CN111741792A - 在清醒时提示特定记忆回忆的系统和方法 - Google Patents

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M·D·霍华德
P·K·皮利
M·J·戴利
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Abstract

描述了一种在清醒状态下提示特定记忆的系统。该系统向记忆回忆控制器发送发起信号，以选择先前与事件的特定记忆相关联的所存储的刺激模式。该系统向记忆回忆控制器发信号，以发起在事件的持续时间内经由大脑刺激系统向处于清醒状态的大脑传递所选择的刺激模式。在事件完成之后，该系统向记忆回忆控制器发信号，以阻止大脑刺激系统传递所选择的刺激模式。

Description

在清醒时提示特定记忆回忆的系统和方法
政府许可权
本发明是在美国政府合同号DARPA BTO W911NF-16-C-0018的政府支持下完成的。政府享有该发明中的某些权利。
相关申请的交叉引用
这是2016年10月24日在美国提交的名为“Method and System to AccelerateConsolidation of Specific Memories Using Transcranial Stimulation”的美国申请No.15/332,787的部分继续申请，该美国申请No.15/332,787是2015年10月23日在美国提交的名为“Method and System to Accelerate Consolidation of Specific MemoriesUsing Transcranial Stimulation”的美国临时申请No.62/245,730的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。
这是2018年5月25日在美国提交的名为“Targeted Steerable TranscranialIntervention to Accelerate Memory Consolidation”的美国申请No.15/990,460的部分继续申请，该美国申请No.15/990,460是2016年10月24日在美国提交的美国申请No.15/332,787的部分继续申请，该美国申请No.15/332,787是2015年10月23日在美国提交的美国临时申请No.62/245,730的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。美国申请No.15/990,460也是2016年8月3日在美国提交的于2018年10月9日公布为美国专利No.10,092,753的美国申请No.15/227,922的部分继续申请，该美国申请No.15/227,922是2015年8月27日在美国提交的名为“Method to Enhance Specific Memories with tCS DuringSlow-Wave Sleep”的美国临时专利申请No.62/210,907、2015年8月27日在美国提交的名为“Transcranial Intervention to Weaken Traumatic Memories”的美国临时申请No.62/210,890、以及2015年10月28日在美国提交的名为“Mapping Transcranial Signals toTranscranial Stimulation Required to Reproduce a Brain State”的美国临时申请No.62/247,435的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。美国申请No.15/990,460也是2018年4月6日在美国提交的美国申请No.15/947,733的部分继续申请，该美国申请No.15/947,733是2017年6月7日在美国提交的美国临时申请No.62/516,350的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。美国申请No.15/947,733是2016年10月24日在美国提交的名为“Method and System to Accelerate Consolidation of Specific MemoriesUsing Transcranial Stimulation”的美国申请No.15/332,787的部分继续申请，该美国申请No.15/332,787是2015年10月23日在美国提交的名为“Method and System toAccelerate Consolidation of Specific Memories Using Transcranial Stimulation”的美国临时申请No.62/245,730的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。美国申请No.15/947,733是2017年5月1日在美国提交的名为“System and Method forNeurostimulation-Enhanced Second Language Acquisition”的美国申请No.15/583,983的部分继续申请，该美国申请No.15/583,983是2016年5月2日提交的名为“A Method forNeurostimulation-Enhanced Second Language Acquisition”的美国临时申请No.62/330,440的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。美国申请No.15/990,460也是2017年10月11日在美国提交的美国临时申请No.62/570,669、2017年9月13日在美国提交的美国临时申请No.62/558,133、以及2017年7月27日在美国提交的美国临时申请No.62/537,892的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。
这也是2018年6月6日在美国提交的名为“System and Method to Cue SpecificMemory Recalls While Awake”的美国临时申请No.62/681,503的非临时申请，其全部内容通过引用并入本文。
发明背景
(1)技术领域
本发明涉及一种提示(cue)特定记忆(memory)的回忆(recall)的系统，并且更具体地说，涉及一种通过在清醒经历期间将刺激模式与记忆相关联，并且随后通过应用相同的刺激模式来唤起(prompt)清醒期间的记忆的回忆以提示特定记忆的回忆的系统。
(2)背景技术
