CN117462847A - 多功能闭环神经反馈刺激设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开提供一种脑刺激系统、设备和方法，以引导清醒现实、改善睡眠、改善运动神经性能、改善学习、加强游戏活动、改善精神健康以及它们的任意组合。该系统包括：至少一个头戴式设备、至少一个电源单元、至少一个通信单元、至少一个微控制器、至少一个外部设备以及至少一个基于云计算的存储设备。

Description

多功能闭环神经反馈刺激设备及其方法

本申请是申请号为201780068083.X，申请日为2017年9月18日，发明名称为“多功能闭环神经反馈刺激设备及其方法”的分案申请。

技术领域

本申请涉及神经刺激和神经感测设备及方法领域，其根据感官数据实时地操作、修改或提升特定的脑功能。

背景技术

在神经调节领域中的电极系统用于将电信号传输至对象，还可以用于检测或测量来自对象的信号。然而，当前用于电刺激和/或信号检测的电极系统由于以下原因而存在不足：在对象与系统电极之间的不充分的接触、在对象与系统电极之间的非鲁棒性、在使用电极系统时对象不舒适性和/或在多电模拟或者生物信号检测范式中的限制使用。关于这种技术的其他问题是，设备通常非常昂贵并且对于普通用户而言操作很困难。此外，提供电刺激的方法也具有很多不足之处。

专利申请US20150066104描述了一种方法，该方法用于随着用户在时间窗期间执行一组任务时向用户提供电刺激，该方法包括：将由刺激参数和部分组作为特征的电刺激治疗提供至与时间窗相关的用户的脑区域；对于任务组中的每一个任务：接收表征了用户的神经系统状态的信号流；从该信号流中识别表征了与任务相关的神经系统状态的神经特征；并且基于该神经系统特征来调整提供至所述用户的脑区域的电刺激治疗，其中，该调整包括将电刺激治疗的部分组中的一部分传递至用户的脑区域，同时将在时间窗期间提供的治疗的刺激参数的总量保持在最大限制以下。

专利US8954152公开了一种用于增强与缓解脑部症状相关的有利的脑状态的方法和设备。该技术包括：监测一个或多个脑信号并且基于所述一个或多个脑信号来检测有利的脑状态事件，这种有利的脑状态与患者的一个或多个脑症状的减轻相关。然后，响应于对有利的脑状态事件的检测，用于增强所述有利的脑状态的电刺激被传递至患者的脑，该电刺激在为检测到每一个有利的脑状态事件而开启的时间窗中传递。

专利US8914115公开了通过医疗设备可以在患者的脑的一个或多个区域处监测生物电的脑信号。被监测的生物电的信号可用于选择一个或多个用于治疗的治疗周期参数(例如，开启周期持续时间和/或关闭周期持续时间)，该治疗周期参数被传递从而治疗患者的疾病。在一个示例中，在开启周期持续时间内提供治疗之后，可以基于由感测的患者的脑信号确定的清除时期来选择治疗的关闭周期持续时间。在另一个示例中，可以选择治疗的开启周期持续时间和/或关闭周期持续时间，以在目标值(其由与患者疾病的有效治疗相关的特征来定义)的阈值范围以内，保持患者的脑信号(皮层活动)的一个或多个特征的值。

专利申请WO2016179407A1公开了用于调节对象的振荡的脑部活动(例如，睡眠纺锤波)的发作的方法。该发明还公开了用于提高对象的记忆力和认知能力的方法，以及通过检测对象的振荡的脑部活动的发作以及将振荡电流穿过对象的颅骨来调节或者提高对象的睡眠纺锤波的产生频率、结构、幅度和/或同步性的方法。

专利申请WO2016046830A2公开了一种配置局部脑刺激工具的方法。该方法包括：获取参考的脑网络活动(brain network activity，BNA)图案以及描述有对象的神经生理状态的BNA图案，每一个BNA图案具有多个节点，并且每一个节点展现有脑部位置以及至少一个脑电波频率。该方法还包括：比较BNA图案；以及配置所述局部脑刺激工具，从而以根据比较而选择的频率来实施局部脑刺激。

专利申请US20160022168A1公开了一种通过测量电的脑生物标记(例如，趋近于实时的电的脑生物标记的分析)来评估脑可塑性的装置和方法，其中，在至少一个生物标记中的增加或减少是响应于刺激或治疗的脑可塑性的状态的反映。可以利用或者不利用增加的刺激来测量脑可塑性，例如，以确定学习的最佳时间。该提供了一种通过向患者提供电刺激或者药物刺激来治疗神经系统疾病或者创伤的方法，其中，所述刺激根据患者的电的脑生物标记的变化来增加或者减少。这种治疗可以在趋近实时的状态下开始，因此可以根据患者的需求快速地定制治疗过程。

专利US8267851公开了一种在对象中诱发清醒梦的方法。在电路中产生了脑状态环境信号。换能器基于该脑状态环境信号来施加一种足以在脑中产生清醒梦的波形。所述脑状态环境信号调制具有比环境频率更高的频率的载波。所述波形首先被施加至对象，随后被移除，以尝试实现清醒梦。该波形可以为电、光、声音或者磁波形。

专利申请WO2016110804A1公开了一种或多种可穿戴设备(即，该设备不但可以附接或应用到肢体、身体、头部或者身体的其他部位，而且还可以应用到植入式或生理上的可附接的系统)。这些系统具有能够实现适用于监测相关参数和相应的分析确认的诊断或预后监测以及适用于发病或者检测事件或者感兴趣的健康状况的特征化的手段。一种应用涉及睡眠监测和相关的EEG(electroencephalograph，脑电图)传感器。

虽然上面所描述的所有专利文件公开了技术的一些方面，但是在神经调节领域中依然需要用于向用户提供刺激的新的和有用的方法和系统。本发明所提供的装置和方法可以有助于普通用户(在医学、健康和娱乐领域中的普通用户)获取和保持结果，并可以有助于提升日常体验。通过具有利用简单的指令来确保电极的正确的放置的独特的设计以及具有经由指定的应用通过用户控制的预设的刺激协议来实现上述目的。

发明内容

本申请的一个范围是提供一种脑刺激系统，该系统包括：至少一个头戴式设备，其包括：至少一个刺激部件，其包括：至少一个数字到模拟单元；至少一个驱动器；至少一个第一连接器；以及至少一个第一电极；至少一个脑功能监测部件，其包括：至少一个前端部件；至少一个模拟到数字单元；至少一个第二连接器；以及至少一个第二电极；至少一个电源单元；至少一个通信单元；至少一个微控制器，其包括：至少一个处理器；至少一个非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有能够由所述至少一个处理器执行的指令；至少一个外部设备；至少一个基于云计算的存储设备；其中，所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极对于它们的性能不需要任何种类的外部导电湿材料；其中，所述驱动器的特征在于，提供有具有高直流电精度、高输入共模范围、高精度匹配电阻器以及宽电压源范围的双向电流源的结构，从而能够产生包括有正弦刺激波的各种刺激波。

本申请的又一个范围是提供一种脑刺激系统，该系统包括：至少一个头戴式设备，其包括：至少一个刺激部件，其包括：至少一个数字到模拟单元；至少一个驱动器；至少一个第一连接器；以及至少一个第一电极；至少一个脑功能监测部件，其包括：至少一个前端部件；至少一个模拟到数字单元；至少一个第二连接器；以及至少一个第二电极；至少一个天线；至少一个电力捕获模块；至少一个控制单元，其包括：至少一个电源单元；至少一个无线通信单元；至少一个微控制器，其包括：至少一个处理器；至少一个非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有能够由所述至少一个处理器执行的指令；至少一个基于云计算的存储设备；其中，所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极对于它们的性能不需要任何种类的外部导电湿材料；其中，所述驱动器的特征在于，提供有具有高直流电精度、高输入共模范围、高精度匹配电阻器以及宽电压源范围的双向电流源的结构，从而能够产生包括有正弦刺激波的各种刺激波。

本申请的一个范围是提供一种脑刺激设备，该设备包括：至少一个刺激部件，其包括：至少一个数字到模拟单元；至少一个驱动器；至少一个第一连接器；以及至少一个第一电极；至少一个脑功能监测部件，其包括：至少一个前端部件；至少一个模拟到数字单元；至少一个第二连接器；以及至少一个第二电极；至少一个电源单元；至少一个通信单元；至少一个微控制器，其包括：至少一个处理器；至少一个非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有由所述至少一个处理器执行的协议和指令；其中，所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极的性能不需要任何种类的外部导电湿材料；其中，所述驱动器的特征在于，提供有具有高直流电精度、高输入共模范围、高精度匹配电阻器以及宽电压源范围的双向电流源的结构，从而能够产生包括有正弦刺激波的各种刺激波。

