JP2007518469A - 前庭の生体機構を改変するためのシステムおよび方法 - Google Patents

前庭の生体機構を改変するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、脳および身体の機能ならびに知覚の管理のためのシステムおよび方法に関する。例えば、本発明は、感覚代行および感覚強化（増強）ならびに運動制御強化のためのシステムおよび方法を提供する。本発明はまた、感覚代行、感覚強化および関連効果を通じて、疾患および病状を治療するための、ならびに身体的および精神的な健康および遂行能力の強化を与えるための、システムおよび方法も提供する。特に、本発明は、例えば、疾患および病状の治療、または前庭機能に関連した遂行能力の強化を目的として、前庭生物学を改変するためのシステムおよび方法を提供する。

Description

本発明は、2003年11月26日に出願された米国特許仮出願第60/525,359号、2004年8月31日に出願された第60/605,988号、および2004年10月1日に出願されたエクスプレスメール番号EV 472 999 171 USの優先権を主張し、これらはその全体が参照として本明細書に組み入れられる。
本発明は一部、NSF助成金番号IIS 0083347、NIH助成金番号R01-EY10019、R43/44-DC04738、R43/44-EY13487、およびDARPA助成金番号BD-8911からの資金の下で行われた。政府は本発明に特定の権利の権利を有しうる。
発明の分野
本発明は、脳および身体の機能ならびに知覚の管理のためのシステムおよび方法に関する。例えば、本発明は、運動調節増進と同様に、感覚代行および感覚の増進（増強）のシステム及び方法をを提供する。感覚代行、感覚の増進および関連した効果を介して拡張肉体的および精神的な健康および遂行をを提供することと同様に、本発明は、処理疾患および状態のシステム及び方法をもまたを提供する。特に、本発明は、とりわけ疾患および状態を治療または前庭機能に関連する遂行能力を増大させるため前庭の生物学を変更するためのシステム及び方法を提供する。
発明の背景
哺乳動物の脳は（ヒトの脳は特に）、莫大な量の情報を複雑な様式で処理することができる。脳は、例えば、視覚、聴覚、嗅覚および触覚の源を含む、多数の感覚源から感覚情報を連続的に受け取り、変換する。処理、運動および認識訓練を通じて、対象は知覚、弁別および記憶を回復および増強することができており、このことはある範囲にわたる未開発の能力の存在を示している。これらの能力をより適切に拡張し、入手し、制御するためのシステムおよび方法が求められている。
定義
本発明の理解を促すために、さまざまな用語および語句を以下のように定義する：
本明細書で用いる場合、「対象（subject）」という用語は、ヒトまたはその他の脊椎動物のことを指す。この用語は患者を含むものとする。
本明細書で使用される、「増幅器」が対応する電気入力パラメータの関数である電気出力を産生する装置を意味し、これは、外部電源（すなわち、それは、増加を導く）に由来する描画されるエネルギーによる入力の大きさを増加させる。「増幅」は、電子デバイスに電気信号機の再現を増加した輝度で言及する。「増幅手段」は、信号を増幅するために、増幅器の使用を意味する。増幅手段が信号を処理および／またはフィルタリングする手段をもまた含有することが意図される。
本明細書中で使用する場合、「レシーバ」という用語は、電送波を出力の所望の形に変換するシステムの一部を意味する。レシーバが選択された動作（つまり、感度の周知のレベル）によって作動する振動数の範囲は、レシーバの「バンド幅」である。
本明細書で用いる場合、「変換器（transducer）」という用語は、非電気的パラメーター（例えば、音、圧力または光）を電気的シグナルに変換する、またはその逆の変換を行う、任意のデバイスのことを指す。
本明細書で用いる場合、「刺激装置（stimulator）」および「作動装置（actuator）」という用語は、本明細書において、対象の組織に対して刺激（例えば、振動触覚性、電気触覚性、温熱性、その他）を与える、デバイスの構成要素を指して用いられる。本明細書で言及する場合、刺激装置という用語は、変換器の一例をなす。反する記載がなされない限り、刺激装置または作動装置を利用する本明細書に記載の態様が、他の形態の変換器を用いてもよい。
本明細書で用いられる用語「回路」は、電流の完全な経路を意味する。
本明細書で使用しているように、用語「レジスタ」はそれが所有する電子デバイスを意味し、抵抗はこの使用のために選択される。本用語は、固定された値、または調節可能な値、炭素、導線-損傷および被膜抵抗器からなる全種類のレジスタを包囲することが意図されているが、これらに制限されない。用語「抵抗」（R; ohm) は、電流の通過に抵抗して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する材料のの特徴を意味する。
「磁石」という用語は、鉄を引きつけて、それ自体の外側に磁場を産生し、（例えば鉄、鋼またはアロイ）かつ、遊離させて懸濁した場合に地球の磁極を指し示す特性をもつ物体を意味する。
本明細書中で使用する場合、「磁場」という用語は、磁力が検出される磁石を包囲している領域を意味する。
本明細書で用いる場合、「電極」という用語は、回路の非金属性部分、特に生体系の部分（例えば、ヒトの舌の表面にある皮膚）との電気的接触を成立させるために用いられる伝導体のことを指す。
「筐体（housing）」という用語は、本発明のデバイスの少なくとも1つの構成要素を収容または封入する構造のことを指す。好ましい態様において、「筐体」は「生体適合性」材料から製造される。いくつかの態様において、筐体は、筐体の内側の構成要素から延びた導線が筐体の外側の箇所へと内部を通過する、少なくとも1つの密閉フィードスルーを含む。
本明細書で用いる場合、「生体適合性」という用語は、周囲組織に対する刺激的および免疫学的な影響が最小限（すなわち、対照との比較で有意差が認められない）または皆無である、任意の物質または化合物のことを指す。また、この用語は、本発明の筐体またはその他の局面に対する免疫反応を最小限に抑えるか回避する目的で利用される物質または化合物に対しても適用される。特に好ましい生体適合性材料には、チタン、金、白金、サファイア、ステンレス鋼、合成樹脂およびセラミックが非制限的に含まれる。
本明細書で用いる場合、「植込み型（implantable）」という用語は、患者に植え込むことができる任意のデバイスのことを指す。この用語は、さまざまなタイプのインプラントを含むものとする。好ましい態様において、デバイスは皮膚の下（すなわち、皮下）に植え込んでもよく、またはデバイスを用いるのに適した任意の他の位置（例えば、側頭骨、中耳または内耳の内部）に配置してもよい。植え込まれたデバイスとは、対象の内部に植え込まれたもののことであり、対象に対して「外部」にあるデバイスは、対象の内部に植え込まれていない（すなわち、デバイスは対象の皮膚に対して外部に位置する）。
本明細書で用いる場合、「密閉された」という用語は、デバイスの外側に位置する液体または気体がデバイスの内部に入り込むことを、少なくともある程度、防ぐ様式で封止されているデバイスまたは物体のことを指す。「完全に密閉された」とは、デバイスの外側に位置する液体および気体がデバイスの内部に検出可能な程度では全く入り込まないような様式で封止されているデバイスまたは物体のことを指す。封止は、機械的なもの、接着剤または密封剤などを非制限的に含む、さまざまな手段によって行われるものとする。特に好ましい態様において、密閉されたデバイスは、完全に無漏性であるように作られる（すなわち、液体も気体もデバイスの内部に全く入り込むことができない）。
本明細書で使用しているように、用語「プロセッサ」は、コンピュータ・メモリ（例えばROMまたは他のコンピュータ・メモリ）に由来するプログラムを解読して、プログラム記載の一組の工程を実施することが可能である装置を意味する。プロセッサは、非アルゴリズムの信号処理構成成分（例えば、アナログ信号処理のために）を含有することができる。
本明細書で使用しているように、条件「コンピュータ・メモリ」および「コンピュータ記憶装置」は、コンピュータプロセッサに読み込み可能ないかなる記憶媒体も意味する。コンピュータ・メモリの例には、制限されるわけではないが、RAM、ROM、コンピュータ・チップ、ディジタルビデオディスク（DVD）コンパクトディスク（CD）ハードディスク装置（HDD）および磁気テープが含まれる。
本明細書中で使用する場合、「コンピュータにより読み取り可能な媒体」という用語は、コンピュータプロセッサから情報（例えばデータおよび指示）を提供している格納、かつ任意の装置もまたはシステムを意味する。計算機可読の培養液の例には、制限されるわけではないが、ネットワークの上のストリーミングメディアのためのDVD、CD、ハードディスク装置、磁気テープ、フラッシュメモリおよびサーバが含まれる。
本明細書で使用しているように、条件「マルチメディア情報」および「培養液情報」は、取り換えられて、オーディオ、ビデオおよび／またはテキストをコードしているかまたは表している情報（例えばデジタル化された、かつ、アナログ情報）を言及するために用いる。マルチメディア情報は、オーディオまたはビデオに対応しない情報を更に担持することができる。マルチメディア情報は、電気で、光学で、衛星透過、などを含むがこれらに限定されない方法に、第2の部位または装置に一つの部位または装置に由来する透過されることができる。
本明細書中で使用する場合、「インターネット」という用語は、標準プロトコルを使用しているネットワークのいかなるネットワークもを意味する。
例えば、用語は、以下を含有する：