在诸如商业和教育场景的操作任务中，基于有限信息暴露快速整合并准确回忆记忆至关重要。唤起特定记忆的回忆的一种简单方式是使人或自动系统发送提醒(例如，日历提醒)。该提醒必须足够详细地描述记忆，以唤起记忆回忆。然而，在记忆是微妙且不容易描述的情况下，这样的提醒可能并不实用。例如，诸如如何执行网球发球的程序性技能是一种协调的动作编排，并且学生要和老师一起练习。在某个时候，老师可以宣布学生已经正确地执行了发球，但是这个发球必须练习很多次才能将它“内在化(internalize)”。对于这样的记忆，简单的描述符太过于间接；它们无法捕捉到诸如执行发球这样的复杂任务的复杂感觉。
在最先进的实验室实验中，听觉或嗅觉提示与在执行期间的简单化实验室任务(诸如，记住图标在二维(2D)网格上的位置)相关联，然后在睡眠期间使用这些提示触发任务执行记忆的回放，从而在睡眠期间巩固该记忆。这已经被证明可以在下一个清醒时段期间得到改善的行为表现(参见所并入的文献参考列表，参见参考文献1、2、3)。然而，这些提示尚未用于在清醒时段期间触发记忆回忆，并且在任何情况下，对于清醒时段期间的操作使用来说都是不切实际的，因为它们可能在复杂的周围环境中丢失，而且具有独特可辨别性的这种提示数量有限。此外，在现有技术中，药物一般也用于改善记忆(参见参考文件4和5)，但是它们不能选择性地增强特定记忆。
因此，持续需要一种用于记忆重激活的系统，该系统可以用于当在清醒时需要时提示特定记忆的回忆。
发明内容
本发明涉及一种提示特定记忆的回忆的系统，并且更具体地，涉及一种通过在清醒经历期间将刺激模式与记忆相关联并且随后通过应用相同的刺激模式来唤起清醒期间的记忆的回忆来提示特定记忆的回忆的系统。该系统包括非暂时性计算机可读介质和一个或更多个处理器，该非暂时性计算机可读介质上编码有可执行指令，使得当可执行指令被执行时，一个或更多个处理器执行多个操作。该系统向记忆回忆控制器发送发起信号，以选择先前与事件的特定记忆相关联的所存储的刺激模式。使记忆回忆控制器发起在事件的持续时间内所选择的刺激模式经由大脑刺激系统向处于清醒状态的大脑的传递。在事件完成之后，该系统向记忆回忆控制器发信号，以阻止大脑刺激系统传递所选择的刺激模式。
在另一方面，发起信号由用户和外部自动系统中的一者生成。
在另一方面，所存储的刺激模式包括对应于事件的显著特征的至少一个事件描述符，并且外部自动系统跟踪用户的环境和动作的显著特征，使得当该显著特征与至少一个事件描述符相匹配时，外部自动系统生成发起信号。
在另一方面，系统如下生成所存储的刺激模式。当用户将经历新事件以用于在随后时间进行回忆时，该系统向记忆回忆控制器发送发起信号以选择独特刺激模式。使记忆回忆控制器发起在新事件的持续时间内独特刺激模式经由大脑刺激系统向大脑的传递。在新事件完成之后，该系统向记忆回忆控制器发信号，以阻止大脑刺激系统传递独特刺激模式。将独特刺激模式与新事件的至少一个事件描述符一起存储。
在另一方面，该系统在使记忆回忆控制器发起所选择的刺激模式的传递之前，向用户提供用于放松的指令。
在另一方面，该系统被配置为接收来自用户的反馈，该用户准备好接收所选择的刺激模式的传递。
在另一方面，大脑刺激系统包括具有一个或更多个电极的神经帽。
在另一方面，所选择的刺激模式的传递是基于经由全球定位系统(GPS)坐标检测到的位置变化而发起的。
在另一方面，新事件是所识别的驾驶情况，并且独特刺激模式的传递唤起适当技能的回忆来处理所识别的驾驶情况。
最后，本发明还包括计算机程序产品和计算机实现的方法。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，这些计算机可读指令由具有一个或更多个处理器的计算机执行，使得在执行这些指令时，一个或更多个处理器执行本文所列的操作。另选地，计算机实现的方法包括使计算机执行这样的指令并执行所得到的操作的动作。
附图说明
通过结合以下附图对本发明的各个方面的以下详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是描述根据本公开的一些实施方式的用于提示特定记忆回忆的系统的组件的框图；
图2是根据本公开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在用户清醒时提示特定记忆的系统流程的例示；
图4是根据本公开的一些实施方式的在训练期间的记忆回忆控制器流程的例示；
图5是根据本公开的一些实施方式的在回忆期间的记忆回忆控制器流程的例示；以及
图6是根据本公开的一些实施方式的经由神经设备接收神经刺激的人类受试者的例示。
具体实施方式
本发明涉及一种用于提示特定记忆的回忆的系统，并且更具体地，涉及一种通过在清醒经历期间将刺激模式与记忆相关联并且随后通过应用相同刺激模式来唤起清醒期间的记忆的回忆来提示特定记忆的回忆的系统。呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够作出和使用本发明并将其结合到特定应用的背景中。多种修改以及不同应用中的多种用途对于本领域技术人员来说是非常显而易见的，并且这里限定的总体原理可以应用于广泛方面。因此，本发明不旨在限于所呈现的方面，而是涵盖与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。
在下面的详细描述中，阐述了众多具体细节，以使得能够更加彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员将明白，本发明可以在不限于这些具体细节的情况下来实施。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熟知的结构和设备。
读者应留意与本说明书同时提交并且与本说明书一起公开以供公众查阅的所有文献和文档，并且所有这些文献和文档的内容通过引用并入于此。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要以及附图)中公开的所有特征可以由用于相同、等同或相似目的替代特征来代替，除非另有明确说明。因此，除非另有明确说明，否则所公开的各个特征仅仅是一般系列的等同或相似特征的一个示例。
此外，权利要求中的未明确陈述用于执行指定功能的“装置”或用于执行特定功能的“步骤”的任何要素不被解释为在35U.S.C.第112节第6款中指定的“装置”或“步骤”条款。具体地，在本文的权利要求中使用“……的步骤”或“……的动作”不旨在援引35U.S.C.第112节第6款的规定。
在详细描述本发明之前，首先提供了引用参考文献的列表。接下来，提供了对本发明的各个主要方面的描述。最后，提供本发明的各个实施方式的具体细节，以给出具体方面的理解。
(1)所并入的参考文献的列表
贯穿本申请引用和并入以下参考文献。为了清楚和方便起见，这些参考文献在此被列为读者的中心资源。下列参考文献通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述一样。这些参考文献通过参照如下对应参考文献号而在本申请中加以引用：
1.Rudoy JD，Voss JL，Westerberg CE，Paller KA.Strengthening IndividualMemories by Reactivating Them During Sleep.Science.2009 Nov 20；326(5956)：1079-1079.
