CN115335114A - 用于刺激患者的神经元以抑制其病理性同步活动的医疗设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗设备(10)。该设备(10)包括非侵入性刺激单元(12)，该非侵入性刺激单元(12)被配置成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。

Description

用于刺激患者的神经元以抑制其病理性同步活动的医疗设备 和方法
技术领域
本发明涉及用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗设备和相应的方法。
背景技术
一些脑部失调例如帕金森氏病的特征是神经元的异常强的同步活动，即强烈同步的神经元放电或簇放电。除了帕金森氏病之外，这也可以适用于例如，特发性震颤、肌张力障碍、中风后功能障碍、癫痫、抑郁症、偏头痛、紧张性头痛、强迫症、肠易激综合征、慢性疼痛综合征、骨盆痛、边缘性分离人格障碍和创伤后应激障碍。
利用例如L-DOPA进行帕金森氏病的药理治疗可能疗效有限，并且其可能会引起显著的长期副作用。用于帕金森氏病的高频深部脑刺激(DBS)是帕金森氏病晚期的医学难治性患者的标准。然而，DBS需要进行与重大风险相关联的外科手术。例如，脑部中的专用目标区域中的深度电极植入可能会导致出血。此外，标准连续高频DBS可能会导致副作用。
此外，已知非侵入性振动触觉刺激治疗能够抵消帕金森氏征，其可以被施加至患者的头部区域。如此，向患者头部的外表面施用振动触觉刺激，以便产生振动触觉刺激，该振动触觉刺激旨在影响，特别是患者的脑部或脊髓中的患者的神经元集群的病理性活动。这种技术被称为允许通过去同步化来抵消神经元集群的异常同步的协同重置刺激。通常，为了产生振动触觉刺激，采用并致动紧固至患者的头部的振动触觉刺激元件。
通常，在致动振动触觉刺激元件时，除了振动触觉刺激之外，听觉刺激也被患者感知到。这是由在对刺激元件进行致动时产生的声波引起的，声波通过空气和骨传导被传导至患者的内耳。然而，这些听觉刺激构成了不期望的副作用，这种副作用通常会使患者感到讨厌和不愉快，从而降低了依从性。这在频繁地例如在数周或数月期间每天长时间采用治疗时特别适用。
发明内容
从现有技术开始，目的是提供一种能够有效地抑制患者神经元集群的病理性同步活动的改进的非侵入性医疗设备和相应的方法。
这个目的通过根据独立权利要求的医疗设备和方法来解决。在本说明书、附图以及从属权利要求中阐述了优选实施方式。
因此，提供了一种用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗设备。该医疗设备包括非侵入性刺激单元，该非侵入性刺激单元被配置成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。
此外，提供了一种用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗方法。该医疗方法包括将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时且非侵入性地施用于患者的身体的步骤，至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成抑制病理性同步活动。
所提出的方法是指与结合医疗设备限定的那些特征相对应的方法特征。因此，结合医疗设备在本公开内容中限定的技术特征也可以涉及并应用于所提出的方法，反之亦然。
附图说明
通过参考当结合附图考虑时的以下详细描述，将更容易理解本公开内容，在附图中：
图1是用于刺激患者的神经元以抑制病理性同步活动的医疗设备的示意图示；
图2示意性地示出了图1中描绘的医疗设备用于向患者前额提供刺激的用途；
图3示意性地示出了图1中描绘的医疗设备用于提供对患者后枕骨的刺激的另一用途；
图4示意性地示出了根据第一配置的致动周期的序列，根据致动周期的序列致动医疗设备的非侵入性刺激元件以抑制病理性同步活动；以及
图5示意性地示出了根据第二配置的致动周期的另一序列。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地说明本发明。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且可以省略其重复描述以避免冗余。
图1示意性地示出了被配置成用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗设备10。
设备10旨在用于治疗偏头痛、头痛、抑郁症、强迫症、边缘性人格障碍、帕金森病，但不限于这些应用。而是，所提出的医疗设备10还可以用于治疗其他神经或精神疾病，例如原发性震颤、肌张力障碍、癫痫、多发性硬化症引起的震颤以及其他病理性震颤、运动障碍、小脑疾病、图雷特(Tourette)综合征、中风后功能障碍、痉挛、耳鸣、睡眠障碍、精神分裂症、肠易激综合征、成瘾性障碍、人格障碍、注意缺陷障碍、注意缺陷多动征、游戏成瘾、神经症、进食障碍、倦怠综合征、纤维肌痛、偏头痛、丛集性头痛、神经痛、共济失调、抽动障碍或高血压等。
