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I. Allgemeines
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Diese
Erfindung ist ein prinzipiell neues Verfahren, das eine allgemein
anwendbare Schnittstelle zur Verfügung stellt, um die im Zentralnervensystem ZNS,
insbesondere dem Gehirn eines Menschen oder Säugetieres transportierten Informationen
iSd. Abschnitts II dieser Patentschrift zu gewinnen und technischen
Systemen oder Personen zugänglich
zu machen.
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Die
herausragenden Eigenschaften dieser Erfindung sind:
- • die
prinzipielle Zugänglichkeit
technischer Systeme und Personen zu den im Gehirn eines Säugetieres
oder Menschen elektrisch in Neuronen transportierten Informationen
nach Abschitt II dieser Patentschrift
- • mit
einem System, das gegebenenfalls auch größere Entfernungen zwischen
den Systemkomponenten und dem Nervensystem zuläßt, aus dem diese Informationen
gewonnen werden sollen
- • mit
einem System, das aufgrund des Decodierungsverfahrens der so gewonnenen
Informationen hieraus technisch handhabbare und überschaubare Datenmengen erzeugt
- • mit
einem System, das weiterverarbeitbare digitale Daten liefert
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Anwendungsbereiche
dieses Systems liegen in der
- • Realisation
einer allgemeinen zeitgemäßen Mensch-Maschine-Schnittstelle
als Eingabeschnittstelle mit weitaus größerem Datendurchsatz als alle
bisher bekannten und angewendeten Eingabeverfahren
- • präventiven
und investigativen Polygraphie, soweit hierfür eine Rechtsgrundlage besteht
- • medizinischen
Diagnostik, beispielsweise der objektiven Schmerzlokalisation
- • neurochirurgischen
Verwendung bei der Nervenrekonstruktion durch Neuronenfragment-Zuordnung
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II. Definitionen
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1. Informationen
im Sinne dieses Patentes
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Unter
Informationen iS. dieses Patentes sind sämtliche sowohl beim Menschen
als auch bei Säugetieren
durch elektrische Aktionspotentiale (AP-Spikes) in Nervenfasern
(Neuronen) repräsentierte
Informationen zu verstehen.
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Diese
Definition erstreckt sich sowohl auf die von den neurosensorischen
Wandlerorganen der Sinne (z.B. Innenohrschnecke cochlea, Augen-Netzhaut
retina usw.) an das Gehirn gelieferten Informationen, als auch die
von den übrigen
Teilen des Zentralnervensystems ZNS erzeugten und transportierten
AP-Spikes, die in derselben Weise Information repräsentieren,
insbesondere die innerhalb des Gehirns zwischen einzelnen Bereichen
des Gehirns elektrisch ausgetauschten AP-Spikes, welche ebenfalls
Informationen repräsentieren.
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2. Radiofrequenzen
im Sinne dieses Patentes
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Radiofrequenzen
iS. dieses Patentes sind Frequenzen beliebiger Schwingungen im Bereich zwischen
0 Hz (Null Hertz) und 3,8·10–4 Hz
(drei komma acht mal zehn hoch vierzehn Hertz), einschließlich Frequenzen
elektrischer und elektromagnetischer Schwingungen.
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3. Radiofrequenzsignale
im Sinne dieses Patentes
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Radiofrequenzsignale
iS. dieses Patentes sind elektromagnetische Schwingungen (Wellen)
eines beliebigen Bündelungsgrades
im Frequenzbereich nach Zif. 2 dieses Abschnitts.
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4. Neuronen
im Sinne dieses Patentes
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Neuronen
iS. dieses Patentes sind beliebige Nervenzellen des Zentralnervensystems
ZNS beim Menschen und allen Säugetieren
in allen auftretenden Ausbildungsformen.
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5. Modulation
im Sinne dieses Patentes
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Modulation
iS. dieses Patentes ist die Beeinflussung einer elektrischen Schwingung
durch eine oder mehrere andere elektrische Schwingung durch die
skalare Addition der Spannungsamplituden der Schwingungen.
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III. Funktion der Erfindung
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1. Neurophysikalische
Grundlagen
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Der
Transport von Informationen iSd. Abschnitts II dieser Patentschrift
erfolgt innerhalb des Zentralnervensystems von Säugetieren und Menschen, insbesondere
zum Gehirn sowie zwischen Teilen des Gehirns, über Nervenfasern (Neuronen), welche
elektrisch leitfähige
Zellgebilde sind, durch die elektrische Leitung sog. Aktionspotential-Spannungsspitzen
(AP-Spikes). Solche
Spannungsspitzen stellen stark bedämpfte elektrische Schwingungen
im Neuron dar (AP-Spikes nach 1).