2.Diekelmann S，Biggel S，Rasch B，Born J.Offline consolidation ofmemory varies with time in slow wave sleep and can be accelerated by cuingmemory reactivations.Neurobiol Learn Mem.2012 Sep；98(2)：103-11.
3.Rasch B，Buchel C，Gais S，Born J.Odor cues during slow-wave sleepprompt declarative memory consolidation.Science.2007；315(5817)：1426-9.
4.Rasch BH，Born J，Gais S.Combined blockade of cholinergic receptorsshifts the brain from stimulus encoding to memory consolidation.J CognNeurosci.2006 May；18(5)：793-802.
5.Gais S，Born J.Low acetylcholine during slow-wave sleep is criticalfor declarative memory consolidation.Proc Natl Acad Sci USA.2004 Feb 17；101(7)：2140-4.
(2)主要方面
本发明的各个实施方式包括三个“主要”方面。第一主要方面是用于提示在清醒期间的特定记忆的回忆的系统。该系统通常采用计算机系统操作软件的形式或采用“硬编码”指令集的形式。该系统可以结合到提供不同功能的广泛多种设备中。第二主要方面是使用数据处理系统(计算机)运行的通常采用软件形式的方法。第三主要方面是计算机程序产品。所述计算机程序产品通常表示存储在诸如光学存储设备(例如，光盘(CD)或数字通用盘(DVD))或磁存储设备(诸如，软盘或磁带)的非暂时性计算机可读介质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)以及闪存型存储器。这些方面将在下文进行更详细的描述。
图1提供了示出本发明的系统(即，计算机系统100)的示例的框图。计算机系统100被配置成执行与程序或算法相关联的计算、处理、操作和/或功能。在一个方面中，本文讨论的某些处理和步骤被实现为存在于计算机可读存储器单元内并由计算机系统100的一个或更多个处理器执行的一系列指令(例如，软件程序)。在执行时，这些指令使计算机系统100执行特定动作并呈现特定行为，诸如本文所描述的。
计算机系统100可以包括被配置成传送信息的地址/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(或多个处理器))与地址/数据总线102联接。处理器104被配置成处理信息和指令。在一个方面中，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被配置成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被配置成存储用于处理器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被配置成存储用于处理器104的静态信息和指令。另选地，计算机系统100可以执行诸如在“云”计算中从在线数据存储单元取回的指令。在一个方面中，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)。所述一个或更多个接口被配置成使得计算机系统100能够与其它电子设备和计算机系统对接。由所述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)。
在一个方面中，计算机系统100可以包括与地址/数据总线102联接的输入设备112，其中，输入设备112被配置成将信息和命令选择传送至处理器100。根据一个方面，输入设备112是可以包括字母数字键和/或功能键的字母数字输入设备(诸如键盘)。另选地，输入设备112可以是除字母数字输入设备之外的输入设备。例如，系统发起信号310可以从主体上的方便位置中的按钮由无线接口发起，就像智能手表那样。在一个方面中，计算机系统100可以包括与地址/数据总线102联接的光标控制设备114，其中，光标控制设备114被配置成将用户输入信息和/或命令选择传送至处理器100。在一个方面中，光标控制设备114使用诸如鼠标、轨迹球、触控板、光学跟踪设备或触摸屏的设备来实现。尽管如此，但是在一个方面中，诸如响应于使用与输入设备112相关联的特殊键和键序列命令，光标控制设备114通过来自输入设备112的输入被引导和/或激活。在另选方面中，光标控制设备114被配置成由语音命令来引导或指导。
在一个方面中，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可选计算机可用数据存储设备(诸如，存储设备116)。存储设备116被配置成存储信息和/或计算机可执行指令。在一个方面中，存储设备116是诸如磁或光盘驱动器(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”))的存储设备。依据一个方面，显示设备118与地址/数据总线102联接，其中，显示设备118被配置成显示视频和/或图形。在一个方面中，显示设备118可以包括阴极射线管(“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视频和/或图形图像以及用户可识别的字母数字字符的任何其它显示设备。