前述疾病可能是由在特定回路中相互连接的神经元细胞群的生物电通信紊乱引起的。因此，神经元集群产生连续的病理神经元活动以及可能与其相关联的病理连接(网络结构)。在这方面，大量的神经元形成同步动作电位。这意味着所关注的神经元过度同步地放电或簇放电。另外，病理神经元集群具有振荡的神经元活动，这意味着神经元有节律地放电或簇放电。在神经或精神疾病的情况下，所关注的神经元群的病理节律活动的平均频率大约可以在1Hz到30Hz的范围内，然而，也可以在该范围之外。相比之下，健康人的神经元性质上不同地例如以不相关的方式放电或簇放电。
换言之，前述疾病中的每一个的特性可以在于患者的脑或脊髓中具有病理同步神经元活动的至少一个神经元集群。为了抑制这样的病理性同步活动，医疗设备10被配置成刺激受影响的神经元集群以使受影响的神经元集群以不相关的方式即非同步地放电或簇放电。这样的治疗技术也被称为协调复位刺激。
为了作用于患者的身体并因此提供对患者的神经元的刺激，设备10包括被配置成向患者的身体提供不同的刺激的非侵入性刺激单元12。在本公开内容的上下文中，术语“非侵入性”意味着医疗设备10，即刺激单元12，采用非侵入性过程实现预期的治疗效果。换言之，所提出的医疗设备10不需要与介入过程相关联的将部件植入至患者的身体中。
刺激单元12被设计和配置成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，所述至少一个听觉刺激和所述至少一个非听觉刺激中的每一个被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。更具体地，刺激单元12被设计成用于能够同时产生多个不同的听觉和非听觉刺激。为此，刺激单元12包括多个刺激元件14a至14d，特别是至少两个刺激元件，这些刺激元件被配置成产生要施用于患者的身体的听觉和非听觉刺激。如可以从图1中得到的，示出的医疗设备10包括至少四个刺激元件14a至14d，但不限于该数目的刺激元件14。需要指出的是，还可以利用具有少于或多于四个刺激元件14的医疗设备10来实现令人满意的治疗效果。因此，根据另一配置，刺激单元12可以包括例如至少两个，特别是3个与8个之间或者更多，例如10个或20个的刺激元件14。在一个配置中，刺激单元12可以包括3个或5个刺激元件。
为了正确地操作不同的刺激元件14a至14d，刺激单元12还包括控制单元16，控制单元16被配置成选择性地对刺激元件14a至14d进行致动。以这种方式，单独的刺激元件14a至14d可以相互独立地致动。此外，控制单元16被配置成对刺激元件14a至14d进行变化地致动以产生不同的刺激，即在刺激持续时间、振动频率、振动幅度等方面不同的刺激。控制单元16经由连接线连接至刺激元件14a至14d中的每一个，控制信号被通过连接线引导以用于对刺激元件14a至14d进行致动。
如可以从图1中得到的，刺激单元12被嵌入或包括在带子或带18中，带子或带18被配置成可释放且可调节地紧固至患者的身体，例如借助于Velcro紧固件固定至患者的身体。具体地，带18被设计成使得在带18被紧固至患者的身体的状态下，刺激元件14a至14d被布置在患者的身体的不同部位处，即相互间隔开。例如，可以提供医疗设备10使得在医疗设备10的紧固状态下，多个刺激元件14a至14d被布置成至少一个阵列以便将刺激元件14a至14d分别定位至患者的身体表面上的预定区域，以便实现期望的治疗效果。
图2描绘了医疗设备10的一个实施方式，该医疗设备10以被配置成用于被紧固至患者的前额的头带的形式提供。在该配置中，医疗设备10旨在用于治疗偏头痛、头痛、抑郁症、强迫症、边缘性人格障碍和/或其他精神障碍。如可以从图2中得到的，在该配置中，医疗设备10包括以线性阵列布置的四个刺激元件14，这些刺激元件14在医疗设备10被紧固至患者前额的状态下被布置在患者的三叉神经皮肤段的区域中以刺激眼神经或三叉神经，特别是由图2中“Trig.1”表示的三叉神经的第一分支。以这种方式，在医疗设备10的紧固状态下，刺激单元12被配置成向患者的内耳提供听觉刺激并且向患者的在三叉神经的第一分支Trig.1的区域中的皮肤提供非听觉刺激。在图2中，还示出了三叉神经的第二分支Trig.2和第三分支Trig.3以及C2至C4皮节。在其他配置中，示出的医疗设备10可以包括两个刺激元件14的阵列，例如刺激元件14的阵列中的每一个包括以行布置的四个刺激元件14。
图3描绘了医疗设备10的另一实施方式，该医疗设备10以被配置成用于被紧固至患者的枕骨的头带的形式提供。在该配置中，医疗设备10旨在用于治疗吞咽困难(吞咽问题)和/或流涎(过度流口水)，例如由帕金森病引起的吞咽困难(吞咽问题)和/或流涎(过度流口水)。如可以从图3中得到的，在该配置中，医疗设备10包括以两个阵列布置的八个刺激元件14，阵列中的每一个包括以行布置的四个刺激元件14。如图3中所描绘的，在其被紧固至患者枕骨的医疗设备10的紧固状态下，刺激元件14被布置成刺激C2和C3皮节。以这种方式，在医疗设备10的紧固状态下，刺激单元12被配置成向患者的内耳提供听觉刺激并且向患者的C2和C3皮节的区域中的皮肤提供非听觉刺激。在图3中，还示出了C4至C6皮节。