本申请的又一个范围是提供一种脑刺激设备，该设备包括：至少一个刺激部件，其包括：至少一个数字到模拟单元；至少一个驱动器；至少一个第一连接器；以及至少一个第一电极；至少一个脑功能监测部件，其包括：至少一个前端部件；至少一个模拟到数字单元；至少一个第二连接器；以及至少一个第二电极；至少一个天线；至少一个电力捕获模块；至少一个控制单元，其包括：至少一个电源单元；至少一个无线通信单元；至少一个微控制器，其包括：至少一个处理器；至少一个非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有由所述至少一个处理器执行的指令；其中，所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极对于它们的性能不需要任何种类的外部导电湿材料；其中，所述驱动器的特征在于，提供有具有高直流电精度、高输入共模范围、高精度匹配电阻器以及宽电压源范围的双向电流源的结构，从而能够产生包括有正弦刺激波的各种刺激波。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个通信单元将信息传输至至少一个外部设备，所述至少一个外部设备选自手机、平板电脑、智能手表、专用设备、基于云计算的设备及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个刺激部件选自电刺激电极、磁刺激电极、红外刺激光纤、超声刺激换能器、声音刺激装置、光刺激装置、气味刺激装置及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个刺激部件还包括至少一个保护单元。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个通信单元可以为有线的或者无线的。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个刺激部件刺激脑电波，所述脑电波选自α、β、γ、δ、θ及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个刺激部件刺激具有从约0.01Hz至约5000Hz的频率的波。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述系统还包括至少一个传感器。所述至少一个传感器选自磁传感器、心跳传感器、运动传感器、血压传感器、张力传感器、红外传感器、电导传感器、压电传感器、加速度计、陀螺仪及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个传感器适用于感测选自声学、声音、振动、化学、电流、电势、磁、无线电、环境，天气、湿度、水分、流量、流速、电离辐射、亚原子粒子、导航仪器、位置、角度、位移、距离、速度、加速度、光学、光、成像、光子、压力、力、密度、水平、热、热量、温度、接近度、存在性、生物功能中的至少一种，其中，所述生物功能选自心率、EEG、ECG、EMG、EOG、fMRI、运动、眼运动、唤醒、呼吸、血压、神经递质、新陈代谢及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述设备适用于通过所述至少一个传感器来识别至少一个感测部件以及至少一个刺激部件的位置。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个非暂时性计算机可读介质还包括检查所述至少一个头戴式设备的正确位置的指令，检查所述正确位置的指令包括步骤：接收关于所述至少一个感测部件以及所述至少一个刺激部件的所述位置的信息；比较所述信息与预定义的正确位置数据。如果所述信息等于所述预定义的正确位置数据，则继续执行指令；如果所述信息不等于所述预定义的正确位置数据，则向用户提供正确的位置指令。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述至少一个无线通信单元选自Wi-Fi、蓝牙、BLE、RF、NFC、音频、Zigbee及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述基于云计算的设备适用于采集与所述设备、协议、指令和用户相关的、并且从所述设备、协议、指令和用户采集的/采集到所述设备、协议、指令和用户的所有数据。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述设备配置为具有选自头带、头盔、手表、枕头填充物、床头板、睡眠面罩、浴帽、帽子、戒指、手镯、项链、植入物的形式。

在本申请的另一个范围中提供的上述任意的系统和设备中，所述脑刺激的意图是：引导清醒现实、改善睡眠、改善运动神经性能、改善学习、加强游戏活动、改善心理健康及它们的任意组合。

在本申请的一个范围是提供一种用于脑刺激的方法，该方法包括步骤：提供上面所描述的设备；将所述设备安装在用户的头部上；激活所述设备，以执行下面的协议步骤：1)感测脑活动；2)确定所述脑活动以及所述脑活动的主要特征；3)存储与所述脑活动以及所述主要特征相关的信息；4)根据预定的刺激协议开始进行刺激；5)如果所述脑活动已达到所需的脑活动模式，则进行感测；6)如果不是，则根据步骤5)的结果或者基于存储的刺激参数历史来改变刺激参数；7)如果是，则停止脑刺激并且存储刺激参数历史；8)持续地感测所述脑活动，以确保所需的脑活动模式的连续性，直到所述协议结束；9)如果所述脑活动与所需的脑活动模式不匹配，则返回步骤4)。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，利用具有从约0.01Hz至约5000Hz的频率的波来执行所述开始进行刺激的步骤。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，利用选自α、β、γ、δ、θ及其任意组合的脑电波来执行所述开始进行刺激的步骤。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，在至少一个外部设备上执行所述存储与所述脑活动以及所述主要特征相关的信息的步骤以及存储刺激历史的步骤，所述至少一个外部设备选自手机、平板电脑、专用设备、基于云计算的设备及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，该方法还包括：监测生物功能的步骤，所述生物功能选自心率、EEG、ECG、EMG、EOG、fMRI、运动、眼运动、唤醒、呼吸、血压、神经递质、新陈代谢。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述预定的刺激协议选自引导清醒现实协议、改善睡眠协议、改善运动神经性能协议、驾驶协议、改善学习协议、加强游戏活动协议、改善心理健康协议及它们的任意组合。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述引导清醒现实协议包括以下步骤：a)以每次30秒的周期分析与REM活动相关的波长，从而识别REM阶段；b)以约40Hz和约250μA刺激背侧前额皮质(DLPFC)，从而刺激γ活动；c)检测γ活动的振荡中的内源性变化；d)如果所述γ活动的振荡中的内源性变化符合预期，那么：保持刺激以维持所述γ活动中的振荡；利用α波和β波进行刺激，从而有助于在整个清醒梦中保持控制和睡梦回忆；e)如果所述γ活动的振荡中的内源性变化不符合预期，那么：改变频率并且返回步骤b)。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述改善睡眠协议包括以下步骤：a)通过确定用户的脑活动、以等于用户自身的活动的频率进行刺激、以及以增强从约3Hz到约5Hz的慢波的睡眠的频率进行刺激，来引导更快的睡眠；b)通过刺激脑来引导睡眠优化，以使用户将更多时间花费在慢波睡眠和REM中，并通过模拟用户自己的活动的慢波睡眠(SWS)和REM并进行相应地刺激，使用户将更少时间花费在浅睡眠中；c)通过使用基于刺激的γ刺激来引导能量唤醒，从而有助于在睡眠后更快地恢复意识。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述改善活动神经性能协议包括以下步骤：a)确定用户中的β活动的水平；b)以约20Hz以及从约200μA至约1500μA进行刺激，从而刺激β活动；c)检测β活动的振荡中的内源性变化；d)如果所述β活动的振荡中的内源性变化符合预期，那么：保持刺激，以保持所述β活动中的振荡；e)如果所述γ活动的振荡中的内源性变化不符合预期，那么：改变频率并且返回步骤b)。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述改善学习协议包括以下步骤：a)确定用户中的γ活动的水平；b)以约40Hz至约60Hz以及约500μA刺激背侧前额皮质，从而刺激γ活动；c)检测γ活动的振荡中的内源性变化；d)如果所述γ活动的振荡中的内源性变化符合预期，那么：保持刺激，以保持所述γ活动中的振荡；e)如果所述γ活动的振荡中的内源性变化不符合预期，那么：改变频率并且返回步骤b)。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述驾驶协议包括：a)同时地执行刺激：以约250μA和约60Hz刺激初级视觉皮层(V1)；以约270μA和约10Hz刺激右下顶叶皮质；以约0.5mA至约1mA以及约2KHz至约5KHz刺激初级运动神经皮层。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述提高游戏活动协议包括步骤：a)通过使用用户的脑活动以及通过刺激增加用户的内源性α活动来刺激外在专注过程；b)使用60Hz刺激来刺激初级视觉皮层点位；c)通过提供直流电刺激(tDCS)以及从约1000Hz到约2000Hz的高频刺激来刺激运动神经皮层；d)从约60Hz至约90Hz刺激额叶和运动神经皮层，以改善所述用户的反应时间。

在本申请的另一个范围中提供的方法中，所述引导改善心理健康协议包括步骤：a)测量所述用户的脑活动；b)识别脑活动中的异常；以及c)进行刺激，以使所述脑活动达到正常基线。

附图说明

本申请的非限制性的实施例将参照附图以示例的方式进行描述，其中，这些附图是示意性的而并非按比例绘制。在这些附图中，所示出的相同或者大致相同的每一个部件典型地由单一编号表示。为了清楚的目的，并不是每一个部件都标记在每一幅图中，并且在对于本领域技术人员而言说明不是必需的情况下，也没有示出本发明的每一个实施例的每一个部件。在这些附图中：

图1为本申请的头戴设备的一个通用的实施例；

图2为本申请的头戴设备的另一个通用的实施例；

图3、图4和图5为本申请中的部件的实施例的示意性的展示；

图6为本申请的驱动器的配置的示意性的展示；

图7为本申请的电源单元的配置的示意性的展示；

图8为本申请的干电极的示意性的实施例；

图9和图10为本申请的方法的流程图；

图11为本申请的在用户头部上的刺激点的位置的示意性的展示；

图12为具有不同频率的、相互作用的两个波的示意性的展示。

具体实施方式

下面将更详细地描述本申请。以下说明并不意为是本申请可以实现的所有不同方式或者可以加入到当前申请中的所有特征的详细目录。例如，关于一个实施例示出的特征可以结合到其他实施例中，并且可以从实施例中删除关于特定实施例示出的特征。此外，鉴于在此公开的内容，本文所建议的各个实施例中的并不背离本申请的各种变化和添加对于本领领域技术人员而言是理解的。因此，下面的说明旨在描述本申请的一些特定的实施例，而并没有详尽地阐述其所有的排列、组合和变化方式。

除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本申请领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。在本申请的说明中所使用的术语仅用于描述特殊实施例的目的，而并不旨在限制本申请。本文所引用的所有出版物、专利申请、专利、专利出版物以及其他参考文献以引用的方式整体并入本文中，以用于与所提出的参考文献中的句子及/或段落相关的教导。

应当理解的是，当元件或层被称为在另一个元件或层之“上”或者与另一个元件或层“附接”、“连接”、“接合”、“耦合”或“接触”，其可以表示为直接地在其他元件或层之上、与其他元件或层直接地连接或接合，或者存在中间元件或层。相反，当元件或层被称为“直接地在”其他元件或者层之上或者与其他元件或层“直接地连接”或“直接地接合”，其表示不存在中间元件或层。本领域技术人员应当理解的是，对被设置为与其他结构或特征“相邻”的结构或特征的音乐可以具有与相邻结构或特征重叠或位于其下的部分。

本领域技术人员还应当理解的是，本申请的各个方面可以以硬件和/或软件(其包括固件、常驻软件、微代码等)的形式实现。因此，对于被称为电路、模块、设备和/或系统的硬件/软件的各个实施例，将在此对本申请的各个方面进行说明和描述。在一些实施例中，本申请的各个方面将采用在具有本文所实现的计算机可用或者计算机可读程序代码的计算机可用或者计算机可读介质上的计算机程序产品的形式。

任何合适的计算机可用或者计算机可读介质可以被使用，包括但不限于，计算机可用或者计算机可读介质信号介质以及计算机可用或者计算机可读存储介质。

在一些实施例中，本申请的各个方面将采用在具有由指令执行系统使用或者与该指令执行系统相关的、在介质中实现的计算机可用或者计算机可读程序代码的计算机可用或者计算机可读存储介质(例如，非暂时性计算机可用或者计算机可读存储介质)上的计算机程序产品的形式。计算机可用或者计算机可读存储介质可以为任何有形的介质，该有形的介质可以包含和/或存储有用于指令执行系统、装置或设备使用的或者与该指令执行系统、装置或设备相关的程序。例如，所述计算机可用或者计算机可读存储介质可以是电子、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或者它们的任意适当的组合。因此，在一些实施例中，本申请的各个方面以便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(random-accessmemory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammable read-only memory，EPROM或者闪存)、具有中继器的光纤、便携式光盘只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或者它们的任意合适的组合来实现。