世界的、分散ネットワークを形成するために一組の標準手順（例えばTCP/IP、HTTPおよびFTP）に結びつけられる一まとまりの相互に連結した（公衆のおよび／または個人的な）ネットワーク。この期間が現在インターネットとして共通に公知であることを意味することを目的とする一方、それは将来作製されることができる変動を包囲することをもまた目的とする。そして、他の媒体（例えばテレビ、ラジオ、など）を有する既存の標準プロトコルまたは組込みへの変化および加算を含有する。用語は、非公開ネットワーク（例えば個人的な（例えば、会社の）イントラネット）を包囲することをもまた目的とする。
本明細書で使用しているように、条件「セキュリティ・プロトコル」はプロセッサへのアクセスをプロセッサへのアクセスが許可された特性のユーザに制限する電子防護システム（例えばハードウェアおよび／またはソフトウェア）メモリその他を意味する。例えば、セキュリティ・プロトコルは、以下を含むことができる：適当なパスワードが入力されるまで一つまたは複数の機能をプロセッサから締め出すソフトウエアプログラム。
本明細書で使用しているように、用語「リソース・マネージャ」は、プロセッサまたは他のシステムの遂行を最適化するシステムを意味する。例えば、リソース・マネージャは、プロセッサまたはソフトウェア・アプリケーションの遂行をモニタリングして、データおよびプロセッサ配分を管理するように構成されることができて、部品故障回収を実施することができて、データ、などのレセプトおよび透過を最適化することができる。いくつかの態様において、リソース・マネージャは、本発明のコンピューターシステムに提供されたソフトウエアプログラムを含む。
本明細書で使用しているように、「電子通信」という用語は、直接的または間接的なシグナリングを介して互いと通信するように構成される電気装置（例えばコンピュータ、プロセッサ、通信装置）を意味する。例えば、ケーブルまたは導線を介してプロセッサに接続される会議ブリッジ、情報が会議ブリッジとの間に通過することができるようであるものおよびプロセッサは、互いを有する電子通信中にある。同様に、他のコンピュータまたは装置に（例えば、ケーブル、導線、赤外線信号、電話線路、などを介して私）情報を透過するように構成されるコンピュータは、他のコンピュータまたは装置を有する電子通信中にある。
本明細書で使用しているように、「伝達」という用語は、任意の適当な手段を使用した、一つの場所からもう一方（例えば、一つの装置からもう一方）への情報（例えばデータ）の動きを意味する。
本明細書で用いる場合、「電気触覚的（electrotactile）」という用語は、感覚機能を担っている神経が電流によって刺激されるような手段のことを指す。いくつかの態様において、この用語は、ヒトの触覚（および／または味覚）を担っている神経が、（表面（または植込み）電極を介して加えられる）電流によって刺激されるような手段のことを指す。電気触覚的という用語は、「皮膚電気的（electrocutaneous）」および「皮電的（electrodermal）」という用語と互換的に用いうる。
発明の概要
本発明は、知覚に関係する脳および身体の機能の管理のためのシステムおよび方法に関する。例えば、本発明は、感覚代行および感覚強化ならびに運動制御強化のシステムおよび方法を提供する。本発明はまた、感覚代行、感覚強化および関連効果により、疾患および病状を治療する、ならびに身体的および精神的な健康および遂行能力（performance）を与える、システムおよび方法も提供する。
本発明の開発に際して行われた実験により、機械／脳インターフェイスを、例えば、盲目および視覚障害の個体がビデオカメラまたはその他の映像供給源から高度の視覚を獲得することを可能にするため、平衡感覚に関係する能力障害状態を有する対象が正常な身体機能に近づくことを可能にするため、対象が外科的デバイスまたはその他の医学的デバイスを用いてカテーテル末端周囲の環境を感じられるようにするため、運動技能の強化をもたらすため、ならびに身体的および精神的な健康および安寧感を強化するために用いうることが示された。いくつかの態様において、本発明は、激しい瞑想訓練、集中および時間的献身の必要性を伴わずに、瞑想およびストレス緩和の利益をシミュレートするための方法を提供する。
本発明は、以下のものを非制限的に含む多岐にわたる用途のための、感覚代行、感覚強化、運動強化ならびに全般的な身体的および精神的な強化を可能にする広範囲にわたるシステムおよび方法を提供する：知覚の消失または障害を伴う疾患、病状および状態の治療；感覚プロセスの研究；感覚性の疾患、病状および状態の診断；感覚強化型の娯楽（例えば、テレビ、音楽、映画、テレビゲーム）の提供；新たな感覚（例えば、化学物質、放射線などを知覚する感覚）の提供；新たなコミュニケーション法の提供；デバイスの遠隔的な感覚的制御の提供；ナビゲーションツールの提供；運動競技上、仕事上または全般的な遂行能力の強化；ならびに身体的および精神的な安寧の強化。
本明細書に記載した利益は、対象に対する情報の伝達を、このような情報を通常は伴わない感覚経路を介して行うことによって得られる。例えば、平衡感覚の改善に関しては、物理センサーを用いて、重力ベクトルを基準にした対象の頭部または身体の物理的位置を検出することができる。この情報はプロセッサに送られ、続いてそれが情報をコード化して変換器アレイ（例えば、刺激装置アレイ）に伝達する。変換器アレイは、感覚刺激（すなわち情報）―例えば、対象の舌に対する電気的刺激―を与える様式で、対象の身体と接触させられる。変換器アレイは、頭部または身体の知覚の違いが対象に対する異なる刺激を誘発するように構成される。対象がこれらのパターンを頭部、身体部分または体位と関連づけることが可能とする訓練運動を用いることにより、対象は、地面を基準とする重力に対する身体部分の向きを、それが舌を経由して脳に伝達されるのに伴って、意識して考えることなく知覚するように学習するようになる。本発明の開発に際して行われた実験により、対象が、新たな感覚の追加がなければ不可能であった、正常に歩行する能力および他の平衡機能（例えば、自転車に乗ること）を遂行する能力を獲得したことが示された。驚いたことに、脳が平衡感覚に関して効果的に再プログラムされるようになり、対象はデバイスを取り除いた後にも利益を維持しうることが明らかになった。長期試験では、真のリハビリテーションが観察され、利益（例えば、平衡感覚の改善）はデバイスの使用および訓練の停止から数週間後にも維持された。したがって、本発明のシステムは、感覚の強化および代行のための手段を提供するだけでなく、デバイスの非存在下でさえも脳をより高いレベルで機能させるように訓練するための手段も提供する。
本発明の開発に際して行われた実験により、脳が新たな感覚情報を、他の感覚との統合、新たな感覚情報に対して本能的に反応する能力、および電極アレイから実際に受容する複雑度のレベルを超えて情報を外挿する能力を含む、複雑な様式で統合および外挿しうることも示された。例えば、本発明の開発に際して行われた実験により、盲目の対象が転がっているボールを捕まえうることが示されたが、これはボールを見るだけでなく、視覚的手がかりによって腕の動きを自然な様式で協調させることも必要とする作業である。
驚いたことに、本発明のシステムおよび方法は、これらの方法によって与えられる具体的な情報とは直接的には結び付きのない脳機能の強化を提供する。例えば、実施例20は、処理の前に通常ものをいうことができなかった痙攣性発声障害に由来する障害を患い、口腔コミュニケーションがささやきに減少している対象の治療を記載する。対象は、対象が体位を維持している間の体位および空間内の向きに関する情報が電気触覚刺激を介して対象の舌に伝達されるという治療を受けた。対象には訓練中に声を出すよう試みることを求めた。訓練の後に、対象は声に出して発語する能力を再び獲得した。このように、重力面に対する体位に対応する電気触覚情報を、発語に関連した脳活動の活性化と組み合わせて用いて、咽頭の筋肉制御に関する脳機能（運動制御機能）が高められた。この例は、本発明のシステムおよび方法が、特定の脳活動の活性化に関連した電気触覚刺激を用いることにより、全般的な脳機能の強化に有用であることを示している。機序の理解は本発明を実施するために必要ではなく、本発明はいかなる特定の作用機序にも限定されないが、触覚刺激（例えば、舌の電気触覚刺激）の使用は、特定の作業と関連した全般的機能（例えば、運動制御、視覚、聴覚、平衡感覚、触覚感覚）を改善するように脳を条件付けることが想定される。機序の理解は本発明を実施するために必要ではなく、本発明はいかなる特定の作用機序にも限定されないが、本発明のシステムおよび方法は、脳機能の強化をもたらすために長期増強（高頻度刺激後に長時間持続するシナプス効果の増加）を提供またはシミュレートすることが想定される。本発明の開発に際して行われた実験で、長期的触覚刺激を加えた場合に認められた訓練の残存性およびリハビリテーション効果は長期増強試験と合致する。したがって、本発明は、長期間（例えば、数時間、数日など）に及ぶ生理的学習のためのシステムおよび方法を提供する。
さらに、本発明の触覚刺激（例えば、舌の電気触覚刺激）は、深部脳刺激法によって得られるものと同様の利益をもたらすほか、深部脳刺激が用いられ、その使用が想定される用途において有用である。慢性的深部脳刺激は、現在米国のFDAにより承認されているものとしては、視床の中間腹側核に植え込まれた多電極導線からなる、振戦に対する患者自己調節型の治療法がある。上胸部の皮下に外科的に植え込まれたパルス発生器に導線が接続される。電極の導線からの延長ワイヤーが皮下の頭皮領域から胸部へと通され、そこでそれがパルス発生器と接続される。着用者は、パルス発生器の上に手持ち式の磁石を通過させて、それをオンおよびオフにする。パルス発生器は高周波のパルス電流を生成し、それは電極に沿って視床へと送られる。視床における電気的刺激は振戦を遮断する。パルス発生器はバッテリーの交換のために取り替えなければならない。DBS手術に伴うリスクには、頭蓋内出血、感染および機能喪失が含まれる。本発明の非侵襲的なシステムおよび方法は、現行および今後の深部脳刺激の用途の範囲にわたり（例えば、パーキンソン病患者の振戦、ジストニア、本態性振戦、慢性的神経関連痛、脳卒中または他の外傷後の力の改善、発作性疾患、多発性硬化症、麻痺、強迫性障害およびうつ病の治療）、侵襲的な深部脳刺激に代わる選択肢を提供する。機序の理解は本発明を実施するためには必要でなく、本発明はいかなる特定の作用機序にも限定されないが、本発明のシステムおよび方法は、深部脳刺激によって活性化される脳幹および中脳の部分を活性化することが想定される。
