DE10034638A1 - Vorrichtung zur Stimulation von Neuronen - Google Patents

Abstract

Die Stimulation von Neuronen soll mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes anstelle eines niederfrequenten Feldes bewirkt werden. DOLLAR A Dadurch wird die Belastung der Induktionsspule durch große Ströme und große Kräfte vermieden, und bei Bedarf kann der räumliche Stimulationsbereich stärker fokussiert werden. DOLLAR A Dies wird erreicht, indem ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld vor Eindringen in das biologische Gewebe so moduliert oder nichtlinear polarisiert wird, dass sein Spektrum Anteile von zur Stimulation von Neuronen hinreichend niedriger Frequenz enthält. Die Modulation oder Polarisation erfolgt mittels zeitabhängiger Steuerung der Absorptions-, Reflexions- oder Polarisationseigenschaften des Modulators oder mittels der Dispersionseigenschaften des Modulators. Die Steuerung des Modulators erfolgt mittels galvanisch mit dem Modulator verbundener Stromquellen oder mittels elektromagnetischer Felder. DOLLAR A Die Vorrichtung eignet sich sowohl für diagnostische und therapeutische Anwendungen im Bereich der Neurologie als auch zur Informationsübertragung in Maschine/Mensch-Schnittstellen, insbesondere durch Bewirken von Tasteindrücken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stimulation von Neuronen mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes.

Die elektromagnetische Stimulation einzelner Neuronen oder neuronaler Lei­ tungsbündel wird in der neurologischen Diagnostik, Therapie und Forschung ein­ gesetzt, zum Beispiel zur Messung der Geschwindigkeit der Reizfortleitung, zu Untersuchungen an Epilepsie-Patienten und zur Reaktivierung bestimmter korti­ kaler Bereiche. Ein neuer Anwendungsbereich ist die Informationsübertragung in Maschine/Mensch-Schnittstellen durch nichtmechanische Stimulation der Ner­ venfasern von Hautsinnesorganen.

Neuronen können durch niederfrequente elektromagnetische Wechselfelder sti­ muliert werden [Geddes, L. A.: "History of Magnetic Stimulation of the Nervous System", in: Journal of Clinical Neurophysiology, Vol. 8, No. 1, Raven Press 1991]. Bei Verwendung handelsüblicher Geräte liegt das Körpergewebe, in das die zu stimulierenden Neuronen eingebettet sind, innerhalb der Nahzone des elektromagnetischen Feldes einer oder mehrerer Spulen. Eine Zusammen­ schaltung elektrisch geladener Kondensatoren wird über die besagte Spule bzw. die besagten Spulen entladen, wobei in der Nahzone Wirbelspannungen auftre­ ten, die im Körpergewebe Wirbelströme bewirken. Die Entladezeit der besagten Kondensatoren liegt bei etwa 100 µs [Jalinous, R.: "Technical and Practical Aspects of Magnetic Nerve Stimulation", in: Journal of Clinical Neurophysiology, Vol. 8, No. 1, Raven Press 1991]. Für kleinere Impulszeiten steigt die für eine Stimulation erforderliche Stromdichte im biologischen Gewebe stärker als umge­ kehrt proportional an. Da in bekannten Vorrichtungen zur elektromagnetischen Stimulation ohne Verwendung von Ultraschall eine Impulsdauer von 50 µs nicht unterschritten wird, ist die Grundfrequenz des von diesen Vorrichtungen bewirk­ ten elektromagnetischen Feldes kleiner gleich 10 kHz. Unabhängig von der Aus­ richtung der Spulen fließen die induzierten Ströme immer parallel zur Grenzfläche zwischen dem biologischen Gewebe und der Umgebung [Yunokuchi, K.; Cohen, D.: "Developing a More Focal Magnetic Stimulator. Part II: Fabricating Coils and Measuring Induced Current Distributions", in: Journal of Clinical Neurophysiology, Vol. 8, No. 1, Raven Press 1991].

Vorgeschlagen wurde auch, das neuronale Gewebe einem zeitlich konstanten oder variablen Magnetfeld und einer fokussierten Ultraschallschwingung auszu­ setzen, um in einem eng begrenzten Bereich eine zur Stimulation hinreichende Spannung zu induzieren [Method and Apparatus for Neuromagnetic Stimulation, U. S. 5,476,438]. Außerdem sind Vorrichtungen bekannt, mit denen biologisches Gewebe einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, zum Beispiel [EP 0 266 907].