在其他实施方式中，医疗设备10可以以结合图2和图3中描绘的以上实施方式的头带的形式提供。因此，在该配置中，医疗设备10被配置成刺激患者的前额和枕骨，并且可以包括用于刺激患者前额的至少两个或四个刺激元件和用于刺激患者枕骨的至少两个或四个刺激元件。
在下文中，进一步说明应用于医疗设备10的上述实施方式中的每一个的与本发明相互联系的刺激单元12的特性，特别是鉴于其结构配置和操作的特性。
如以上所阐述的，刺激单元12包括被配置成产生听觉刺激和非听觉刺激的多个刺激元件14a至14d。通常，术语“刺激(stimulus)”或“多个刺激(stimuli)”是指能够被患者的身体——即，取决于刺激的形式而被例如患者的眼睛、耳朵和/或皮肤中的相应受体——感测的激励，这些刺激被从例如患者的眼睛、耳朵和/或皮肤引导至患者的神经系统，从而引起患者的脑或脊髓中神经元的致动。在本公开内容的上下文中，在两种形式的刺激之间即听觉刺激与非听觉刺激之间进行区分。
通常，术语“听觉刺激”是指由设置在患者的耳朵，特别是内耳中的受体感测的激励。通常，这些激励通过空气和骨传导以声波的形式被提供给内耳。为此，在本公开内容的上下文中，术语“非听觉刺激”是指不构成听觉刺激的任何刺激。例如，非听觉刺激可以指机械刺激中的任何一个，特别是触觉或振动刺激、光刺激、电刺激和热刺激。这些刺激可能会被对应的受体，例如患者的皮肤或眼睛中的受体感知。
如以上所阐述的，刺激单元12被配置和设计成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，其中，至少一个听觉刺激和非听觉刺激中的每一个被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。换言之，听觉和非听觉刺激中的每一个被配置成执行协调复位刺激。在医疗设备10的一个操作模式中，非听觉刺激可以被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动，而听觉刺激可以不被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。
更具体地，提供刺激单元12使得至少一个听觉刺激被配置成在被施用于患者的身体时抑制第一神经元子集群的病理性同步活动。此外，提供刺激单元12使得至少一个非听觉刺激被配置成在被施用于患者的身体时抑制与第一神经元集群不同或与第一神经元集群划界的第二神经元子集群的病理性同步活动。
为了能够抑制受病理性同步活动影响的神经元集群，提供听觉刺激和非听觉刺激中的每一个以在被患者的身体中的对应受体感测到并被引导至其神经系统时，至少部分地引起受影响的神经元集群的致动。为此，如下面更详细地描述的那样，分别设置所产生的刺激的形式和特性以及所产生额刺激要被诱导到患者的身体内的预期位置。
在示出的配置中，为了提供非听觉刺激，刺激单元12被配置成产生要被施用于患者的皮肤中的对应受体，特别是患者的头部区域中的对应受体的触觉或振动刺激，也称为振动触觉刺激。通常，人类皮肤包括能够感测触觉刺激或振动刺激的不同类型的机械感受传入单元。通常，不同类型的机械感受器的分布和密度根据在人类皮肤上的位置而不同。
为了选择性地刺激患者的期望的机械感受传入单元，刺激单元12包括被配置成用于产生振动触觉刺激形式的非听觉刺激的多个振动触觉刺激元件14a至14d。具体地，振动触觉刺激元件14a至14d中的每一个被配置成振荡地或周期性地作用在患者的身体的表面上以将非听觉刺激施用于患者的身体。如此，要施用于患者的身体的非听觉刺激构成周期性刺激或振荡刺激，即其幅度或刺激强度随时间周期性地变化。
更具体地，根据一个配置，振动触觉刺激元件14a至14d包括杆或被配置成用于机械地作用在患者皮肤上的任何其他部件。为此，刺激元件14a至14d包括用于将电能转换为杆的移动的机电致动器。例如，机电致动器可以是等电流马达(equal current motor)、音圈、由在施加电流时会改变其形状的电活性聚合物构成的变压器或压电式换能器。为了向机电致动器提供电能，刺激单元12可以包括或连接至能量源，特别是，以电池的形式提供的能量源。
为此，为了提供听觉刺激，刺激单元12还包括相应的听觉刺激元件14，该听觉刺激元件14被配置成产生要被施用于患者的内耳的听觉刺激。具体地，听觉刺激元件14被配置成产生声波，声波通过空气和/或骨传导被提供给患者的内耳以施用听觉刺激。
通常，可以以能够选择性地产生声波的任何合适部件的形式提供听觉刺激元件14。因此，可以以扬声器的形式提供听觉刺激元件14，该扬声器可以与带18分开提供。在示出的配置中，听觉刺激元件14由振动触觉刺激元件14a至14d构成。换言之，刺激元件14a至14d中的每一个被配置成产生听觉刺激和非听觉刺激二者。因此，刺激单元12被配置成在振荡地或周期性地致动相应的刺激元件14a至14d时同时地产生听觉刺激和非听觉刺激。换言之，刺激单元12被配置成在产生非听觉刺激时产生听觉刺激。如此，刺激元件14a至14d中的每一个被配置成在致动时提供由非听觉刺激和相关联的听觉刺激构成的一组刺激。因此，每个听觉刺激与一个非听觉刺激相关联，其中，刺激单元12——即刺激元件14a至14d中的每一个——被配置成产生一个非听觉刺激以及相关联的听觉刺激。