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Wie
jede elektrisch leitfähige
Struktur besitzen Neuronen Oszillatoreigenschaften, stellen also elektrisch
schwingungsfähige
Gebilde dar. Daher besitzen Neuronen eine spezifische Resonanzfrequenz für elektrische
Schwingungen, die sich umgekehrt proportional zur physikalischen
Längenausdehnung eines
Neurons verhält,
technisch also einen physikalischen Dipol darstellt, wobei die starken
Schwingungsdämpfungseigenschaften
von Neuronen aufgrund Substanzbeschaffenheit und verschiedener biochemische
Effekte wie Ionenwanderung zwischen Mantel und Kern des Neurons
einen spezifischen Faktor bei der Resonanzfrequenzberechnung erfordern.
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1 zeigt
den schematischen Spannungsverlauf in einem Neuron beim Transport
eines AP-Spikes;
eine Frequenz ist direkt ablesbar, wobei λ/2 der halben Wellenlänge der
elektrischen Resonanzfrequenz des Neurons entspricht, in dem der
abgebildete AP-Spike detektiert wird.
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Abstrakt
wird die spezifische Qualität
der im ZNS transportierten Informationen hierbei durch die bloße Präsenz von
AP-Spikes in einem spezifischen Neuron definiert. So repräsentieren
AP-Spikes in bestimmten Neuronen beispielsweise eine bestimmte gehörte Audiofrequenzen,
AP-Spikes in anderen spezifischen Neuronen beispielsweise die Reizung einer
bestimmten Bildkoordinate auf der Retina mit Licht. Die spezifische
Quantität
(Reizintensität)
der im ZNS transportierten Informationen wird ausschließlich durch
die Häufigkeit
solcher AP-Spikes in einem bestimmten Neuron definiert; je dichter AP-Spikes
beispielsweise in einer bestimmten Nervenfaser der Hörbahn auftreten,
desto lauter war die zugehörige
gehörte
Audiofrequenz zum Ohr gedrungen.
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Mittels
eines durch diese Erfindung spezifizierten Verfahrens können diese
Informationen als elektrische, technisch verarbeitbare Signale gewonnen
und maschinenlesbar werden. Hierbei werden sämtliche zu einem bestimmten
Zeitpunkt im Zentralnervensystem auftretenden AP-Spikes detektiert.
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Die
Ermittlung der Frequenz über
die Wellenlänge
(λ/2 in 1)
eines derart detektierten AP-Spikes nach 1 erlaubt
die Ermittlung eines zugehörigen
Neurons aufgrund seiner mit dieser Frequenz identischen längenspezifischen
Resonanzfrequenz und damit die Feststellung der Präsenz der durch
dieses Neuron repräsentierten
Informationsqualität.
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Die
Ermittlung der Häufigkeit
solcher zuordenbarer AP-Spikes erlaubt die Bewertung der zugehörigen Reizintensität, also
der Informationsquantität.
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Diese
Verfahrensweise ist nicht nur auf die Nervenfasern (Neuronen) von
nervus acusticus und nervus opticus, sondern auf sämtliche
Neuronen und Neuronenbündelungen
des Zentralnervensystems anwendbar.
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Insbesondere
die Überprüfung der
Verfahrensweise des Nervous System Excitation Device, US-Patent
3393279 vom 16. Juli 1968 für
Gillis Patrick Flanagan, USA, hat ergeben, daß die diesem Verfahren zugrundeliegenden
Erkenntnisse über
das längenspezifische
Oszillatorverhalten von Neuronen des Zentralnervensystems von Säugetieren
und Menschen zutreffend sind, ohne hierbei mit den Ansprüchen Flanagans
zu kollidieren, da die Erfindung von Flanagan eine komplexe elektromagnetische Emission
nutzt, um solche Neuronen selektiv zu stimulieren, deren elektrische
Resonanzfrequenz mit Frequenzanteilen des elektromagnetischen Emissionssignals übereinstimmt.
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Aufgrund
der Oszillatoreigenschaft von Neuronen im ZNS von Säugetieren
und Menschen können
desweiteren Neuronen mit einem außerhalb des ZNS generierten
und auf die Neuronen ausgerichteten elektromagnetischen Radiofrequenzsignal
induktiv zu einer künstlichen
elektrischen Schwingung mit ebendieser Frequenz angeregt werden.
Diese Verfahrensweise ist Bestandteil der hier patentrechtlich geschützten Erfindung,
soweit die induktive Erregung der Schwingung nicht der induktiven
Stimulation künstlicher
Sensationen dient, sondern verwendet wird, um innerhalb
des betroffenen Neurons die Modulation dieser induktiv erregten
künstlichen
elektrischen Schwingung durch die den Neuronen eigenen, natürlichen
AP-Spikes aufgrund der skalaren Addition der elektrischen Spannungspotentiale
zu erzwingen, um diese Modulation zur Gewinnung der in den Neuronen
transportierten Informationen zu nutzen.