Geräte, die Information in tastbarer Form darbieten, verwenden bewegliche Stifte [Elektromechanische Braille-Zeile, EP 0 281 746], bewegliche Membranen [Braille Display System for the Blind, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 28, No. 5, Oct. 1985] oder schwingende Festkörper [Tactility Providing Apparatus and Manipulative Device Using the Same, U. S. 5,389,849], um die in die Haut einge­ lagerten Tastrezeptoren mechanisch zu stimulieren. Es wurden auch sogenannte elektrotaktile Anzeigen vorgeschlagen, bei denen die Haut auf Elektroden aufliegt und die Tastrezeptoren durch Stromimpulse stimuliert werden [Brümmer, Hans: "Untersuchung von elektrotaktilen Schrift- und Bildtastverfahren für Blinde", VDI- Verlag, 1987].

Es ist bekannt, dass hochfrequente Burstsignale beim Durchdringen eines geeigneten dispersiven Mediums sogenannte Vorläufer bilden [Pleshko, P.; Palocz, I.: "Experimental observation of Sommerfeld and Brillouin precursors in the microwave domain", in: Physical Review Letters, Vol. 22, No. 22, 1969]. Der Brillouinsche Vorläufer enthält Signalanteile bedeutend niedrigerer Frequenzen als der Trägerfrequenz und kann sogar einen Gleichanteil enthalten.

Bekanntlich setzt sich das elektromagnetische Feld jeder Feldquelle aus zwei Komponenten zusammen. Die eine Komponente besteht aus den quasistatio­ nären Feldanteilen, die durch die Ladungs- und Stromverteilung der Feldquelle bewirkt werden, und aus den Feldanteilen, die als Folge der zeitlichen Änderung der quasistationären Feldanteile auftreten. Diese Komponente wird im folgenden "Nahzonen-Komponente" genannt. Die zweite Komponente wird durch die Beschleunigung der Ladungsträger innerhalb der Feldquelle bewirkt und besteht aus gleichphasigen elektrischen und magnetischen Feldern. Diese Komponente wird im folgenden "Strahlungs-Komponente" genannt.

Die bekannten Vorrichtungen zur elektromagnetischen Stimulation von Neuronen nutzen das elektrische Feld der Nahzonen-Komponente einer oder mehrerer Spulen. Unter den bei üblichen Anwendungen gegebenen Bedingungen muss das Stromstärke-Windungszahl-Produkt während der Dauer des Stimulationsim­ pulses auf mehrere zehntausend Amperewindungen anwachsen, um eine zur Stimulation hinreichende Wirbelstromstärke im Gewebe zu bewirken. Dadurch werden die Spulen erheblich erwärmt, und auf die Spulenwicklungen wirken rela­ tiv große Kräfte. Die durch die besagten Kräfte verursachte Verformung bewirkt ein deutlich hörbares Geräusch und kann unter ungünstigen Umständen zur Zer­ störung des Spulengehäuses führen. Das gesagte Geräusch kann, insbesondere bei ängstlichen Patienten, zu einer Reaktion führen, die die Reaktion auf die elektromagnetische Stimulation überdeckt.

Die funktionellen Einheiten des Kortex bilden senkrecht zur Schädelinnenfläche stehende Kolumnen. Eine fokussierte Stimulation einer kleinen Anzahl benach­ barter Kolumnen wäre aus neurologischen Gründen manchmal vorteilhaft, ist jedoch mit Strömen, die parallel zur Schädelinnenfläche fließen, nicht zu verwirk­ lichen.

Die Verwendung von Ultraschall erfordert über die Fokussierung hinaus noch die Kenntnis der Schwingungsphase im Fokus oder die Erzeugung einer elliptischen oder zirkularen Schwingung, je nachdem, ob ein magnetisches Wechselfeld oder ein statisches Magnetfeld vorliegt. Eine Kompensation der individuellen Unter­ schiede der akustischen Inhomogenitäten des Körpers erfordert die Messung der Gewebeschwingungen, wodurch die Anwendung eines Ultraschallstimulators sehr aufwendig wäre.