本発明はさらに、脳が、遂行する能力を失った損傷組織を利用して、作業を遂行させる能力、または従来は全く遂行されなかったこの種の能力を獲得させる能力を強化するためのシステムおよび方法も提供する。本発明の開発に際して行われた実験により、損傷組織は、本発明のシステムおよび方法を用いて訓練すると、より高度の機能を再び獲得する残存能力が強化されることが示された。したがって、いくつかの態様において、本発明のシステムおよび方法は、脳の再訓練によって損傷組織から機能を再生させるために用いられる。
また、本発明のシステムおよび方法を、さらなる強化または代行を得るために、他のデバイス、補助具、または感覚強化の方法とともに用いることもできる。例えば、蝸牛インプラント、聴覚補助具などを用いた対象が、改善された機能を生じるように、本発明のシステムおよび方法をさらに用いてもよい。
したがって、本発明は、疾患および病状を治療するため、ならびに強化された身体的および精神的な健康および遂行能力を提供するための、多様なデバイス、ソフトウエア、システム、方法およびアプリケーションを提供する。
いくつかの態様において、本発明は、前庭機能に関係するデバイス、ソフトウエア、システム、方法およびアプリケーションを提供する。例えば、本発明は、前庭機能に関係する対象の身体的または精神的な遂行能力を改変するための方法であって、前記の前庭機能に関係する身体的または精神的な遂行能力が改変される（例えば、強化されるまたは低下する）ように、対象を触覚刺激に曝露させる段階を含む方法を提供する。
本発明は前庭機能の性質によっては制限されない。いくつかの態様において、前庭機能は平衡感覚を含む。平衡感覚には、重力面、別の身体部分または環境物体（例えば、重力が少ないか皆無である環境、水中、その他）を基準とした身体の向きの知覚といった、すべてのタイプの平衡感覚が含まれる。
本発明はまた、対象の性質によっても制限されない。対象は健康であってもよく、または直接的もしくは間接的に前庭機能が関係する疾患もしくは病状に罹患していてもよい。健康な対象に関しては、本発明のシステムおよび方法は、前庭機能（例えば、平衡感覚）を、正常を超えるように強化するのに有用である。運動選手、軍人をはじめとする者は、このような超安定性（super-stability）による利益を受けることができる。
いくつかの態様において、対象は疾患または病状を有する。いくつかの態様において、疾患または病状は、感覚-運動協調性の機能不全を伴う。いくつかの態様において、疾患または病状は、末梢神経系機能不全および中枢神経系機能不全の両方を含む、前庭機能障害を伴う。さまざまな疾患および病状を有する対象は、本発明のシステムおよび方法による利益を受け、これには、片側または両側前庭機能不全、てんかん、失読症、メニエール病、片頭痛、デバルクマン症候群（Mal de Debarquement syndrome）、動揺視、自閉症、外傷性脳損傷、パーキンソン病および耳鳴を有するか、またはそれらに対する素因を有する対象が含まれる。本発明は、外傷性脳損傷（例えば、脳卒中による）に冒された対象または薬物療法を受けている対象を非制限的に含む、疾患、病状または医学的介入からの回復期にある対象に有用である。本発明のシステムおよび方法は、平衡障害（loss of balance）を有するか、または平衡障害（例えば、加齢、疾患、環境条件などに起因するもの）のリスクを有する、任意の対象に有用である。
いくつかの好ましい態様において、触覚刺激（例えば、舌を介した電気触覚刺激）は対象に情報を伝え、その情報は重力面に対する対象の身体の向きに関する。
本発明の開発に際して行われた実験により、前庭機能の改善は触覚刺激に対する曝露の後、ある期間にわたって持続することが示された。改善は、触覚刺激に対する曝露から1時間、6時間、24時間、1週間、1カ月および6か月間にわたって認められた。。
本発明はまた、前庭機能に関係する対象の身体的または精神的な遂行能力を改変するためのシステムも提供する。本システムは、本明細書に記載した方法において有用である。いくつかの好ましい態様において、本システムは以下のものを含む：a）環境基準点を基準とした体位または身体の向きに関する情報を収集するセンサー；b）触覚情報を対象に伝達するように構成された刺激装置；ならびにc）i）センサーから情報を受け取ること；ii）情報を触覚情報に変換すること；およびiii）体位または身体の向きを対象に伝える形態で刺激装置に触覚情報を伝達すること、を行うように構成されたプロセッサ。いくつかの好ましい態様において、センサーは角運動または線運動のセンサーである（例えば、加速時計またはジャイロスコープ）。
本発明は、用いる刺激装置の性質によっては制限されない。いくつかの好ましい態様において、刺激装置は、舌に対する触覚刺激を行えるよう、対象の口腔内に収まるように構成されたマウント上に与えられる。いくつかの好ましい態様において、プロセッサと刺激装置との間の通信は無線方法による。特に好ましい態様において、プロセッサは、対象がプロセッサを身体の表面または内部へと容易に移せるように携帯型筐体の内部に与えられる。
本発明はさらに、前庭機能を改善するために、対象が触覚情報を知覚される環境情報またはその他の情報と関連づけるように訓練するためのシステムも提供する。いくつかの好ましい態様において、本システムは以下のものを含む：a）触覚情報を対象に伝達するように構成された刺激装置、ならびにb）i）対象の体位または身体の向きと相関する知覚可能な事象を生成する訓練プログラムを実行させること、およびii）体位または身体の向きを知覚可能な事象（例えば、ディスプレイスクリーニングにビデオ映像として映像化されたもの）と関連づける形態で刺激装置に触覚情報を伝達すること、を行うように構成されたプロセッサ。
本発明はさらに、前庭機能不全を診断するための方法を提供する。いくつかの好ましい態様において、本方法は、触覚刺激に応じた、前庭機能と関連性のある対象の技能を測定する段階を含む。いくつかの態様においては、機能の向上または低下を明らかにするために、測定された技能を所定の正常技能値と比較する。所定の正常技能値は、集団平均およびその対象からの以前の測定値を非制限的に含む、任意の源から入手しうる。いくつかの好ましい態様において、技能には平衡感覚が含まれる。本方法は、治療または処置の際に前庭障害を検出するのに特に有用であり、検出された場合には、長期的障害が軽減または消失するように治療レジメンを変更することもできる。例えば、両側性前庭機能不全を引き起こす恐れのある薬剤（例えば、ゲンタマイシンなどの抗生物質）による治療を受ける対象における両側性前庭機能不全を回避することができる。
本発明の開発に際して行われた実験により、本発明のシステムおよび方法を用いることで、瞑想および／またはストレス緩和に伴う身体的または情緒的な利益が対象に与えられることが示された。したがって、本発明は、そのような利益が得られる条件下で、対象を触覚刺激（例えば、舌を介した電気触覚刺激）に接触させる段階を含む。いくつかの態様において、対象には、10分間またはそれ以上（例えば、20分間など）にわたる触覚刺激が与えられる。いくつかの態様において、対象は、触覚刺激を受けている間、制御された体位を維持する（例えば、直立して背中を伸ばす；立位）。得ることのできる身体的および情緒的な利益の例は本明細書に記載されており、これには運動協調性の改善、睡眠の改善、視覚の改善、認知技能の改善および精神衛生の改善（例えば、安寧感の向上）が非制限的に含まれる。
いくつかの態様においては、運動制御障害を伴う疾患または病状を有する対象が本発明のシステムおよび方法によって治療される。例えば、本発明の開発に際して行われた実験により、攣縮性発声障害を有する対象における発話能力の改善が示された。
発明の詳細な説明
本発明は、知覚、運動制御、精神的および身体的な作業の遂行能力ならびに健康および安寧を置き換える、補強するまたは強化するための新たな形態の感覚入力を提供することによって、感覚情報を管理するためのシステムおよび方法を提供する。本発明のシステムおよび方法は、感覚入力をデバイスから対象に与えることによってこれらの結果を実現する。感覚入力は、入力の性質を通じて、または対象の訓練を通じて、入力を受け取る対象が情報および意図した利益を受けるような様式で与えられる。したがって、本発明は、感覚情報の伝達（例えば、皮膚を介して）のための機械-脳インターフェイスを提供する。皮膚表面に対して物理的刺激を単に与える方法とは異なり、本発明のシステムおよび方法は、情報が脳へと伝えられて脳機能に影響を及ぼすように、シグナルに構造を与える。
ブレインコンピュータインターフェース（BCI）技術は、現代のサイエンスの最も強烈に発育過程の領域のいずれか一項であって、神経科学およびコンピューターサイエンスとの間に多数の有意な十字路をつくった。BCI技術の目的は、ヒトの脳およびコンピュータ化された環境との間に直接リンクをを提供することである。しかしながら、大多数の最近のBCI方法および特許出願は、コンピュータ化された末梢から脳に由来する情報の流れをを提供するように設計されていた。情報（脳インタフェース―CBI―コンピュータ）の流れの逆であるかオルターナティブな方向は、ほぼ未発達のままである。
本発明のシステムは、脳へのコンピュータ化されたまたは機械環境（または環境に関する情報をを提供することができるいかなる他系にも由来する）からの直接リンクをサポートして、必要に応じて、非侵襲的に、それをするように設計されたオルターナティブな対称形の技術を提供するコンピュータブレインインターフェースを提供する。