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Aufgrund
der elektrischen Oszillatoreigenschaft von Neuronen emittieren Neuronen
ein elektromagnetisches Radiofrequenzsignal, das mit dem elektrischen
Schwingungszustand des Neurons korrelliert und das mittels technischer
Empfangsgeräte (Antennen
oder Sensoren) für
elektromagnetische Wellen aufgefangen werden kann. Diese Verfahrensweise
ist Bestandteil der hier patentrechtlich geschützten Erfindung, soweit der
Empfang solcher von Neuronen emittierten Radiofrequenzsignale benutzt wird,
um die in den Neuronen transportierten Informationen zu gewinnen ,
und zwar unabhängig
davon, ob das Neuron zum Zeitpunkt der Detektion seiner elektromagnetischen
Emissionen durch eine äußere elektromagnetische
Radiofrequenzemission zu einer zusätzlichen elektrischen Schwingung
angeregt wird oder nicht.
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2. Verfahren
der Informationsgewinnung mittels moduliertem Erregersignal
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Eine
Steuerelektronik (A in 3) liefert ein elektrisches
Steuersignal (B in 3) an eine angeschlossenen elektromagnetischen
Sendeanlage (C in 3). Diese erzeugt eine elektromagnetische Radiofrequenzemission
(Erregersignal, D in 3), der das Gehirn des Probanden
(E in 3) ausgesetzt wird, dessen Informationen iSd.
Abschnitts II gewonnen werden sollen. Da alle Neuronen (Nervenfasern)
im Kopf des Probanden elektrisch leitfähige Zellgebilde sind, induziert
der magnetische Feldfluß der
Radiofrequenzemission eine exakt definierte Wechselspannung in den
Neuronen und erregt somit eine elektrische Schwingung der Neuronen
mit derselben, kontrollierbaren Radiofrequenz in allen exponierten
Neuronen.
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Die
bei der natürlichen
Reizleitung auftretenden Spannungspotentiale (AP-Spikes nach 1) überlagern
sich im Neuron mit dem fremdinduzierten Spannungspotential zu einem
elektrischen Summensignal (2): die
Spannungspotentiale addieren sich skalar, wodurch das Erregersignal,
induktiv verursacht durch die Radiofrequenz-Emission (D in 3),
dem ein Neuron ausgesetzt ist, von diesem zu einem Mischsignal,
prinzipiell dargestellt in 2, moduliert
wird. Dies gilt im Sinne dieses Patentes für alle Frequenzen des Erregersignales
gemäß Abschnitt
II, Zif. 2.
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Aufgrund
derartiger elektrischer Schwingungen dergestalt exponierter Neuronen
emittiert jedes Neuron nunmehr ein neuronal moduliertes elektromagnetisches
Signal (2), welches, verglichen mit
dem Signal des Erregersystems (D in 3), als durch
die Aktionspotentiale der natürlichen
Neuronenfunktion moduliertes Radiofrequenzsignal (F in 3)
in Erscheinung tritt und mittels geeigneter Antenne (G in 3)
empfangen wird.
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Bei
geeigneter technischer Gestaltung der Systemkonfiguration nach 3 bestehen
keine besonderen Anforderungen an den Abstand der Sendeanlage (C
in 3) sowie Empfangsantenne (G in 3)
von den emittierenden Neuronen (E in 3).
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Dieses
neuronal modulierte und durch die Empfangsantenne (G in 3)
aufgefangene Radiofrequenzsignal wird als elektrisches Signal (H
in 3) der Steuerelektronik (A in 3)
zugeführt.
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Anschließend sind
die Nutzdaten, d.h., die Informationen iS. Abschnitts II dieses
Patents, nun von der Erregerfrequenz im mittels Antenne empfangenen
Signal durch Filterung zu isolieren. Da alle Neuronen demselben
Radiofrequenzsignal (Erregersignal, D in 3) ausgesetzt
sind, addieren sich die einzelnen Emissionen der Neuronen an der
Empfangsantenne skalar und erzeugen ein komplexes Empfangssignal,
das noch das Radiofrequenzsignal (Erregersignal) enthält, welches
bekannt ist. Die Steuerelektronik filtert daher aus dem komplexen, von
der Empfangsantenne gelieferten Antennensignal das Radiofrequenzsignal
(Erregersignal, D in 3) aus, um die Nutzdaten zu
isolieren.