Bekannte Vorrichtungen, die biologisches Gewebe einem hochfrequenten elek­ tromagnetischen Feld aussetzen, sollen einen positiven therapeutischen Effekt ausüben. Da die hierbei verwendeten Felder in Hinblick auf Feldstärke und Fre­ quenz nicht geeignet sind, Neuronen zu stimulieren, beruht der besagte Effekt sicher nicht auf neuronaler Stimulation mittels des hochfrequenten Feldes.

Wenn ein elektrischer Stromfluß mittels auf der Haut aufliegender Elektroden bewirkt wird, so ist die höchste Stromdichte im Gewebe unmittelbar unter den Elektroden lokalisiert. Da viele Schmerzrezeptoren direkt unterhalb der Epider­ mis liegen, ist eine Stimulation von Schmerzrezeptoren kaum vermeidbar. Daher ist die Stimulation mittels Elektroden nur dann schmerzfrei, wenn die neuronalen Strukturen direkt kontaktiert werden, etwa bei Untersuchungen am freiliegenden Kortex. Bei der Darstellung tastbarer Information ist die erreichbare Auflösung der Darstellung dadurch begrenzt, dass die Elektroden voneinander einen Min­ destabstand von etwa 3.5 mm haben müssen, um eine hinreichende Eindringtiefe des Stroms zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Stimulierung von Neuronen zu bewirken mittels eines elektromagnetischen Feldes, dessen halbe Periodendauer bedeutend geringer ist als die minimale Stimulationszeit der zu stimulierenden Neuronen. Ein Vorteil der Verwendung hochfrequenter Felder besteht darin, dass - bei gleichen elektrischen Feldstärken - in den Feldquellen eine erheblich geringere Energie als in den heute benutzten Induktionsspulen umgesetzt wird. Infolgedessen ist die Frequenz der Stimulationsimpulse nicht durch die Erwärmung der Feldquellen begrenzt, aufwendige Kühlvorrichtungen können entfallen und die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung des Benutzers oder des Patienten ist vermindert, da die auf die Feldquellen wirkenden Kräfte gering sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Feldquellen mit erheblich geringe­ ren Abmessungen als in bekannten Vorrichtungen benutzt werden können, wenn die Anwendung dies erfordert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der indu­ zierte Strom eine Komponente senkrecht zur Oberfläche des Gewebes besitzen kann. Bei Verwendung als tastbare Anzeige besteht gegenüber mechanisch wir­ kenden Anzeigen der Vorteil, dass die Anzeige eine geschlossene Oberfläche haben kann, so dass ein Funktionsausfall durch Eindringen von Staub, Feuchtig­ keit und Fremdkörpern ausgeschlossen ist. Die Vorteile gegenüber elektrotakti­ len Anzeigen bestehen darin, dass die Schmerzrezeptoren nicht oder nur geringfügig stimuliert werden, weil der Strom innerhalb der papillaren Grenze zwischen Dermis und Epidermis gering ist, und dass die Gewebetiefe, in der der Hauptanteil des induzierten Stromes fließt, nicht unmittelbar von der lateralen Ausdehnung des Wirbelstroms abhängt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem von einer oder mehreren Feldquellen ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld abgestrahlt wird, das, bevor es in das biologische Gewebe eindringt, einen Modulator durchläuft und/oder von einem Modulator reflektiert wird, wobei das Frequenzspektrum des Feldes in solcher Weise verändert wird, dass es beim Eintritt in das biologische Gewebe Signalanteile enthält, die hinreichend niederfrequent sind, um Neuronen zu stimulieren.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Anord­ nung elektrischer Leiter, die als Feldquellen dienen, einem oder mehreren Schir­ men oder Spiegeln oder einer Kombination aus Schirmen und Spiegeln, die als Modulator dienen, und aus den notwendigen elektronischen Schaltungen zur Speisung der Feldquelle und gegebenenfalls zur Steuerung des Modulators.

Als Feldquellen eignen sich je nach den Anforderungen der Anwendung elektri­ sche oder magnetische Dipole oder Multipole. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen können auch Feldquellen verwendet werden, deren quasistati­ sches Feld auf das Innere der Feldquelle beschränkt ist, zum Beispiel toroidale Spulen.