具体地，提供刺激单元12使得多个刺激元件14a至14d中的每一个以在人类听觉的范围内，即20Hz至20kHz之间的范围内的致动频率v被致动。例如，刺激元件14以在20Hz至250Hz的范围内的致动频率v被致动。替选地或附加地，刺激元件14a至14d可以在以下频率范围中被致动：与低频音调相关联的频率范围，即在200Hz至600Hz之间或在330Hz至600Hz之间，这可以被患者感知成放松且愉快的。具体地，刺激元件14a至14d被配置成使得其可以以在所指示的频率范围中的不同的致动频率被选择性地和变化地致动。
在下文中，参照图4，更详细地指定医疗设备10，即其刺激单元12的操作。在操作期间，控制单元16被配置成选择性地并且间歇地致动不同的刺激元件14a至14d。具体地，控制单元16被配置成用于以顺序的致动周期TA1-Ai的序列C对刺激元件14a至14d进行致动，其中，字符“i”是指序列C内的致动周期的总数。图4示出了连续的致动周期TA1-Ai的序列C，其形成示出了随着时间的推移对相应致动元件14a至14d的致动的控制序列或控制模式。具体地，在图4中，借助于位于致动周期TA内的虚线区域示出了对相应刺激元件14a至14d的致动。
序列C包括i个时间移位的、不交叠的致动周期TA1-Ai，在此期间，刺激元件14a至14d中的至少之一被致动以产生听觉刺激SA和非听觉振动触觉刺激SV二者。为了区分要由相应的刺激元件14a至14d产生的听觉刺激SA和非听觉刺激SV，虚线区域的不同图案，即关于其取向和线粗度被选择为由图4中的图例所指示的。致动周期TA1-Ai的持续时间对应于由刺激元件14a至14d产生的对应刺激SA、SV的长度。例如，致动周期可以具有25ms至3s之间，特别是100ms或125ms的持续时间。
在顺序的致动周期TA1-Ai之间，安排有间歇周期TR1-Ri，在此期间，患者的身体不经受由刺激单元12产生的刺激。间歇周期TR1-Ri的长度可以在序列C期间变化或恒定。此外，间歇周期TR的长度可以是0s，使得两个顺序的致动周期直接地依次跟随。在替选配置中，序列内的致动周期可以至少部分地交叠。
在致动周期TA期间，控制单元16可以被配置成仅对刺激元件14a至14d中之一进行致动或同时对多于一个的刺激元件14a至14d进行致动。在一个配置中，控制单元16被配置成针对每个致动周期TA变化地确定在相应的致动周期TA期间要同时致动的刺激元件14a至14d的数目n。在此上下文中，术语“变化地”意味着数目n的值在序列C上不同地，特别是非周期性地变化。具体地，参数n是大于1的整数。如果n等于1，这意味着在相应的致动周期TA期间，刺激元件14a至14d中的仅一个被致动。如果n大于1，这意味着多于一个，即n个刺激元件14a至14d在相应的致动周期TA期间被同时致动。
关于控制单元16的用于变化地确定在相应的致动周期TA期间要同时致动的不同刺激元件14a至14d的数目n以及用于确定致动周期TA和对应的间歇周期TR的长度的具体过程和实现方式，明确参考已公开的国际申请WO 2019/243634 A1。具体地，控制单元16可以采用用于变化地确定在相应的致动周期TA要同时致动的不同刺激元件14a至14d的数目n以及用于确定致动周期TA和对应的间歇周期TR的长度的确定性、随机性、混沌性(chaotic)和(伪)随机算法方法中的至少之一。
如可以从图4中得到的，每个刺激元件14a至14d在以预定频率v1-4被致动时同时产生听觉刺激SA和振动触觉刺激SV。刺激单元12，即其控制单元16被配置成以不同的致动频率v1-4操作不同的刺激元件14a至14d。换言之，在示出的配置中，致动相应的刺激元件14a至14d的致动频率在该组不同的刺激元件14a至14d之间不同。
在序列C期间以基本恒定并且相同的致动频率v1-4对每个刺激元件14a至14d进行致动。具体地，当被控制单元16致动时，第一刺激元件14a在第一致动频率v1下操作，第二刺激元件14在第二致动频率v2下操作，第三刺激元件14c在第三致动频率v3下操作并且第四刺激元件14d在第四致动频率v4下操作。
更具体地，刺激单元12被配置成使得对刺激元件14a至14d进行致动，特别是进行同时致动的致动频率v1-4被调整成音乐音阶。换言之，刺激单元12可以被设置有可以致动单独的刺激元件14a至14d的预定的一组致动频率v1-4，其中，致动频率v1-4，即上述一组致动频率的各个构成部分构成，特别是，基本上构成音乐音阶的至少一部分。以这种方式，可以改进治疗的有效性以及患者对治疗的可接受性。
为了进一步提高治疗的有效性和/或患者对治疗的可接受性，将致动频率调整成音乐音阶的协和频率。
在另一开发中，刺激单元12可以被配置成使得致动频率v1-4，即该组致动频率的各个构成部分被调整成五声音阶。以这种方式，可以提供特别是可接受的、平滑的和/或放松的听觉刺激序列。此外，五声频率可以提供可以平滑地组合的有利效果。
具体地，刺激单元12可以被设置有构成五声音阶的至少一部分的一组不同的致动频率v1-5。从第一致动频率v1开始，可以基于以下等式(1)至(4)中的至少之一来确定或计算要被包括在一组致动频率内的其他频率：
v2＝v1*9/8， (1)
v3＝v1*5/4， (2)
v4＝v1*3/2，以及 (3)
v5＝v1*5/3， (4)
