DE102022105694A1 - Vorrichtung zur Kopfschmerz-Behandlung - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Kopfschmerz-Behandlung mit einer vor den Augen getragenen Einrichtung, insbesondere einer Brille (10), die eine Verschlusseinrichtung (13) zur periodischen Unterbrechung der äußeren optischen Eindrücke aufweist, mit einer Klangerzeugungseinrichtung (11), deren Klänge in der Lautstärke entsprechend eines periodischen Signals moduliert werden können, und mit einer Steuereinrichtung (11), die die periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung (13) der Brille (10) und die Frequenz des Modulationssignals der Lautstärke der Klänge derart auswählt und aufeinander abstimmt, dass in zumindest einem Gehirnbereich des Patienten Gammawellen induziert werden.

Description

  • Das menschliche Gehirn reagiert auf äußere Stimuli wie Bilder oder Töne, indem es beispielsweise bestimmte Hormone ausschüttet und/oder verschiedene, miteinander vernetzte Gehirnareale aktiviert, was wiederum die Gesundheit und/oder das Gefühlsleben eines Menschen beeinflusst.
  • Optische und/oder akustische Stimuli können auch zu Therapiezwecken eingesetzt werden. Es können einzelne Gehirnareale aktiviert werden, indem ein Patient periodischen optischen Signalen wie Lichtblitzen oder akustischen Signalen wie Klicklauten ausgesetzt wird. Die Frequenzen der optischen und akustischen Signale bestimmen dabei wesentlich, welche Reaktionen im Gehirn und ausgehend davon im Körper eines Patienten hervorgerufen werden können. Durch eine Stimulation mit Gammawellensignalen in einem Frequenzbereich von 30 Hz bis 50 Hz können z. B. Aufmerksamkeitsstörungen aber auch mentale Krankheiten wie Depressionen oder Demenz behandelt werden. Es wurde auch bereits versucht, Migräne mit solchen Signalen zu behandeln, doch hat sich gezeigt, dass durch eine üblicherweise mit der Migräne einhergehende Licht- und Lärmempfindlichkeit des Patienten die erzielbaren Erfolge begrenzt sind. Die Lichtblitze und Klicklaute werden als störend empfunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der Schmerzen des Kopfs auf angenehme und auf eine leicht in den Alltag zu integrierende Weise behandelt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Schmerzbehandlung des Kopfs mit einer vor den Augen getragenen Einrichtung, insbesondere einer Brille, die eine Verschlusseinrichtung zur periodischen Unterbrechung der äußeren optischen Eindrücke aufweist, mit einer Klangerzeugungseinrichtung, deren Klänge in der Lautstärke entsprechend eines periodischen Signals moduliert werden können, und mit einer Steuereinrichtung, die die periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung der Brille und die Frequenz des periodischen Signals der Modulierung der Lautstärke der Klänge derart auswählt und aufeinander abstimmt, dass in zumindest einem Gehirnbereich des Anwenders der Vorrichtung Gammawellen induziert werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterbricht periodisch die normale optische und akustische Wahrnehmung der Umgebung eines Patienten, sodass die Augen und Ohren des Anwenders oder Patienten nicht durch künstliche und teilweise als störend empfundene Signale beaufschlagt werden. Der Anwender kann selbst wählen, welchem optischen und/oder akustischen Reiz er ausgesetzt sein möchte. Er oder sie kann mit der Brille eine Landschaft betrachten oder einen Film anschauen. Die modulierten Klänge können bekannte Melodien sein. Daher kann die Anwendung der Vorrichtung leicht in den Alltag integriert werden. Selbst das Ausführen einfacher Tätigkeiten ist während der Behandlung möglich. Auch die Lautstärke der Klänge sowie die Helligkeit der optischen Eindrücke lassen sich den individuellen Vorlieben anpassen.
  • Dabei hat sich gezeigt, dass durch die periodische Unterbrechung optischer und akustischer Eindrücke in ähnlicher Weise Gammawellen im Gehirn induziert werden können wie bei einer Stimulation durch Lichtimpulse und Klicklaute. Das subjektive Schmerzempfinden kann deutlich verbessert werden, wobei nicht nur Kopfschmerzen, sondern auch andere Schmerzen im Körper, insbesondere chronische Schmerzen (z. B. Fibromyalgie) erfolgreich behandelt werden können. Gammawellen stimulieren Parvalbumin exprimierende Interneuronen in Arealen des Zwischenhirns, vornehmlich des Thalamus, deren Funktion bei chronischen Schmerzen gestört ist.