Dämpfung und Reflexion des Modulators können entweder zeitlich konstant sein oder mittels eines oder mehrerer Steuerparameter periodisch variiert werden. Bei Verwendung eines Modulators mit zeitlich konstanten Eigenschaften muss die Feldquelle mit steilflankigen Bursts angesteuert werden. Die Frequenz des Trä­ gersignals der Feldquelle und die Dispersions-Charakteristik des Modulators werden so gewählt, dass beim Durchqueren des Modulators aus jedem Burst ein Brillouinscher Vorläufer gebildet wird, der einen Gleichanteil enthält. Vorteilhaf­ terweise wird die Dispersions-Charakteristik des Modulators so gewählt, dass der Burst selbst unterdrückt wird; dadurch wird die Energieabsorption im Gewebe gering gehalten. Bei Verwendung eines Modulators mit zeitlich konstanten Eigenschaften strahlt die Feldquelle zwecks Erzeugung eines einzelnen Stimula­ tionsimpulses also eine Folge steilflankiger Bursts ab, und jeder Stimulations­ impuls setzt sich aus einer entsprechenden Folge Brillouinscher Vorläufer zusammen.

Bei Verwendung eines Modulators mit periodisch variierten Eigenschaften wird die Dämpfung und/oder die Reflexion des Feldes der Feldquelle mittels des Modulators mit einer Frequenz variiert, die entweder gleich der Grundfrequenz des besagten Feldes ist oder höchstens um einige kHz von ihr abweicht. Die modulierte Strahlung enthält folglich einen Gleichanteil, dessen Größe von der Phasenbeziehung zwischen dem unmodulierten Feld und dem zeitlichen Dämp­ fungsverlauf abhängt, oder einen niederfrequenten Anteil. Bei Verwendung eines Modulators mit periodisch variierten Eigenschaften strahlt die Feldquelle zwecks Erzeugung eines einzelnen Stimulationsimpulses also einen Burst ab, und jeder Stimulationsimpuls besteht aus einem modulierten Burst.

In welchem Maße das elektromagnetische Feld im Modulator gedämpft und/oder reflektiert wird, hängt von der elektrischen Leitfähigkeit, von der Dielektrizitätskon­ stanten und von der relativen Permeabilität der Materialien ab, aus denen der Modulator besteht. Zur Steuerung der Eigenschaften des Modulators können zum Beispiel Abhängigkeiten der Leitfähigkeit von elektrischen Spannungen und Strömen und von Ladungsträgerpaarbildung mittels Absorption von Photonen, der Dielektrizitätskonstanten von elektrischen Feldern und der relativen Permea­ bilität von magnetischen Feldern genutzt werden. Als Materialien für Modulatoren mit gesteuerten Eigenschaften eignen sich zum Beispiel Halbleiter, deren Ladungsträgerdichte mittels Photonen gesteuert wird, Halbleiter mit einer Vielzahl von pn-Übergängen, wobei die Ladungsträgerdichte innerhalb der pn-Übergänge mittels einer galvanisch mit dem Modulator verbundenen Stromquelle gesteuert wird, elektrorheologische Flüssigkeiten, deren Dielektrizitätskonstante mittels eines quasistatischen elektrischen Feldes gesteuert wird, und Ferrite und soge­ nannte superparamagnetische Suspensionen, deren relative Permeabilität mittels eines quasistatischen magnetischen Feldes gesteuert wird. Im Falle der Steue­ rung der Ladungsträgerdichte mittels Photonen wird ein moduliertes Steuerfeld benötigt, dessen Trägerfrequenz im allgemeinen erheblich höher als die Grund­ frequenz des Feldes der Feldquelle ist und dessen Modulationsfrequenz entwe­ der gleich der besagten Grundfrequenz ist oder höchstens einige kHz von ihr abweicht.

Wirbelströme in dem biologischen Gewebe, in das das modulierte elektromagne­ tische Feld eindringt, können von zwei Ursachen bewirkt werden: Im wesentli­ chen parallel zur Gewebeoberfläche verlaufende Wirbelspannungen werden aus­ schließlich durch die Stimulationsvorrichtung verursacht. Teilweise senkrecht zur Gewebeoberfläche verlaufende Wirbelspannungen werden durch die Dämpfung des Feldes innerhalb des Gewebes mitverursacht. Da die Dämpfung innerhalb des Gewebes von der Frequenz des elektromagnetischen Feldes abhängt, kann durch die Wahl der Grundfrequenz des elektromagnetischen Feldes das Verhält­ nis zwischen Wirbelspannungsanteilen parallel zur Gewebeoberfläche und Wir­ belspannungsanteilen senkrecht zur Gewebeoberfläche beeinflusst werden.