其中，特别是，v1可以具有例如200Hz或220Hz的值或特别是在200Hz至600Hz的范围内的任何其他值。为此，v1可以是钢琴键频率或任何其他乐器频率。
在所提出的医疗设备10的背景下，已经发现以上有利效果也可以通过使用在一组致动频率中包括的各个构成部分的八度音阶来实现。因此，替选地或附加地，可以基于以下等式中的至少之一来计算要被包括在一组致动频率内的另外的致动频率：
v6＝2k*v1， (5)
v7＝2k*v2， (6)
v8＝2k*v3， (7)
v9＝2k*v4，以及 (8)
v10＝2k*v5， (9)
其中，k是等于或大于1的自然数，例如1、2、3或4。
此外，刺激单元12可以被配置成调整不同刺激元件14a至14d中的每一个的振动幅度。具体地，刺激单元12可以被配置成根据患者鉴于听觉刺激SA或非听觉刺激SV的感知来调整不同刺激元件14a至14d中的每一个的振动幅度。为此，刺激单元12可以被配置成根据指示患者鉴于听觉刺激SA和非听觉刺激SV的感知的相当的本体感知、相当的响度感知或任何其他参数中的至少之一来调整不同刺激元件14a至14d中的每一个的振动幅度。
如以上所阐述的，在图4中描绘的配置中，刺激单元12被配置成使得刺激元件14a至14d中的每一个的致动频率在操作期间(即在致动周期TA的序列C期间)保持恒定或不变。
在另一开发中，刺激单元12可以被配置成以不同的刺激频率v致动至少一个刺激元件14a至14d。换言之，刺激单元12可以被配置成使得至少一个刺激元件14a至14d的致动频率随着时间的推移而变化。例如，刺激单元12可以被配置成使得至少一个刺激元件14a至14d的致动频率在致动周期TA期间变化。替选地或附加地，刺激单元12可以被配置成使得至少一个刺激元件14a至14d的致动频率在致动周期TA期间保持恒定，但是在序列C之间，即在顺序的致动周期TA之间变化。这意味着，例如，第一刺激元件14a可以在第一致动周期TA1期间在第一致动频率v1下操作，并且可以在另一致动周期TA中在不同的致动频率例如第二、第三或第四致动频率v2-4或任何其他致动频率下操作。具体地，相应刺激元件14a至14d的致动频率可以被改变成使得其顺序地增加或减少，特别是通过被顺序地调整成在一组预定义的致动频率中包括的递增频率或递减频率。
在一个配置中，刺激单元12可以被配置成为每个刺激元件14a至14d变化地选择在相应的致动周期TA期间刺激元件14a至14d要在包括在预定的一组致动频率中的哪个致动频率下被致动。具体地，为此，控制单元12可以被配置成随机地和/或确定地和/或随机确定相组合地和/或为每个刺激元件14a至14d确定在相应的致动周期TA期间刺激元件14a至14d要在包括在预定的一组致动频率中的哪个致动频率下被致动。为此，在这样的配置中，控制单元16可以被配置成确保在致动周期TA中的每一个内，刺激元件14a至14d以不同的致动频率操作。
图5示出了根据另一配置的医疗设备10的操作。在这种配置中，医疗设备10包括：一组第一致动元件20a至20d，被配置成产生用于抑制神经元的病理性同步活动的听觉刺激SA；以及一组第二致动元件22a至22d，被配置成产生用于抑制神经元的病理性同步活动的非听觉振动触觉刺激SA。第一刺激元件20a至20d以及第二刺激元件22a至22d构成刺激单元12的独立部件。第一刺激元件20a至20d可以由单个部件提供，例如以被配置成同时产生多个听觉刺激的扬声器的形式提供。
在这种配置中，控制单元16被配置成以由图5中的序列C1所示的第一操作模式和以由图5中的序列C3所示的第二操作模式操作刺激单元12。
具体而言，在第一操作模式中，控制单元16被配置成操作刺激单元12，使得听觉刺激SA的产生与非听觉刺激的产生配对或相联系。因此，控制单元16被配置成控制第一致动元件20a至20d以及第二致动元件22a至22d，使得非听觉刺激SV与其相关联的听觉刺激SA同时或一起产生。每个第一刺激元件20a至20d以如下方式与第二刺激元件22a至22d之一相关联：第一刺激元件20a至20d及其相关联的第二刺激元件22a至22d产生由非听觉刺激SV及其相关联的听觉刺激SA构成的相应的一组刺激。从图5中可以看出，在所示的配置中，以下成对的第一刺激元件和第二刺激元件被同时致动，并且因此彼此相关联：20a-22a；20b-22b；20c-22c；以及20d-22d。
第一刺激元件20a至20d以致动频率v'致动，该致动频率v'取决于其相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v。具体地，每个第一刺激元件20a至20d可以以等于或构成其相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v的谐波的致动频率v'致动。因此，每个第一刺激元件20a至20d的致动频率v'可以是其相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v的1/m或m/1，其中m是大于1的自然数。此外，由相应的第一刺激元件20a至20d产生并传导至患者内耳的声波的频率v”可以是相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v的1/m或m/1。