本文所提出的计算机系统100是根据一个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限于是计算机系统。例如，一个方面规定了计算机系统100表示可以根据本文所述的各个方面使用的数据处理分析。此外，还可以实现其它计算系统。实际上，本技术的精神和范围不限于任何单个数据处理环境。因此，在一个方面中，使用通过计算机执行的计算机可执行指令(诸如，程序模块)来控制或实现本技术的各个方面的一个或更多个操作。在一个实现中，这样的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，一个方面规定了通过利用一个或更多个分布式计算环境来实现本技术的一个或更多个方面，诸如，在分布式计算环境中，由通过通信网络链接的远程处理设备执行任务，或者诸如在分布式计算环境中，各种程序模块位于包括存储器-存储设备的本地和远程计算机存储介质中。
图2示出了具体实施本发明的计算机程序产品(即，存储设备)的示图。计算机程序产品被示出为软盘200或诸如CD或DVD的光盘202。然而，如先前提到的，计算机程序产品通常表示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。如关于本发明所使用的术语“指令”通常指示要在计算机上执行的一组操作，并且可以表示整个程序的片段或者单个可分离的软件模块。“指令”的非限制性示例包括计算机程序代码(源或目标代码)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以及闪存驱动器上。在任一种情况下，这些指令被编码在非暂时性计算机可读介质上。
(3)各种实施方式的具体细节
在操作任务中(在许多商业和教育场景中)，基于有限信息暴露来快速整合和准确地回忆记忆至关重要。本文所描述的发明在清醒期间提示特定记忆的回忆。一旦记忆被巩固在长期记忆中，它就可以抵抗衰退，并且可以在数天、数月或数年以后被回忆起来。然而，以前，无论是否巩固，都没无法相对于一种记忆对另一种记忆进行唤醒回忆。如下面详细描述的，根据本公开的实施方式的系统将在需要时，在清醒期间在经历特定记忆之后在某个时间提示对特定记忆的回忆。具体地，该系统在清醒状态下对大脑应用独特电或磁刺激模式，以提示对之前与相同模式相关联的记忆的回忆。可以生成的独特模式的数量受限于刺激部位的数量，因此可能需要大量部位(称为高清晰度)。另选地，美国专利公开No.2018/0272129(其通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述一样)教导了一种方法，该方法使用少量电极之间的干涉模式以使模式随时间移动；这样的时间移动可以被用于生成具有较小数量电极的高清晰度模式。
下面是来自美国申请No.15/332,787(其通过引用并入本文)的描述，其描述了记忆巩固和刺激的应用。要巩固的记忆通过将该记忆与提示相关联来标记。然而，该系统应用独特的经颅电流刺激(tCS)蒙太奇而不是声音或气味，该经颅电流刺激(tCS)蒙太奇包括在不同的经历或技能学习期间感觉和关联皮层部位上的电流的时空振幅调制模式(STAMP)。一般来说，STAMP可以是在头皮上通过多个通道(每个通道应用于头皮上的不同部位)的任何空间、时间或时空模式的经颅电流。根据本公开的实施方式的STAMP方法的优点在于，它不会降低任务性能或分散学习任务的注意力。STAMP标记无需与环境噪音或气味竞争，并且利用STAMP可以实现更多独特模式。此外，经颅电流刺激(tCS)可以在特定编码期间应用于前额叶皮质(PFC)，以加强记忆形成，并且提高随后回放的可能性和保真度。
STAMP是加权时空函数，并且可以使用多种内源性脑节律(θ频率、慢γ频率和快γ频率)来自然地实例化，这些内源性脑节律通常发生在整个大脑的注意力任务执行期间。tCS将STAMP应用在头皮上。另外，在经历事件期间，可以在PFC上使用tDCS(DC经颅刺激)以增强编码强度，作为在随后脱机时段期间增强记忆重放概率的手段。此外，根据本发明的各种实施方式的方法对于刺激技术是不可知的，并且也可以通过经颅磁刺激(TMS)来实现。此外，电磁STAMP可以与独特感觉提示(例如，听觉或嗅觉)相结合，以进一步实现前所未有水平的目标记忆标记和提示。最后，该系统可以使用当前商业上可用的技术(例如，Neuroelectrics 32-通道tCS；EGI 128通道tCS)实现，并且可以集成到便携式系统中。
STAMP标记使用电刺激(例如，tCS、tDCS)被应用于大脑并且被存储(例如，在数据存储驱动器中)。可以在没有参考内源性节律的情况下创建STAMP刺激蒙太奇，简单地说就是将一组独特的DC或AC电流施加至头皮上的多个电极。在一个实施方式中，在头皮上的STAMP的累积平均幅度将约为2毫安(mA)。本领域技术人员可以使用不同的值进行实验，以找到强度足以“标记”记忆而不过度影响记忆的最佳STAMP。还可以使用经颅磁刺激、或听觉或嗅觉刺激以类似的方式创建STAMP标记。这些是将独特模式与要回忆的记忆相关联的另选方式。