在一些实施例中，本申请的各个方面将采用在具有由指令执行系统使用或者与该指令执行系统相关的、在介质中实现的计算机可用或者计算机可读程序代码的计算机可用或者计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式。计算机可用或者计算机可读信号介质可以为任意的计算机可用或者计算机可读介质，该计算机可用或者计算机可读介质不是计算机可用或者计算机可读存储介质，而可以连通、传播和/或传输通过指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备相关的程序。计算机可用或者计算机可读信号介质可以包括具有在其中实现的计算机可用或者计算机可读程序代码的传播的数据信号。例如，所述计算机可用或者计算机可读信号介质可以包括实现在基带或载波中的计算机可用或者计算机可读程序代码。所述传播的数据信号可以采用任意合适的形式，包括，但不限于，电磁信号和光信号。所述传播的数据信号可以利用任意合适的介质来进行连通、传播和/或传输，该介质包括，但不限于有线和无线的连接通道。因此，在一些实施例中，本申请的各个方面以在LAN(local area network，本地局域网)、互联网、公共电话交换网络、蓝牙、WLAN(wireless LAN，无线局域网)或者它们的任意合适的组合中进行传输的计算机可用或者计算机可读信号介质中实现。

用于实现本申请的各个方面中的操作的计算机程序代码可以以包括有面向对象编程语言(例如，Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等)、传统的过程化编程语言(例如，C编程语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP)、动态编程语言(例如，Python、Ruby和Groovy)以及其他编程语言中的一种或多种编程语言的组合来进行编写。所述程序代码可以整体地执行在用户计算机上(例如，整体地在赋值入口上)、部分地执行在用户计算机上(例如，部分地在赋值入口上)、作为独立的软件包、部分地执行在用户计算机上并且部分地执行在远程计算机上(例如，部分地在赋值入口上并且部分地在赋值中枢上)或者整体地执行在远程计算机或者服务器上(例如，整体地在赋值中枢上)。在后面的情景中，所述远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或者广域网(wide area network，WAN)的任意类型的网络、由外部计算机(例如，经由利用了互联网服务提供商(Internet service provider)的互联网)而形成的连接、或者云计算环境或作为服务(例如，软件即服务(Software as a Service，SaaS)连接至用户计算机。

如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。

如本文所使用的，术语“约”，当用于指可测量的值(例如，质量、剂量、时间量、温度等)时，意味着包括指定量的±20％的变化。

如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。

如本文所使用的，术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。

如本文所使用的，术语“提高”和“增加”(或者其表述上的改变)表示在指定参数中增加至少约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％或者更多。

如本文所使用的，术语“抑制”和“减少”(或者其表述上的改变)表示在指定参数中减少至少1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或者更多。

如本文所使用的，术语“对象”或“用户”指代人类对象和动物对象，该动物对象包括，但不限于，小鼠、大鼠、兔子、猫、狗、猪、马、猴子、猿等。所述对象可以为雄性或雌性。所述对象可以具有任意合适的年龄，包括：婴儿、幼儿、青年、成年和老年期。在一些实施例中，本申请的设备和系统可以被用于以医学诊断和/或治疗目的引导对象中的生理和/或心理反映。例如，本申请的方法、设备和系统可以用于以医学研究或兽医用途为目的对哺乳动物对象(例如，小鼠、大鼠、猪和猴子)进行的诊断和/或治疗。

如本文所使用的，术语“传感器”表示来自以下类型的传感器：声学、声音、振动、车辆、运输、化学、电流、电位、磁、无线电、环境、气候、水分、湿度、流量、流速、电离辐射、亚原子粒子、导航仪器、位置、角度、位移、距离、速度、加速度、光学、光、成像、光子、压力，力、密度、水平、热学、热量、温度、接近以及存在性。

术语“脑功能监测”在后面表示任意能够监测用户的脑功能的传感器设备，例如EEG感测电极。

各种水平的神经振荡经由中枢神经系统被观察到，并且包括可以由脑电图(EEG)测量的锋电位序列、本地场电位以及大范围的振荡。通常，振荡可以由它们的频率、振幅和相位来表征。可以利用时间-频率分析从神经记录中提取这些信号属性。在大范围的振荡中，振幅变化被认为是由神经集群内的同步(也可以称为本地同步)变化而引起的。除了本地同步，还可以同步远距离的神经结构(单独的神经元或者神经集群)的振荡活动。神经振荡和同步可以关联至许多认知功能，例如，信息传递、感知、运动神经控制和记忆。

神经振荡已经在通过很多组神经元而产生的神经活动中进行广泛地研究。大范围的活动可以通过各种技术(例如，EEG)来进行测量。通常，EEG信号具有类似于峰值噪音的广谱含量(broad spectral content)，而且揭示了特定频段的振荡活动。首先发现和熟知的频段是α活动(7.5Hz至12.5Hz)，该α活动在放松的清醒期间从枕叶中检测到，并且在闭上眼睛时该α活动增加。其他的频段有：δ频段(1Hz至4Hz)、θ频段(4Hz至8Hz)、β频段(13Hz至30Hz)和γ频段(30Hz至70Hz)，其中，更快的节奏(例如，γ活动)关联至认知过程。在睡眠期间EEG信号的变化是动态的，并且从更快的频率逐渐地过度到更慢的频率，例如α波。实际上，不同的睡眠阶段通常由它们的光谱含量表征。因此，神经振荡与认知状态相关联，例如与意识和知觉相关联。

虽然人类脑活动中的神经振荡大多利用EEG记录来进行研究，但是它们可以利用多种侵入性记录技术(例如，独立单元记录(single-unit recording))来进行观察。神经元可以产生动作电位或锋电位(spike)的节奏图。一些类型的神经元倾向于以特定的频率进行发射，即所谓的谐振器。突发(bursting)是有节奏锋电位的另一种形式。锋电位图案被认为是脑中的信息编码的基础。振荡活动也可以以阈下膜电位振荡的形式被观察到(即，在没有动作电位的情况下)。如果许多神经元同步放电，它们会引起局部场电位的振荡。定量模型可以估计记录数据中的神经振荡的强度。

神经振荡通常可以从数学框架中学习，并且属于“神经动力学”领域，是认知科学的一个研究领域，它将重点放在描述脑功能时神经活动的动态特征上。它认为脑是一个动态系统，并使用微分方程来描述神经活动是如何随时间演化的。特别是，它的目的是将脑活动的动态图案与认知功能(例如，感知和记忆)关联。在非常抽象的形式下，可以利用分析法分析神经振荡。当在一个更加生理化的实际的环境中学习时，振荡活动通常是通过计算模型的计算机模拟来进行学习。

神经振荡的功能非常广泛并且随不同类型的振荡活动变化。示例是有节奏的活动的产生例如，心跳和感知中的感觉特征的神经结合，如物体的形状和颜色。神经振荡在许多神经系统疾病中也起着重要作用，例如，癫痫病的癫痫动作或者帕金森病患者的震颤期间的过度同步。振荡活动也可以用来控制脑-计算机接口中的外部设备，在这种接口中，对象可以通过改变特定脑节奏的振幅来控制外部设备。

设备

本申请的一个范围是提供一种廉价、轻量、紧凑并且易于激活的设备。该设备进一步包括连接至或者集成至额外的元件的功能，以获得更多的或者不同的功能。

通常，正常运行的设备必须包括：至少一个刺激器、至少一个检测器(或者传感器)以及至少一个具有合适的部件(参见下文)的电路板。

本申请提供了用于该设备的至少两个可行的实施例：

1.包括有所有必要部件的头戴设备。

2.仅包括刺激器和脑功能监测器的头戴设备。

全部配套的头带

该设备的组成部分为：

1.电子电路，其执行数据处理、无线/有线通信，并且包括电驱动器电路，包括低噪音接收器放大器；

2.电池组，其包括常规电池或者可再充电电池，以为系统供电；

3.刺激电极；

4.EEG感测电极。

在本申请的在一些实施例中，该设备包括一些放置在壳体中的电极，该壳体可以由用户佩戴在其头部上。本申请公开了一种用于产生并记录神经波形的智能头带。

现在参见图1，其示出了本申请的头带的示例性的实施例。该头带1000主要包括电路板1001和一系列的电极1002。在本实施例中，具有八个电极。本领域技术人员应当理解的是，电极的其他配置可以根据需要刺激和监测的脑部区域来做出。

该头带被配置为坚固可靠地佩戴在用户的头部上。该头带被设计为用于长时间舒适地佩戴。

在一些实施例中，该头带进一步包括EEG感测电极(也被称为脑功能监测器，未图示)。

现在参见图2，其示出了本申请的设备的另一个示例性的实施例。该设备2000包括多个全部连接至中心部分的支腿1003，该中心部分包括电路板1001。沿着每一个支腿1003，以相同的距离或者可变的距离布置有多个电极1002。每一个电极1002可以被独立地激活。靠近每一个电极1002，还具有能够从用户(参见下文)接收信息的传感器(未图示)。

先进的感测

为了获得稳固且用户友好的系统，在该系统中集成有新类型的电极。一种选择是检测小电流，该小电流通常由EEG通过使用具有局部放大器的电容来进行检测，该EEG将能够检测到即使与皮肤没有直接接触的信号。另一种选择是使用线圈，该线圈将能够检测到磁场(其给出了一些区域中的电活动的良好的指示)中的变化。又一种选择是使用导电聚合物或者导电橡胶，其可以形成为软梳子形状，并且以这种方式它们将能够穿过头发并直接与皮肤接触。

在优选的实施例中，多个传感器为了“感测”到彼此间的位置，这些传感器可以彼此进行通信。利用一个(或多个)参考点，该设备可以通知用户一个(或多个)支腿没有在正确的位置上。

现在参见图3，其详细示出了本申请的电路板100的一个实施例。在该示例中，该电路板100与电池30分离。在其他的实施例中，电池30可以包括在电路板100中。在一些实施例中，可以使用无线充电以及专用的储能器。