替选地或附加地，每个第一刺激元件20a至20d的致动频率v'和/或由相应的第一刺激元件20a至20d产生的声波的频率v”以及相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v可以被调整至五声音阶。换言之，致动频率v'和/或频率v”和相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v可以构成五声音阶的一部分。因此，致动频率v'和/或频率v”可以与相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率v相关，或者可以基于以下等式(10)至(14)中的至少一个来计算：
v′/″＝v*2l， (10)
Figure BDA0003832033040000121
Figure BDA0003832033040000122
Figure BDA0003832033040000123
Figure BDA0003832033040000131
其中v′/″是指每个第一刺激元件20a至20d的致动频率v'和/或由相应的第一刺激元件20a至20d产生的声波的频率v”；其中v是指相关联的第二刺激元件22a至22d的致动频率；并且l是指等于或大于0的自然数。
为此，在刺激单元12的第二操作模式下，控制单元16被配置成操作第一刺激元件20a至20d以及第二刺激元件22a至22d，使得听觉刺激SA与非听觉刺激SV的产生无关地产生。从图5中可以看出，在第二操作模式下，即在第二序列C2内，患者没有经受非听觉刺激SV。
在第二操作模式下，控制单元16被配置成变化地确定在相应的致动周期TA期间要被同时致动的第一刺激元件20a至20d的数目n，并且变化地选择在该致动周期TA期间要致动第一刺激元件20a至20d中的哪一个。为此，控制单元16可以被配置成随机地和/或确定地和/或随机确定相组合地确定在相应的致动周期TA期间要被同时致动的第一刺激元件20a至20d的数目n。此外，控制单元16可以被配置成随机地和/或确定地和/或随机确定相组合地选择在相应的致动周期TA期间要致动第一刺激元件20a至20d中的哪一个。
通过在第一操作模式下操作刺激单元12，可以将条件和/或联想学习的原理用于有效地下调异常突触权重。更具体地，通过将听觉刺激与非听觉刺激组合，可以以特定的自然方式提供条件作用或联想学习，从而增加患者对治疗的可接受性。
在根据上述配置中的任一个的所提出的医疗设备10中，所有的致动频率，即在其下不同的刺激元件14；20a至20d、22a至22d被操作以特别是，使得被调整成五声音阶的预定义方式彼此相关。为此，可以确定或提供刺激元件之一，特别是第二刺激元件22a至22d之一的基本致动频率v0，基于其调整剩余刺激元件的所有其他致动频率。为此，其他致动频率v可以基于以下等式(15)至(19)中的至少一个与基本致动频率v0相关：
v＝v0*2l， (15)
Figure BDA0003832033040000132
Figure BDA0003832033040000141
Figure BDA0003832033040000142
Figure BDA0003832033040000143
其中1是指等于或大于0的自然数。此外，注意，被配置成产生听觉刺激的刺激元件14；22a至22d的致动频率可以指，特别是等于，由该刺激元件产生并传导至患者内耳的声波的频率。
对于本领域技术人员来说，将明显的是，这些实施方式和项仅描绘了多种可能性的示例。因此，在此所示的实施方式不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。根据本发明的范围，可以选择所述特征的任何可能的组合和配置。
这尤其是关于以下可选特征的情况，这些可选特征可以以任何技术上可行的组合与之前提到的一些或所有实施方式、项和/或特征组合。
提供了一种用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗设备。该医疗设备包括非侵入性刺激单元，该非侵入性刺激单元被配置成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成在被施用于患者的身体时抑制病理性同步活动。
如上所述，诱发几种脑部疾病，即帕金森氏病的异常强的神经元同步活动可能是由异常上调的突触连接引起的。为了以长期持续的方式抵消异常的神经元同步化过程，下调突触权重是特别有利的。
已经发现，异常突触权重的有效下调可以通过用不同组成(即在位置和形式方面)的刺激相互激活神经元集群来实现。因此，通过提供被配置成同时施用至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激以用于抑制病理性同步活动的医疗设备，所提出的设备能够有效地抑制神经元的病理性同步活动，即通过去同步神经元的病理性同步活动。
具体而言，医疗设备可以被配置成被紧固至患者头部，其中，在其中医疗设备被紧固至患者头部的医疗设备的紧固状态下，刺激单元可以被配置成向患者的耳朵提供听觉刺激，并且向患者前额区域中的患者皮肤，特别是三叉神经的第一分支提供非听觉刺激。替选地或附加地，刺激单元可以被配置成向患者后枕骨区域中的患者皮肤，特别是向C2或C3皮节提供非听觉刺激。