大多数の最新の産業的で科学技術の制御プロセス中に、人間が、「ループ中に」まだ必要である ― おそらく以前にもましてより緊急にさえ。これは、計算制御を必要としている技術の複雑性および等級が利用できる計算電源の指数関数的な現像と平行して増加しているという理由である。このように、ヒューマンオペレータの環境を単純化するよりはむしろ、これらの前進技術は作動遺伝子に対するますますより複合の要求を作製する（意思決定の保守精度が多様な作業、新規な知識ベース技術の急速な傾向などからおよび注意集中を加工すると共に、格納された記憶容量を有する例えば要求している増加した交互作用項は反応の速度を上げた。）。これらの不可避の、かつ、エスカレートしている要求は、科学技術のチェーン中にヒトの連鎖の弱ることをリードすることができるヒトの精神への臨界心理学的な圧力にリードすることができて、リードする。ヒトの脳の負荷過重に対して増加性の情報の流れ鉛、ヒトの機能障害のリスクを増加させること、レンジング（例えばヒューマンオペレータの完全な心理学的な故障に対する意思決定エラーに由来する）。
図1は、ヒューマンオペレータの簡略スケッチを示す。本質的には、これは、理学的な「ブラックボックス」図表の類縁体である、式中脳（中央処理装置として）はさまざまな感覚システムに由来する入力を受信して、さまざまな筋肉系（運動の出力）に出力を生成する。そして、筋運動を産生する。運動の出力の産物は、次いで元の運動の平面図と比較しては、かつ、検出した。次の運動の出力は、結果として生じる運動がどれほどのウェル時に最初の感覚の運動の行動計画に合ったかについて次第で発生することができる。大多数の哺乳類のために、脳に対する環境情報入力は、5つの特殊感覚および2、3の非特異的なものに典型的に構成される。5つの特殊感覚は、以下の通りである視野、聴覚、バランス、嗅覚および味覚。変化の有限の範囲中に以外、実際のセンサ（レセプタ）が局所性で、特異性の環境性のデータを得るために専門とした（物理的に、化学的に、そして、解剖学的に）ので、それらは「特別である」。例えば、光レセプタの感度は、波長に関して有限である。ヒトは、スペクトラム（ヘビのように）または紫外線範囲（若干の昆虫のように）の赤外の一部中に参照でない。同様に、可聴周波数としての超音波的な範囲が、それぞれ、ゾウまたはこうもりが聞くことができるようには、ヒトはインフラまたは超音域において聞くことができない。
機械的信号、熱変化または痛みのための非特異的な感覚は、特異性の部位または受信のための専門装置を有しない。にもかかわらず、全ての非特異的な感覚は、検出されることができる（振動数、温度領域、その他）環境情報の範囲に関して、もまた制限される。
科学技術の方法の間、ヒトは、付加的な感覚の限界に遭遇する。それらの任務の実行、他の感覚が、典型的に遠方信号機（例えば警報のような聴覚性の刺激、料理の間の「品質維持」として天然ガス、かつ、嗅覚および味覚のような薬剤を検出するための嗅覚または発生している方法）として、校長入力として時折使われるにもかかわらず、ヒューマンオペレータが主に視野（最も発達したヒトの感覚）を使用して巨大である、私、人間/マシンインターフェースの大多数は、視覚的に情報を伝達するように設計されている。複合の技術上の環境中に、競争している視覚入力は、入って来る情報を扱うために、作動遺伝子の性能に課税することができる。例えば、いずれか一項が最新の航空機または原子力発電所管理室のコックピットを飽和する視覚インジケータおよびモニタの数千に注目する場合、それは器具使用の注意して連続的に全体のコンソールを見ることが可能である一つの驚異を作製する。そして、まして、作業交代の時間の間に、または、大陸間の飛行の間、示される計量的で定性の情報の全てを解読して、分析して、理解する。このために、最新のコンピュータは大部分の複合のルーチン方法をモニタリングして、制御するために不可欠になっている、そして、すべてが滑らかに作動するときに、それらは非常に良好である。しかしながら、予測不可能な変化の状況は、コンピュータ化コントローラ能力を急速に上回ることができる。予想外の変動、設備機能障害および環境外乱−これらのイベントのいずれか、ヒトの脳の収容者および意思決定および創造的な問題解決 ― 最新の計算技術がまだ行方不明であるという何か ― の大規模並列処理であるか同時の分析の資格を使用している速効性のオペレーターの介在を必要とする。
ヒューマンオペレータの出力は、運動の出力、つまり運動である。事実、脳の唯一の1Sの出力は、運動の規制のための信号である。例えば、ちょうど正立の体位中に人体を維持することは平凡なようである、それでも、ほとんどすべての骨格筋を人体に関係させることは連続動作の驚くほど複雑なパターンである。情動反応も、直ちにヒトの表面および／または内部本体筋系の多くの筋中に張力を変える。音声指令が非運動出力として認められるかもしれない一方、話し言葉そのものは舌、喉頭の領域、肺および横隔膜中に様々な筋中に運動パターンの非常に精巧な組合せの結果である。
ヒューマンオペレータに利用可能な最も複合で洗練された出力装置は、本体および外部デバイスの両方の天然パーツを含有して、ヒトの手 ― 特に指 ― である。ボタンを押すことは、スイッチを回して、タイピングをキーボードで入力する、ジョイスティック制御を使用すること−全ては、複雑な運動パターンである、何千もの筋繊維の同期の活性を含むこと。結果が、バルブハンドルを回している未精練としてとして、または、コンピュータマウスの摩擦を検出している微妙なとしてとしてあることができる。それでも、ヒトは典型的に2つの手だけがある−従って、ヒューマンオペレータは一時は限定された数の作業だけを実施することができる。これらのさまざまな運動の出力は、図2の上の左側部分中に示される。明らかに、人間の自然の生物学の限界は、入出力情報飽和および作動遺伝子オーバーロードを作成すること中に鍵となる因子である。結果は、工学情報ループ中に交通渋滞に擬されることができる。
増加性の技術開発の現在の経路をたどることが近い将来、作動遺伝子への情報の流れ中に還元をリードすることは疑わしい。
このように、現在の状況について述べる以下の2つの塩基の方法がある：
1) 方法障害を解析すること中に作動遺伝子の容量および効率を改良して、このことによりそれらの分析の脳電源を改良するために、教育を介して容量を加工していて、利益を得ている情報を改善する;かつ、
2) データが作動遺伝子に示される方法を最適化することに、作動遺伝子の入出力情報処理容量を改良する。本発明の一態様は、例えば、一つまたは複数のオルターナティブな感覚のチャンネルの上の作動遺伝子の脳から一部の情報の流れを配給して、視覚性の入力チャネルのような濫用された入力チャネルで、情報ボトルネックを緩和するかまたは修正することである。
後のチャレンジから現代の科学技術の解決法はブレインコンピュータインターフェース（BCI）をインプリメントすることである−すなわち、交互であるが、活用されていない自然な生物学の経路を使用することに、コンピュータまたはその逆に脳に由来する情報を転送するように設計されたインタフェース技術を利用する。本発明は、この方法を対象にするシステム及び方法を提供する。この新規な方法は、図2中に図解される。実施例にて説明したように、これらのシステム及び方法は、相当な1 5つの結果を健康で障害をもった対象のための広範囲にわたるヒトの増進において成し遂げた。
大多数の最新のBCI技術は、コンピュータから脳に由来するオルターナティブな出力をを提供するように設計されている。BCIの初期の特許出願は完全に麻痺している患者を補助することになっていた。そして、その人は移動する能力を失ったか、話すか、または、さもないと情報交換する。fMRIが信号を送る、または、ニューロンの活性の各種レベルは、大きな皮質で皮質下の領域に由来する信号の総計までの単一線維および神経細胞に由来する、BEGのような出力のためのポテンシャル・ソースと思われることができる。そして、それの統合した出力は数千および何百万もの神経細胞と同じ程度さえの変動することができる。
大多数のこれらのBCIシナリオ中に、主目的は、コンピュータによって動作する周辺機器を、例えば、選択アイコンまたは文字からコンピュータ・モニタ上のカーソル運動を神経保護を作動するために制御するために制御するために脳のさまざまな領域の出力に由来する「内部」脳シグナルを使用することである。この種の方法の多くの成功した実施例がある。ヒトの手または動物性の脳中に移植されるマイクロチップは、最初の運動の正確なレプリカを産生するために義肢への目標指向性運動に由来する神経性のスパイク・フローの電子コピーを移すために用いることができる。他の実施例は、抽出されることができる獲得性のBEG信号の特定の構成成分を使用することが必要で、数字化して、雄バチまたは他の無人航空機のための補足的な飛行管制として印加した。
しかしながら、ほとんどBCIのアドレス交互の情報は脳に入力しない、または、より正確であるためにCBIのアドレス交互の情報は脳に入力しない（コンピュータ・ブレインインターフェース）。この技術は、本発明のシステム及び方法中に実現される。本発明は、例えば舌の電気触覚刺激により、意味のある情報を脳に提示するユニークな手法を提供する。しかし、本発明は舌の電気触覚刺激には限定されない。非常にさまざまな感覚入力方法を本発明のさまざまな方法に用いることができる。いくつかの態様において、本発明によって与えられる感覚入力は触覚入力であり、いくつかの態様において、触覚入力は振動触覚入力である。特に好ましい態様において、触覚入力は電気触覚入力である。いくつかの態様において、感覚入力は聴覚入力、視覚入力、熱またはその他の感覚入力である。本発明は感覚入力の位置に関して限定されない。聴覚入力の場合、入力は対象の耳に対する外部音源からのものでもよい。代替的な態様において、入力は植込み音源からのものでもよい。さらに他の聴覚入力において、音源は歯などの頭部の骨部分との非植込み的な接触によって入力を与えてもよい。触覚入力のためには、身体の任意の外部または内部表面を用いることができ、これには指、手先、腕、足先、足、背部、腹部、生殖器、胸部、頸部および顔面（例えば、前頭部）が非制限的に含まれる。特に好ましい態様において、表面は口腔に位置する（例えば、舌、歯肉、口蓋（palette）、唇など）。いくつかの態様において、入力源は植え込まれている（例えば、皮膚または骨の内部に）。また別の態様において、入力源は植え込まれていない。
