官神经相关联的脊髓上的位置——例如在脊髓膨大位置的神经处——的直流电回路，从而限定所关注的神经通路。在本教导的实践中，如果特定的身体部位具有神经异常病变，则相关联的神经可以被刺激以调节这样的身体部位的活性。在一个实施例中，脊髓刺激回路是通过将脊髓刺激电极放置在邻近选定的脊神经的脊髓位置处来建立的，该选定的脊神经经由连接神经通路和与所述身体部位的调节相关联的神经连通，并且脊髓刺激回路具有放置在脊髓前方的参考电极。

在一个这样的实施例中，神经刺激回路也被建立在与该身体部位的调节相关联的周围(即，非脊髓)神经处，这样的神经通常经由连接神经通路与该选定的脊神经连通。一对电极被定位成横跨一段这样的周围神经，第一电极邻近脊髓并且第二电极相对于该神经通路相对远离脊髓。在各种实施例中，这种电极阵列被提供为电荷平衡电极装置，该电荷平衡电极装置包括作为绝缘电极排列在柔性基底上的第一电极和第二电极并且具有暴露的电极表面并且被配置成被放置或被固定成横跨与所关注的效应器官相关联的一段目标神经以便极化该神经段。因此，第一和第二电极是阳极或阴极并且配合作为神经刺激回路的极性相反的极以递送本教导的pDCS非脊髓、周围直流电刺激。

脊髓刺激电极和脊髓参考电极是阳极或阴极并且配合作为脊髓刺激回路的极性相反的极。作为阳极和阴极的脊髓和周围这两个回路之间的一对邻近的极的相互作用建立了这些教导的第三产生的极化回路以调节如将解决所关注的神经异常病变的脊髓运动神经元和中间神经元的兴奋性的水平，例如，用于肌张力的调节。

这些刺激回路在正极和负极之间——即，在限定的电极之间——具有定向电流。这是产生第三回路的所需极化电流的这些刺激回路的各个极之间的相互作用。

在这些教导的实践中，所产生的极化回路的极化电流被限定在脊髓刺激回路和神经刺激回路的各自的阳极和阴极之间，用于沿着这样的脊髓位置和目标神经——例如，周围神经——之间的连接神经通路极化神经元、运动神经元和中间神经元。在本教导的实施例中，所产生的极化回路通过以下方面来限定：(1)从脊髓流到神经、脊柱流到神经、阳极流到阴极的直流电抑制脊髓运动神经元和中间神经元，因而下调所关注的神经并且降低所关注的肌肉处的肌张力；或(2)在从神经到脊髓、神经到脊柱、阴极到阳极相反的方向上流动的直流电激发脊髓运动神经元和中间神经元，因而上调所关注的神经并且增加所关注的肌肉处的肌张力。电流强度被约束为在脊髓刺激回路处等于或大于在神经刺激回路处。

这些教导的实践表明DCS对效应器官的功能——包括肌张力的调节——的显著作用。肌张力异常影响多种神经疾病的治疗并且严重限制运动控制的恢复。肌张力取决于脊髓运动神经元和中间神经元的兴奋性的水平。在对照小鼠和患有痉挛的脊髓损伤的小鼠中，脊髓到坐骨神经DCS减少传输和稳定的伸展引起的神经和肌肉反应。坐骨神经对脊髓DCS导致相反的作用。这些发现提供了经脊髓DCS可以改变肌张力的第一直接证据并且证明这种方法可以减少肌张力减退和肌张力过高。我们已经发现在人类中类似的效果。

我们已经发现：脊髓的背侧面阳极刺激降低脊髓兴奋性，而阴极刺激增加兴奋性，并且我们已经发现：经脊髓直流电刺激(tsDCS)调节脊髓神经元兴奋性，并且tsDCS经由初级传入纤维的突触前端调节初级传入纤维的兴奋性。当前所公开的教导的这些发现使临床经脊髓DCS应用能够用于治疗效应器官和肌肉病症。在这些教导的一个实践中，适应不良的激发-抑制平衡的失调被治疗，表明痉挛的大幅减少。

本教导已经在包括小鼠和人类的哺乳动物中得到证明。对人类治疗应用来说重要的是，一个六岁的男孩手习惯性握成拳头，被诊断为痉挛性大脑性麻痹，在这些教导的实践中对其进行治疗。在教导的实践中，在对右手刺激10分钟之后，异常高的肌张力及痉挛减小并且握成拳头的手张开。该结果是持久的。在第二疗程中，在这些教导的实践中，在对左手刺激10分钟之后，异常高的肌张力及痉挛减小并且握成拳头的手也张开。该结果也是持久的。

可以在这些教导的实践中治疗的普通肌肉群连同替代疗法的表征在附表1中示出。这是可以在这些教导的实践中进行治疗的肌肉群和身体部位的示例。

表1：在患有产生痉挛的CNS损伤的患者中的行为观察上肢

药物治疗选择、副作用和外科手术选择在表2、3和4中示出。

表2：使用中枢性作用药物对痉挛的药物治疗和各种患者群体的疗效

表3：通常用于治疗痉挛的药物的副作用

表4：用于治疗痉挛的外科手术

本教导的实施例提供用于效应器官活性的控制和调节的方法和装置，例如通过直接电流刺激的双重施加来调节肌张力：在脊髓处的经脊髓直流电刺激tsDCS结合在与异常的治疗相关联的周围位置和神经处的其他直流电刺激pDCS。在当前所公开的教导的实践中，双重同时DCS通过调节脊髓兴奋性来影响效应器官，其中这些教导调节运动神经元池的背景活动水平以改变运动神经元的发放阈值(firing threshold)。

本教导满足对用于实现效应器官功能的恢复和肌张力的调节的改进的方法和装置的长期切身需求。在本教导的一个方面，神经调节系统包括用于同时提供独立地施加到脊柱和与待治疗的目标相关联的神经的刺激的两个恒定DCS源。我们公开了用于调节脊髓兴奋性的方法和装置，包括脊髓兴奋性的tsDCS调节结合pDSC的应用(后者优选以在极化神经段，通过这些教导的电荷平衡电极装置来实现为特征)。在这些教导的实施例中，同时经脊髓tsDCS和周围pDCS被提供用于上调或下调所关注的各种效应器官功能。

实施例

本文表明在效应器官的治疗中例如在肌张力的调节中经脊髓坐骨神经到脊髓或脊髓到坐骨神经直流电刺激对生理和病理异常的作用。总的来说，这些结果表明，DCS通过调节脊髓兴奋性来影响肌张力以及采用当前所公开的tsDCS结合pDCS的同时刺激解决了具有长期影响的肌张力功能障碍。这在治疗大范围的效应器官病症方面具有实质的临床价值。

本教导的实施例利用专用回路：第一回路包含定位在脊髓上方的皮肤表面电极和参考电极之间的电流，后者在腹部皮肤或其它非神经区域处，用于tsDCS的传送。在这些教导的实践中，该电流路径促进通过阳极脊髓电极和阴极腹部电极抑制或当这些极性被反向并且电流在相反方向上流动时激发。通常情况下，并且相比于周围神经电流路径，在脊髓腹部电流路径上需要相对较高的电流强度以对脊髓运动神经元和中间神经元具有一致的作用。在脊髓处对较高电流强度的需求可能是由于较大的导电体积和脊髓与电极之间相对较大的距离引起的。该回路可以被用于在没有其他刺激的情况下传送tsDCS。然而，第二回路为周围神经供应直流电刺激pDCS并与tsDCS结合，实现了在脊髓神经调节方面的长期效果。

关于肌张力的治疗，我们发现且适应的结果表明：(1)远端神经段(例如，坐骨神经)的兴奋性的局部变化不是经脊髓DCS作用的因素，然而，(2)近端神经段(例如，坐骨神经)的兴奋性变化在调节DCS诱导的肌张力变化方面是关键因素。这是通过以下发现支持的：电流仅施加到神经回路(例如，坐骨神经)或腹部回路对肌张力没有影响；在这些教导的实践中，需要两个回路的同时刺激来改变肌张力。