Im folgenden werden mehrere Realisierungen des oben beschriebenen Erfin­ dungsgedankens beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Modulator mit periodisch variierter relati­ ver Permeabilität enthält. Als Feldquelle dient eine toroidale Spule 1, die von einem Leistungsverstärker 3 mit dem Strom I1 beaufschlagt wird. Die Spule 1 ist von einer Schirmung 4 umgeben, die eine Öffnung hat, die von einem Modula­ tor 5 geschlossen wird, der aus einem magnetisch nichtneutralen Material besteht. Der Modulator 5 enthält eine mäanderförmige Drahtschleife 2, die von einem Leistungsverstärker 6 mit dem Strom I2 beaufschlagt wird. In das biologi­ sche Gewebe 8, das die zu stimulierenden Neuronen enthält, dringt in der Nähe des Modulators 5 ein elektromagnetisches Feld ein, dessen elektrischer Feldan­ teil durch den Vektor E dargestellt ist. Die Steuerung 7 liefert die Eingangs­ signale für die Leistungsverstärker 3 und 6. Diese Eingangssignale sind HF- Bursts, deren Dauer der Breite des gewünschten Stimulationsimpulses entspricht, so dass sie im allgemeinen im Bereich 50 bis 300 µs liegt.

Fig. 2 zeigt ausschließlich die Drähte 1 und 2 in perspektivischer Darstellung, in Bezug auf Fig. 1 von links oben vorn gesehen.

Fig. 3 zeigt mögliche zeitliche Verläufe des Stroms I1, des Stroms I2 und der elektrischen Feldstärke E. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass die Magnetisierungskurve des Materials, aus dem der Modulator 5 besteht, keine Hysterese aufweist. Wenn die Ströme I1 und I2 von der gleichen Größenordnung sind, so ist innerhalb des Modulators 5 die magnetische Feldstärke des elektro­ magnetischen Feldes der Spule 1 erheblich kleiner als die durch den Strom I2 bewirkte magnetische Feldstärke; der Beitrag des Feldes der Spule 1 zur Magne­ tisierung des Materials des Modulators 5 kann daher vernachlässigt werden. Die relative Permeabilität des Materials des Modulators 5 sinkt mit steigender Magne­ tisierung, und die Dämpfung ist der Quadratwurzel der relativen Permeabilität proportional. Daher ist die Dämpfung des Modulators 5 am größten, wenn der Strom I2 den Wert 0 hat, und am geringsten, wenn der Strom I2 seinen höchsten Wert hat. Da der Strom I2 und die elektrische Feldstärke E phasengleich sind, wird die positive Halbwelle der elektrischen Feldstärke weniger gedämpft als die negative Halbwelle. Folglich enthält die elektrische Feldstärke E nach Durchdrin­ gen des Modulators 5 einen Gleichanteil, der durch eine gestrichelte Gerade dar­ gestellt ist.

Um trotz der im allgemeinen vorhandenen Hysterese der Magnetisierungskurve des Materials, aus dem der Modulator 5 besteht, eine zeitweise vollständige Ent­ magnetisierung und dadurch die höchste einstellbare Dämpfung zu erreichen, kann entweder der Gleichanteil des Stromes I2 derart verändert werden, dass der Strom I2 den zur Entmagnetisierung erforderlichen negativen Wert erreicht, oder es kann ein zweiter Draht parallel zum Draht 2 gelegt werden, der von einem Gleichstrom durchflossen wird. Der Leistungsverstärker 6 kann dann einen rei­ nen Wechselstrom liefern, und der besagte Gleichstrom wird so eingestellt, dass die Variation der Quadratwurzel der relativen Permeabilität maximal ist.

Fig. 4 stellt schematisch eine Vorrichtung dar, bei der die Steuerung des Modu­ lators durch die quasistatischen Magnetfelder der Feldquellen erfolgt. Durch die flache runde Spule 9 fließt der Strom I9, durch die flache runde Spule 10 der Strom I10. Beide Spulen sind von einer Schirmung 11 umgeben, die eine Öff­ nung hat, die der Modulator 12 abschließt. Innerhalb des Modulators 12 wird durch den Vektor B das Magnetfeld symbolisiert, rechts vom Modulator 12 ist der elektrische Feldvektor E angedeutet, der senkrecht zur Zeichnungsebene steht. Auf die Vektoren B und E wird in Fig. 5 Bezug genommen.