  • Hierdurch kann eine Konditionierung des Schmerzgedächtnisses derart erfolgen, dass u. a. die thalamo-kortikalen Rückkopplungsschleifen im Gehirn gestört oder gar blockiert werden. Die Folge können verschiedene kortikale oder sub-kortikale Dysfunktionen sein, die sich u. a. in chronischen Schmerzen, wie z. B. Kopfschmerzen oder Fibromyalgie äußern. Diese Dysfunktionen können ebenfalls durch die Induzierung von Gammawellen gelindert bzw. behoben werden.
  • Außerdem ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Behandlung von mentalen Problemen wie Depressionen oder zur Behandlung von Demenz und Alzheimer einzusetzen. Die Erzeugung bzw. Induzierung von Gammawellen im Gehirn hat sich auch zur Behandlung dieser Probleme als Erfolg versprechend herausgestellt. Die besten Behandlungsergebnisse bei Kopfschmerz-Patienten konnten erzielt werden, wenn die Frequenz der periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung der Brille und die Frequenz des Modulationssignals der Klänge in einem Bereich zwischen 35 Hz und 45 Hz und vorzugsweise um 40 Hz liegen. Dabei können vorteilhafterweise die Frequenz der periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung der Brille und die Frequenz des Modulationssignals der Klänge identisch sein. Bei den meisten Probanden traten in diesem Fall die besten Ergebnisse auf. Prinzipiell kann die optische und akustische Modulation aber auch mit anderen Frequenzen erfolgen, je nach Anwendung aus verschiedenen Frequenzbändern im EEG.
  • Eine weitere Variable der Vorrichtung stellt die Phasenverschiebung zwischen den optischen Unterbrechungen und den Klangmodulationen dar. Die periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung der Brille und das Modulationssignal für die Klänge können entweder in Phase oder zueinander phasenverschoben erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass diese Variable relativ stark vom zu behandelnden Schmerz sowie vom subjektiven Empfinden der Anwender oder Patienten abhängt.
  • Weitere Vorteile haben sich ergeben, wenn die Lautstärke der Klänge periodisch um 50 % abgesenkt wird. Eine vollständige Reduktion der Lautstärke auf Null hat sich dagegen als unangenehm herausgestellt. Die maximale Lautstärke der Klänge kann von den Patienten/Anwendern frei gewählt werden. Weiter ist es vorteilhaft, eine Sinusschwingung als Modulationssignal zu verwenden. Die Übergänge in der Lautstärkenvariation sind dadurch weich und angenehmer als bei einer Modulation mit einem Rechtecksignal.
  • Auch die Dauer der Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung und die Dauer der Absenkung der Lautstärke beeinflussen die Erzeugung bzw. Induzierung von Gammawellen im Gehirn und das subjektive Schmerzempfinden. Die Dauer der Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung und die Dauer der Absenkung der Lautstärke kann dazu beliebig und kontinuierlich innerhalb einer Periodendauer variiert werden.
  • Für die apparative Ausgestaltung der Vorrichtung bestehen verschiedene Möglichkeiten. Die Verschlusseinrichtung kann bevorzugt durch einen Flüssigkristall-Verschluss realisiert werden. Dieser Verschluss besteht aus zwei sich jeweils über ein Brillenglas erstreckenden Bildpunkten, die je nach Ausrichtung der Flüssigkristalle in einem elektrischen Feld Licht durchlassen oder blockieren. Mit Hilfe einer solchen Verschlusseinrichtung lässt sich auch eine Grundhelligkeit der optischen Eindrücke einstellen.