目前的结果首次证明经脊髓DCS诱导肌张力的改变，并且它们有重大的临床应用价值。经脊髓DCS可以被非侵入性地应用于人类以治疗或控制各种肌张力异常。此外，tsDCS可以通过可植入电极来施加以使用这些教导的台式、可佩戴或可植入刺激系统来控制严重病症(例如，膀胱功能障碍；肛门括约肌功能障碍和许多其他病症)。另外，由于脊髓到坐骨神经DCS可以增加肌张力，所以它在肌张力异常低的条件下(例如，患有小脑缺陷、脊髓小脑损伤的患者和发育迟缓的儿童，包括患有唐氏综合症的那些儿童)具有增强肌张力的可能性。

此外，以下提供了这些教导的说明性和优选实施例，这些实施例示出了用于肌张力调节的脊髓兴奋性的tsDCS调节的方法和装置在哺乳动物中的使用。这些教导的实施例能够治疗哺乳动物，特别是人类，非侵入性地或使用植入物来实现所期望的良好调节的效应器官和肌肉的结果。在应用中，tsDCS+pDCS，脊髓到神经(正到负)或神经到脊髓(正到负)，如所指示的分别下调或上调脊髓神经元兴奋性和活性。

本教导教导了应用经脊髓DCS以通过调节脊髓兴奋性来影响肌张力，并且在人类和兽医应用中被应用于生物的治疗。本教导的实践治疗肌张力过高或肌张力减退病症。在本教导的一个说明性实践中，我们通过下调高肌张力来治疗患有痉挛性大脑性麻痹的患者的痉挛手。在另一个实践中，我们通过上调肌张力来治疗患有唐氏综合症的患者例如下肢的肌无力。这些是说明性的示例并不是对这些教导的范围的限制。

图1-2示出了提供具有用于调节脊髓兴奋性的tsDCS-pDCS刺激回路11的效应器官调节装置10的本教导的实施例。回路11由可变恒定DC源S在输入端S1和S2处(系统内部或从外部电源)驱动。根据所需的电流方向，S1和S2为正或负。对于装置10的肌张力下调配置，源S1和脊髓电极20为正，并且源S2和近端远端神经电极26为负。对于装置的上调配置，源S被相应地切换以施加DC，S1为负且S2为正，并且因此脊髓电极将是阴极以及近端神经电极将是阳极。这种切换可以在装置10内部或外部来完成，虽然优选的是所有电极源被内部并且同时切换，以便避免不想要的极性组合被呈现给电极。

应当领会的是，在本公开的各种实施例中，调节回路被示为具有表明如将应用于阳极脊髓和阴极神经的下调实施例的特定阳极和阴极分支的名称a1、c1、a2、c2。更具体地，在图1中，输入端S1为正且S2为负将是正确的，然而，这是说明性的，而不是对本公开的限制，并且S1和S2的反转将相同的回路转变成用于肌张力上调的阳极神经和阴极脊髓。安全操作条件是脊髓电流I1等于或大于神经电流I2。

调节装置10将下调(抑制)或上调(激发)以调节与目标效应器官相关联的活性。当前的方法和装置可以被应用于下调肌张力以减轻握成拳头的痉挛手和手指，或可以被类似地应用于所关注的其它肌肉。电流的方向确定功能。阳极脊髓到阴极神经刺激将下调肌张力以便减少痉挛和僵直，而阳极神经到阴极脊髓刺激将上调肌张力以便逆转肌肉松驰。

图1和2说明了用于解决具有高肌张力的习惯性握成拳头的手和手指的正中神经的调节的示例。刺激回路11具有脊髓分支12和神经分支16，脊髓分支12用于在电流表15处测得的第一电流水平I1下将亚阈值刺激提供至脊髓14，神经分支16用于在电流表17处测得的第二电流水平12下将亚阈值刺激提供至所关注的神经(例如，正中神经)。当调试治疗时，电流I2被引入到可衡量的肌电图(EMG)，然后被减小至亚阈值(没有明显的神经活动)。同时，脊髓DC通常是亚阈值，原因在于当应用到皮肤的表面上时它的低强度(约2至4mA)。然而，在可植入脊髓电极的情况下，这些强度可能产生活动并且在这种情况下将作出调整以减小电流直到观察不到明显的神经活动。

脊髓分支12包括被定位在脊髓14处的脊髓电极20。在一些实施例中，电极20在脊髓上的位置是在待治疗的上肢肌肉的颈膨大处和待治疗的下肢肌肉的腰膨大处，如本领域技术人员将领会的那样。对于手和手指的治疗，在图1中，电极20是在后部颈膨大E-1处。参考电极22(返回电极)被定位在前部位置上，例如如图所示的腹部，或骨位置或诸如此类。

在本教导的实践中，神经刺激是电荷平衡的，其中利用呈现为用于神经电极的电荷平衡电极装置27的电极阵列来刺激神经。装置27的此电荷平衡电极阵列具有两个绝缘的和带相反电荷的电极26、28，这两个电极26、28在绝缘层29上以固定关系成对。该固定装置27被放置成两个带相反电荷的电极横跨神经段30，为了降低单极刺激沿着较大长度的神经的损伤作用如可能具有长期极化效果的风险的目的，具有最小的间隔。

注意在被刺激的神经区域上达到亚阈值电流密度。并且，如前所述，用于在目标神经上创建和放置我们的电荷平衡电极装置27的基本原理是为了降低单极刺激在神经处的损伤作用的可能性。如上所述电荷平衡电极装置27在神经位置处工作以确保神经刺激的安全施加，保持固定电极26、28之间的固定和紧密的关系。受固定阴极和阳极电极限制而衰弱的这种被缩短的神经长度将避免和最小化任何这样的损伤作用的风险。

神经分支16包括电荷平衡回路24，该电荷平衡回路24包含可变电阻器VR1和可变电阻器VR2，该可变电阻器VR1限定电阻性地连接在输入端S2和电荷平衡电极装置27的近端电极26之间的第一支路L1，该可变电阻器VR2限定电阻性地连接在输入端S1和电极装置27的远端28之间的第二支路L2。电荷平衡电极装置27的电极26、28以固定的关系被安装在神经30的局部神经段30'上，在该示例中被安装在图2所示的臂31的正中神经30上。

现在将领会的是，在本教导的实施例中，第一对电极20、22是将经脊髓直流电刺激(tsDCS)施加到脊髓14的第一刺激回路12的一部分，并且第二对电极26、28是第二刺激回路16的一部分，后者施加刺激到与目标身体部位相关联的神经30。相应地，这两个回路限定所产生的极化回路33，所产生的极化回路33被限定在各自的电极20和26之间，在图1中被示为在脊髓回路12的阳极电极20和神经回路16的阴极电极26之间。所产生的极化回路33刺激脊髓并且实现受影响的脊髓运动神经元和中间神经元的兴奋性的所需调节，从而达到肌张力的调节的所需结果，

有源脊髓电极20优选被定位在图10的脊髓膨大1、2处。脊髓膨大被选择为与一神经相关联，该神经与所关注的身体部位的控制相关联。参考脊髓电极(第二极)被固定在前部位置处，例如在腹部处。tsDCS被施加在这两个电极/极之间以电极化这两个电极之间的组织区域。在该实施例中，第二极化回路16被定位在与目标身体部位(手臂/手)的控制相关联的周围神经30处并且激发周围神经30。该回路16的近端和远端电极26、28(即，两个极)被排列在目标神经30上以在这两个电极(极)之间限定该神经的短的刺激段30'，这限制了极化到达该神经30。

这样的第二刺激回路可以被应用于身体的许多部位中的位置处并且刺激能量的特征将被相应地选择。在图1-2的实施例中，周围神经直流电刺激(pDCS)被施加在电极26、28之间以形成横跨神经段30'的极化区。

肌张力的下调和上调是通过限定极化回路33的脊髓和神经回路12、16的这些相邻电极之间的相互作用的方向来引导的。对于下调，脊髓电极20为正(“阳极”)且近端周围神经电极26必须为负(“阴极”)。这在用于下调的两个极回路12、16的这两个通电的电极之间限定所需要的脊髓到神经极化回路33(极化电流流动路径)。对于上调，近端神经电极26为正(“阳极”)和脊髓电极必须为负(“阴极”)。这在用于上调的两个极回路的这两个带电电极之间限定所需要的神经到脊髓极化回路33(极化电流流动路径)。