图3示出了包括大脑刺激系统300和记忆回忆控制器302的系统。如上所述，在美国申请No.15/332,787中公开了合适大脑刺激系统300。在一个实施方式中，大脑刺激系统300是高清晰度经颅电流刺激(HD-tCS)的，其可以是AC(交流电流)或DC(直流电流)系统。刺激的必要属性是它能够向大脑304传递独特模式。刺激的分辨率越高，模式生成器可以生成更多独特刺激模式306，这是不特定于任何特定个体的先验脱机过程。模式生成是迭代完成的。生成一组最大无关刺激模式向量，从而指定要应用于头皮上的各个位置的刺激水平，并且确保施加到任何电极的最大电流以及穿过所有电极的总电流都在安全范围内。
模式生成器可以通过创建随机数的标准化向量(每个刺激电极一个标准化向量)，然后乘以要应用的刺激总量(默认为2mA)来最简单地实现。必须调整结果，以使电极不提供超过安全量的电流(例如，默认值为1mA)。最期望的是，所生成的模式在最大程度上不同于所创建的任何其它模式，以使每个模式都提示特定记忆而非其它记忆。一种方式是将生成的向量集放置为矩阵A中的列。然后，使用高斯消元法将该矩阵缩减为行阶梯形B。B的包含首项1(主元)的列是A的构成最大线性无关向量集的列。移除其它列，并且利用使用上述过程生成的随机向量替换它们，并且重复高斯消元法以实现线性无关，直到所有向量都是最大无关的。美国申请No.15/332,787中也描述了合适模式发生器的示例。
当对记忆进行编码时(即，当事件发生并且用户正在经历事件时，形成记忆)，记忆回忆控制器302以独特刺激模式打开刺激的应用(通电/断电模式308)。这种刺激模式与记忆相关联，因为皮层刺激(如感官活动)都连接至投射到海马体(大脑中的情景记忆的所在地)的皮层区域。在随后的可能是数小时、数天、甚至可能是数月之后的清醒经历期间，当用户需要帮助以回忆该特定记忆时，系统发起信号310诱导记忆回忆控制器302检索在该记忆首次被编码时与该记忆相关联的相同模式，并再次将该模式应用于大脑304，从而提示该记忆的回忆。
在另一方面，刺激模式包括要应用于一个或更多个电极(该一个或更多个电极要应用于头皮)的经颅电刺激模式、或经颅磁刺激(TMS)模式、或听觉或嗅觉或其它类型、或这些类型的组合。附加信号可能是不期望或不必要的，但是如果添加了附加信号，它们可以根据该应用来增强与记忆相关的提示。然而，气味和声音受到人类感官敏锐度限制，人与人之间的感觉敏锐度可能相差很大，尤其是某些有挑战的人群(诸如，老年人或有认知缺陷的人群)。在某些环境中(诸如嘈杂、多风或充满气味的环境，如一些军事作战环境)，气味也很难区分。TMS和HD-tCS会绕过感官并且直接刺激皮层。
在对100多个人类受试者进行的实验研究中，发现在64个或128个电极上(其中电极传递的电流不超过1mA)扩散的2mA的HD tCS刺激模式具有良好的耐受性，并且可以适当标记记忆以用于以后回忆。这些研究还使用STAMP刺激模式以在编码期间与记忆相关联，但与本文所描述的发明不同的是，为了增强记忆巩固，在睡眠期间对记忆进行提示，并且在随后的白天时间期间在没有刺激的情况下进行行为回忆测试。本发明在睡眠期间根本不操作，而仅是间接地增强记忆巩固，如上文所述，并且在随后的清醒时间期间重新应用刺激模式以提示记忆。此外，与现有技术不同的是，本文所描述的发明是开环应用的，不需要在特定频率或意识阶段应用。实验研究的确证实了STAMP协议的安全性及其影响记忆的能力。预先准备好被设计成具有最大独特性的刺激模式的数据库306，并且可以由记忆回忆控制器302从该数据库中选择模式。该数据库包括先前生成并存储的而且尚未与记忆关联的独特模式的列表。
一旦一组模式可用，就可以在需要“标记”记忆时随机选择一个模式。当选择了模式时，将该模式从可用模式池中移除，并且该模式连同与该模式(在编码处理中)相关联的记忆的描述一起被存储。描述可以采用描述记忆的一组语义标记的形式，比如“网球发球”或“平行停车”。在实践中，最好是参照识别上下文的本体论来提供语义标记，比如“车辆-操作”/“汽车”/“停车”/“平行”。这样的语义标记方案可能是通用的，并且相同的刺激模式可能被用于不同的受试者。然而，对于单个个体来说，每个刺激模式都必须是独特的。
图4是描绘训练期间(即，在记忆编码期间)的记忆回忆控制器302流程的流程图。当不操作时，刺激系统300是空闲的(400)并且等待通电，所述通电是响应于发起信号而应用的。系统发起信号310可以是用户发起信号402或外部系统发起信号404，诸如经由GPS坐标检测到的位置变化。在发起时，当用户将要经历新的重要事件时，记忆回忆控制器302选择独特的刺激模式并诱导刺激系统300应用406该独特的刺激模式。特定的刺激系统可能有专门的方式来命令它，但是每个系统都应该具有大致等效的方式来指定刺激命令，以将刺激强度的向量应用到一组电极上，并按命令来停止刺激。要记住的重要事件的非限制性示例是一系列步骤，例如如何进行心肺复苏(CPR)、军事突袭任务预演中的复杂和关键步骤、网球发球、车辆操作的一些阶段、或工厂制造任务的步骤。当训练事件开始时，记忆回忆控制器302打开刺激系统300以应用所选择的独特模式(元素406)。如上所述，这可以由用户(元素402)或外部训练系统(元素404)来发起。当事件/任务结束时408，类似地发信号通知记忆回忆控制器302，以通过关闭刺激系统300并且存储模式与事件的特性特征(即，事件描述符)以供以后使用来停止干预(元素410)。