  • Die Klangerzeugungseinrichtung kann vorzugsweise ein Speichermedium mit mehreren, vom Patienten bzw. Anwender auswählbaren Melodien aufweisen. Eine solche Auswahl erlaubt eine Variation der akustischen Eindrücke von Behandlung zu Behandlung, was die Anwendung der Vorrichtung zusätzlich attraktiv macht. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Klangerzeugungseinrichtung in die vor den Augen getragene Einrichtung, z. B. einer Brille, integriert. Die Handhabung der Vorrichtung gestaltet sich dadurch ausgesprochen einfach. Es muss lediglich die Brille aufgesetzt und die Verschlusseinrichtung sowie die Klangerzeugungseinrichtung aktiviert werden, um mit der Behandlung zu beginnen. Dabei können verschiedene Melodien auf einem Speichermedium, z. B. auf einer SD-Karte, abgespeichert sein. Das Speichermedium kann ausgetauscht und dadurch eine Vielzahl an Melodien angeboten werden.
  • Die Klangerzeugungseinrichtung kann außerdem z. B. einen Kopfhöreranschluss als Audio-Ausgang aufweisen, sodass andere Personen durch die Behandlung nicht gestört werden. Es kann aber auch ein Lautsprecher angeschlossen werden, sodass die modulierten Klänge allgemein hörbar sind und die Klangerzeugungsvorrichtung die Funktion eines Senders annimmt. Auch die Steuereinrichtung zur Auswahl der Klänge, der Regelung der Lautstärke und der Aktivierung der Verschlusseinrichtung kann in die Brille integriert sein, sodass nur ein einziges Gerät für die Behandlung notwendig ist, das leicht auch auf Reisen mitgeführt werden kann.
  • Alternativ kann die Steuereinrichtung ein Smartphone, Tablet oder auch ein Desktop-Computer mit einer Steuersoftware sein, die mittels einer Bluetooth- oder einer anderen Kommunikationsverbindung mit der Brille und der Klangerzeugungseinrichtung kommuniziert. Diese Ausgestaltung erlaubt regelmäßige Updates der Software und das Herunterladen weiterer Melodien für die Behandlung. Die Steuereinrichtung kann auch als Klangerzeugungseinrichtung fungieren, sodass die Brille nur die Verschlusseinrichtung aufweist, die von der Steuereinrichtung aus ein- und ausschaltbar ist. Dabei kann in die Software auch eine Bezahlfunktion integriert werden, die beispielsweise abhängig von der Bezahlung das stundenweise Nutzen der Vorrichtung erlaubt.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Kalibrieren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich der optimalen Frequenzen für die Verschlusseinrichtung und für das Modulationssignal, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:
    • - schrittweises Erhöhen der Frequenz der Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung der vor den Augen getragenen Einrichtung, insbesondere der Brille von 35 Hz bis 45 Hz und Aufzeichnen der Gehirnströme des Patienten bei jeder Frequenz mittels eines EEG;
    • - Betreiben der Verschlusseinrichtung mit derjenigen Frequenz, bei welcher der höchste Gammawellenanteil in den Gehirnströmen gemessen wurde;
    • - Zuschalten der Klangerzeugungseinrichtung und Modulieren der Lautstärke der Klänge mit einem Modulationssignal, dessen Frequenz schrittweise von 35 Hz bis 45 Hz erhöht wird und Aufzeichnen der Gehirnströme des Patienten bei jeder Frequenz mittels eines EEG;
    • - Auswahl derjenigen Frequenz für das Modulationssignal, bei welcher der höchste Gammawellenanteil in den Gehirnströmen gemessen wurde.
  • Die Frequenzen können kontinuierlich verändert (erhöht oder erniedrigt) werden und für jede Frequenz ein EEG erstellt werden. Um möglichst gleichförmige Ausgangsbedingungen für die Feststellung der individuellen Gamma-Frequenz zu erhalten, kann im akustischen Kalibrierungsprozess insbesondere für geräuschempfindliche Patienten/Anwender auch „braunes Rauschen“, welches mit 40 Hz moduliert ist, verwendet werden.
  • Prinzipiell kann die Vorrichtung jedoch auch außerhalb des Frequenzbereichs zwischen 35 Hz bis 45 Hz betrieben werden.