图3示出了电荷平衡电极装置27的另一个实施例，该电荷平衡电极装置27具有安装在非导电基底112上并且被施加为与神经N接触的电极导电衬垫114、116。电极114、116通过插入金属插口P1、P2被附接到基底112，金属插口P1、P2与电引线118、120接触(或者可选择地电极114、116被附接成与引线的端部直接接触，而无需使用金属插口P1、P2)。电极优选是具有导电胶的海绵状电极。在一个实施例中，基底112为8cm×6cm，并且海绵衬垫114、116是2.5平方厘米，被固定在绝缘基底112上的金属插口P1、P2中，其中当固定时海绵衬垫被隔开2厘米。

返回到图1-2，神经近端和远端电极26、28总是具有彼此相反的极性，并且脊髓电极20的极性总是与其自身的参考电极22的极性和近端神经电极26的极性相反。可调节源S以及因而在S1/S2处的极性反转使整个回路11的极性反转，从而保持这种反向关系。当脊髓电极20为正(并且其参考电极22为负)时，神经近端电极26为负并且远端电极28为正；并且当S1、S2的极性被反转时反之亦然。

如图1所示，本教导提供了具有tsDCS-pDCS刺激器11回路的调节装置10，tsDCS-pDCS刺激器11回路形成所需的所产生的极化回路33并且可以被用于下调或上调包括肌张力的效应器官活性。在这些教导中的一个实践中，具有两个单独的18伏的电池组的单独的电源将来自S1和S2处的可调节的DC源S的单独的恒定电流供应至两个回路12、16。

参照图1，当S1为正且S2为负时，在下调实施例中，回路抑制脊髓运动神经元和中间神经元，并且降低在与被刺激的神经相关联的肌肉处的肌张力。当在S1和S2处的信号被反转时，即，在S2为阳极且S1为阴极的情况下，该装置操作以激发脊髓运动神经元和中间神经元并且增加效应器官的活性，例如，所关注的与被刺激的选定神经相关联的肌肉。

在一些实验中，回路11中的电流根据脊髓电流I1与远端神经电流I2的关系进行施加，脊髓电流I1与远端神经电流I2的关系对于小鼠有时为约160:1，对于人为约2:1至3:1。但在所有受试者中，比率可以根据身体尺寸、类型、年龄、脂肪水平等、以及具体的神经功能缺损、或所关注的神经是否不敏感或不容易从表面刺激而变化，并且这将影响所需要的电流刺激的水平。即使如此，本教导在兽医和人类实践中很容易调试和操作，即使这些比率对于不同的患者可能变化很大。

调节装置10的电极被附接到受试者并且脊髓回路被适当地设置。肌电图(EMG)装置32被连接以监测在与被电流刺激的神经相关联的所关注的肌肉处增加的刺激。如本领域的技术人员将可以领会的是，在正中神经刺激的当前示例中，EMG被附接成横跨拇指以测量在拇短展肌肌肉(在手的手掌侧上)处的动作电位。治疗前握紧拳头和附接在拇指处的EMG在图1和图2中表明。治疗后，痉挛减少为手和拇指现在放松并且可展开并且不再紧握。

在说明性实施例中，下面的方法随后用于就座患者的痉挛手的治疗。该方法以在正中神经处的阳极脊髓电极和阴极近端电极为特征以降低僵直手和手指的肌张力。这通过说明性的方式示出，而不是作为对本教导的精神和范围的限制。

脊髓电极放置：阳极电极被放置在颈部区域上方以覆盖C6至T1的上边缘。(在放置每个电极之前，皮肤应该用酒精彻底清洗。)

腹部电极：阴极电极被放置在前部腹部皮肤上方或不是主要神经位置的其他位置。

正中神经电极放置：具有两个单独的电极的电荷平衡电极装置：远端电极(朝向手)为阳极；近端电极(朝向头/颈膨大)为阴极。优选的是，双电极组被放置在腕关节的前方上，横跨一段正中神经并且在其上方。

肌电图电极放置：双极电极记录来自拇指肌肉的EMG，被放置在拇短展肌(APB)上方。

调整刺激器：刺激器输出被调到阈值并且被降低以不产生来自神经/肌肉的EMG活动。在这些教导的说明性实践中，在脊髓腹部回路处为约4mA和在正中神经回路处为约2-3.5mA实现对于人类的所需结果。然而，对于小的受试者，分支值可以收敛，例如在神经和脊柱处为2-2.5mA。在这样的受试者通常为儿童的情况下，可调节的电源S将被调节成引入脊髓回路约2-2.5mA并且可变电阻器VR1-VR2将被调节，从而也引入神经电极组约2-2.5mA。在这种情况下，电流比I1:I2将是尽可能接近1:1。

典型的治疗持续时间：持续时间是20分钟。(在治疗开始/结束时，出于舒适推荐斜升/斜降)

治疗结束：关闭刺激器(在斜降到零输入后)。检查电极下的皮肤的任何皮肤变化。

在这些教导的说明性实践中，在脊髓处的电流首先被调整为通常平均为2-4mA，这取决于年龄和体型/尺寸，并且接近神经等，如本领域技术人员可以领会的那样。通常，较大且较强壮的患者需要较高的电流水平，并且相比于在更灵敏的目标神经处的电流，脊髓接受更大的剂量。然而，如果神经被大量组织——可能伤痕累累或脂肪过多——掩埋或接近，则可能需要更高的神经刺激水平。在一些示例中，脊髓和神经值的偏差很低或者没有，例如，对于婴儿，在脊髓和在神经处都可以使用2.5mA。这种低端方案显示了对于儿科应用的谨慎性，但仍然实现了卓越的调节效果。脊髓电流可以被减小以减少在脊髓电极处的伪差。优选的是，电极是海绵型并且通过导电胶被施加。

电极的放置：

在这些教导的实施例中，对于治疗上肢病症，周围刺激是在正中神经、尺骨神经、桡神经、臂丛、或其更小的分支的水平，并且对于治疗下肢病症，周围刺激是在股神经、坐骨神经、腓神经或其更小的分支的水平。因此，tsDCS装置适用于效应器官的病症和功能异常的治疗，包括患有以下疾病的患者的肌张力损伤的治疗：大脑性麻痹、帕金森氏病、中风、创伤性脑损伤、脊髓损伤、不宁腿综合症(restless leg syndrome)、痉挛性截瘫、小脑病变、发育障碍(例如唐氏综合症)、具有肌张力损伤的特定遗传病以及影响骨骼肌的控制的许多其它病症。

当前经脊髓直流电刺激在人类中的应用适用于多种异常情况的治疗。阳极脊髓到阴极近端神经治疗用于高肌张力治疗，例如：来自各种来源包括在中风后的痉挛和僵直；脊髓损伤后的痉挛；大脑性麻痹的痉挛和僵直；帕金森氏症患者的僵直；创伤性脑损伤后的痉挛；肌张力障碍。阳极神经到阴极脊髓治疗被用于低肌张力和肌肉松弛，例如由于遗传病症(例如，唐氏综合症)或由于疾病、或小脑和包括由外科手术干预引起的那些其他外伤；以及其他情况。

电极放置取决于所关注的肌肉的位置，并且然后取决于识别待刺激的相关联的神经。用于下调肌张力的人受试者中优选电极放置的主要神经关联在图4中示出。对于下调，颈椎或腰椎电极被偏置为正并且在所关注的神经处的电荷平衡电极装置的电极被呈现为负(近端)/正(远端)。