该电路板100包括可以为电路板中的所有部件供电的电源单元和功率调节器10。微控制器11包括一个或多个CPU(处理器内核)以及存储器和可编程的输入/输出外设。其还可以包括以铁电RAM(random access memory，随机存取存储器)、NOR(或非)闪存或者OTPROM(one time programable read only memory，一次性可编程只读存储器)以及小容量的RAM的形式的程序存储器。该电路板100中的所有部件连接至该微控制器11。

该微控制器11连接至数-模转换器(D2A)12。该D2A 12将来自微控制器11的数字指令转换为用于刺激电极16的模拟信号。从D2A 12中伸出的一系列独立的线路连接到特定的驱动器13，经由浪涌保护器14连接至用于刺激电极16的连接器15。作为对测量值的检测，从驱动器13采集信息/遥测信息，并且经由模-数转换器(A2D)17将信息/遥测信息发送回微控制器11。

该微控制器11也可以连接至能够分析已接收到的信号的EEG前端18。该EEG前端18连接至前端19(该前端19能够将模拟信号转换为数字信号并将该信号放大)，并最终连接至脑功能监测器电极21的连接器20。

该微控制器11还连接至Wi-Fi/蓝牙/BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)(或其他无线通信部件)数字单元22，该Wi-Fi/蓝牙/BLE(或其他无线通信部件)数字单元22连接至Wi-Fi/蓝牙模拟单元23，该Wi-Fi/蓝牙模拟单元23最终连接至天线24。

最后，该微控制器11连接至USB连接器25，该USB连接器25在必要时可以控制、更新和调试系统。在一些实施例中，除了使用USB连接器，也可以通过无线通信部件控制、更新和调试系统。

在一些实施例中，该设备可以直接地与云端通信，而不需要外部设备。

通常，该设备以能够改变/提高/降低用户的特定技能、感觉或能力的不同的安培(例如，0.01mA至5mA)和频率(例如，0.001Hz至250kHz)进行刺激。

该设备由检测生物活动(例如，EEG、心率、EOG(electro oculogram，眼电图)等)的可分离的感测元件以及刺激脑的不同部分的刺激元件(例如，电极)组成。为了提供额外的功能，其他部件也可以集成到设备中，例如并不针对脑的其他刺激/记录装置(例如，用于语音刺激的耳机)以及能够为不同情况(例如，运动员在训练时并需要更多的稳定性的情况)下提供额外保护的防护装置。

该设备可以具有多种形式，一些形式是可穿戴式的而一些形式则不是，例如：头带、头盔、手表、枕头填充物、床头板、睡眠面罩、浴帽、帽子、戒指、手镯、项链、内部设备(植入物：用户脑上的电极阵列、假牙等)。

该设备适用于轻量化的可穿戴系统，该系统工作在电池上并且连续运行数小时。

该设备可以具有外部充电器，该外部充电器可以具有额外的特性，例如，固件升级特性。

仅包括刺激器和脑功能监测器的头带

在本申请的其他实施例中，该头带主要包括：刺激器、脑功能监测器和最小化的支持性硬件(即，无线部件、微控制器、电源适配器等)。

其理念是提供一种非常轻且穿戴舒适的设备。该设备具有支持装置，该支持装置将执行主要指令。该支持装置可以为专用的“黑盒子”或者移动装置。进一步的，在该实施例中，该头带可以不包括内置电池。

在该实施例中，该头带接收来自外部设备的指令，以根据包括在该外部设备中的协议来刺激对象。该头带接收来自脑功能监测器的信息并且将该信息传递回该外部设备，以用于分析。该外部设备执行分析，并且如有必要，将进一步的刺激指令传递回至头带。

该外部设备与云端直接地通信，以传递并接收相关的信息。

现在参见图4，其示意性地示出了实施例200的一些部分。控制单元201包括电源10，该电源10向整个系统提供所需电能。还包括微控制器11，该微控制器11调节并激活设备的动作。还包括USB连接器25。该微控制器11连接至无线前端31，该无线前端31连接至驱动器13，该驱动器13连接至天线24’b。该天线24’b用于凭借天线24’b向刺激电极单元202传递电能和指令。该电能被传递至电力捕获模块10’，该电力捕获模块10’用于向刺激电极单元202提供所需电能。模拟解调器33，其连接至天线24’b2。类似的驱动器13，其设置在该模拟解调器33之后。随后是保护单元14和最终的电极16。感测电极单元203包括电极21，该电极21连接至放大器32，该放大器32连接至其他的模拟解调器33。凭借天线24’a2传输该信息。该感测电极单元203凭借天线24’a3接收电能并且将电能存储在电力捕获模块10’中。从该感测电极单元203传递的信息通过天线24’a接收，并且通过放大器32进行放大，并且经由其他的无线前端31传递至微控制器，以用于分析。该控制单元201进一步包括Wi-Fi/蓝牙(或类似的)数字单元，该Wi-Fi/蓝牙(或类似的)数字单元凭借连接至用于传输和/或接收的天线24的Wi-Fi/蓝牙(或类似的)模拟单元从微控制器接收信息和/或向微控制器传递信息。

现在参见图5，其示出了本申请的另一个实施例。设备300主要包括两个部件：仅包括刺激器和脑功能监测器302的头带；以及控制单元301。这些部件与前面所描述的部件相同，只是刺激电极单元202和感测电极单元203被整合在一个部件302中。由于两个单元被整合在一起，因此它们可以共用部件，例如：模拟解调器33、用于数据传输的天线24’c1、用于电能传输的天线24’c2，以及电力捕获模块10’。

下面的表格描述了两个实施例之间的不同：

设备13

当执行经颅的交流电刺激(transcranial alternating current stimulation，tACS)时，通过在设备上引入经由颅骨的外部电力，该设备模仿脑部电流。通过经由电极发送恒定/交变小电流，可以进行经颅的直流电刺激。将交变正弦电流施加到包括有脑内电流的感兴趣区域中。该电流基于所使用的刺激的类型来增加或者降低被刺激的特定区域中的神经元兴奋性。

来自tACS设备的发射可以被看作到负载(例如，电阻器)的电流的供应。从这种还原性的类比到现实的区别是“负载”(或者用户的头)的电阻实际上会随着时间而改变。电极垫的湿度(如果使用了盐水浸泡的垫)、参与物的水化水平、天气的湿度以及电接触可以使所需电压偏离需求。

该设备的基本规格如下：

高精度低速率的数-模转换器(D2A)：分辨率＞18bit(比特)，采样率＞1010MSps(每秒采样百万次)。

双向交流驱动器：电流源范围：±50uA(微安)：±2mA(毫安)，电压源范围：10V(伏)：30V，高共模抑制比(high common-mode rejection ratio，CMRR)。

本申请所公开的创新的驱动器响应于本申请的设备的特定的需求。双向电流源/宿性能、用于非常低的电流和高电压(高阻抗负载)的精确和稳固的操作、低功率和小尺寸以及安全性。

本申请公开了霍尔兰德(Howland)电流泵电路的改进版本。该霍尔兰德电流泵是一种用于提供精确的电流的熟知的生物电电路。在应用中，需要交流电到生物负载的高精度的传递(即，电阻抗层析成像(electrical impedance tomography，EIT)、皮肤电活性(electrodermal activity，EDA))，霍尔兰德的输出阻抗是限制了在负载变化时的传递电流的精度的关键的品质因数。

本申请的设备进一步表征为：

高DC(直流电)精度；

非常高的输入共模范围；

集成的匹配电阻器；

支持各种电极技术的宽电压源范围(上至50V)。

在本申请的各个实施例中，该驱动器以以下架构为特征：提供了具有高DC精度、高输入共模范围、高精度的匹配电阻器以及宽电压源范围的双向电流源，从而能够产生包括有正弦刺激波的各种刺激波。

现在参见图6，其示出了本申请的设备配置的示例性的展示。所公开的标号与图3中的标号相同。图6示出了本申请的微控制器11连接至D2A 12，该D2A 12连接至驱动器13。应当理解的是，可以利用其他示意性的配置来获得相同的结果。该驱动器的示意性的展示为本领域技术人员的设计带来了灵感。

该驱动器13以电压控制的电流源运作，并且包括可操作的放大器40。反向输入41经由电阻器42连接地43。非反向输入44经由电阻器45连接至限于内部的直流阻断器(DCblock)46，微控制器11经由D2A 12向直流阻断器46提供信号输入电压源。输出47经由反馈电阻器48连接至反向输入41。经由可变电阻器49的电流限定了经由一系列的反馈电阻器，并且凭借连接有电极的香蕉插座(banana socket)56发送至负载(用户的头部)的输出电流。复合电阻器50-51-52连接至非反向输入44，直接来自香蕉插座56的电阻器53也连接至该非反向输入44，复合电阻器50-51-52进一步连接至与直流阻断器46连接的电阻器54，并且连接地55。复合电阻器57-58-59连接至反向输入41并且连接地60。该驱动器13为差分放大器，其区别地感测输入信号和反馈二者。输入电阻器是紧密电阻匹配的。反馈电阻器是紧密电阻匹配的。考虑使用交变电流源驱动器，例如具有固有电阻器匹配性的完全集成的驱动器。

在本申请的驱动器中，所选择的电阻器值可以符合如下等式：

并且，接着：

在特定情况下：电阻器42＝电阻器48＝电阻器45＝电阻器53＝R，并且41中的电压＝0V，我们得到：

在本申请中，44中的电压为D2A 12的输出。

电源单元13

电源单元是本领域所熟知的。参见图7，其示出了本申请的供电单元10的一个实施例的示意性的表示。在该示例中，电路是基于9V的低电压电池，以保证即使在硬件故障的情况下，也不会将高电压施加至用户并且使系统可以被安全地使用。

监测

该设备适用于监测生物功能，例如(但不仅仅是)：心率(HR)、脑电图(EEG)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)、眼电图(EOG)、功能磁共振成像(fMRI)、近红外光谱(NIRS)、射频(RF)、动作传感器、超声、眼睛运动、唤醒、呼吸、血压、脑中的实时的化学活动(神经递质、代谢)。

本领域技术人员应当理解的是，每一种生物功能需要配置为设备(其是可穿戴的或者不是)的一部分的特定的传感器。

所有元件都连接至微控制器单元11。该微控制器记录并分析通过这些元件所接收到的数据。在一些实施例中，该数据可以被发送至云端或者数据库。

在云端收集到的数据被用于通过在一些用户和建议的治疗中的大数据分析而找到异常。在一些实施例中，用户经由用户APP将接收该异常的通知并且将接收推荐。

引导

该设备适用于引导特定的刺激，例如(但不仅仅是)：电流、磁场、光、声音、气味、超声、振动、液体的输注(内部/外部，例如神经递质)、具有生物功能的物体、气流(5种感官刺激)。

本申请所公开的特殊的电极被设计为获取监测并以最佳方式进行引导。

引导物可以为独立的单元，该独立的单元可以适应于不同类型的EEG或者其他可穿戴的/固定的设备.