图5描绘了在回忆期间(即，当用户在回忆记忆中需要帮助时)的记忆回忆控制器302的流程。在某个随后的时间，可能是数小时、数天、数周、数月、甚至数年之后，当需要回忆特定记忆时，用户(元素402)或外部支持系统(元素404)可以派给刺激系统300任务，以再次应用相同的模式(元素500)，从而提示记忆的回忆。可能的话，如果用户能够在刺激期间进入放松安静的姿势，那么记忆回忆将是最有效的，因此系统会要求、请求或提供用户这样做的指令。系统可以通过声音请求来做到这一点，或者如果显示屏对用户来说是可用的，则可以使用图标或文本请求。为了获得最好的结果，用户可以闭上眼睛，在回忆刺激的持续时间内计算呼吸次数。如果用户正在一些需要注意力的任务(诸如驾驶)中，则他们可以在干预被应用的同时将车停在路边并短暂停车。对于记忆回忆过程可能会让用户迷失方向的情况来说，这是一个安全考虑。这些不是必要的步骤，但它们可以提高干预的效果。当用户发信号通知他们准备好开始(即，向系统提供反馈)时(元素502)，记忆回忆控制器302开启模式的刺激达一段时间(即，事件的持续时间)，该时间通常约为10秒，但可以是约1秒或约100秒或约1000秒，例如，以应用该模式(元素504)。用户可以通过点击系统提供的图标或文本警报来传送该信号，或者系统可以通过声音命令系统以可听见的方式命令用户来向用户传送该信号。在应用刺激之后，刺激系统被闲置(元素506)。
图6是经由神经设备602接收神经刺激的人类受试者600的例示。能够生成电流的神经设备602通过与人类受试者600直接身体接触的神经刺激组件604(诸如HD-tCS刺激电极)来执行神经刺激。神经刺激组件604可以是人类受试者600可穿戴的神经帽的一部分。目前的商业上可用的技术(例如，Neuroelectrics公司(位于马萨诸塞州剑桥市百老汇210号201套房，邮编：02139)的32通道HD-tCS)可以插到墙插电源上，但一些供应商正在供应可以用电池供电的便携式设备。也存在到刺激帽的无线连接，诸如Neuroelectrics Enobio32系统。
如上所述，记忆回忆控制器302可以作为来自用户(元素402)或来自外部自动系统(元素404)的信号的结果来发起刺激事件(元素406或504)。一个用例是用于军事任务演习的训练系统。在要被突袭的环境的虚拟或真实实物模型中训练(如图4中所描绘的)时，士兵可能会面临任务中的特别困难或复杂的部分，并且在任务的该部分正在训练(元素406)或实践(元素504)时，打开(元素402)记忆回忆控制器302以应用独特模式。在原始训练会话期间，根据本公开的实施方式的系统可以记录环境的特征(其可以包括位置的精确全球定位系统(GPS)坐标)，连同独特的刺激模式。环境特征可以用作事件描述符，以便稍后访问要应用以回忆记忆的适当模式。
当士兵执行任务时，本文所描述的系统外部的自动化系统(元素404)可以跟踪士兵的进度，并在条件(例如，GPS坐标、士兵周围图像的显著特征等)与存储的位置特征(例如，GPS坐标，来自先前捕获的图像或来自该位置的模型等的特征)相匹配时，系统可以自动应用先前与在该位置做了什么的记忆相关联的刺激模式(元素504)。例如，当检测到特定GPS坐标时，外部自动系统(元素404)可以应用刺激模式来帮助士兵回忆先前场景和各种元素在场景中的位置，诸如车辆和建筑物、以及建筑物内的房间、门和窗等。自动系统(元素404)可以包括用于提供与用户的移动和位置相关的数据的多个传感器，包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁强计、GPS和接近传感器。
另选用例可以完全由用户发起。例如，如果要记住的新的重要事件是诸如CPR的步骤序列，则用户可以在CPR技术被演示时发起训练阶段(元素402)(如图4所示)。然后，在以后的某个时间，当需要CPR但用户忘记了一些细节时(如图5所示)，用户可以使用诸如“CPR”的关键字在模式数据库中调用模式(元素402)，并且系统将应用该刺激并且记忆将被回忆(元素504)。在一个实施方式中，用户需要佩戴具有电极的神经帽，并且需要至少无线连接到将检索刺激模式并控制其应用的基站。在另一实施方式中，神经设备602的组件/部件被小型化并且变得更符合人体工程学。例如，刺激电极可以集成到帽子里或者刺到用户的头骨上，而电子设备则可以集成到无线连接到电极的手机(或其它移动设备)中，以控制刺激。
如上所述，美国申请No.15/332,787描述了一种方式，该方式在清醒经历期间将这种模式与记忆相关联，然后在睡眠期间使用该模式以唤起记忆的巩固，从而要求感知大脑信号以识别特定睡眠大脑状态，并且在慢波振荡的频率处使用闭环控制来应用刺激。根据本公开的实施方式的系统在需要时，通过在安静清醒状态期间向大脑应用独特的高清晰度电或磁刺激模式来提示先前与相同模式相关联的记忆的回忆，来唤起清醒期间对这种记忆的回忆。本公开采用刺激的开环应用，并且在设备的训练或随后使用期间不需要感测用户的EEG。清醒记忆再激活技术在概念上和操作上都不同于上述睡眠巩固方法；它更简单，因为它可以以开环的方式操作(即，在特定睡眠阶段，无需将应用程序与特定脑震荡的特定阶段进行协调)。它仅在需要进行清醒回忆时才应用。一旦将记忆巩固于长期记忆中，它就不会衰退，并且可以在数天、数月或数年以后被回忆起来。系统将在需要时，在清醒期间，在记忆被巩固后的某个时刻提示特定记忆的回忆。
如果存在两个相似的记忆，当他们被巩固于长期记忆中时将很可能会合并在一起，并且将很难提取两者中的一者。根据本公开的实施方式的系统可以用于根据情况的特征在需要时提示最适合该情况的版本。例如，情况的显著特征可以用来提示正确版本，诸如平行停车与停车场停车。
此外，使用本文所述的系统，具有正常类型的记忆性能降低的老年人可以提高记忆回忆的速度和准确性。使用本文所述的发明，可以在回忆特定记忆方面帮助具有某些记忆缺陷(例如，阿尔茨海默氏症、痴呆症、甚至创伤性脑损伤)的人。