这些教导的实践包括以以下组合的方式选择性地施加周围刺激至以下所列的与脊髓刺激相关联的肌肉，以提供所指示的降低肌张力和减少痉挛的结果：

a)在颈膨大处脊髓刺激与在以下位置处周围刺激：臂丛以降低整个手臂的肌张力；尺骨神经以降低与尺骨相关联的手臂肌肉的肌张力；正中神经以降低手和手指的肌张力；以及

b)在腰膨大处脊髓刺激与在以下位置处周围刺激：股神经以降低膝伸肌的肌张力；坐骨神经以降低腿和脚的膝屈肌和所有肌肉的肌张力；以及腓神经以降低脚中的肌张力。

在这些教导的另一个实践中，周围刺激以以下组合的方式被施加到所列的与脊髓刺激相关联的神经，表明降低肌张力和减少痉挛的结果：

a)在颈椎膨大处阳极脊髓极刺激与当治疗所指示的高肌张力和/或痉挛状态时在以下位置处阴极周围神经极刺激：臂丛以降低整个手臂的肌张力；尺骨神经以降低与尺骨相关联的手臂肌肉的肌张力；正中神经以降低手和手指的肌张力；以及

b)在腰椎膨大处阳极脊髓极刺激与当治疗所指示的高肌张力和/或痉挛时在以下位置处阴极周围神经极刺激：股神经以降低膝伸肌的肌张力；坐骨神经以降低腿和脚的膝屈肌和所有肌肉的肌张力；以及腓神经以降低脚中的肌张力；以及

在这些教导的另一个实践中，周围刺激以以下组合的方式被施加到所列的与脊髓刺激相关联的神经，表明增加肌张力和减少痉挛的结果：

当治疗所指示的低肌张力时，阴极脊髓极刺激与阳极周围神经极刺激，例如由于包括唐氏综合症的遗传性病症、或由于疾病、或小脑和包括由外科手术干预引起的那些其他创伤。

在图1中，在它们的互补布置中，脊髓分支12偏置脊髓电极20、22并且神经分支16偏置装置27的电荷平衡电极阵列的电极的神经组以实现从阳极脊髓到阴极神经(肌张力降低)或者从阳极神经到阴极脊髓(肌张力增加)所需的电流。图5示出了为了下调或上调腿中的肌张力用于受坐骨神经支配的肌肉的脊髓到坐骨神经或坐骨神经到脊髓治疗，这取决于从源施加的信号极性。在图5中所示的具有阳极脊髓电极的配置是用于下调。

参照图6-9的实施例，封装的调节器系统50包括刺激器系统并且可以是可佩戴、可植入、或固定的。参照图6-9，在包含如前所述的刺激系统10和肌张力刺激器回路11的示例性系统50中，具有外部脊髓回路12*，该外部脊髓回路12*通过以下方式形成：经由线72、76将脊髓电极20、22连接到公插头70，公插头70具有连接到系统50壳体上的配合母插孔54的销56、58的销74、77，并且然后被连接到先前描述的脊髓分支12。

外部神经回路16*是通过以下方式建立的：经由线84、86将电荷平衡电极装置27的神经电极26和28连接到公插头82，公插头82具有用于与系统50壳体上的配合母插孔60的接收器销62、64配合的销87、89，并且然后被连接到先前描述的神经分支16。

在一个实施例中，为了确保正确的信号被传送到正确的电极，脊髓插头70优选包括止动部件80，该止动部件80必须被配合止动部件60容纳，以便使插头70和插孔54的配合仅在一个位置以确保正确的回路连接。这种布置确保脊髓电极20将始终经由线72和插头70被连接到插孔54的销56，并且参考电极22将始终经由线76和插头70被连接到插孔54的销58。此外，神经插头82优选包括止动部件88，该止动部件88必须被配合止动部件68容纳，以便使插头82和插孔60的特定配合仅在一个方向上以确保用于电荷平衡电极装置27的正确的回路连接。这种布置确保以保证正确的信号被传送到正确的电极，并且减少在系统的操作中人为错误的机会。

在这些教导中的一个实践中，在图1中，电极20是海绵电极并且被颜色编码，例如具有蓝色标记(“B”)，并且相应地电荷平衡电极装置27的电极26具有相反的极性并且被颜色编码为标记(“B”)。参考电极22和远端电极28是黑色的。脊髓电极20、22经由插头70被附接到系统50并且极性通过用户界面采用控制器90和触摸显示器92被设置成分别用于下调或上调。控制器90然后确保经由插头82附接到系统50的电荷平衡电极装置27将蓝色编码的电极26的极性呈现为与蓝色编码的脊髓电极20的另一极性相反。这于是确保所产生的极化回路33被适当地形成。

如前所述使用者将脊髓电极20施加到脊髓。使用者注意蓝色标记，并且需要提醒的是，电荷平衡电极装置27必须被放置在所关注的神经上方，蓝色编码的电极26定向在脊髓电极20的近端，并且电极28定向在脊髓电极20的远端。这防止电荷平衡电极装置27的错误附接，并且防止错误的电极28被放置在正确的电极26应该被放置的位置处。这种错误将呈现错误极性的电极至所产生的极化回路33，并将使其无效。

相应地，经过培训的管理人员始终将蓝色编码的脊髓电极20固定在脊髓上所需的位置处并且将黑色编码的参考电极22固定在非神经位置上，如前面所讨论的那样，并且将电荷平衡电极装置27优选以一角度——例如，90度——固定成横跨所关注的神经(例如，神经30，图1)，以限定待刺激的很短长度的神经段30'，使得电荷平衡电极装置27的相对偏置的蓝色编码的电极26将是蓝色编码的脊髓电极20的近端并且电荷平衡电极装置27的黑色编码的参考电极28将是脊髓电极20的远端，具有适当的极性的所有电极被固定。信号电平如前面所讨论的那样被再次调整。

因此，经过培训的管理人员在系统50的回路10的输入端92和控制器90处输入数据，其根据体型以及治疗是否用于下调或上调肌张力来固定脊髓和神经电极极性和信号电平。蓝色脊髓电极20对于下调为正(或对于上调为负)并且与相对负(或正)偏置的近端蓝色编码的电极26配对，而黑色参考电极22为负(或正)并且远端黑色电极28分别为正(或负)。

在另外的实施例中，图9中所示的这些教导的调节系统100包括以上电极和插头，该插头形成为脊髓连接装置12*和神经连接装置16*，分别用于与所包括的系统50的插孔54、60配合。系统100包括作为DC源94的一部分或作为在DC源94处被供应的DC源，DC源94是由控制回路90来控制，用于供应和驱动回路11和用于经由连接装置12*和16*使电极20、22、26、28偏置。(图6示出了外部电源，但在这些教导的实践中内部或外部电源可以被用于便携式或工作站安装。可再充电电池将是适当的。)用户控制界面被设置在触摸屏和显示器92处。功率根据在电流表15/17处的显示在可变电阻器51和VR1-VR2电阻组52处进行调整。

应当领会的是，本教导教导利用经脊髓直流电刺激进行效应器官的控制的台式、可佩戴和可植入刺激系统。这些教导的实施例能够调节效应器官并且在一个实施例中能够控制肌张力。这可以通过具有被附接到患者以提供脊髓刺激和周围刺激的两组电极的医疗装置来实现，并且可以被呈现为台式刺激系统。在利用可植入电极的这些教导的实施例中，可佩戴或可植入刺激装置可以被使用。对于某些应用，如果门诊病人每周进行1-5次持续几个疗程，则效应器官病症的tsDCS疗法将是足够的。事实上，在对患有大脑性麻痹的儿童进行单次治疗之后，我们已经看到了有利结果，该儿童紧握拳头从不能自发打开，直到采用本教导的实施例进行治疗解决他的肌张力过高。

对于一些患者，这样的安排的治疗将是不足的。tsDCS的经常应用，或每天几个小时或几次应用，可以表明一些实际有益效果。这可以通过启用这样的疗法的移动递送来协助。对于tsDCS的这样的应用，本教导的实施例被呈现为如图4和13所示的可佩戴在皮肤上的装置或可植入装置。这样的装置是这些教导的紧凑版本。在一个实施例中，该装置封装被缩小到银元的近似直径，并且通过粘合剂固定方式、植入磁铁或其他方法被附接到脊髓的皮肤表面。微处理器与存储器91(图9)的预编程提供适应这样的长期治疗和足够的内部监测的功能。

tsDCS刺激装置将阳极或者阴极直流电刺激传送到脊柱上的所需位置，并且在图10的具有在此所教导的tsDCS装置的一个实践中，装置120用作背部电极122并且参考电极124根据刺激的脊髓水平被放置颈部、腹部或其他水平的皮肤表面上，在图10中示出了颈部附接。电极引线126沿着皮肤从可佩戴tsDCS装置延伸到腹部皮肤表面电极124。可佩戴tsDCS装置120具有不同的尺寸和形式并且影响因素取决于它是否正在被用于成人或儿童以及取决于它被用于的脊髓位置。可佩戴tsDCS装置可以是可再充电的，并且为了充电和睡眠的舒适性在夜间被移除。