在另一开发中，可以提供刺激单元，使得听觉刺激被配置成在被施用于患者的身体时抑制特别是在患者的脑部或脊髓中的至少一个中的第一神经元集群的病理性同步活动。替选地或附加地，非听觉刺激可以被配置成在被施用于患者的身体时抑制特别是在患者的脑部或脊髓中的至少一个中的第二神经元集群的病理性同步活动，该第二神经元集群不同于第一神经元集群或与第一神经元集群分隔开。
具体地，至少一个非听觉刺激是机械刺激，特别是振动触觉刺激。
在另一开发中，至少一个听觉刺激中的每一个可以与一个非听觉刺激相关联。此外，刺激单元可以被配置成同时产生一个非听觉刺激及其相关联的听觉刺激。
刺激单元可以包括至少一个振动触觉刺激元件，至少一个振动触觉刺激元件被配置成振荡地或周期性地作用于患者的身体的表面上，以非听觉刺激施用于患者的身体。
在另一开发中，刺激单元可以被配置成在振荡地或周期性地致动振动触觉刺激元件时同时产生听觉刺激和非听觉刺激。替选地，刺激单元可以包括用于产生听觉刺激的至少一个听觉刺激元件。听觉刺激元件可以与振动刺激元件分开设置。此外，刺激单元可以被配置成同时致动振动触觉刺激元件和听觉刺激元件，以便同时产生非听觉刺激和听觉刺激。
振动触觉刺激元件和听觉刺激元件可以在20Hz至20kHz的范围，特别是从20Hz至250Hz或从200Hz至600Hz内的致动频率下致动。
刺激单元可以包括至少两个振动触觉刺激元件或者用于产生非听觉刺激和/或听觉刺激的任何其他刺激元件。至少两个刺激元件中的每一个可以被配置成产生至少两个非听觉刺激之一，并且其中，刺激单元被配置成以不同的致动或振动频率操作至少两个刺激元件。在另一开发中，可以将对刺激元件进行致动的致动或振动频率调整成音乐音阶，特别是五声音阶。
此外，刺激单元可以设置有一组不同的致动频率。这组致动频率可以包括在其下可以致动至少一个刺激元件的致动频率，特别是预定义的致动频率。换言之，刺激元件可以被配置成在包括在该组致动频率中的致动频率下被致动。因此，可以使刺激元件不能在不包括在该组致动频率中的致动频率下被操作。
该组致动频率可以包括第一致动频率以及根据第一致动频率确定或与第一致动频率相关的至少一个另外的致动频率。以这种方式，在确定第一致动频率时，也可以确定至少一个另外的致动频率。
具体地，该组不同的致动频率中的至少一个另外的致动频率可以与第一致动频率相关，或者可以根据以下等式(20)至(28)中的至少一个根据第一致动频率来确定：
Figure BDA0003832033040000161
Figure BDA0003832033040000162
Figure BDA0003832033040000163
Figure BDA0003832033040000164
v6＝v1*2k， (24)
Figure BDA0003832033040000165
Figure BDA0003832033040000166
Figure BDA0003832033040000167
Figure BDA0003832033040000168
其中，v1是指第一致动频率；v2至v10中的每一个是指至少一个另外的致动频率；并且k是指等于或大于1的自然数。
在另一开发中，刺激单元可以包括：至少一个第一刺激元件，所述第一刺激元件被配置成用于施用至少一个听觉刺激；以及至少一个第二刺激元件，所述第二刺激元件被配置成用于施用至少一个非听觉刺激，其中，每个第一刺激元件以使得第一刺激元件和相关联的第二刺激元件可致动以便同时产生听觉刺激和非听觉刺激的方式与至少一个第二刺激元件之一相关联。
附加地或替选地，刺激单元可以包括用于控制刺激单元，特别是其刺激元件的操作的控制单元。具体地，控制单元可以被配置成在第一操作模式下和在第二操作模式下操作刺激单元，在该第一操作模式下听觉刺激的产生与非听觉刺激的产生相联系或配对，在该第二操作模式下听觉刺激的产生与非听觉刺激的产生无关。
此外，提供了一种用于刺激患者的神经元以抑制神经元的病理性同步活动的医疗方法。该方法包括将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时且非侵入性地施用于患者的身体的步骤，至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成抑制病理性同步活动。
附图标记列表
10 医疗设备
12 刺激单元
14 刺激元件
16 控制单元
18 带
20 用于产生听觉刺激的刺激元件
22 用于产生非听觉刺激的刺激元件
C 致动周期的序列
SA 听觉刺激
SV 非听觉刺激
TA 致动周期
TR 间歇周期
v 致动频率

Claims (15)

1.一种用于刺激患者的神经元以抑制所述神经元的病理性同步活动的医疗设备，所述医疗设备包括非侵入性刺激单元，所述非侵入性刺激单元被配置成用于将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时施用于患者的身体，所述至少一个听觉刺激和所述至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成在被施用于所述患者的身体时抑制所述病理性同步活动。