  • Anschließend kann eine Phasenverschiebung schrittweise von 0 bis 2π zwischen den Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung und dem Modulationssignal für die Klänge erzeugt und ein EEG für jede Phasenverschiebung erstellt werden. Es wird dann diejenige Phasenverschiebung ausgewählt, bei welcher der größte Anteil an Gammawellen im EEG des Patienten auftritt. Die durch die Messungen ermittelten Werte können später jederzeit entsprechend des subjektiven Eindrucks des Patienten hinsichtlich seines Schmerzempfindens korrigiert werden, sodass ein optimaler Behandlungserfolg erzielbar ist.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihr Einsatz bei der Behandlung von Kopfschmerzen eines Patienten anhand der Zeichnung näher beschrieben.
  • Im Einzelnen zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    • 2 ein Schmerztagebuch eines Patienten in Form eines Balkendiagramms;
    • 3 die spektrale Leistungsdichte des EEGs eines Patienten vor, während und nach einer Behandlung.
  • Die in 1 dargestellte Vorrichtung zur Schmerzbehandlung weist eine Brille 10 sowie eine Klangerzeugungseinrichtung 11 auf. Die Klangerzeugungseinrichtung 11 kann beispielsweise wie im dargestellten Beispiel ein Smartphone oder ein Tablet sein. Sie ist somit gleichzeitig eine Steuereinrichtung, die drahtlos beispielsweise über Bluetooth mit der Brille 10 kommuniziert, was in 1 durch Wellensymbole 12 angedeutet ist.
  • Die Brille 10 ist mit LCDs 13 versehen, die in 1a als einen Lichtdurchlass verdunkelnd und in 1b als einen Lichtdurchlass erlaubend dargestellt sind. Der Wechsel zwischen einem Lichtdurchlass und einer Verdunkelung geschieht im dargestellten Beispiel mit einer Frequenz von 42 Hz. Diese Frequenz kann mit der Klangerzeugungs- und Steuereinrichtung erhöht oder erniedrigt werden. Die generelle Aktivierung und Deaktivierung der LCDs 13 geschieht ebenfalls mit Hilfe der Klangerzeugungs- und Steuereinrichtung 11, die bzw. deren Applikation dafür zwei Schalter 14, 15 aufweist. Auch für die Aktivierung und Deaktivierung einer Klangerzeugung sind zwei Schalter 16, 17 in der Klangerzeugungs- und Steuereinrichtung 11 vorgesehen. Die Klangerzeugung kann ebenfalls frequenzmoduliert erfolgen. Im dargestellten Beispiel sind die Frequenzen für die optische Modulation und die Klangmodulation identisch und phasensynchron und liegen beide bei 42 Hz und können beide gemeinsam verändert werden. Aber auch eine unabhängige Wahl der Frequenz der optischen und akustischen Modulation sowie eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Modulationssignalen sind generell für eine Schmerzbehandlung nach der Erfindung möglich.
  • 2 zeigt ein Schmerztagebuch eines Patienten mit einer traumatischen Hirnverletzung in Form eines Balkendiagramms. Jeder Balken repräsentiert die Schmerzintensität an einem Tag in einem Behandlungszeitraum, der sich über mehrere Monate erstreckte. Die vertikale Achse zeigt die Schmerzintensität auf einer Skala von 1 bis 10 an. Die Dicke der Balken repräsentiert die Dauer des Schmerzes an einem Tag. Diejenigen Balken, die mit einem Kreis an der Spitze versehen sind, geben Tage an, an denen der Patient eine Behandlung mit der in 1 gezeigten Vorrichtung erfahren hat. Balken mit einem Quadrat an der Spitze zeigen schmerzfreie Tage an. Es ist gut erkennbar, dass nach Behandlungsbeginn Ende August sowohl die Intensität der Schmerzattacken als auch deren Häufigkeit abgenommen hat. Jede akute Schmerzattacke konnte mit einer 30-minütigen Behandlung beendet werden.