Zur Verdeutlichung der Funktionsweise stellt Fig. 5 mögliche zeitliche Verläufe des Stromes I9, des Stromes I10, des Betrags der Magnetisierung B des Materials des Modulators 12 und eines elektrischen Feldvektors E hinter dem Modulator 12 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 dar. Es ist zu beachten, dass der elektrische Feldvektor E ausschließlich den elektrischen Anteil der Strahlungs- Komponente des Feldes der Spulen 9 und 10 darstellt; der elektrische Anteil der Nahzonen-Komponente des Feldes der Spulen 9 und 10 trägt nicht zum Stimula­ tionsimpuls bei, da sein Integral über eine Periodendauer in jedem Fall ver­ schwindet. Die beiden Flanken des Stromes I9 verursachen hinter dem Modula­ tor 12 entgegengerichtete, aber nicht gleichgroße elektrische Feldvektoren, weil während der führenden Flanke die Magnetisierung des Materials des Modula­ tors 12 geringer und folglich die Dämpfung des Modulators 12 größer ist als wäh­ rend der folgenden Flanke. Von den beiden Flanken des Stromes I10 tritt die füh­ rende während einer Phase geringer Dämpfung und die folgende während einer Phase größerer Dämpfung auf. Das jeweilige Integral der elektrischen Feldstärke E über eine Periodendauer verschwindet für beide Ströme I9 und I10 nicht, und da der Strom I9 dem Strom I10 entgegengerichtet ist, haben beide Integrale das gleiche Vorzeichen. Der resultierende Gleichanteil der elektrischen Feldstärke E ist durch eine gestrichelte Gerade dargestellt.

Da in Vorrichtungen gemäß Fig. 4 das Verhältnis zwischen dem Betrag des elek­ trischen Anteils der Strahlungskomponente vor Durchdringen des Modulators und dem Betrag des elektrischen Anteils der Strahlungskomponente nach Durch­ dringen des Modulators von der Amplitude der Ströme I9 und I10 abhängt, kann eine Vergrößerung des resultierenden Gleichanteils des elektrischen Feldes im Gewebe im allgemeinen nicht ausschließlich durch eine Vergrößerung der Ströme I9 und I10 erreicht werden, sondern durch eine gleichzeitige Erhöhung der Betriebsfrequenz in solcher Weise, dass die Ströme I9 und I10 in der Nähe des optimalen Wertes bleiben.

Fig. 6 zeigt eine Ausprägung eines spannungsgesteuerten Modulators. Der Modulator 13 besteht aus einem Halbleitermaterial, das eine Vielzahl streifenför­ miger Bereiche mit p⁺-, p-, n- und n⁺-Dotierung enthält, hier durch "+"- und "-"- Symbole in verschiedenen Dichten angedeutet. Zwischen den p⁺-Bereichen und den n⁺-Bereichen liegen Metallschichten 15, deren Material so gewählt ist, dass in den angrenzenden Randschichten im Halbleiter eine Anreicherung der Ladungsträger bewirkt und dadurch die Ausbildung von Sperrschichten verhindert wird. Die p⁺- und n⁺-Bereiche an den Kanten des Modulators 13 sind mit Kon­ taktierungen 14 versehen. Wenn die Spannung U zwischen den Kontaktierun­ gen 14 gleich Null ist, so bilden sich an den Übergängen zwischen Bereichen mit p- und n-Dotierung Sperrschichten aus, so dass der Modulator 13 in Richtung des elektrischen Feldvektors E eine sehr geringe Leitfähigkeit hat und folglich eine geringe Dämpfung aufweist. Durch Anlegen einer Spannung U in Sperr-Richtung an die Kontaktierungen 14 können die Kapazitäten der pn-Übergänge gegenüber dem spannungslosen Zustand verringert werden, wodurch eine noch geringere Dämpfung von Feldern hoher Frequenzen erreicht wird. Wenn dagegen die Spannung U einen so hohen positiven Wert hat, dass die Sperrschichten ver­ schwinden, so ist die Leitfähigkeit des Modulators 13 in Richtung des elektrischen Feldvektors E relativ hoch und bewirkt eine große Dämpfung. Die Größe der Dämpfung des Modulators 13 kann daher mittels der Spannung U an den Kon­ taktierungen 14 gesteuert werden.