此外，诸如驾驶员支持系统或飞行员相关系统的自动支持系统，在情况允许的情况下，可以通过对用户应用适当的刺激模式来发起对用户的适当记忆的回忆。在半自动驾驶系统或驾驶员安全和支持系统中，根据本公开的实施方式的系统可以并入系统中，以通过唤起驾驶员回忆处理此类情况的方式来帮助驾驶员响应所识别的情况。在这个示例中，驾驶员培训计划可以将独特刺激模式与许多困难情况(诸如并入高速公路或左转进入支路)中的每一者相关联。当驾驶员遇到其中一种情况时，他们的半自动驾驶系统会识别出这种情况，并且将相关联的模式应用至驾驶员，唤起他们回忆处理这种情况的适当技能。手机上可用的汽车导航系统可以识别左转，或者汇合到高速公路。此外，飞行员安全和支持系统可以将本发明作为飞行员相关系统的一部分进行类似的使用。
此外，在训练期间，准备执行任务的士兵可以将独特模式与任务的特定复杂部分相关联，并且然后在执行任务期间，自行发起召回，以确保清晰和准确的执行。例如，如果系统在手机上运行，则用户可以通过说“回忆X”或用于识别的类似声音命令来发起该系统。“回忆”将是启动本文所述系统的命令，而“X”将是对系统定位正确刺激模式的描述。最后，本文所述的发明对于任何试图记住诸如CPR的过程的特定细节的人是有用的。如果这个过程是在很久以前学会的，并且记忆虽然经过巩固但由于没有被使用而变得“陈旧”，那么这一点尤其有价值。
根据本发明的实施方式的系统的优点可以通过将其与通过描述记忆的一些特性来提醒用户记忆的人或程序的替代方案进行比较来解释。这可能是不切实际的。知道正在试图回忆何种记忆的人可能是不可行的，而且自动系统可能不够智能，无法知道哪些特征将是合适的提示。即使这样的提醒可用，本文所描述的系统也将引起对实际记忆的回忆，其将比对记忆的特征的建议更生动。换言之，电刺激蒙太奇将唤起人们清晰地回忆起最初的记忆。
最后，虽然已经根据多个实施方式对本发明进行了说明，但本领域普通技术人员应当容易认识到，本发明可以在其它环境中具有其它应用。应注意，可以有许多实施方式和实现。此外，所附权利要求绝不旨在将本发明的范围限于上述具体实施方式。另外，“用于……的装置”的任何用语旨在引发要素和权利要求的装置加功能的解读，而未特别使用“用于……的装置”用语的任何要素不应被解读为装置加功能要素，即使权利要求以其它方式包括了“装置”一词。此外，虽然已经按特定顺序陈述了特定方法步骤，但这些方法步骤可以按任何期望的顺序进行，并且落入本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种在清醒期间提示特定记忆的回忆的系统，所述系统包括：
非暂时性存储器和一个或更多个处理器，所述非暂时性存储器上编码有指令，使得当所述指令被执行时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
向记忆回忆控制器发送发起信号，以选择先前与事件的特定记忆相关联的所存储的刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述事件的持续时间期间所选择的刺激模式经由大脑刺激系统向处于清醒状态的大脑的传递；以及
在所述事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所选择的刺激模式。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发起信号由用户和外部自动系统中的一者生成。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所存储的刺激模式包括与所述事件的显著特征对应的至少一个事件描述符，并且其中，所述外部自动系统跟踪所述用户的环境和动作的显著特征，使得当所述显著特征与所述至少一个事件描述符相匹配时，所述外部自动系统生成所述发起信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器还如下执行生成所存储的刺激模式的操作：
当用户将经历新事件以用于在以后的时间进行回忆时，向所述记忆回忆控制器发送发起信号以选择独特刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述新事件的持续时间内所述独特刺激模式经由所述大脑刺激系统向所述大脑的传递；
在所述新事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所述独特刺激模式；以及
将所述独特刺激模式与所述新事件的至少一个事件描述符一起存储。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器还执行以下操作：在使所述记忆回忆控制器发起所选择的刺激模式的传递之前，向用户提供放松的指令。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器被配置用于接收来自用户的反馈，所述用户准备好接收所选择的刺激模式的传递。
7.一种在清醒期间提示特定记忆的回忆的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法包括以下动作：
使一个或更多个处理器执行在非暂时性计算机可读介质上编码的指令，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：