可佩戴tsDCS装置根据被刺激的效应器官附接到脊柱的颈椎、胸椎、腰椎或骶骨水平的皮肤表面。在某些实施例中，有脱离可佩戴tsDCS装置用于周围神经刺激的一对电极引线。周围神经刺激可以通过皮肤-表面电极、皮下电极或植入电极来进行。

自主神经系统控制和调节多种身体功能，包括心率、呼吸、消化、排尿、性反应以及其他，并且如图11所示由两个主要部分组成：交感神经系统和副交感神经系统。交感神经系统的激活导致身体准备紧张或紧急情况，而副交感神经系统的激活导致保护和修复并且控制在正常情况期间的身体过程。

本教导，包括我们的可佩戴tsDCS装置，通过在相关的脊髓水平调节脊髓回路，可以激活或抑制交感神经系统或副交感神经系统的各个部分。以这样的方式可以调节多个功能，并且有与交感神经或副交感神经系统的功能障碍有关的特定病症。通过这些教导的tsDCS装置调控的调节交感神经或副交感神经活动的正常功能包括调节呼吸道的支气管扩张、调节皮肤和器官的血管收缩、刺激糖异生和葡萄糖从肝脏的释放、刺激肾上腺对肾上腺素和去甲肾上腺素的分泌、出汗的调节、减慢或增加心率、调节潮气量和呼吸速率、减慢或增加与消化有关的肠道过程、调节尿液产生、调节膀胱收缩、调节括约肌控制、刺激勃起和性兴奋以及其他。表5示出了用于各个器官的交感神经流出的脊髓水平。

表5节段交感神经供应

位置或器官	脊髓水平
		头和颈	T1-5
上肢	T2-5
		下肢	T10-L2
心脏	T1-5
		支气管和肺	T2-4
食道	T5-6
		胃	T6-10
小肠	T9-10
		大肠(到脾曲)	T11-L1
大肠(脾曲到直肠)	L1-2
		肝胆	T7-9
脾脏	T6-10
		胰腺	T6-10
肾脏	T10-L1
		肾上腺	T8-L1
膀胱	T11-L2

除了调节正常功能之外，也有许多已被描述并且被称为自主神经异常并且可能是由于ANS的交感神经或副交感神经部分的故障或中断引起的ANS病症。具体这样的病症包括自身免疫性自主神经节病、先天性中枢性肺换气不足综合症、家族性自主神经异常、福尔摩斯-艾迪综合症、多系统萎缩症、夏伊-德雷格综合症、神经介导性晕厥、体位性低血压、体位性心动过速综合症、纹状体黑质变性和血管迷走性晕厥以及其他。通过调节脊髓回路，我们的tsDCS装置治疗目前没有有效的治疗手段的自主神经紊乱。

上述tsDCS教导，尤其是包括可佩戴装置，能够为患者和个人提供方便和恒定的可佩戴刺激。在一些实施例中，tsDCS与效应器官(例如肌肉)的周围神经的刺激搭配。应用包括采用表面或可植入电极调节骨骼肌中的肌张力。这些教导的可植入电极和可植入tsDCS刺激器实施例能够刺激平滑肌，例如膀胱和膀胱括约肌、肛门括约肌、内脏器官、呼吸道、心脏、消化器官、腺体以及其他的平滑肌。

在某些情况下，以上所列的ANS的过程和病症可以经由植入电极进行更有效地调节。植入电极优选是在通向平滑肌、横纹肌的神经处或在与ANS相关联的神经节或神经丛处。该位置可以直接在交感神经干或神经节、腹腔神经节、肠系膜上神经节、肠系膜下神经节处或通过在节后神经处施加刺激。副交感神经系统具有接近受神经支配的器官或位于受神经支配的器官中的神经节，并且可植入电极可以被放置成接近这些副交感神经节。

在这些教导中的一个实施例中，我们提供了用于调节骶神经的可佩戴或可植入系统。参照图14，调节装置10被提供为可佩戴或可植入调节装置50，在壳体H中具有tsDCS-pDCS刺激回路11。在这些教导的实施例的实践中，这将和用于刺激的可植入电极引线一起使用。这也可以包括用作可植入DC刺激器。在这些教导的实践中，我们可以通过对深部神经使用可植入电极来解决对按需、频繁或连续刺激的需求从而治疗松弛、痉挛或僵直病症。

用于治疗由肌张力异常导致的例如大便或尿失禁的说明性用途在图14中示出。膀胱的肌肉可能遭受过高肌张力或过低肌张力。在任一种情况下，这些教导的台式、可佩戴或可植入刺激器可以被用于上调或下调该肌张力。在僵直或痉挛性膀胱问题的情况下，阳极将被植入到脊髓的骶段的硬膜外表面上方并且可植入电极阴极27*将被植入到如所示的S2到S4水平的骶神经上方。对于过低肌张力(弛缓性膀胱)，将使用相反的极性。在图9中，装置100也被提供有微处理器和存储器91，微处理器和存储器91可以提供预编程操作或经由通信链路99的响应性远程操作。控制回路90监测DC源，并且根据电流的方向建立阳极-脊髓下调模式或相反的上调模式，并且照明下调指示器96或用于反向的上调指示器98，以便进一步确保系统100的安全操作。

这种配置可以如图所示被用于排尿控制或者当被应用于控制肛门括约肌时被用于排便控制。这种配置也可以被用于需要特定的肌张力控制的任何其它肌肉问题。这些教导的实施例从而能够使用可佩戴或可植入刺激系统来治疗人类。

本教导的说明性实施例以下通过举例说明的方式进行讨论，并且不是对教导的限制。这通过被应用到自主神经系统使用脊髓tsDCS的神经调节来说明，证明通过神经通道的可控激发和/或抑制来调节功能用于治疗各种神经病症。这可以通过本发明的各种装置来实现，包括可植入或可佩戴装置和/或电极。

肾功能的调节

肾负责新陈代谢产物的排泄和多余水分的去除，还具有通过产生促红细胞生成素、肾素和其它因素的内分泌功能。肾和肾上腺的神经控制在图15中示出。交感神经控制是通过来自T10-L1的交感神经传出，交感神经传出经由交感神经干和内脏神经延伸到腹腔神经节和主动脉肾(aortiocorenal)神经节。节后神经纤维形成肾丛，这引发供应肾脏和其血管、肾小球和肾小管的肾神经。刺激肾神经导致增加供应肾脏的血管的血管收缩，减少水和血液中的钠的去除，并提高肾素分泌。副交感神经控制是来自迷走神经，迷走神经产生于脑干中的迷走神经运动背核。

在病症中的作用

不良的肾功能导致代谢物和水的滞留增加。有毒代谢物可能累积，并且多余水分会导致高血压(HTN)、充血性心力衰竭(CHF)，肥胖症和其它病症。

根据tsDCS的神经调节策略以治疗肾功能障碍

降低交感神经张力——交感神经张力降低导致水和钠的保持减少。在本教导的实施例中，这是通过施加阳极tsDCS来实现，如图15所示，阴极和阳极电极被施加在T10-L1的脊髓水平。在另外的实施例中，这通过使用植入神经电极电抑制肾神经来增强，并且在一个实施例中，进一步包括如图15所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。这样的方法可以被用于治疗HTN、CHF、肥胖症和其它病症。

增加副交感神经张力——副交感神经张力增加导致水和钠的保持减少。为了实现此目的，在这些教导的实施例的实践中，阴极tsDCS被施加在脑干中的迷走神经的运动背核的水平处，并且电刺激使用植入电极被施加于迷走神经的节前纤维，如图13所示。在本实施例中，至迷走神经核的阴极tsDC通过电极被施加在T1-T2和颅顶。可选择地，在本实施例中，至迷走神经核的阴极tsDCS通过电极被双边施加到颅骨的乳突。这样的方法可以被用于治疗HTN、CHF、肥胖症和其它病症。