干电极

为了引导可以影响脑的电刺激，需要可以将电流直接地传输至头皮的低电阻电极。通常，通过利用导电凝胶或者生理盐水来获得。在本申请的一个实施例中，本申请的电极由小金属针制成，在每一个小金属针的中间设有弹簧，以这种方式，即使这些电极没有按压在平坦表面上，它们也可以具有与头皮接触的接触点。这些针也可以穿透头发，并且它们足够细，从而能够接触头发之间的头皮。此外，与所有针连接的表面是导电且柔性的，以确保具有最大导电性。

在本申请的优选的实施例中，刺激电极为新型干电极，对于其性能，并不需要任何类型的外部导电湿性材料。

现在参见图8，其示出了本申请的干电极700的一些实施例。

在一个实施例中，干电极701包括柔性基板，该柔性基板具有柔性针702阵列。这种结构有助于穿过头发并且刺激头皮，而不需要生理盐水或者导电膏(conductive creme)。如图所示的，每一个针702的机械机构包括：基体703、刺激线圈704和护罩705。本领域技术人员应当理解的是，柔性基板和柔性针也可以有不同的配置。

在其他实施例中，该干电极是一种粘性垫706的形式，该粘性垫706具有刺激707能力和脑功能监测708能力二者。

在其他实施例中，该干电极配置为扁平电极709，该扁平电极709具有刺激707能力和脑功能监测708能力二者。由于电极是扁平的，因此该干电极包括电容传感器，该电容传感器可以检测头皮表面上的微小的电流变化。在另一个实施例中，该干电极配置为具有柔性刷毛710的扁平电极，从而可以更好地穿过头发并且与其头皮接触。

在所有的实施例中，该干电极可以进一步包括内置天线以及用作无线刺激器/脑功能监测的处理器。为了改变刺激模式，可以将这些单元中的一些单元放置在不同位置。每一个单元可以被独立地并且以单独的方式激活。

刺激单元

可以以多种不同方式引入刺激。交流(AC)电是一种简单的方案，但是为了电流的流通，需要物理接触以及良好的导电性。在电极下方的区域中的组织的电位变化将增加在这些波峰(交流电具有波峰和波谷)上的细胞放电(fire)的可能性，并且最终细胞将在特定频率上同步。不同的方法包括红外刺激，该红外刺激可以激活在神经元细胞膜中的光激活的离子通道，因此在所期望的区域/频率中创建活动。红外刺激是有效的，因为其不需要与皮肤接触就可以使红外刺激通过皮肤，并且可以穿透颅骨并影响非常明确的组织。红外刺激的另一种工作方式是温和地加热所希望的区域——这会导致该区域的神经元发生放电的机会增加，并且在特定节律下，这将导致类似于经颅的交流电刺激(tACS)的结果。利用这种逻辑，超声刺激也可以起作用——因为加热目标组织可以产生同样的预期效果。最后，磁刺激也可以起到同样的作用，因为它会引入以类似的方式影响细胞的磁场。

控制-微控制器

微控制器管理过程并且整合设备使用的部件。

处理/分析

在三个不同的层面上处理原始数据：

1.实时采集到的数据

对于系统的正确功能重要的是，需要通过可以以实时分析的方式进行监测和处理而收集特定的数据，以确定用户的当前状态，从而允许微控制器在正确的时间开始进行引入。用户的状态由其环境和生理状态决定。

2.用户数据

对某些数据进行处理，以便用户可以进行查看。这可能是更直观的(即，图形和图表)，以及清醒分数(Lucid score)。该清醒分数是通过测量特定用户的非清醒梦的脑活动而设计的。对特定波段功率比(约40/25/33Hz(赫兹))的自动比较是对用户的当前清醒体验的评分。也有可能在某种程度上考虑到用户关于体验的主观报告。

根据获取的数据和用户配置文件，系统为用户创建个性化的系统建议。这些建议的目的是实现选定的目标。因此，协议的变化可能在使用频率、刺激频率、刺激类型等中。

3.大量用户数据

可以更大规模地分析从所有用户中采集到的数据，以便提取用于不同领域的有用数据，例如：

·医学的——以发现可以识别和治疗的异常或病理。

·设备的改进——以改进产品的工艺并提高其效率。

·其他——有助于营销目的、基于偏好的建议等的数据。

设备中的数据的传输

如前面所提及的，数据可以被传输至设备并且从该设备传输至用户手持设备，例如(但不仅仅是)：智能手机、智能手表、平板电脑、PC、MAC，从而通过用户app而被使用。数据也在设备与云服务，以及用户app之间来回传输。系统更新或修复也在设备与外部平台之间传输。通信可以通过(但不仅仅是)Wi-Fi、蓝牙、BLE、RF、NFC(near field communication，近场通信)、音频、ZigBee或它们的任意组合进行有线或无线连接。在一些实施例中，该设备本身将数据直接地传输至云端。

数据可以在设备与外部附加物(软件、硬件或者任何其他的)之间传输。

用户配置文件

根据用户的习惯、脑活动模式、使用频率和生物数据，该设备对不同的用户具有不同的设置。个人偏好和用户定义的设置也会影响刺激协议。不同的监测或刺激程序可以应用于不同的用户——利用该系统具有每个用户的进度的存储器，并适用于特定用户的算法。

作为手机配件的设备外形因素

整个设备可以为智能手机的配件。它可以通过有线或无线方式从手机电池中获取电量，同时以更有效的方式与设备通信，并且由于其不需要电池或充电能力，该设备的重量和尺寸可以最小化。在这种形式下，该设备还可以包括几个不同的贴片/夹子，这些贴片/夹子上设有电极，该贴片/夹子形成为独立的单元，但通过蓝牙/Wi-Fi/BLE与智能手机以及彼此进行同步。

用户-app

用户app可以包括(但不仅仅是)统计(生命体征、睡眠周期)的可视化、可选的刺激/非刺激程序、过程管理、过程的游戏化、其他用户的排名、与不同实体(如市场、医疗需求)的联系、睡眠质量、清醒梦的改进。用户的报告将有助于改进和持续跟踪用户的成就。

·基线/持续测试-清醒测试。

·配置(无线网络，电子邮件通知)。

·安全算法升级过程。

VR(virtual reality，虚拟现实)配件

为了给予用户完全的体验，该系统本身可以集成到现有的AR(augmentedreality，增强现实)/VR设备上。例如，如果用户的目的是通过VR进行物理治疗，那么该系统可以将刺激引入至运动神经皮层，从而在受伤后进行物理治疗时缩短恢复时间，并且使治疗更快和更有效。另一个示例——如果用户使用VR设备玩游戏，该设备可以刺激体感皮层，以向用户提供感官输入，使体验更真实和/或刺激前庭神经，以向用户提供运动的感觉——从而增强了体验并且降低了与运动相关的副作用(例如头痛、头晕等)。

校准测试

为了优化系统，该设备的电极需要放置在正确的位置上。为了做到这一点，标记易于用户找到的参考点，然后在用户和在app上具有视觉指导的定位系统的帮助下对准其余的电极。该装置可以使用张力传感器来测量头部的总周长，以及电极本身之间的距离，以便确定从参考电极到其他电极的距离，然后该距离可以由用户调整，以将其正确地设置在相关区域之上。

通过在头带上创建特殊刺激网格来执行用于确保设备在用户头部上的正确定位的另一种方法。网格的每个部分都适合于提供刺激并执行监测。一旦在网格的特定的独特区域(被称为参考点)中检测到能够与脑的特定独特部分相关的特定独特的脑活动，系统就能够基于该参考点在网格上布置刺激区域，以匹配正确位置。

另一种类型的校准测试可以通过测试用户的内源性活动来执行。该装置以不同的频率和电流发出短刺激，并测试活动的变化。

最后，该系统可以保持在用户的头上，研究特定用户的自然活动频率，然后在不同的算法中实现这些值，以便为每个独特的用户提供个性化的刺激。

方法/协议

已经示出了某些活动(例如，记忆巩固或者意识)由脑的不同区域中的独特同步活动进行表征。最新研究表明，通过外部刺激对该活动的模仿可以创建理想的固有效应。例如，刺激已知参与记忆巩固过程的区域显示出人类患者的记忆巩固的改善。可以从不同病理的数据中提取诊断。例如，不规则的REM(rapid eye movement，快速眼动)时期可能指向抑郁症，而前额叶区域的异常γ活动与精神分裂症相关。

像许多其他生物功能一样，这种同步活动在人与人之间稍微不同，并且并不总是相同的。活动振荡的频率会改变，并且电流也会改变。为了确保正在增强正确的活动，系统监测用户的生命体征。可以根据科学文献或根据为设备开发的内部度量以及根据用户的基线测试来分析结果。例如，用户可以使用他的智能手机设备进行简单的记忆测试，并且在此期间可以记录用于记忆巩固的特定脑活动。这样，设备在匹配区域中具有用于记忆巩固活动的特定用户的基线。

神经元用于通信的电活动可以通过放置在用户头皮上的策略性位置上的电极来检测。例如，为了测量与运动性能相关的活动，将电极放置在称为运动神经皮层(motorcortex，M1)的皮质区域上方，或者如果需要观察视觉信息/处理，则可以将电极放置在视觉皮层(visual cortex，V1)后面。具有特定频率和安培的驱动电流的刺激电极也被放置在策略性区域上，例如通过将电极放置在上面那些区域(前额的侧面)上或者甚至刺激M1来刺激背侧前额皮质(dorso lateral prefrontal cortex，DLPFC)。当该装置刺激特定区域并且在刺激之后，该装置记录来自这些区域(或者与这些区域相邻的区域)的活动，并通过在刺激脑活动之前和刺激脑之后进行比较来确定特定刺激对特定用户的效率和功效，并且验证是否已达到所需的变化(增加/减少％，改变波段频率等)。系统改变目标区域周围的频率(例如，对于高认知功能频率大约为40Hz，对于运动神经功能频率大约为20Hz等)，并且找到用户的最佳频率。