  • In 3 ist die Veränderung des Enzephalogramms desselben Patienten wie in 2 zu drei verschiedenen Messzeitpunkten dargestellt, wobei ein Mittelwert über die Messwerte aller Elektroden gebildet wurde. Auf der horizontalen Achse sind die Frequenzen der Gehirnwellen aufgetragen und auf der vertikalen Achse deren spektrale Leistungsdichte. Die durchgezogene Linie im Diagramm gibt die Messwerte vor der Behandlung mit einer Vorrichtung gemäß 1 und die gestrichelte Linie nach einer solchen Behandlung an. Die gepunktete Linie zeigt die Leistungsdichte während der Anwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung. Alle drei Messungen wurden am selben Tag nach einer mehrmonatigen Behandlungsphase während einer Behandlungssitzung durchgeführt. Wie das Diagramm zeigt, führte die Behandlung zu einer Erhöhung der Leistungsdichte bei 6 Hz (Theta-Frequenz) und bei 11 Hz (Alpha-Frequenz) sowie zu einer Verringerung der zuvor vorhandenen Leistungsspitze bei 17 Hz. Der Verlauf des EEGs hat sich somit deutlich normalisiert.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Schmerzbehandlung des Kopfs mit einer vor den Augen getragenen Einrichtung, insbesondere einer Brille (10), die eine Verschlusseinrichtung (13) zur periodischen Unterbrechung der äußeren optischen Eindrücke aufweist, mit einer Klangerzeugungseinrichtung (11), deren Klänge in der Lautstärke entsprechend eines periodischen Signals moduliert werden können, und mit einer Steuereinrichtung (11), die die periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung (13) der Brille (10) und die Frequenz des Modulationssignals der Lautstärke der Klänge derart auswählt und aufeinander abstimmt, dass in zumindest einem Gehirnbereich des Anwenders der Vorrichtung Gammawellen induziert werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung (13) der z. B. Brille (10) und die Frequenz des Modulationssignals der Klänge vorzugsweise in einem Bereich zwischen 35 Hz und 45 Hz liegen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung (13) der z. B. Brille (10) und die Frequenz des Modulationssignals der Klänge identisch sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Unterbrechungen der Verschlusseinrichtung (13) der z. B. Brille (10) und das Modulationssignal für die Klänge in Phase oder zueinander phasenverschoben sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautstärke der Klänge periodisch um 50 % absenkbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung (13) und die Dauer der Absenkung der Lautstärke beliebig und kontinuierlich innerhalb einer Periodendauer variiert werden.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klangerzeugungseinrichtung (11) ein Speichermedium mit mehreren, vom Anwender auswählbaren Melodien aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klangerzeugungseinrichtung (11) in der vor den Augen getragenen Einrichtung (10) integriert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klangerzeugungseinrichtung (11) einen Kopfhöreranschluss als Audioausgang zur Klangausgabe aufweist, an den auch ein Lautsprecher angeschlossen werden kann.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) in die Brille integriert ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) ein Smartphone, Tablet oder Desktop-Computer mit einer Steuersoftware ist und mittels einer Bluetooth- oder anderen Kommunikationsverbindung (12) mit z. B. der Brille (10) und der Klangerzeugungseinrichtung (11) kommuniziert.
  12. Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hinsichtlich der optimalen Frequenzen für die Verschlusseinrichtung (13) und für das Modulationssignal, gekennzeichnet durch die Schritte: - schrittweises Erhöhen der Frequenz der Unterbrechungen durch die Verschlusseinrichtung (11) der vor den Augen getragenen Einrichtung, insbesondere der Brille (10) von 35 Hz bis 45 Hz und Aufzeichnen der Gehirnströme des Patienten bei jeder Frequenz mittels eines EEG; - Betreiben der Verschlusseinrichtung (13) mit derjenigen Frequenz, bei welcher der höchste Gamma-Wellenanteil in den Gehirnströmen gemessen wurde; - Zuschalten der Klangerzeugungseinrichtung (11) und Modulieren der Lautstärke der Klänge mit einem Modulationssignal, dessen Frequenz schrittweise von 35 Hz bis 45 Hz erhöht wird und Aufzeichnen der Gehirnströme des Patienten bei jeder Frequenz mittels eines EEG; - Auswahl derjenigen Frequenz für das Modulationssignal, bei welcher der höchste Gammawellenanteil in den Gehirnströmen gemessen wurde.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für geräuschempfindliche Patienten/Anwender anstelle von Klängen frequenzmoduliertes braunes Rauschen eingesetzt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113491838A (zh) 2021-07-14 2021-10-12 李云 一种治疗阿尔兹海默症的声光频闪信号产生系统及方法

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CN113491838A (zh) 2021-07-14 2021-10-12 李云 一种治疗阿尔兹海默症的声光频闪信号产生系统及方法

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