本発明は、感覚入力を与えるために用いられるデバイスの性質によっては制限されない。舌に対する電気触覚入力のために有用なデバイスは、米国特許第6,430,450号に記載されており、これはその全体が参照として本明細書に組み入れられる。本発明の態様の多くは、舌に対する電気触覚入力の考察を通じて以下に例示される。この入力様式は多くの用途にとって好ましい態様であるが、本発明は舌に対する入力、電気触覚入力および触覚入力のいずれにも限定されないことが理解される必要がある。
特異性の本発明の好ましい実施例は、図3中に示され、本発明のさまざまな特徴を強調するために、本明細書において述べられる。図3は、ビデオ情報をを提供するように構成される本発明の舌に基づくエレクトロ触覚の入力を示す。この種のシステムは、視野が対象を損なった、または、ブラインドにビデオ情報を移すこと中に、使用を見出す、または増大させるかまたは目が見える対象の認知を補充すること。示される装置の構成に、2つの主成分が設けられている。口腔内の舌表示装置およびマイクロコントローラ基本単位。回路図（図3）に示すように、これらの2つの要素は、基剤および口腔装置の間に電源、コミュニケーションおよび刺激作用コントロールデータを担持する希薄な12-ストランド綱に接続される。
示される形態において、口腔装置は、1つの60ポイントの分散グラウンド舌表示上の+60ボルトの一相性パルス化された刺激へ個別化したゼロに基本単位に由来するコントローラ信号を変換するために、回路を含有する。金メッキの電極は、標準写真平板技術を使用していて、方法を電気メッキを施しているPTFE基板の、下面にある。この板は、エレクトロ触覚の（ET）刺激作用を駆動する優れた側上の表層-実装デバイスに舌のための誤った口蓋および原種として役立つ。この装置は、もまたMEMSに基づく1（2つの'）を有する3、かつ、を前庭のフィードバック特許出願を求めて調べている視覚像の間の追跡用の頭の運動のための6-軸加速計。この構成は、非常に小さくて着用できるサブをつくるために全ての必要な10台の回路を配置するために、誤った口蓋より上にアーチ状の空間を利用する-各対象のための個々に成形された口腔保持器にはめ込まれることができるシステム。この構成では、細長いmm直径ケーブルだけは、かつ、が接続する対象の口の端からベルト搭載の基本単位まで突出する。あるいは、無線通信方式は、用いられ得る。
図3中に図示した実施例中に基本単位は、ピクセルからトラクターへの画像変換のための全ての制御、通信およびデータ処理を管理するために、モトローラ5249 1周辺では5つのコントローラを動かしているコンパイルドコードを構築した。個人化された刺激作用イソ輝度マッピングのために可変なユーザ、カメラをズームしている、かつ、パニング、そして、他の特徴である。装置は、生物測定データまたは他の所望の情報を格納するために用いることができる着脱可能な5 12MBのコンパクトな閃光メモリーカード機上を有する。プログラムで実験の制御は、コントローラおよび宿主PCとの間に高速度USBに成し遂げられる。内部バッテリパックは、連用中に最高8時間の150mWのシステム（+口腔装置の基礎を形成する）を駆動するのに必要な12ボルトの電源を出力する。
このように、このシステムは、表面電極のアレイを通じての電気刺激により、質的および量的な情報を舌の上部表面に描写するように設計されたコンピュータ利用環境である。電極は、必要な情報がさまざまなレベルの複雑度のパターンまたは画像としてリアルタイムに描写される「電気触覚スクリーン」とみなすことのできるものを形成する。舌の表面（通常は前方3分の1、これはそこが最も感度の高い領域であることが実験的に示されているためである）は、遍在性に分布し空間配置的に組織化された感覚表面であり、そこでは機械受容器および遊離神経終末（例えば、味蕾、熱感受性受容器など）の天然のアレイが、舌ディスプレイまたは「スクリーン」上に空間的／時間的にコード化された情報を検出して伝達し、この情報をコード化した上で、それを「触覚的イメージ」として脳に転送する。ごくわずかな訓練により、脳はこの情報をデコードし（空間的、時間的、強度上および質的な特性に関して）、それを利用して当面の問題を解決することができる。これは、シグナル検出および認識に関する多くの課題を解決することを必要とする。
信号（環境のいかなる変化も検出する能力と同様に）を検出するために、最も高い絶対であるか差次的感度（例えば輝度変化、指示薬矢置換術または燃える食品のにおい）のシステムを有することは、役立つ。加えて、反応時間が生命に脅威となる状況中に小さいことになっている場合、特に残存キュー（食品、水、餌食または肉食動物について）に由来する、感覚の信号の検出は普通急速でなければならない。生物学の、かつ、人工感覚器の感度が検閲の格子の普通直接的にセンサの寸法に比例して解像度に反比例する点に注意することは重要である。
この種の検出作業の間利用される情報は、通常質的情報であり、速いオルターナティブな決定すること（はい/いいえ）または単一のカテゴリの選択（小/中/大;緑色の/黄色の/赤い）することを必要とするものである。
認識プロセスは、所与の刺激1 5（普通パターンまたは画像（例えばヒトの表面）のような複合のもの）と別のもの（例えばスタンドアローン画像または一組の元のアルファベット画像）との比較に典型的に基づく。認知課題を解決するために、小さい詳細について可能な限りの同程度の情報としてを集めるために最大の精度（または検閲の格子の最大の解像度）を有するセンサを有することは、役立つ。
しばしば、計量的な情報（光強度、色波長、表面曲率、速度および運動方向、その他の相対的な違い）を集め、かつこれは、信号パラメータの計測に関連される式中精度が速度より重要である。
本発明のシステムは「解像度格子」の様々なレベルを有する脳に対して定性で計量的な情報を移すことの能力がある。そして、検出および再生課題のための塩基の情報をを提供する。情報（定性で計量的な）の2種類および刺激作用格子（低い、かつ、高分解能）の2種類の単一の組合せは、4つの様々な特許出願クラス中に結果としてなる。各クラスは、調査中に複数の特許出願、臨床的なサイエンスおよび工業のための根（プラットフォーム）と思われることができて、図4中に示される。
第1のクラス（定性の情報、低分解）は、環境の変化（化学であるか細胞核の汚染）または火薬検出の検出のための本発明の、システムを有する外側の人工感覚器（例えば放射、化学物質）の組合せに例示されることができる。空気または水中に選択された化学化合物（または化合物のセット）の存在は、「はい/いいえ」系列表として単に本発明のシステムを使用して検出されることができる。
刺激因子の分散アレイおよびシステム・アレイ上の信号グラジエントの対応する症状を用いて、作動遺伝子と関連してソース配向性のシステムを使用することは、もまた可能である。極小の訓練については、あたかもそれが通常の感覚に検出可能だったかのように、環境中にそれ以外は検出不可能な検体の存在は対象に知覚される。
第2のクラス（定性の情報、高分解能）は、水面下のナビゲーションおよびコミュニケーションのための特許出願に例示されることができる。画像の単一のアルファベットまたは触覚のアイコン（4つの方向中に棒を動かすことのセット、中心中にフラッシング棒およびシステム・アレイの左右の側上のフラッシング三角形）は、指定された経路に沿って正しい異常性および移動方向へ用いられる7つのナビゲーション・キューのシステムを構成する。本発明の現像の間、導通される実験中に、より少ないものの後;5〜10分予備訓練の、目隠しをされた対象は、コンピュータを介して制御装置および航法信号フィードバックの舌ベースのエレクトロ触覚の手段としてジョイスティックを使用している生成された三次元迷路を進むことの能力があった。
第3のクラス（計量的な情報、低分解）は、それらの前庭の感覚システム（BVD ― 姿勢動揺を引き起こすかまたは、そして、歩くかまたは視覚性であるか触覚のキューなしで立っていさえすることができないことに特徴づけられて、「揺れる」こと）の、左右相称の障害をもつ人中に、姿勢制御のバランスおよび促進の改良のための他の既存の特許出願に例示されることができる。MEMS加速計（対象のヘッドに配置される）に由来する得られる計量的な信号は、舌アレイ上の小さい、限局性の刺激として、口腔エレクトロ触覚のアレイを介して移される。ヘッド（または本体）の傾斜および動揺は対象にアレイの中心に由来する刺激の異常性として認められる。そして、姿勢制御のために重要な行方不明の自然の信号の代わりに人為的な動的フィードバックをを提供する。
第4のクラス（計量的な情報、高分解能）は、大きな科学的チャレンジ ― 舌を介して『視野』のそれ ― を実施する他の既存のシステムに例示されることができる。小型CCDビデオカメラ（額につけられる）に由来する信号は、加工されて、PCにコードされて、リアルタイム・エレクトロ触覚の画像として、アレイを介して移される。このエレクトロ触覚の表示を用いて、対象は、多くの視覚性の検出および再生課題を解析して、ナビゲーションを含有して、ボールを捕ることの能力がある。ほかの応用の中で、システムが、夜（赤外の）または紫外線展望のためにもまた用いられることができる。
特許出願の4つの戦略上の種類を基礎として、ヒューマンオペレータをループに含むことができる複数の実際的な工業的応用を開発することは可能である。ループ中にヒューマンオペレータの脳容量が科学技術の方法中により完全に、そして、能率的に利用されることができるように、本発明はオルターナティブな情報インタフェースの現像を提供する。