通过可以根据需要添加/移除元件的模块化设备来回应针对不同目的的多个区域的需求。附加部件可以是刺激部件或者感测部件，其中每个部件提供一个或多个特定功能。

激活后，用户根据用户的目标和需求来选择刺激计划(可以自动选择一个)，然后该设备开始与用户的脑通信。

该设备以新颖的方式教导脑这样做，而不需要用户与设备本身进行交互。

在一些实施例中，该设备学习并跟踪用户在他们的计划中的进展，并且在云服务器上分析海量数据以便找到更好的方法来解决未来的问题或已存在的问题，以及基于多个用户的海量数据为在某个参数(如睡眠障碍)的异常范围内找到的人建议特定治疗。

闭环神经反馈协议(neuro feedback protocol，NFP)通过根据从传感器接收的数据改变刺激的电压和频率，来增强刺激对特定用户的影响，使其对于特定用户来说是最佳的。例如，在冥想时，θ活动将会增加。当该装置正在为了θ增强而刺激脑时，该装置记录来自脑的活动。它检测脑的遵循程度，并相应地改变刺激。通过这样做，该设备实际上与用户的脑进行通信(双向通信)。对于有经验的冥想者，该θ活动可能比新人慢得多。因此，在使用冥想协议时，设备会检测用户的节奏，并在每次脑习惯时将其减慢(从8Hz到3.5Hz)。

该设备可以有助于实现一般的心理状态，例如放松、冥想、集中以及通过使用预设协议而实现的更具体的功能。协议为用户提供他的当前活动的增强(由当前协议定义)，这导致了增强现实(enhanced reality，ER)的状态。

一般方法

该装置遵循通用协议，刺激参数的变化在协议之间不同。

现在参见图9，其示出了本发明的一种方法800的流程图。该方法开始于感测用户的脑活动801并确定该用户的特定脑活动和主要特征802。为每一个特定用户存储接收到的信息803。然后，基于特定用户的接收到的脑活动和/或存储的脑活动来设定刺激参数804。该刺激参数取决于刺激的范围。在下面进一步解释不同的范围。然后，根据所选择的特定协议，开始脑刺激805。在刺激期间，开始反馈机制并且感测脑活动的改变806。如果脑活动没有改变到所期望的活动，则执行刺激参数的改变，直到感测到所期望的活动807。一旦达到所希望的脑活动，则停止刺激808。存储用于未来刺激的刺激历史信息809。仍然遵循脑活动以确保刺激的连续性810。同样，如果脑活动与所期望的活动不匹配，则开始新的刺激周期811。

现在参考图10，其示出了本申请的另一种方法900的流程图。该方法开始于选择想要改变/改进的特定的认知任务901。然后，系统感测用户的脑活动902，并且确定该用户的特定的脑活动和主要特征903。为每一个特定用户存储接收到的信息904。然后，基于特定用户的接收到的脑活动和/或存储的脑活动来设定刺激参数905。该刺激参数取决于刺激的范围。在下面进一步解释不同的范围。然后，根据所选择的特定协议，开始脑刺激906。在刺激期间，开始反馈机制并且感测脑活动的改变907。如果脑活动没有改变到所期望的活动，则执行刺激参数的改变，直到感测到所期望的活动908。一旦达到所希望的脑活动，则停止刺激909。存储用于未来刺激的刺激历史信息910。仍然遵循脑活动以确保刺激的连续性811。同样，如果脑活动与所期望的活动不匹配，则开始新的刺激周期812。

在下面的段落中，将描述用于特定范围/认知任务的不同协议：

1. 清醒现实(Lucid reality，LR)

梦是迄今为止最复杂的“虚拟现实”，它让睡梦者使用5种感官完全模拟世界，而没有任何编码限制。脑有能力创造一个完整的环境，用户可以通过清醒梦来对其进行探索。

在最近的研究中表明，用电流刺激皮质上的若干区域可以在做梦时引起用户的意识——一种被称为清醒梦的状态。通过这样做，该设备允许用户进入他处于控制的状态并且与该设备的其他功能相结合，这将允许他将此期间用作“训练室”。研究表明，在做梦的同时练习运动技能可以提高清醒时的技能。在梦中，运动神经皮层参与睡梦中的活动，而不是自己移动肌肉。这样，用户可以练习，并且在睡梦结束时，将向参与运动记忆巩固的不同区域提供刺激，从而使睡梦练习更有效。在整个过程中，该NFP确保用户获得特别为他定制的最小和最佳刺激。

另一个可以使用的应用是睡梦学习。当用户处于清醒梦状态时，该用户可以接收使他能够在做梦时学习新事物(例如新语言、事件、甚至是为了考试的学习)的听觉信息。在睡梦结束时，已知的参与到声明性的记忆巩固中的区域受到刺激，以使学习过程更有效率。

在睡梦结束时，无论目的如何，脑中的记忆巩固区域都将被激活，以便用户记住睡梦而无需唤醒他。通常情况下，除非用户在此期间被唤醒，否则脑不会存储这些记忆。通过使用该协议，用户将能够不间断地继续他的睡眠周期并且仍然记住他的睡梦和经历。

该系统还可以记录来自脑的不同区域的活动，例如在做梦时仍然活动的运动神经皮层，并且将某些活动模式关联到由连接到外部世界中的系统的各种设备和服务执行的功能的激活。就像激活闹钟，与智能家居连接，甚至发短信一样。其他活动可能遵循IFTTT(ifthis then that)协议。

通过刺激脑的正确区域可以影响睡梦的其他特征。

为了回顾在清醒梦中完成的训练，可以通过视觉皮层记录睡梦，然后使用各种算法重建，然后用户将能够在清醒时再次观察他的睡梦并更好地理解他正在练习的例程。该视觉皮层以非常特定的方式排列。数据按特定顺序组织，并且在呈现视觉刺激时，将在视觉皮层中出现特定的电活动模式。在不同用户之间收集视觉线索及其相应活动模式的大量数据库，将有助于识别如上所述的睡梦中的特定遭遇。

这些过程可以改善睡眠质量，克服慢性噩梦(如对清醒睡梦者的研究所示)和PTSD(post-traumatic stress disorder，创伤后应激障碍)，并为用户提供额外的时间来提高技能，在他睡觉时学习新事物，以及实现更高的意识状态。

清醒梦协议

用户睡觉时头上戴着电极。现在参见图11，其示出了在用户头部上的刺激区域。

例如，每只耳朵后面的电极用作参考和偏置。额头上的两个电极通过每次分析持续30秒周期的REM活动相关波长来检测睡眠阶段(和REM——快速眼动)。另一种方法是感测仅在REM中发生的EOG(眼睛运动)并且可以用电极或者红外传感器进行检测。有许多已知的检测REM的方法，它们中的任何一种都可用于本申请。当系统识别REM阶段时，它开始刺激DLPFC，例如，通过在F3和TP9下方(根据国际10-20定位系统的位置)(左侧)和以及F4和TP10(右侧)(见图11)下方放置的电极以40Hz和250μA进行刺激。系统检测到刺激后出现的振荡的内源变化，如果它没有检测到γ活动(大约40Hz波段)的足够上升(至少130％)，则会改变频率(减少/增加一点)，并再次尝试。系统重复该过程，直到找到对用户最佳的频率——并为特定用户提供最佳结果。在DLPFC的γ刺激之上，β刺激和α刺激有助于在整个清醒梦中保持控制和睡梦回忆。获得适合用户的特定活动的另一种方法是，在执行通常会引发γ活动的活动时，测量该用户的活动。

睡梦之外的功能控制

对于清醒梦应用，用户可以定义在用户清醒时记录的预设想法或动作。例如，这些想法或动作在脑活动中创造了独特的模式，并可以通过EEG监测来观察。如果系统识别出某种活动——将产生所期望的效果。例如，用户可以记录捕捉该用户手指的运动活动(通过使用M1上的电极)的EEG模式。从负责移动的区域记录的该模式对于用户进行的每个运动是唯一的，并且在用户下次重新进行相同运动时将是相同的。利用这些知识，系统可以创建特定活动的签名，并将其用作激活app、设备、播放歌曲等的触发器。然后用户进入睡眠状态，当他处于清醒梦时，他可以在其梦中抓住他的手指(这将导致脑中的相同活动模式)，EEG识别脑在这个特定活动期间发出的特定活动模式，其会触发同步到设备的手机中的闹钟。可以使用相同的方法来记录“冷”的想法并使用该模式来激活空调。通过这种方式，用户还可以通过在睡梦型打字机(dream type writer)上打字来为自己写出潜在的提示，例如，识别出动作，在他醒来时查看，或者停止闹钟工作或任何其他通信/控制。

例如，睡觉的人可以选择在做梦时听到的歌曲。这可以扩展到允许多个正在睡觉并做梦的人之间的通信。

2.睡眠

睡眠是人类必不可少的过程，睡眠不足(或过度睡眠)会导致严重的健康问题和心理问题。为了解决这个问题，该设备可以与脑中创建睡眠周期的区域以及我们的“内部时钟”进行交互。

该装置执行的一个功能是刺激视神经，该视神经将信息传递到上中心核(superior central nucleus，SCN)，这有助于确定外部时间。当然，这个过程是通过自然光完成的，但在今天的生活方式中，无论我们走到哪里，它都会被人工照明所触发。这种刺激使内部时钟同步，并利用延迟睡眠周期、时差延迟以及导致用户在特定时间范围之外睡眠的其他条件帮助人们。

最新研究显示，当用户正在睡觉时，该设备可以通过激活和同步脑中的不同区域来帮助维持正常的睡眠周期，以引起深度睡眠状态并维持它，并帮助用户控制他的睡梦(清醒现实协议)，其可以改善睡眠质量。

几个晚上之后，该设备可以学习用户的睡眠模式，并建议最佳的睡眠时间，以保证最佳的睡眠质量。

改善的睡眠

调节睡眠周期和唤醒/睡眠时间的其中一个因素是光的存在。为了重新同步睡眠周期，系统将刺激视神经(电极放置在太阳穴上)并“欺骗”脑认为其看到光，这是SCN的自然触发——脑中的区域负责昼夜规律(睡眠周期)。这种刺激的另一个目标是视觉皮层——因此在这种情况下，电极将被放置在头部的后部，并且大约6Hz至20Hz的刺激可以引起觉醒的感觉。此外，这些刺激可以帮助治疗慢性疲劳、时差、发作性睡病(narcolepsy)和其他睡眠问题。