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Alternativ
kann die vorstehend beschriebene Isolierung der Nutzdaten, d.h.,
der Informationen iS. dieses Patents, aus dem Antennensignal mittels elektronischer
Datenverarbeitung (J in 3) nach Digitalisierung des
Antennensignals (H in 3) unter Umgehung der Steuerelektronik
(A in 3) erfolgen.
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Beide
Verfahrensweisen sind Bestandteil dieser patentrechtlich geschützten Erfindung.
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3. Verfahren
der Informationsgewinnung mit Sensoren ohne Erregersignal
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Bei
der Verwendung hochempfindlicher Sensoren für magnetischen Feldfluß (beispielsweise
supraleitende Quanteninterferenzsensoren Bauart SQUID) kann auf
die Verwendung eines extern erzeugten Radiofrequenzsignales (Erregersignal,
D in 3), das durch die AP-Spikes der damit exponierten
Neuronen wie beschrieben moduliert wird, verzichtet werden, da diese
Sensoren prinzipiell in der Lage sind, magnetische Feldflußschwankungen
der elektromagnetischen Emissionen beliebiger Neuronen zu detektieren,
die bereits die natürlichen
elektrischen Schwingungen der AP-Spikes verursachen.
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Diese
Verfahrensweisen ist ebenfalls Bestandteil dieser patentrechtlich
geschützten
Erfindung, sofern diese Verfahrensweise der Gewinnung von Informationen
iS. dieses Patentes dient.
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4. System
und Verfahren der Informationsdecodierung
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Die
Decodierung des nach Zif. 2 oder 3 gewonnenen elektrischen Mischsignals,
welches nur noch einen Komplex überlagerter
AP-Spikes enthält, erfolgt
auf der dargelegten Basis der Korrelation zwischen Neuronlänge und
transportierter Information aufgrund der Neuronspezifischen Wellenlänge spezifischer
AP-Spikes.
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Abstrakt
wird mittels digitaler Filteralgorithmen das Mischsignal auf die
Präsenz
zuordenbarer AP-Spikes mit identifizierbarer Frequenz untersucht, da
die Präsenz
eines AP-Spikes mit spezifischer Frequenz eine bestimmte Informationsqualität repräsentiert,
da diese Frequenz einem bestimmten Neuron zuordenbar ist, wobei
die Häufigkeit
des Auftretens eines solchen AP-Spikes die Informationsquantität, also
die Reizintensität,
repräsentiert.
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Hierbei
wird mittels digitaler Mustererkennungsalgorithmen die Präsenz bestimmter
Informationsmuster, also die Präsenz
spezifischer Kombinationen von AP-Spikes unterschiedlicher, aber
musterspezifischer Frequenzen von AP-Spikes geprüft und gegebenenfalls ein erkanntes
Muster dem digitalen, maschinenlesbaren Ausgangsdatenstrom beigefügt (Rekonstruktion).
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Beispielsweise
werden Cochlea-Signale, also Schwingungen mit Frequenzen, die dem
elektrischen Resonanzfrequenzband der Hörbahn zugeordnet sind, decodiert,
indem über
digitale Filteralgorithmen die Präsenz bestimmter AP-Spikes mit
Hörbahn-spezifischen
Frequenzen im Signal gefunden und damit eine zugehörige Audiofrequenz-Information
qualifiziert werden kann, deren Intensität sich aus der Häufigkeit
des Auftretens ebendieses AP-Spikes berechnet. Weiterhin werden
mittels Mustererkennungsalgorithmen identifizierbare wiederkehrende Patterns,
die bestimmte Laute repräsentieren,
die sich aus verschiedenen Informationsqualitäten und Quantitäten zusammensetzen,
detektiert, aus denen dann der Datenstrom der Hörbahn-kompatiblen Informationen
rekonstruiert wird, unabhängig
davon, aus welchen Bereichen des Zentralnervensystems die zugehörigen AP-Spikes gewonnen wurden.
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Entsprechend
wird mit allen übrigen
Informationen verfahren, indem diese zu einem maschinenlesbaren
Datenstrom zusammengefaßt
und in ein maschinenkompatibles Format rekonstruiert werden.
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5. Schnittstelle
zur Datenausgabe
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Die
nach Zif. 4 decodierten Signale werden aufgrund der Decodierungsmethode
als maschinenkompatibler Datenstrom (K in 3), beispielsweise Audio-
und Videodaten oder numerische Daten mit Reizintensitätskennzahlen
für die
Präsenz
von Geschmack-Sensationserregersubstanzen
usw. aufbereitet, ausgegeben und weiteren Systemen, die nicht Bestandteil
dieser Erfindung sind, oder Personen zugeführt.