上述のように、現代の傾向は、視覚的表示の増加した密度および複雑性を有する器具使用を設計する方へある。例えば、過去のディスプレイの多数の光および矢指示薬は、情報をひとかたまりにされた静的で力学的な2D、かつ、3D画像またはビデオストリームに凝縮するコンピュータ・モニタに交換されている。さまざまな原理が、これらの種類の累積性の情報症状の、現像の後にある。ものは視覚性の情報フィールドの理学的な領域を減少することである。それによって、作動遺伝子が計測器をモニタリングするために走査しなければならない空間を制限する。若干の破砕は、複数のパラメータを単一画像に凝縮することに達成される。しかしながら、制御現代の科学技術の方法に対する作動遺伝子は、能率的に有能でなければならない以下の通りかつ、が何百もの変更パラメータについての決定を作製するのを認める。各パラメータが単一の指示薬に表される場合、光、矢またはダイヤルの様に、コントロールパネルは同じ種類の指示薬の何百から成る。これらの指示薬の全て、かつ、グループ化を小型化することに、結果として生じる人間工学的に設計されたディスプレイは、極めて集中強化の情報制御盤（現在最新の航空機（電子便装置システム、EFIS）または原子力発電所中に見出されるもののような）になる。
これらの方法に関する主な課題は、オブザーバに必要な注意集中の配給である。複数の視覚性の刺激がある場合には、作動遺伝子は、いずれか一項または示されている要素の2、3に対する彼（女）の注意集中容量を制限することを強制される。作動遺伝子は、錯体ディスプレイ中に含まれる情報の全てを知覚するために、一つの要素からもう一方まで注意集中を移さなければならない。この種の合成の情報表示は、作動遺伝子がそうなことが必要である;いかなる特定要素も見渡すことの、見込みを最小化するために、パネルをモニタリングすること中に系統的な。作動遺伝子を散らす何にでもよって、システム中に不全が生じることがありえる。加えて、複合の表示をモニタリングする作動遺伝子の性能は、観察（例えば、仕事シフトのコースを通じて）の長期間の間、減弱する傾向がある。一つの可能な溶液は、指示薬の数を減少して、それらを単一画像に複数のパラメータを併用する、より凝結された、より複雑な視覚像と交換することである。例えば、 ― 単一の3D散布点が、役立つ変数（例えばサイズ、ディメンション、形状、色、配向性、不透明、一つの要素のパターン、その他をコードするとして、一つの要素の複数の特徴を用いて12の同時に変更パラメータまで、表すことができるが ― この方法は、まだ、視覚的に表象可能な特徴だけを使用している情報を配給することに依存する。
オルターナティブな方法は、情報を加工するための補足的な入力として本発明のシステム及び方法を使用することである。
前述のように、システムは、複雑性のさまざまなモード中に働くことができる：単一の指示薬として、（第1の特許出願クラス）信号検出のためのそのようなもの;2Dアレイ（非常に「長い距離」目的ロケーション・レーダー・プロット線のような）上の信号の位置制御の目的ロケーション装置（3回目の特許出願クラス）として;ほとんどすべてのコンピュータ・アクション・ゲーム中に単一のGPSとして、モニタリングする。システムは、例えばより完全な視野代替装置間のより多くの複素モード、その電極アレイの二次元に加えてを用いて複合のエレクトロ触覚の画像を作成している赤外であるか紫外線結像システム、メインの0の振幅および振動数が信号を送る1つ、信号変調の空間で時間的振動数および信号波形の2、3の内部パラメータ中にもまた機能することができる。換言すれば、本発明のシステム及び方法は、複合の多次元的エレクトロ触覚の画像を作成することができる-視覚性のイメージのものに同様である。
このように、本発明は、自然の脳回路および組織的行動の、このことによりを提供している直接の感覚に人為的な1 5つの感覚の信号（いかなるソースにも由来する）の処理を提供するかまたは作動遺伝子に認知を対するシステムをを提供する。
人々は、完全には「自動」内部的に「組込みの」プロセスとして、普通呼吸または温浸のようなこの種の自然な行動の行為について考えない。本発明者らがそれらについて考える場合であっても、本発明者らは止まることができないかまたは永遠にそれらを変えることができない。歩くか、泳ぐか、二輪車に乗るかまたは車を駆動することは、もまた感覚の使用倍数および運動協調性が本発明者ら以外の我々の生存中に早くそれらを学ぶ非常に複合のバイオメカニクスの方法の他の実施例である;ほぼもともとそれら（急速に大きな精度を有する、かつ）も実施する（各構成成分について考えずに）こと;かつ、効率。本発明は能率的に脳を新しい作業を行って、「自動的に新情報を知覚して、利用するために訓練するための手段をを提供する。」本発明の現像の間、導通される実験はシステムを有する訓練の後、証明した、視覚像のエレクトロ触覚の症状の間、ブラインド対象中に脳活動のスクリーニングしているfMRIで主要な視覚領皮質の領域中に強い活性化がみられた。これは、システムを有する訓練の後、盲目の人の脳が視対象の間、舌に表示されるエレクトロ触覚の情報の解析のための皮層の最も精巧な分析の部分を使用し始めることを意味する。訓練の前に、これらの領域が活性でなかったと考えられる。それが主要な視覚領皮質に情報を対するための眼の使用に依存しなかったという点で、人為的な感覚の刺激作用に応答する通常の分析の資源（例えば脳の『視覚性の』一部）の活性化は「自動」である。
本発明のシステムを用いることで、盲人は障害物を避けながら進むことができ、BVD患者は歩行することができ、テレビゲームをする人または戦闘機のパイロットは視野の外にある物体を知覚することができ、医師は遠隔手術を行うことができ、ダイバーは水中での方向を感知することができ、爆弾処理班の構成員は爆発性化学物質を感知することができ、これらはすべて、熟練者がバイクに乗ること、楽譜を見て楽器を演奏すること、または車を運転するのと同じように自然に行われる。
いくつかの態様において、本発明のシステムおよび方法は、感覚代行のためのさまざまな用途に有用である。このような態様において、知覚は、欠如性もしくは欠陥性の感覚を代償するため、または新規な感覚を与えるために対象に与えられる。
このようないくつかの態様において、感覚代行は、対象に改善された平衡感覚を与えるか、または平衡感覚に関連した病状を治療する。このような態様において、対象は触覚入力またはその他の感覚入力を体位または身体の向きと関連づけるように訓練される。脳は、この追加された感覚入力を用いて欠陥を代償することを学習する。例えば、本システムおよび方法は、両側性前庭機能不全（BVD）（例えば、聴器毒性、外傷、癌などに起因するもの）を治療するために用いることができる。以下の実施例1は、本発明のシステムおよび方法を用いて多数のBVD患者の治療に成功したことを記載している。実施例2〜7は、臨床的リハビリテーションの最中またはその後に対象の1例または複数例に与えられたそのほかの利益を記載している。これらの結果に基づけば、本発明は、メニエール病、片頭痛、乗り物酔い、MDD症候群、失読症および動揺視を非制限的に含む、前庭系に関係するその他の疾患および病状の治療にも有用である。また、本システムおよび方法は、睡眠回復の改善、微細運動の回復、心理学的回復、生活の質の改善および情緒的安寧の改善といった、ほとんど関係のみられない利益ももたらす。
平衡感覚に関連した感覚代行の方法は、広範囲にわたる対象および用途に適用しうる。例えば、本方法は、転倒予防および全身的強化の両方に関して、加齢に関連した平衡障害を改善または解消するのに有用である。本方法はまた、損傷後の平衡感覚の回復（例えば、脳卒中回復過程における）にも有用である。本方法はさらに、パーキンソン病およびてんかんといった病状に伴う症状を軽減するための、感覚運動協調性の改善にも有用である。
本システムおよび方法はまた、平衡感覚および平衡感覚に関連した病状、感覚統合ならびに感覚運動統合に関連した中枢性機構の研究を非制限的に含む、平衡感覚および平衡感覚に関連した病状を研究するための研究用途にも用いることができる。実施例15は、本発明のシステムに応答して磁気共鳴映像法に脳機能を研究する方法をを提供する。
健康な個体が、このようなシステムおよび方法を、平衡感覚を強化または改変するために用いることもできる。このような用途には、運動選手、軍人、パイロット、テレビゲームをする人などによる使用が含まれる。
本発明の前庭の使用法は、単独で用いてもよく、または他の感覚代行および強化用のアプリケーションとともに用いてもよい。例えば、盲目の対象が、視覚のほかに前庭機能も改善するシステムおよび方法を用いてもよい。同様に、テレビゲームをする人が、例えば、平衡感覚、視覚、聴覚および触覚の情報を含む、非常にさまざまな感覚情報を要望することも考えられる。
いくつかの態様において、感覚代行は改善された視覚を対象に与える、または視覚に関連した病状を治療する。このような態様において、対象は、触覚またはその他の感覚入力を、例えば、カメラまたはその他の映像情報源によって与えられる映像情報またはその他の視覚情報と関連づけるように訓練される。いくつかの態様においては、盲目の対象が、物体、形、動き、光などを思い浮かべるように訓練する。このようなアプリケーションは、部分的な視覚低下を有する対象に対しては特に利益があり、視覚の強化およびリハビリテーションの双方のための方法を提供する。盲目の対象の訓練は任意の時点で行いうる。しかし、好ましい態様において、訓練は、脳が複雑な映像情報を処理し、加齢に伴って生じるより高度な認知機能の情報を協調および統合する能力を最大限に高めるために、新生児または幼児に行われる。実施例12は、盲目の対象が野球をキャッチすること、ドアを認識することなどを可能にする本発明の方法の使用を記載する。本発明はまた、視覚を失いつつある対象に対する視覚強化にも有用である（例えば、黄斑変性を有する対象）。