系统改善睡眠的另一种方式是帮助用户在睡眠周期结束时醒来——而不是在当身体在生理上没有准备好开始新的一天的睡眠周期的中间醒来。如果身体在深度睡眠中醒来，则用户会觉醒疲劳并且睡眠质量会降低。通过分析睡眠周期并确保用户在REM或经历浅睡眠之后被唤醒，该系统可以确保用户处于醒来时的最佳状态，并且只要该用户醒来，就会提供产生有刺激唤醒的刺激。睡眠阶段的分析方式与检测REM阶段的方式相同，用户的数据会随着时间的推移进行保存和分析，以使系统在几天后学习该用户的睡眠模式并且提高随时间的准确性。另一种选择是根据用户的需求改变睡眠周期。通过使用刺激以进入慢波睡眠(深度睡眠)或者通过刺激脑干中触发REM睡眠的特定神经元来减缓活动。周期中特定阶段的出现的改变完全地改变周期的时序。另外，通过提供10分钟的DC负电流，可以给予F3和F4(图11)减少睡眠开始(用户入睡的时间)的刺激。使用相反类型的刺激(正向)来刺激相同区域将产生相反的效果，并且使用户更加精神焕发且更少疲劳。

3.运动

如果用户想要进行体能训练，他可以激活运动模式，然后刺激用户的运动神经皮层，最新的研究表明可以改善他的运动神经性能，而NFP确保刺激完全适合用户。

改善的运动神经性能可以实现更好、更安全的练习，并且更有效。其可以有助于加速物理治疗过程，预防跌倒，从中风中恢复，减少伤害，改善协调性并且最大限度地提高运动员的潜力。

在练习结束后，该设备刺激已知的参与巩固用户的运动神经记忆的区域。随着用户更多地记住每种练习，这些刺激使得练习更有效。

运动神经性能

当用户参与物理活动时，系统可以通过测量心率、血压和运动神经皮层(C3，C4——图11)的活动来检测物理活动。当然，它也可以通过电话传感器、鞋传感器、日历应用或许多其他方式来测量。通过不同的度量来记录和分析特定波段(β活动)，以确定用户的内源振荡活动。如果设备检测到这些通道中的高电平，或者用户激活运动协议，则该系统发出200μA至1500μA(根据用户的感测阈值)以及20Hz(根据用户的内源活动而可以再次改变)电流。刺激的效率和功效由记录的活动(刺激之前，期间和之后)以及通过测量可以在用户app中执行的任务期间的反应时间来确定。EMG测量还可以提供对特定用户上的刺激的影响的信息。如果通过任何其他手段(腕带、电话传感器等)检测到运动神经活动或者当用户通过专用应用程序手动激活时，该系统能够激活刺激。

在练习完成后，用户以相同的频率(20Hz)接受对运动神经皮层的刺激，这有利于早期运动神经记忆巩固(在练习结束后的几分钟)。这有助于用户记住“与该用户的身体”相关的该用户所练习的运动。如果用户正在练习通过不同传感器(电极、电话传感器等)可检测到的运动神经的活动，那么这种类型的刺激可巩固运动记忆。该协议针对3个关键时间段——在练习期间，慢波睡眠期间以及REM睡眠期间，其中发生了记忆巩固，并且增强了练习/训练疗程的效果和效率。

4.学习

当今在青少年中最常见的问题之一是缺乏对特定内容保持关注的能力。内在的关注是我们对我们所希望专注的任务给予的关注。如果注意力因为一些刺激(短信、闪烁的光、声音)而“徘徊”，人们就无法专注于他们所希望的任务(听老师说话、阅读)。

当用户想要更好地记忆材料或学习考试或甚至学习新语言时，他可以使用该协议。首先，该装置刺激与内在注意力过程相关的区域。这意味着用户不太容易受到外在刺激的影响。因此，用户将更少分心，更专注于他的学习。这种刺激与α活动相结合，也被证明有助于保持焦点，将为用户的学习课程取得最佳效果。NFP将确保针对特定用户的刺激是个性化的，并且为他获得了最佳和最有效的课程。

如果用户需要在他的学习过程中解决问题，则该设备可以刺激已经显示的区域，以增强解决复杂问题(液态智力)的能力，从而提高用于用户的课程的效率。

在课程之后，激励参与记忆巩固过程的区域，以确保用户尽可能多地记住课程，从而最大化过程的效率。

陈述性记忆巩固

为了改善记忆的巩固，可以在左侧DLPFC(F3)上放置一个电极，并将返回电极放置在腕部、腿部、肩部或者头皮上除了记忆系统以外的部分上。电极以约60Hz的频率发射约500μA的电流。通过在刺激之后(或在刺激期间)记录的活动，以及通过凭借app(在他醒着时)利用记忆游戏来检查用户的表现而可以确定刺激的效率。如前面所述的，该系统将尝试并确定用户的最佳刺激频率和电流强度，以便通过使用机器学习对刺激后从用户记录的不同刺激和内源活动来获得最佳的结果。用户的特定最佳频率可以通过使用app来为用户提供要求他记住或回忆特定类型的记忆的任务来确定，然后记录该请求所唤起的活动。该系统寻找的频率可以在一定范围内(60Hz)，但可以具有微小的偏移(每个个体不同)。

改善的学习

数学技能——为了提高用户的定量技能，直流电将在DLPFC处从左向右传输通过头皮。在解决app中的问题的同时，通过测量刺激期间和刺激后特定波段的增强活动，可以基于用户的内源活动来确定正确的电压和电流强度。还可以施加随机波段的刺激，以便提高用户的数学技能。

专注——该系统可以有助于用户获得对手头上的任务的所期待类型的专注。内在专注是指关注用户希望专注的刺激。例如，当人们在你身边说话而你正在试图阅读时，这可能是一件很困难的任务。当用户试图专注于他面前的单词时，听觉系统仍然接收输入，有时该输入可能会干扰手头上的任务。为了增加这种专注，该系统可以测量和刺激用户在尝试专注于任务时活动的用户的特定波段，并且其基线为40Hz(γ活动)。刺激是以用户最佳波段针对右半球中的下顶叶的角回(angular gyrus)。外在的专注是将注意力转移到外部世界的刺激的能力。例如，如果你正在一条黑暗的道路上驾驶，而突然有一只猫跳到路面上——能够更快地注意到那只猫并因此可以有时间制动的能力取决于你的外在专注力。为了改善这种类型的专注，系统以大约10Hz刺激右半球(P6)的下顶叶中的角回。刺激F3和F4具有缓慢的θ活动(大约4HZ)，从而改善听觉言语记忆巩固。

驾驶(操作重型机械、军工设备)

关于专注的问题，通常人们触及的问题是耗费心理资源的外在关注，而非内在专注。这意味着，不是专注于所需的对象，而是环境中的某些东西会吸引注意力，然后焦点就是针对这种刺激。

视觉系统有许多基本部分，但数据也在视觉皮层中处理。结果表明，刺激该区域可以增加对比度感知。然后，该装置刺激该区域，以便使用户更好地辨别其视野中的物体，这样会产生更安全的驾驶，以及更好地识别该用户视野中的目标。

另一方面，驾驶是一项可能需要更多地专注于外部刺激，而不是自己的想法的任务。当一个人跳到路面上时，或者交通信号灯突然变为红色时，就需要尽快地捕获该信息并且使用该信息来做出快速的调整。

该协议用于外部焦点，这意味着其刺激参与外在专注过程的脑区域，这在最近的研究中已经证明其可以减少对视觉刺激的反应时间。同时，运动神经皮层也会受到刺激，以便为用户提供增强的运动神经性能，并且尽可能好地处理这种情况。

这个过程增加了驾驶的安全性，同时它也可以帮助处于危险任务中的士兵，甚至是负有重大责任并依靠外在专注力确保乘客安全的商业飞行员。

详细的计划(示例)：

1.驾驶协议的激活；

2.初级视觉皮层(VI)的刺激250μA，60Hz；

3.右下顶叶皮层的刺激270μA，10Hz；

4.初级运动神经皮层的刺激0.5mA至1mA，2/5K Hz；

5.当用户完成驾驶时，该用户利用用户app关闭刺激。

5.游戏协议

当今的游戏玩家需要很多敏锐的技能和专注力才能非常优秀。保持和练习这些技能可能需要花费大量的时间和精力。该协议以更快的方式最大化用户的游戏能力。

与外在的专注过程相关的区域受到了该装置的刺激，使得用户更容易受到显示屏上的刺激。

此外，V1点位也受到刺激，以增强使用户能够更好地感知的用户的视力，同时也会刺激用户的运动神经皮层——让用户在游戏时减少反应时间——这游戏玩家来说是非常重要技术。

6.精神健康

由于该装置的刺激，在特定条件下(例如，抑郁症、精神分裂症、ADHD(attentiondeficit hyperactivity disorder，注意力缺陷多动障碍)、帕金森、阿尔茨海默病，神经退行性疾病、睡眠障碍、精神障碍)显示出低活性的区域中，自发活动和新陈代谢可能会增加，从而恢复在这些区域中的正常活动，并且解除与这些条件相关的症状。

众所周知，几种精神状态与不同脑区的异常活动和同步相关(例如，精神分裂症和前额皮质中的γ活动)。

通过将这些区域刺激到正常活动范围，该装置可以改善症状，并且通过使用NFP，该装置可以通过帮助脑恢复其正常活动来帮助长期治疗该病症。正常的活动由标准的——没有患病的人群来定义。

自动激活

在此协议期间，设备使用传感器(生物和环境)和算法，以确定刺激哪些区域，以便为用户提供当前任务的最佳体验。该设备使用从用户收集的数据以及通过许多设备收集并发送到云端的海量数据，并且可以识别特定的活动模式，该活动模式指示用户正在尝试通过运动神经皮层中的较高活动来实现诸如身体训练之类的特定任务，并在规定的时间期间内提高心率，以及通过增强与运动协议类似的活动的刺激对其进行反应。