增加交感神经张力——交感神经张力增加导致水和钠的保持增加。在本教导的实施例中，这是通过阴极tsDCS来实现，如图16所示阴极和阳极电极被施加在T10-L1的脊髓水平。在另外的实施例中，这通过使用植入神经电极电刺激肾神经来增强，并且在一个实施例中进一步包括如图16所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

膀胱功能的调节

膀胱用作蓄存器并且负责存储在排除血液中的代谢物和多余水分的过程中由肾脏形成的尿。所存储的尿在排尿过程中经由尿道释放。参照图17，交感神经控制是来自T11-L2的交感神经传出，该交感神经传出经由交感神经干和内脏神经延伸到肠系膜下神经节。节后纤维形成腹下神经丛，并到达膀胱，在膀胱中，它们突触逼尿肌并且突触膀胱颈处的膀胱括约肌。副交感神经控制是来自副交感神经纤维，副交感神经纤维产生于S2-S4并且经由盆内脏神经延伸到位于膀胱的壁中的逼尿肌平滑肌细胞中的密丛的节后神经元上的突触。节后副交感神经纤维引起膀胱逼尿肌的收缩和膀胱括约肌的舒张。尿道外括约肌(EUS)由横纹肌组成并且经由S2-S4的前角的Onuf核中的α运动神经元自发控制。来自膀胱牵张感受器的传入响应在T11-L2以及S2-S4进入脊髓，在那里，它们进入脑干区。尿道壁的感觉纤维通过引起位于突触脊髓背角中的神经元的背根神经节的它们的细胞体的发放来响应尿流。这些感觉纤维经由阴部神经进入脊髓，并且这种感觉神经的横断降低膀胱收缩强度和排泄效率。

在疾病中的作用

尿潴留是无法完全排空膀胱，并且可以是急性或慢性的。潴留可能是由于多种问题引起的，包括便秘、前列腺增生、尿道狭窄、尿路结石、肿瘤和神经传导问题。这样的神经传导问题在以下情况下可以看到：脑和脊髓损伤、糖尿病、多发性硬化、中风、盆腔手术、重金属中毒、衰老和病因不明。这些导致无力的膀胱收缩和/或过度的括约肌激活。因此，能够改善膀胱排空的调节策略有治疗价值。

尿失禁是失去膀胱控制，导致轻微泄漏直到无法控制的变湿。它是由无力的括约肌、膀胱过度活动症肌、由例如多发性硬化症和帕金森氏病等疾病引起的对控制膀胱的神经的损伤导致的，并且可能在前列腺手术后发生。因此，治疗尿失禁的调节策略有治疗价值。

根据tsDCS的神经调节策略以治疗尿潴留

增加副交感神经张力——副交感神经张力增加导致膀胱收缩和膀胱括约肌舒张增加。在本教导的实施例中，这是通过施加阴极tsDCS来实现，如图17所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极电激发盆腔神经中的副交感神经节前纤维来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图17所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

抑制躯体传出神经——支配EUS的横纹肌的躯体传出神经的过度活动导致括约肌的收缩。在本教导的实施例中，这是通过施加阳极tsDCS来实现，如图18所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极电抑制阴部神经来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图18所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

刺激感觉传入神经——响应于尿流过尿道而发放的感觉传入神经的刺激导致膀胱收缩强度和排尿效率的增加。在本教导的实施例中，这是通过施加阴极tsDCS来实现，如图19所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极电激发阴部神经来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图19所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

根据tsDCS的神经调节策略以治疗尿失禁

降低副交感神经张力——副交感神经张力降低会导致膀胱收缩的放松和膀胱括约肌的收缩。在本教导的实施例中，这是通过施加阳极tsDCS来实现，如图20所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入电极电抑制盆内脏神经中的副交感神经节前纤维来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图20所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

刺激躯体传出神经——支配EUS的横纹肌的躯体传出神经的不足激活导致该括约肌的弱收缩。在本教导的实施例中，这是通过施加阴极tsDCS来实现，如图21所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入电极电激发阴部神经来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图21所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

胃肠系统功能的调节

胃肠(GI)系统负责消化我们的食物。GI系统是连接成从嘴到肛门的长管的一系列中空器官，并且包括食道、胃、小肠、大肠和直肠。肝脏、胰腺和胆囊是消化系统的实体器官。这些中空器官的正常功能，连同由这些实体器官产生的酶和分子，和被称为微生物的定植于GI系统的微生物的集合，对于食物的处理、消化和消除至关重要。胃、小肠和大肠的交感神经控制是通过来自T6-L2的交感传出神经，该交感传出神经穿过交感神经干和内脏神经(大、小、最小和腰椎内脏)到达三个神经节的网络。这些神经节是腹腔神经节、肠系膜上神经节(SMG)和肠系膜下神经节(IMG)，其包含节后交感神经元的细胞体。产生于腹腔神经节的节后纤维支配平滑肌和胃和小肠的腺体，来自SMG的纤维支配小肠、升结肠和横结肠的远端部分，并且来自IMG的纤维穿过腹下神经丛以支配横结肠、降结肠和直肠。交感神经对GI系统的刺激导致蠕动抑制、括约肌收缩、以及来自腺体的分泌抑制。胃、小肠、升结肠和横结肠的副交感神经控制是来自迷走神经，而远端横结肠、降结肠和直肠的副交感神经控制是来自S2-S4。位于S2-S4的腹角的副交感神经元的细胞体通过盆腔神经将纤维发送到位于奥尔巴赫(肌间)和迈斯纳(黏膜下层)丛中的节后神经元。这些节后神经元突触平滑肌和它们支配的胃肠道的腺体。副交感神经系统的刺激导致蠕动、来自腺体的分泌和括约肌的舒张，导致增加的GI动力。

在疾病中的作用

GI动力障碍是由于降低或增加的胃肠动力引起的，术语用来描述混合和推动胃肠道中的容量的肌肉的收缩。这些包括以下障碍，例如慢性假性肠梗阻、过敏性大肠综合症、便秘、胃食管反流病、倾倒综合症、肠动力障碍、糖尿病性胃轻瘫、先天性巨结肠、胃轻瘫、失弛缓症、小肠细菌过度生长、腹泻、功能性烧心、功能障碍性吞咽困难、功能性消化不良、餐后不适综合症、上腹疼痛综合症、吞气症、功能性呕吐、慢性特发性恶心、功能性腹胀、功能性腹痛障碍、奥狄氏括约肌功能性障碍以及其他功能障碍。除了动力障碍之外，炎症免疫性疾病，例如克隆氏病和溃疡性结肠炎，也有对自助控制敏感的机制。

根据tsDCS的神经调节策略以增加GI动力

降低交感神经张力——交感神经张力降低导致蠕动和分泌增加。在本教导的实施例中，增加动力是通过施加阳极tsDCS来实现，如图22所示阴极和阳极电极被施加在T6-L2的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入电极电抑制腹腔神经节、SMG和IMG远端的节后神经纤维来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图22所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

增加副交感神经张力——副交感神经张力增加导致蠕动和分泌增加。在本教导的实施例中，增加动力是通过施加阴极tsDCS来实现，如图23中所示阴极和阳极电极被施加到S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极电激发节前盆腔神经来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图23所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。这可以与刺激从迷走神经发出并且支配胃、小肠、近端大肠和脾、以及肾脏、肝脏和心脏的副交感神经系统相结合。为了实现该目的，在本教导的实施例的实践中，阴极tsDCS被施加在脑干中的迷走神经运动背核的水平，并且电刺激使用植入电极被施加到迷走神经的节前纤维。在本实施例中，到迷走神经核的阴极tsDC通过电极被施加在T1-T2以及颅顶。可选择地，在本实施例中，对迷走神经核的阴极tsDCS通过电极被双边地施加在乳突上。

根据tsDCS的神经调节策略以降低GI动力

增加交感神经张力——交感神经张力增加导致蠕动和分泌减少。在本教导的实施例中，该降低动力是通过施加阴极tsDCS来实现，阴极和阳极电极被施加在T6-L2的脊髓水平。在另外的实施例中，这通过使用植入神经电极电激发腹下神经丛中和腹下神经丛远端的节后神经纤维来增强的，并且在一个实施例中在本发明的实践中进一步包括相应的阴极和阳极神经电极。