いくつかの態様において、感覚代行は、改良された音声認知または明瞭性を有する対象をを提供するかまたはオーディオ関連の状態を処理する。このような実施例では、対象は、触覚であるか他の知覚入力を、直接的に、または、間接的に、音声情報と関連させるか、不必要な音または音を減らすか、または、しっかりした識別力を高めるレインである。実施例11は、唇読むことに対する聴覚障害の対象の性能を増大させる本発明の方法の使用を記載する。より高度な聴覚換字式暗号方式は、もまた適用されることができる。実施例8は、対象中に耳鳴りを減らすために、本発明の成功した使用を記載する。いくつかの態様において、アーム・バンド（エレクトロ触感または振動触覚）または舌ベースの手段が信号の部位または輝度を介して対象にも音楽または他のオーディオ（例えばリズム、ピッチ、音質、ボリューム、その他）のさまざまな特性を伝達するために用いること。
いくつかの態様において、感覚代行は、改良された触感覚を有する対象をを提供するかまたは触感覚の損失または還元を伴う状態を加温する。このような実施例では、対象は、直接的に、または、間接的に、他の部位で触感覚によって一つの部位で触覚であるか他の知覚入力を結びつけるために訓練される。実施例9は性感覚を生成するために、触覚の代替の使用を下で記載する。そして、例えば、中風をもつ人間である。ほかの応用は、糖尿病性ニューロパシ（無感覚の脚および足を補償するために）脊髄性の狭窄症または禁止または望まれていない触覚の無感覚（例えば無感覚の手）が生じる他の状態に由来する被害を被っている対象のための拡張感覚をを提供することを含有する。本発明のシステム及び方法は、健康な個人のための性的特許出願中に、使用をもまた見出す。更なる実施例9は性的特許出願を記載する。そして、遠隔対象が互いを有する、または、プログラムされたか仮想パートナーを有する多種多様な遠隔「接点」を有することができるインターネットに拠点を置く性的特許出願を含有する。
いくつかの態様において、感覚代行は、味覚または嗅覚を知覚する改良された能力を有する対象をを提供する。味覚または嗅覚の情報（例えば化学センサ）を集めるセンサは、味またはにおいを知覚するかまたは確認する能力を増大させるために対象に透過される情報をを提供するために用いる。そういった態様中に、システムは、摂食中に、または、不快な環境中に働くこと中に対象を援助するために望ましくない味またはにおいをかき消すかまたは、さもないと変質するために用いる。
感覚代行をを提供する適用に加えて、本発明は、感覚の増進ためのシステムと方法をを提供する。感覚の増進特許出願中に、システム及び方法は、既存の感覚に改良を供給するかまたは対象が拡張様式中に、または、感覚の増進なしで可能でない様式中に作業を実施することができる新しい感覚の情報を添加する。
いくつかの態様において、感覚の増進が、娯楽またはマルチメディア・アプリケーションのために使われる。実施例10（下記の）は、通常のオーディオおよびビデオ情報に加えてユーザに新しい非従来の感覚情報を送信することに、テレビゲームおよびテレビまたは映画特許出願の増進を記載する。例えば、ビデオゲーム・プレーヤは360度の「展望」を与えられることができる。そして、視覚像が刺激作用が音楽によって提供されることができるかまたは通常のビデオとともに提供されることができる触感に由来する受け取られる。ユーザは、動揺させられると感じるために実行されることができるかまたは、さもないと、映画またはテーマ・パーク・ドライブ中に起こっているイベントに応答して変質されることができる。聴覚障害の対象は、それらが演奏されているかまたは実施されている音楽の単一であるか後生的局面を知覚することができるために、ダンス裁判地中に音楽役割演技法に対応する情報を備えていることができる。例えば、いくつかの態様において、触覚のパッチは、音楽情報を透過するアン（または他の所望の本体部位）に、はを提供した。いくつかの態様において、更なるパッチは、美感をを提供する。
いくつかの態様において、感覚の増進は、ユーザを対象またはイベントを知覚する外部デバイスに由来する触覚であるか他の知覚入力を信号と関連させるために訓練することに、新しい感覚をを提供する。例えば、対象は、赤外光（夜間視力）を「参照」能力によってを提供されることができる触覚の入力を受けられる信号と関連させる赤外線カメラ。人工感覚器に得られる紫外線、放射または他の粒子または波は、同様に検出されることができて、検出されることができる。感覚の装置に確認されることができるいかなる材料またはイベントは、新しい感覚をを提供する本発明のシステムで混合性でありえる。例えば、化学センサ（例えば、揮発性有機化合物、火薬、一酸化炭素、酸素、その他のために）は、例えば、対象にエレクトロ触覚の信号をを提供するのに適している。同様に、生物学的薬剤（例えば生物兵器中に使用する環境病原菌または病原）の検出のためのセンサは、対象にこの種の信号をを提供するのに適している。検出化合物または剤（量）の存在に加えて自然の、および／または、部位は、対象にもまた知覚されることができる。この種のセンサは、生物系をモニタリングするためにもまた用いることができる。例えば、私がそれらの血糖値を「感じる」または、糖尿病の対象は「参照」ためにグルコースセンサ（例えば植設された血液または唾液に拠点を置くグルコースセンサ）と関連したシステムを使用することができる。運動選手は、ケトン体形成をモニタリングすることができる。器官移植患者は、適当な医療または処置を探すために、時間内の慢性拒否反応を伴うサイトカインの存在をモニタリングすることができて、感知することができる。本発明は、同様に血中アルコール濃度（例えば、いつの血中アルコール濃度がドライブか機械オペレーションのための法定限度を上回るかという正確な適応症をもつユーザをを提供している）に適応されることができる。多数の他の理学的で生理化学的な計測（例えば、健康関連の状態の直説法である日常的な医学テストの間、導通される標準パネルは、等しく、本発明を使用することを「検出する」ために適合できるとしてである）。
いくつかの態様において、感覚の増進は、ユーザを触覚であるか他の知覚入力をある形の無線であるか、視覚性であるか、音声であるか、触覚のコミュニケーションと関連させるために訓練することに、新規な通信機関をを提供する。この種のシステムは、兵士、緊急状態応答人員、ハイカー、登山者などを有する特定の使用を見出す。いくつかの態様において、コード化情報は、エレクトロ触覚の舌システムを介して、ユーザに例えば、無線通信を経てはを提供した。従来の訓練については、ユーザは、信号を言語として認めて、メッセージを理解する。いくつかの実施形態では、方法コミュニケーションを提供した。実施例14および17（下記の）は、更に詳細にこの種の態様を記載する。そういった態様中に、ユーザが終わった口中に、例えば位置する装置を介して返送メッセージ、舌の運動または歯を触診することをコードすること。標準言語および符号化言語へ加算、システムは、複雑性の広いアレイ中にアラームにメッセージを送信するために用いてもよいことの。付加情報はもまたを提供されることができる。そして、例えば、同僚（例えば消防士、兵士、足止めされる人、敵）の相対的な物理的な位置を含有する。態様、システムに透過される言語は、絵文字の言語である。
いくつかの態様において、感覚の増進は、ユーザに遠隔触感覚をを提供する。例えば、一般外科医は、外科の間、または、遠隔外科のために増加した「タッチ」感度1 0を得るために、装置を使用することができる。前態様の実施例は、実施例13中に記載されている。後の態様の実施例は、実施例13中にもまた記載されている。
そういった態様中に、ユーザを有する触覚のインタフェースは、指および／または手に触覚情報をを提供する手袋である。手袋によって、移転部位に由来する信号を受信して、ユーザが遠隔環境を「感じる」ことができる。他の態様において、触覚のISインタフェースはオルターナティブな入力（例えばエレクトロ触覚の舌アレイ）である。そして、非タッチに感度をもつユーザが遠隔環境の局面を関連したと定める（例えば、局部組織のエレクトロ伝導率または化学物質または生物学的製剤の有無;組織状態またはタイプの指示薬）。医療用、遠いロボット制御中にこの種の特許出願検索使用、遠隔探査に加えて、特許出願（モニタリングしている制御、表層肌目/構造を握持する）の間に間隔を置く、そして、積極的であるか敵対的な環境（例えば、病原、化学流出、低酸素環境、交戦地帯、その他によって働く）中に働く。このように、いくつかの態様において、本発明は、脳に制御されたロボットをを提供する。ロボットは、特異性の化学物質、温度および／または触覚センサを含有している多種多様なセンサ（例えば、位置、バランス、肢位置、その他に情報を提供している）を備えていることができる。インタフェース、かつ、を有するを有する私充分な訓練（ユーザ脳がロボットの本体を占めたにもかかわらず、ユーザが複数のレベル上のロボット環境を感じる人間）。
いくつかの態様において、感覚の増進は、ユーザにナビゲーション情報をを提供する。地理的位置をを提供する世界的位置決め技術または他の装置を有する本発明または配向性情報のシステムは結びついた、ユーザは拡張ナビゲーション性能（例えば参照、実施例14）を得る。周囲の環境の地理学の特徴についての形成は、ナビゲーションを増大させるために、もまたを提供されることができる。例えば、パイロットまたはダイバーは、丘陵、谷、流れ（水または空気）などを感じることができる。消防士は、情報に加えて温度および酸素レベルを感じることができる：位置および構造に関する情報についてのtまたは周囲の環境の構造保全。