减少\改变功能

使用这里描述的相同方法，该系统可以激活将改变用户当前状态的活动模式。当用户清醒时，在皮质的几个区域中存在同步活动的模式。通过对这些区域引入不同的活动模式，如果该信号被“阻塞”，则用户可能变得无意识，例如，一种事实是，可以在手术台上提供帮助。

睡梦体验

由用户在智能手机/计算机/VR/AR上观看的商业广告将在脑中创建特定的活动模式。无论信号发生在听觉皮层/视觉皮层还是任何其他区域，该类型的模式都可以由设备记录并隔离。稍后：在睡梦中，在购物时，该设备可以刺激该特定模式并且给予用户“感觉”或记忆或特定的认知状态，该认知状态类似于该用户在观看商业广告时的体验。这可以通过不同的事件和经历来完成，例如，但不仅仅是快乐事件、性愉悦等。

复杂的刺激

脑中的不同区域凭借振荡相互通信。“数据”在若干频率上传输——当某个频率“搭乘”(承载)另一个频率时(参见图12)。

为了模仿这种通信，波应该一个在另一个上面地承载，并且为了获得最佳结果，设备将引入更复杂的正弦波。例如，在EEG记录中看到的短期记忆巩固活动是在θ之上的γ(如图12所示)。如果θ活动减慢到6HZ，则可以编码附加项目——这将提高过程的有效性。可以利用系统改变和引入搭载的波和基波二者。

在一个实施例中，将利用设备提取振荡信息并使用PAC(相位耦合)算法，将针对不同的认知过程确定波在其他波之上的正确搭载。确定波的正确形式后，可以以更高效的形式将其刺激回用户(或者甚至在异常情况下无视用户的内源活动而耦合在一起)，并且该过程的总效率将提高。在其他实施方案中，将使用其他信息来确保该过程的功效和效率。

同感(Empathy)

超边缘上回(supramarginal gyrus)可以以α频率刺激，以便同步调节人类同感的区域，并且实际上将其进行跨人群同步，以便在情感上连接人们。

药物经验

为了给予用户，由物质(例如，THC、前额叶皮质以及运动神经皮层)引起的“高”感，应当以减缓的内源性α活动以及提高θ活动的出现的方式来进行刺激。对于这种刺激，添加了来自THC用户的EEG记录的额外复杂刺激。

通过记录影响中枢神经系统的任何药物在用户身上的活性变化，并获得它们可以被装置刺激的特定模式/多种模式，可以做到这一点。这种刺激将产生药物的感觉和效果(不是身体上的——而是精神上的)。

视觉运动神经——记忆练习

镜像神经元刺激(布罗卡(Broca)区——腹侧前运动皮层(ventral premotorcortex，PMv)、后顶叶皮层(posterior parietal cortex，PPC)和颞上皮层(superiortemporal cortex))可以以8HZ至13HZ的频率进行引导，以获得感知的运动神经运动(通过人、视频、游戏、虚拟/增强现实设备)和运动神经皮层之间的联系。这种刺激应该增强学习运动神经技能的能力，同时观察它们——一种可以针对缓慢发育的儿童、从受伤中恢复的人和运动员来加快练习速度的系统。

改善的刺激

为了使刺激更快地起作用，可以在任何其他类型的刺激期间，给予提高组织兴奋性的刺激，这种方式可以使脑更容易产生变化，例如，可以在施加交流电的同时保持直流电刺激。这样组织更容易兴奋，并且对交流电刺激的反应更快。

7.时间干扰(temporalinterference，TI)刺激协议

通过使用高于生物范围的频率——在kHz范围内，可以针对脑深处的目标区域，而不刺激直接在其上方的区域。例如，使用脑右侧的电极以1000Hz进行刺激，同时以1010Hz刺激脑左侧，我们可以在脑深处产生10Hz的刺激。

这种刺激开辟了以前无法获得的新的刺激可能性。

丘脑

丘脑在皮质和皮质下区域之间的通信中具有许多作用。这种互动的主要作用之一是保持意识状态。通过以不同频率刺激该区域，该设备可以改变用户的意识状态。0.1Hz至15Hz的刺激会使用户处于深度睡眠状态——或麻醉状态。

丘脑也是睡眠纺锤波的成因。在睡眠期间刺激睡眠纺锤波模式，将导致用户进入深度睡眠阶段，并且可以改善记忆巩固。如果与REM刺激相结合，则每晚睡眠所需的时间将被缩短。

丘脑的另一个作用是将感觉器官的感觉信息传递到皮层中的相关处理器官。例如，从眼睛到视觉皮层。通过以正确的频率刺激丘脑中的特定区域(将根据每个用户使用感测电极和特定测试——听觉、视觉等来确定)，该装置将提高感测数据的传输速率和数据的转移量。此外，外部硬件设备此时可以收到信息的副本并使用它们，从而存储信息或者进一步分析该信息。

海马体(Hippocampus)

海马体——在我们的脑中央的香蕉形的“器官”。它的主要作用是产生个人或情节记忆。

刺激的示例

在下面描述的所有刺激中，电流将在大约250微安至大约1毫安之间。

·治疗耳鸣——通过利用tRNS(经颅随机噪声刺激)刺激听觉皮层，对于窄带噪声耳鸣，以低频率(0.1Hz至100Hz)进行刺激，而对于单音耳鸣，以高频率进行刺激。该刺激可以在250μA至1A的范围内。

·通过以10Hz至30Hz以及大约600μA对视神经进行刺激来治疗视力问题(视网膜、视神经、视觉系统的损伤)。这种再生刺激需要时间——因此，应该每天重复30分钟的疗程，至少1周，以获得结果。

·利用闭环系统——抗癫痫系统的工作方式可以检测到大约3至100倍的γ活动(其通常在癫痫发作之前发生)，然后通过提供经颅随机噪声刺激(transcranial randomnoise stimulation，tRNS)使活动失去同步，或降低γ活动的特定频率。

·通过调节前额区域的θ活动，该系统增强了工作记忆和回溯性监测之间的功能性联系。基本上，它可以治疗精神分裂症的某些方面。也可以使用我们的复杂刺激和相位耦合来调节β同步和γ同步(其在精神分裂症患者中也是异常的)。需要针对的区域是具有阳极电极放在左侧DLFC上的DLPFC。

·通过在250μA的阳极直流电流的SWS(slow wave sleep，慢波睡眠)期间刺激前额区域，我们可以改善陈述性记忆巩固，并且改善对象的情绪。刺激这些区域以获得更有效的所期待的效果的另一种方式是通过利用经颅交流电刺激(tACS)——以内源频率模拟SWS，系统将测量每个用户的内源频率。这种活动通常很慢且具有高的振幅(0.1Hz至3Hz)。

·脑的枕叶区域的阳极刺激——可以使用，来改善对象和面部的感知和记忆。可以在用户正在观看新对象或看到新面部时记录该活动，并且稍后可以在这些区域中以相同的外观模式给予刺激——以改善特定对象\面部的记忆。

·自闭症——是一种发育性脑部疾病，其特征是影响社交互动、口头和非言语交流以及兴趣和活动的各种障碍的三重障碍。基本上，是认知过程的整合存在缺陷。为了改善他们的情况甚至完全治疗自闭症——该系统可以刺激几个区域：

·首先——应该在整个皮层语言系统中增加活动。LIFG(left inferior frontalgyrus，左下额叶)是具有低活动量且需要加强的不同区域。另一方面，它们在需要减少的LSTG(Left superior temporal gyrus，左上颞回)中具有高活性(高于正常值)。

·左半球(更具体地说是额叶区域)中的升高的α活动归因于性动机或性唤醒。为了在用户中引入

它们，应该在前方左侧区域刺激8Hz至13Hz的频段(并且在右前方区域保持相同)。这种唤醒与额叶不对称性相关，因此左侧α应比右侧α更突出。

·心理旋转是识别在空间中旋转物体的能力。需要在卫星图像中寻找物体的人，如情报单位——在

人口稠密地区寻找威胁和隐藏的导弹发射器时使用这种技能。通过刺激具有用户的内源α频率的Oz-Cz区域，我们可以显著地提高这种技能。

Claims (20)

1.一种脑刺激设备，包括头戴式设备，所述头戴式设备具有：

感测电极系统，其被配置用于监测脑功能，和

刺激电极系统，其被配置用于刺激脑并且具有柔性基板，该柔性基板具有柔性针阵列，每个柔性针从所述柔性基板向外突出；

其中所述感测电极系统和所述刺激电极系统对于它们的性能不需要任何种类的外部导电湿材料。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括被配置成将信号传输到外部设备的通信系统。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述外部设备选自手机、平板电脑、和智能手表。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括被配置成将信号传输到云设施的通信系统。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述刺激电极系统被配置用于发射电刺激。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述刺激电极系统被配置用于发射磁刺激。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，包括驱动器电路，所述驱动器电路安装在所述头戴式设备上并且被配置成生成待由所述刺激电极系统发射的脑刺激波。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述驱动器电路被配置用于根据睡眠改善协议来生成脑刺激波。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述驱动器电路被配置用于生成用于引起深度睡眠状态的脑刺激波。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述感测电极系统被配置用于感测EEG信号。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述感测电极系统被配置用于感测MEG信号。

12.一种用于刺激和监测脑的系统，包括：

头戴式设备；

通信系统，其安装在所述头戴式设备上；和

本地控制设备，其被配置用于与所述通信系统和云设施通信；

其中，所述头戴式设备包括：

感测电极系统，其被配置用于监测脑功能，和

刺激电极系统，其被配置用于刺激脑并且具有柔性基板，该柔性基板具有柔性针阵列，每个柔性针从所述柔性基板向外突出；

并且其中所述感测电极系统和所述刺激电极系统对于它们的性能不需要任何种类的外部导电湿材料。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述本地控制设备选自手机、平板电脑、和智能手表。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述刺激电极系统被配置用于发射电刺激。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述刺激电极系统被配置用于发射磁刺激。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，包括驱动器电路，所述驱动器电路安装在所述头戴式设备上并且被配置成生成待由所述刺激电极系统发射的脑刺激波。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述驱动器电路被配置用于根据睡眠改善协议来生成脑刺激波。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述驱动器电路被配置用于生成用于引起深度睡眠状态的脑刺激波。

19.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述感测电极系统被配置用于感测EEG信号。

20.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述感测电极系统被配置用于感测MEG信号。