Die Ausführung der Vorrichtungen zur Ansteuerung der Feldquellen und der gesteuerten Modulatoren erfordert keine über den bekannten Wissensstand hinausgehenden Kenntnisse und wird daher hier nicht erläutert.

Weitere Ausprägungen der Vorrichtung sind möglich, die von den in den Bei­ spielen dargestellten Ausprägungen abweichen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise können zwecks Erhöhung der Feldstärke im Gewe­ be Reflektoren auf der dem Gewebe abgewandten Seite der Feldquellen plaziert werden, die bei hinreichend hoher Feldfrequenz vorteilhaft als Hohlspiegel aus­ gebildet sein können. Es können galvanisch gesteuerte Modulatoren aus einem Halbleitermaterial verwendet werden, in denen die Leitfähigkeit nicht mittels pn- Übergängen, sondern mittels Feldeffekt-Kanälen gesteuert wird. Die Feldmodu­ lation kann in einer nichtlinearen Polarisierung bestehen. Dies wird erreicht mit Modulatoren, deren Anisotropie ihrer elektrischen und/oder magnetischen Eigen­ schaften steuerbar ist; ein derartiger Modulator könnte aus mehreren überein­ anderliegenden, gegeneinander verdrehten Strukturen gemäß Fig. 6 bestehen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Stimulation von Neuronen mittels eines elektromagnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Teilvorrichtung der besagten Vorrichtung, im folgenden Sender genannt, ein elektromagnetisches Feld verursacht, im folgenden Primärfeld genannt, dessen Leistungsspektrum sich überwiegend aus Anteilen oberhalb von 100 kHz zusammensetzt,
eine Teilvorrichtung der besagten Vorrichtung, im folgenden Modulator ge­ nannt, das besagte Primärfeld, bevor es das die zu stimulierenden Neuronen enthaltende biologische Gewebe durchdringt, in solcher Weise moduliert oder nichtlinear polarisiert, dass das Leistungsspektrum des modulierten oder nicht­ linear polarisierten Feldes unterhalb von 20 kHz Anteile aufweist, die zur Sti­ mulation von Neuronen hinreichend sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften des besagten Modulators zeitabhängig verändert werden.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Teilvorrichtung der besagten Vorrichtung ein elektromagnetisches Feld, im folgenden Steuerfeld genannt, erzeugt,
die Absorptions- und/oder Reflexionseigenschaften des besagten Modulators mittels des besagten Steuerfeldes verändert werden.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der besagte Sender mehrere Feldquellen an verschiedenen Orten enthält,
das von den besagten Feldquellen bewirkte elektromagnetische Feld sowohl als Primärfeld als auch als Steuerfeld genutzt wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundfrequenz des besagten Steuerfeldes höher als die Grundfrequenz des besagten Primärfeldes ist,
das besagte Steuerfeld in solcher Weise moduliert ist, dass die Grundfrequenz der durch das besagte Steuerfeld bewirkten Änderung der Eigenschaften des besagten Modulators gleich oder annähernd gleich der Grundfrequenz des Primärfeldes ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der besagte Modulator aus einem halbleitenden Material besteht,
das besagte Steuerfeld hinreichend hohe Frequenzen enthält, um in dem be­ sagten halbleitenden Material die Bildung von Ladungsträgerpaaren zu bewir­ ken.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Modulator aus einem halbleitenden Material besteht, das so strukturiert ist, dass die Größe des Raumintegrals des elektrischen Widerstan­ des über die Abmessungen des Modulators oder das Verhältnis der Größen der Raumintegrale des elektrischen Widerstands über räumliche Abschnitte des Modulators mittels der Spannungen oder mittels der Ströme zwischen zwei oder mehr Anschlusspunkten des besagten Modulators gesteuert werden kann.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der besagte Sender ein amplitudenmoduliertes Primärfeld verursacht, wobei ein steilflankiges Rechtecksignal als Modulationssignal dient,
die dispersiven Eigenschaften des besagten Modulators die Bildung Brillouin­ scher Vorläufer bewirken.