降低副交感神经张力——副交感神经张力降低导致蠕动和分泌减弱。在本教导的实施例中，该降低的动力是通过施加阳极tsDCS来实现，阴极和阳极电极被施加到S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这通过使用植入神经电极电抑制节前盆腔神经来增强的，并且在一个实施例中在这些教导的实践中进一步包括相应的阴极和阳极神经电极。

肛门括约肌功能的调节

肛门括约肌负责维持对直肠内容的控制。交感神经流出是来自L1-L2，节前纤维穿过交感神经链和IMG中的节后神经元上的突触。节后交感神经纤维经由腹下神经、腹下神经丛和盆腔神经延伸以支配肛门内括约肌(IAS)。交感神经刺激保持IAS收缩。肛门内括约肌接收来自S2-S4流出的副交感神经供应，并且其收缩是通过副交感神经纤维刺激抑制。横纹肌括约肌(肛门外括约肌和耻骨直肠肌)是自发控制并且受进入阴部神经(S2-S4)的躯体传出神经纤维支配。

在疾病中的作用

肛门括约肌功能障碍导致大便失禁，这导致泄漏或无法保持气体和/或固体排泄物。它导致括约肌无力或受损，并且由于例如多发性硬化、帕金森氏病、脊髓损伤、脑损伤和中风的病症损坏控制括约肌的神经。因此，治疗大便失禁的调节策略具有显著的治疗价值。

根据tsDCS的神经调节策略以治疗大便失禁

增加交感神经张力——交感神经张力增加导致IAS的收缩增加。在本教导的实施例中，增加IAS收缩是通过应用阴极tsDCS来实现，如图24所示阴极和阳极电极被施加在L1-L2的脊髓水平。在另外的实施例中，这通过使用植入神经电极被施加到后腹下神经丛盆腔神经的电激发来增强，并且在一个实施例中进一步包括如图24所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

降低副交感神经张力——副交感神经张力降低导致IAS的舒张减少，使IAS保留更多的收缩。在本教导的实施例中，IAS的这个更大的收缩是通过施加阳极tsDCS来实现的，如图25所示阴极和阳极电极被施加在S2-S4的脊髓水平。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极所施加的盆内脏神经中的副交感神经节前纤维的电抑制来增强的，并且在一个实施例中，进一步包括如图25所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

刺激躯体传出神经——支配外括约肌的横纹肌的躯体传出神经的不足激活导致该括约肌的弱收缩。为了实现外括约肌的更大收缩，在本教导的实施例的实践中，阴极tsDCS被施加在S2-S4的水平，如图26所示施加阴极和阳极电极。在另外的实施例中，这是通过使用植入神经电极所施加的阴部神经的电激发来增强的，并且在一个实施例中进一步包括如图26所示被施加的相应的阴极和阳极神经电极。

应当领会的是，本教导的实施例提供tsDCS脊髓刺激。在许多实施例中，该tsDCS刺激通过神经刺激来增强。在这些教导的实践中，周围pDCS是连续、不变、稳态直流电刺激，而在其他实施例中，与效应器官相关联的周围神经或自主神经纤维的刺激可以包括脉冲电刺激、功能性电刺激、连续DCS、脉冲DCS或其它交替信号。本教导还可以通过无线微刺激器(参见，例如，美国专利号5,193,539，一种可编程可植入的微刺激器系统芯片(A ProgrammableImplantable Microstimulator SoC)，IEEE生物医学电路与系统汇刊，第5卷，第6期，2011年12月，这两篇文献都通过引用以其整体并入本文并且用于所有目的)与无线遥测、微线圈磁刺激(参见，例如，用于深部脑刺激的使用微线圈的丘脑底核神经元的磁刺激(MagneticStimulation of Subthalamic Nucleus Neurons using Micro-coils for Deep BrainStimulation)，关于神经工程的第六届国际IEEE EMBS年会(6th Annual InternationalIEEE EMBS Conference on Neural Engineering)，圣地牙哥，加利福尼亚，2013年11月6-8日，其在此通过引用以其整体并入本文并且用于所有目的)等等。

在本教导的一个实施例中，周围刺激是连续稳态并且不变的。在本发明的另一个实施例中，被刺激的自主神经纤维的激发或抑制取决于所施加的电刺激的频率。在本发明的一个说明性但非限制性的实践中，副交感神经纤维的抑制是通过高频电刺激(大于约50-100Hz)来实现，而副交感神经纤维的激发是通过低频电刺激(小于约50-100Hz)来实现。类似地，交感神经纤维的抑制通过高频电刺激(大于约50-100Hz)来实现，而交感神经纤维的激发通过低频电刺激(少于约50-100Hz)来实现。

在本教导的另一个实施例中，提供了用于刺激通向多个器官的多个神经的一系列植入电极引线。例如，调节特定的情景的功能中的一个有用方式包括增加呼吸道支气管扩张、增加肾上腺肾上腺素激素的分泌、以及增加肝葡萄糖生成和身体活动的激烈突发的预期释放。穿过脊髓到交感神经系统的脑信号通过可佩戴tsDCS装置来放大，其也可以刺激参与多种功能的多个神经。因此，对“战斗或逃跑(fight-or-flight)”响应的放大的神经调节方法被启用。

在本教导的实施例中，tsDCS装置是完全可植入的，电极引线从装置通过皮下通道到达背侧脊髓位置和腹部位置。来自用于周围刺激的tsDCS装置的电极引线也通过植入到被调节的效应器官的适当神经上的电极形成皮下通道。在另一个实施例中，tsDCS装置保持在身体的外部并且是可佩戴的，但具有用于周围刺激表明安装或植入的电极引线。

在本教导的另一个实施例中，以无线方式控制植入刺激器的可佩戴tsDCS单元与检测相关生理状态的传感器结合以形成闭环系统。可佩戴tsDCS单元与传感器无线通信的，该传感器可以是植入或可佩戴的，并且当它检测到相关状态时，经由植入刺激器激活tsDCS脊髓刺激和效应器官的刺激。该传感器可以被配置为检测血压、心率、体温、呼吸速率、皮肤肿胀、皮肤传导性、氧合状态、膀胱压力、尿液渗透压、血液动力学参数、通过心电图的具体心律、尿道压力、肛门括约肌压力、通过肌电图的肌肉收缩状态、通过脑电图的具体脑电波、电解质、特定的蛋白质、特定组织区室的信号分子、血糖浓度、胃pH、胃肠蠕动声音、环境线索例如特定景象、声音和信号，和取决于预期用途的其它参数。因此一旦感测到特定状态，神经调节系统就被激活，并且当状态不太成立时被停用。在本教导的一个实施例中，该系统还包括传感器，该传感器被配置用于检测预定参数，例如上文中所列出的那些，并且被配置用于将感测到的预定参数的值提供至控制器部件。控制器部件进一步被配置用于发起刺激，刺激的发起由感测到的值是否小于或超过表示特定状态的预定值来确定。

另一个实施例包括用于通过调节脊髓神经元神经调节效应器官的方法和装置，其具有阳极和阴极源，具有用于将脊髓电极偏置为第一极性并且将远端参考电极偏置为第二极性的脊髓回路，以及具有用于使与肌肉相关联的神经偏置的神经回路，该神经回路具有电荷平衡电极装置，该电荷平衡电极装置具有用于限制神经中的电流的极化效果的第一和第二神经电极，该神经回路将第一神经电极偏置为第二极性并且将第二神经电极偏置为第一极性，其中为了激活所关注的效应器官，脊髓电极和第二神经电极被连接到源极之一并且第一电极被连接到源极中的另一个，如在以上的实施例中所描述的那样。

本公开包括例如被配置用于执行可以与当前所公开的主旨一起使用的功能的设备(以下被称为计算设备)的描述。计算设备的各种部件的描述并不意在表示任何特定架构或互连部件的方式。具有更少或更多部件的其他系统也可以与所公开的主题一起使用。通信设备可以构成计算设备的形式，并且可以至少包括计算设备。该计算设备可以包括内连接(例如，总线和系统核心逻辑)，其可以使计算设备的这样的部件与数据处理设备(例如处理器(一个或多个)或微处理器(一个或多个))或其他形式的部分或全部可编程或预编程设备(例如，硬线连接和或专用集成电路(“ASIC”)定制的逻辑电路，例如控制器或微控制器、数字信号处理器、或可以获取指令、操作预加载/预编程指令和/或遵照硬线连接的或定制电路中的指令以执行逻辑操作以及执行在本发明中所描述的整个过程和功能的步骤任何其他形式的装置)互连。