2.根据权利要求1所述的医疗设备，所述医疗设备被配置成被紧固至患者头部，其中，在所述医疗设备的被紧固至所述患者头部的紧固状态下，所述刺激单元被配置成向患者的耳朵提供所述听觉刺激，并且向所述患者的前额区域中的患者皮肤，特别是三叉神经的第一分支提供所述非听觉刺激，或者向所述患者的后枕骨区域中的患者皮肤，特别是C2或C3皮节提供所述非听觉刺激。
3.根据权利要求1或2所述的医疗设备，其中，当被施用于所述患者的身体时，所述听觉刺激被配置成抑制特别是在患者的脑部或脊髓中的至少一个中的第一神经元集群的病理性同步活动，并且所述非听觉刺激被配置成抑制特别是在患者的脑部或脊髓中的至少一个中的第二神经元集群的病理性同步活动，所述第二神经元集群不同于所述第一神经元集群或与所述第一神经元集群相分隔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的医疗设备，其中，所述至少一个非听觉刺激是振动触觉刺激。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的医疗设备，其中，所述至少一个听觉刺激中的每一个与一个非听觉刺激相关联，并且其中，所述刺激单元被配置成同时产生一个非听觉刺激及其相关联的听觉刺激。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的医疗设备，其中，所述刺激单元包括至少一个振动触觉刺激元件，所述至少一个振动触觉刺激元件被配置成振荡地或周期性地作用于所述患者的身体的表面上，以将所述非听觉刺激施用于所述患者的身体。
7.根据权利要求6所述的医疗设备，其中，所述刺激单元被配置成在振荡地或周期性地致动所述振动触觉刺激元件时同时产生所述听觉刺激和所述非听觉刺激。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的医疗设备，其中，所述振动触觉刺激元件在20Hz至20kHz的范围，特别是从20Hz至250Hz或从200Hz至600Hz中的致动频率下致动。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的医疗设备，其中，所述刺激单元包括至少两个振动触觉刺激元件，所述至少两个振动触觉刺激元件中的每个被配置成产生至少两个非听觉刺激之一，并且其中，所述刺激单元被配置成以不同的致动频率操作所述至少两个刺激元件。
10.根据权利要求9所述的医疗设备，其中，对刺激元件进行致动的所述致动频率被调整成音乐音阶，特别是五声音阶。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的医疗设备，其中，所述刺激单元被设置有包括致动所述至少一个刺激元件的频率的一组不同的致动频率，并且其中，所述一组不同的致动频率包括第一致动频率和至少一个另外的致动频率，所述至少一个另外的致动频率根据所述第一致动频率确定或与所述第一致动频率相关。
12.根据权利要求11所述的医疗设备，其中，所述一组不同的致动频率中的所述至少一个另外的致动频率根据以下等式中的至少一个而与所述第一致动频率相关：
Figure FDA0003832033030000021
Figure FDA0003832033030000031
Figure FDA0003832033030000032
Figure FDA0003832033030000033
v6＝v1*2k，
Figure FDA0003832033030000034
Figure FDA0003832033030000035
Figure FDA0003832033030000036
以及
Figure FDA0003832033030000037
其中，v1是指所述第一致动频率；v2至v10中的每一个是指所述至少一个另外的致动频率；并且k是指等于或大于2的自然数。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的医疗设备，其中，所述刺激单元包括：至少一个第一刺激元件，所述至少一个第一刺激元件被配置成用于施用所述听觉刺激；以及至少一个第二刺激元件，所述至少一个第二刺激元件被配置成用于施用所述非听觉刺激，其中，每个第一刺激元件以如下方式与所述至少一个第二刺激元件之一相关联：所述第一刺激元件和相关联的第二刺激元件能够致动以同时产生所述听觉刺激和所述非听觉刺激。
14.根据权利要求1至14中任一项所述的医疗设备，其中，所述刺激单元的控制单元被配置成在如下操作模式下操作：
-第一操作模式，在所述第一操作模式下，所述听觉刺激的产生与所述非听觉刺激的产生相联系，以及
-第二操作模式，在所述第二操作模式下，所述听觉刺激的产生与所述非听觉刺激的产生无关。
15.一种用于刺激患者的神经元以抑制所述神经元的病理性同步活动的医疗方法，所述医疗方法包括将至少一个听觉刺激和至少一个非听觉刺激同时且非侵入性地施用于患者的身体的步骤，所述至少一个听觉刺激和所述至少一个非听觉刺激中的每一者都被配置成抑制所述病理性同步活动。
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