向记忆回忆控制器发送发起信号，以选择先前与事件的特定记忆相关联的所存储的刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述事件的持续时间内所选择的刺激模式经由大脑刺激系统向处于清醒状态的大脑的传递；以及
在所述事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所选择的刺激模式。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述发起信号由用户和外部自动系统中的一者生成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所存储的刺激模式包括与所述事件的显著特征相对应的至少一个事件描述符，并且其中，所述外部自动系统跟踪所述用户的环境和动作的显著特征，使得当所述显著特征与所述至少一个事件描述符相匹配时，所述外部自动系统生成所述发起信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或更多个处理器还如下执行生成所存储的刺激模式的操作：
当用户将经历新事件以用于在以后的时间进行回忆时，向所述记忆回忆控制器发送发起信号以选择独特刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述新事件的持续时间内所述独特刺激模式经由所述大脑刺激系统向所述大脑的传递；
在所述新事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所述独特刺激模式；以及
将所述独特刺激模式与所述新事件的至少一个事件描述符一起存储。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或更多个处理器还执行以下操作：在使所述记忆回忆控制器发起所选择的刺激模式的传递之前，向用户提供放松的指令。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或更多个处理器被配置用于接收来自用户的反馈，所述用户准备好接收所选择的刺激模式的传递。
13.一种在清醒期间提示特定记忆的回忆的计算机程序产品，所述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，所述计算机可读指令由具有一个或更多个处理器的计算机执行，以使所述处理器执行以下操作：
向记忆回忆控制器发送发起信号，以选择先前与事件的特定记忆相关联的所存储的刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述事件的持续时间内所选择的刺激模式经由大脑刺激系统向处于清醒状态的大脑的传递；以及
在所述事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所选择的刺激模式。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述发起信号由用户和外部自动系统中的一者生成。
15.根据权利要求14所述的计算机程序产品，其中，所存储的刺激模式包括与所述事件的显著特征对应的至少一个事件描述符，并且其中，所述外部自动系统跟踪所述用户的环境和动作的显著特征，使得当所述显著特征与所述至少一个事件描述符相匹配时，所述外部自动系统生成所述发起信号。
16.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述一个或更多个处理器还如下执行生成所存储的刺激模式的操作：
当用户将经历新事件以用于在以后的时间进行回忆时，向所述记忆回忆控制器发送发起信号以选择独特刺激模式；
使所述记忆回忆控制器发起在所述新事件的持续时间内所述独特刺激模式经由所述大脑刺激系统向所述大脑的传递；
在所述新事件完成之后，向所述记忆回忆控制器发信号，以阻止所述大脑刺激系统传递所述独特刺激模式；以及
将所述独特刺激模式与所述新事件的至少一个事件描述符一起存储。
17.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述一个或更多个处理器还执行以下操作：在使所述记忆回忆控制器发起所选择的刺激模式的传递之前，向用户提供放松的指令。
18.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述一个或更多个处理器被配置用于接收来自用户的反馈，所述用户准备好接收所选择的刺激模式的传递。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大脑刺激系统包括具有一个或更多个电极的神经帽。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所选择的刺激模式的传递是基于经由全球定位系统(GPS)坐标检测到的位置变化而发起的。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述新事件是所识别的驾驶情况，并且其中，所述独特刺激模式的传递唤起适当技能的回忆以处理所识别的驾驶情况。
CN201980014095.3A 2018-04-06 2019-04-03 在清醒时提示特定记忆回忆的系统和方法 Pending CN111741792A (zh)

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