每个计算机程序可以以任何编程语言来实现，例如汇编语言、机器语言、高级程序编程语言或面向对象的编程语言。编程语言可以是编译的或解释的编程语言。

每个计算机程序可以以由有形地体现在计算机可读存储设备中通过计算机处理器来执行的计算机程序产品来实现。这些教导的方法步骤可以由执行有形地体现在计算机可读介质上的程序的计算机处理器来执行以通过操作输入并生成输出来执行这些教导的功能。

在本说明书中，各种功能、功能性和/或操作可以被描述为通过软件程序代码来执行或者由软件程序代码引起以简化描述。然而，本领域技术人员将认识到的是，这样的表达式意味着功能是由如上所述的计算设备执行程序代码/指令而引起的，该计算设备例如包括处理器，诸如微处理器、微控制器、逻辑电路或诸如此类。可选择地，或组合地，功能和操作可以使用专用电路在有或没有软件指令的情况下来实现，例如使用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，其可以是可编程的、部分可编程的或硬线连接的。专用集成电路(“ASIC”)逻辑可以是例如门阵列或标准单元或诸如此类，通过基础门阵列ASIC架构或金属化(一个或多个)互相连接实现定制逻辑或选择并提供包括在功能框的制造商的库中的标准单元功能框之间的金属化互连(一个或多个)。实施例因此可以使用硬线连接电路在没有程序软件代码/指令的情况下或结合使用编程的软件代码/指令的电路来实施。

因此，该技术既不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于用于由计算设备中的数据处理器(一个或多个)执行的指令的任何特定有形来源。虽然一些实施例可以在充分运作的计算机和计算机系统中实施，但是各种实施例能够被分布为计算设备，该计算设备包括，例如，各种形式和能够被应用而不管用于实际实现功能和操作的性能的机器或有形计算机可读介质的特定类型和/或功能、功能性和/或操作的性能的分布。

互连可以连接数据处理设备以限定包括存储器的逻辑电路。该互连可以是数据处理设备内部(例如将微处理器连接到主板上的高速缓冲存储器)或外部(至微处理器)存储器(例如主存储器)或磁盘驱动器，或是计算设备外部(例如远程存储器、盘处理机或其他大容量存储设备等)。一个或多个可以是计算设备或计算设备的一部分的市售的微处理器包括作为示例的来自惠普公司(Hewlett-Packard Company)的PA-RISC系列的微处理器、来自英特尔公司的一个80x86或奔腾系列微处理器、来自美国国际商用机器公司(IBM)的威力芯片微处理器、来自太阳微系统公司(Sun Microsystems,Inc)的Sparc微处理器、或来自摩托罗拉公司的68xxx系列微处理器。

互连除了互连例如微处理器(一个或多个)和存储器之外，还可以将这样的元件互连到显示控制器和显示装置和/或其他外围设备(例如输入/输出(I/O)设备)，例如通过输入/输出控制器(一个或多个)。典型的I/O设备可以包括鼠标、键盘(一个或多个)、调制解调器(一个或多个)、网络接口(一个或多个)、打印机、扫描仪、摄像机和本领域中公知的其它设备。互连可以包括通过各种桥接器、控制器和/或适配器相互连接的一条或多条总线。在一个实施例中，I/O控制器包括用于控制USB外围设备的USB(通用串行总线)适配器和/或用于控制IEEE-1394外围设备的IEEE-1394总线适配器。

存储器可以包括任何有形的计算机可读介质，其可以包括但不限于可记录和不可记录型介质，例如易失性和非易失性存储器设备，例如易失性RAM(随机存取存储器)，典型地被实施为不断需要电源以便刷新或保持存储器中的数据的动态RAM(DRAM)，以及非易失性RAM(只读存储器)，以及其他类型的非易失性存储器，例如硬盘驱动器、闪速存储器、可拆卸记忆棒等。非易失性存储器通常可以包括磁性硬盘驱动器、磁光盘驱动器、或光盘驱动器(例如，数字化视频光盘随机存取存储器(DVD RAM)、光盘随机存取存储器(CD RAM)、数字化视频光盘(DVD)或光盘(CD))、或甚至在电源从系统中移除之后保持数据的其他类型的存储器系统。

为了描述和限定本教导的目的，应当指出的是，术语“大体上”在本文中被用来表示可以归因于任何定量比较、值、测量值或其它表示的固有不确定程度。术语“大体上”在本文中也被用来表示定量表示可以从规定的参考变化而不会导致所讨论的主题的基本功能的改变的程度。

虽然这些教导已经关于具体实施例进行了描述，但是鉴于前面的描述，明显的是，许多替代、修改和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，这些教导旨在涵盖落入本教导和以下权利要求书的范围和精神之内的所有这样的替代、修改和变化。

Claims (14)

1.一种用于调节与脊椎动物中效应器官活性的调控相关联的脊髓神经元的系统，所述系统包含：

第一刺激部件，所述第一刺激部件被配置为提供与目标效应器官相关联的神经的直流电电刺激；

第二刺激部件，所述第二刺激部件被配置为提供与所述目标效应器官的神经调节相关联的横跨脊髓位置的恒定的脊髓直流电刺激；所述脊髓位置和神经位置经由神经通路连接；所述第二刺激部件包括有源脊髓刺激极和在远离所述脊髓位置的位置处的参考脊髓刺激极，所述脊髓位置通过所述有源脊髓刺激极与所述参考脊髓刺激极配合来刺激；所述第一刺激部件包括在所述神经通路上的用于刺激所述神经位置的神经刺激极；以及

控制器部件，所述控制器部件被配置为控制从电源到所述第一刺激部件和所述第二刺激部件的直流电的极性和范围；其中所述有源脊髓刺激极和所述神经刺激极同时形成所得极化回路，以在所述有源脊髓刺激极和所述神经通路上的所述神经刺激极之间提供极化电流，其中所述有源脊髓刺激极和所述神经刺激极邻近并且极性相反；所述控制器部件还被配置为控制所述神经通路上的所述极化电流以实现所述目标效应器官的活性的上调和下调之一。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二刺激部件被配置为向脊髓提供不变的连续直流电电刺激。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一刺激部件被配置为提供不变的、变化的、恒定的和脉冲的电刺激中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标效应器官是关注的肌肉并且所述控制器部件被配置为同时控制由所述第一刺激部件和所述第二刺激部件供应的电流，并且将所述第一刺激部件的电流的上限建立成不大于所述第二刺激部件的电流以下调所述关注的肌肉处的肌张力。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器部件配置为与所述第二刺激部件的电流的调整同时动态地调整所述第一刺激部件的所述电流的所述上限。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器部件被配置为至少在所述第二刺激部件处提供不变的恒定直流电以刺激所述脊髓位置。

7.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一刺激部件和所述第二刺激部件中的至少一个连接到DC电源。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述DC电源是可变恒定DC源并且提供不变的、恒定的和脉冲的DC中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的系统，其中形成所述所得极化回路的所述有源脊髓刺激极和所述神经刺激极一起形成阳极和阴极对，其中所述控制器部件通过以下方式中的至少一个限定所述阳极和阴极对：a)所述有源脊髓刺激极作为阳极以治疗张力过高并且下调肌张力，和b)所述神经刺激极作为阳极以治疗张力减退并且上调肌张力。

10.根据权利要求1所述的系统，其中对于人类肌张力的治疗，脊髓直流电的范围从2毫安至5毫安。

11.根据权利要求10所述的系统，其中相应的电极连接到所述神经刺激极、所述有源脊髓刺激极和所述参考脊髓刺激极；并且其中至少一个电极是被植入的。

12.根据权利要求11所述的系统，其中第一电源是被植入的；并且其中所述控制器部件通过无线连接被可操作地连接到所述第一电源。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器部件被设置在可佩戴壳体中。

14.根据权利要求13所述的系统，其中第二电源也被设置在所述可佩戴壳体中。

Images