いくつかの態様において、感覚の増進は、工業処理の改良された規制をを提供する。例えば、産業的な設定（例えば製造工場、原子力発電所、倉庫、病院、構造部位、その他）中に作動遺伝子ははを提供した私状況、部位、位置、官能基、応急状態、その他に関連する情報、作動遺伝子が性能を有するように、産業的な設定中に構成成分の、知覚入力を越えて環境を知覚することはそれらの展望、聴覚、嗅覚、などにを提供した。これは、コントローラが合成の器具使用を管理すると思われる設定または安全性であるか効率的な操作方式を確実にするシステム中に特定の使用を見出す。モニタリング機器に由来する情報の流れを介して検知状況または障害（例えば安全でない温度または圧力、ガス、放射、化学リーク、ハードウェアまたはソフトウェア故障、その他の存在）、例えば、作動遺伝子本体にエレクトロ触覚のアレイ、作動遺伝子は、付加的な感覚のバンド幅を有するリアルタイムにおいて、障害に反応することができる。
感覚代行および感覚強化用のアプリケーションに加えて、本発明は、運動強化のアプリケーションも提供する。
本発明の開発に際して行われた実験により、本発明のシステムおよび方法を用いた訓練を受けている対象における運動技能の改善が明らかになった（例えば、実施例2参照）。対象はより滑らかな身体運動、より滑らかで自信に満ち、軽く、リラックスした速い反射運動、微細な運動技能、持久力および活力の改善、さらには精神衛生の改善を報告した。特に好ましい態様において、訓練を受ける対象（例えば、実施例1参照）は座位または立位にある。訓練は、体位訓練手順に集中している間、体位を維持することを含む。機序の理解は本発明の実施に必要ではなく、本発明はいかなる特定の作用機序にも限定されない。しかし、このような訓練は、瞑想およびストレス管理の演習によって得られる利益を与えると想定される。しかしながら、利益を得るためにかなりの訓練および時間的献身を要する瞑想とは異なり、本発明の方法では、最小限の訓練および時間的献身によって同じ利益が得られる。わずかな訓練および短期間の曝露により、対象は身体的および精神的な健康状態に関して広範囲にわたる改善を得る。したがって、このような方法は、運動選手、パイロット、武道家、射撃の名手、外科医および一般大衆が運動技能および姿勢制御を改善するのに有用である。本方法は、宇宙飛行士に対する飛行リハビリテーション後または飛行能力強化の際のように、対象が正常な身体能力を再び獲得しようとする態様において特に有用である。このような用途を、感覚の強化および／または代行と組み合わせることもできる。例えば、射撃の名手は、運動制御および焦点合わせの強化を得るためにシステムを用いることに加えて、照準に関する情報を伝達するため、および／または射撃者が心拍数（引き金を心拍動の間に引くために）もしくは精度を高める環境条件を感知することを可能にするためのシステムを用いることもできる。
本方法はまた、身体的および情緒的な健康状態の全般的な強化にも有用である。実施例2〜7は、対象によって達成される広範囲にわたる利益を記載している。これらの利益には、リラクセーション、疼痛緩和、睡眠改善などが非制限的に含まれる。したがって、本方法は、瞑想の利益が示されているあらゆる領域で有用である（例えば、閉経後の回復）。
いくつかの態様において、本発明のシステムおよび方法は、利益の強化を得るために他の治療法と組み合わせて用いられる。このような使用法は、例えば、副作用および毒性を軽減するために補完的な治療法の薬物用量を減らすことを可能にする。
いくつかの態様において、本システムは、システムの発現もしくは軽減を予測もしくはモニターするため、または遂行能力（例えば、運動選手による）を他の様式でモニターするために、診断的に用いられる。例えば、本システムは、訓練演習における上達について調べるため、ならびに望ましくない身体的状態の発現を予測する目的で結果を「正常な」結果および「正常でない」結果のデータベースと比較するために用いることができる。例えば、ゲンタマイシンを服用している対象を、薬剤の望ましくない副作用を予防または軽減する目的で医師が治療を中止または変更しうるように、前庭機能の喪失に関してモニターする。このような態様において、体位の関数としての頭部変位をモニターし、正常ベースラインと比較すること、または特定の対象における経時的な変動について調べることができる。姿勢および平衡感覚は加齢とともに悪化するため、本システムを対象の生物学的年齢のバイオマーカーとして用いることもできる。診断方法を、対象に対する初期スクリーニング法として用いることもでき、または何らかの治療手順の最中もしくは後の状態をモニターするために用いることもできる。
本発明のシステム及び方法は、感覚代行および感覚の増進の組合せを介してオルターナティブな現実の、例えば、感覚をを提供すること中に、使用をもまた見出す。訓練が運動するバランスを介して、対象は、作製されることができる;
バランスまたは配向性の損失を経験する。画像は、交互の現実の様相を増大させるために、対象に対してもまた投影されることができる。他の感覚の刺激作用によって併用されるときに、効果は娯楽をを提供することができるかまたは違法薬物の健康な代わりをを提供することができる。
感覚入力デバイス
広範囲にわたる感覚入力デバイスが本発明には用いられる。いくつかの好ましい態様において、デバイスは、対象の表面（例えば、皮膚表面、舌、内部表面）と通信する（例えば、物理的、電子的に）1つまたは複数の触覚刺激装置を提供する。刺激装置の数、サイズ、密度および位置（例えば、所在および配置）は、あらゆる特定の用途のために所望の情報を対象に伝達しうるように選択される。例えば、デバイスを単純な警報装置として用いる場合には、単一の刺激装置で十分であると思われる。視覚情報が与えられる態様においては、より多くの刺激装置が求められると思われる。方向のみが知覚される必要のある態様においては、180度、360度の向きを示す限定的な環状の刺激装置を用いることができる（または、交差を示すために組み合わせて用いられる、N、W、E、Sの向きに対する4つの刺激装置）。いくつかの態様では、刺激装置を配置し、触覚ファイ現象（すなわち、2つの静止物体の急な出現および消失が単一の物体の往復として知覚される錯視）が生じるようにシグナルの時間を合わせる。配置およびタイミングが適正であれば、「錯覚」または見かけ上の運動を1つまたは複数の方向に実現させることができる。このような方法を用いることで、限定された数の刺激装置を用いて伝えられる情報の量が増す。限定された刺激装置のセットによる情報の複雑度の増大を、シグナル（強度、ピッチ、空間属性、深度）の勾配を変化させて、触覚「色調」または感覚のパレットを作り出すことによって実現することもできる（例えば、対麻痺患者に、1つの勾配レベルを「膀胱が充満」と知覚させ、同じ1つまたは複数の刺激装置による別の勾配レベルを「物体が皮膚に接触している」知覚として知覚させる）。
センサーおよびデバイスの性質は用途によって指定される。その例には、前庭情報を宇宙飛行士または高難度の飛行を行うパイロットに与えるための微小重力センサー、ならびに、心臓内に挿入されるよう操作されるカニューレをそれがあたかも外科医自身の手であると「感じられる」ように、接触、圧力、剪断力および温度の情報を外科医に与えるMEMS技術センサーを含む、ロボット工学を利用した侵襲性の極めて低い手術デバイス、が含まれる。
本発明の特に好ましい態様は、情報を舌に伝達するように構成された電気触覚入力デバイスを用いる（例えば、舌の電気触覚刺激のためのデバイスを提供している米国特許第6,430,450号を参照のこと。これはその全体が参照として本明細書に組み入れられる）。本発明は、このようなデバイスを利用するが、それらには限定されない。いくつかの態様においては、1つの刺激装置または刺激装置のアレイを提供するマウスピースが用いられる。また別の態様において、刺激装置は皮膚または口腔内に植え込まれる（例えば、その全体が参照として本明細書に組み入れられる、本発明の発明者バッハ-y-リタおよびフィッシャーの、代理人整理番号09820302/P04070として2003年10月22日に出願された、「Tactile Input System」と題される同時係属出願を参照のこと）。そのほかのデバイスは以下の実施例の項に記載されている。
本発明の好ましいデバイスは、使いやすさが最大限に高まるように、無線通信を介して情報を受け取る。
以下の態様は例として提供されるものであり、本発明をこれらの特定の構成に限定することを意図したものではない。さまざまな他のアプリケーションおよび構成が当業者には理解されると考えられる。
好ましい態様において、舌ディスプレイユニット（TDU）は、ゼロdc電流による皮膚刺激の恐れが最小限に留まることが保証されるように各電極と直列につなげられた出力結合コンデンサを有する。出力抵抗はおよそ1kΩである。このデザインは、活動していない、または「イメージ上」にないすべての電極が、アレイにとって電気的アースとしての役割を果たし、刺激電流に対する戻り路を与えるようなスイッチング回路も用いている。
好ましい態様において、電気触覚刺激は、口から出たフラットケーブルまたは無線通信技術によって刺激装置と接続されている、口腔内に配置された可撓性の電極アレイを介して舌背に送られる。電気触覚刺激は、パターン内の活動電極のそれぞれに対して逐次的に送られる40μsのパルスを含む。各3回のパルスによる群発波が、50Hzの頻度で、群発波内でのパルス頻度200Hzとして送られる。この構造により、強く、不快でない電気触覚の知覚が得られる。正のパルスが用いられるが、その理由は指先および舌に対する閾値がより低く、刺激の質がより高いからである。
いくつかの態様において、電極は、皮膚と接触する平坦な円板状表面を含む。または別の態様は、凹状もしくは凸状の表面または尖形表面といった異なる形状を用いる。
本発明の開発に際して行われた実験により、感覚の閾値、および舌の上の位置の関数としての有用な感度の範囲が、著しく不均等であることが明らかになった。特に、舌の前方および内側の部分は感覚の閾値が低く、一方、刺激野の後方および外側の領域は32％も高い。実施例16は、任意の特殊用途のための、シグナル伝達を最適化する方法を記載する。これらの差は触覚刺激装置の密度および分布の違いに起因する可能性が高い。これに伴い、電気触覚刺激に対する感度の有用範囲は、位置の機能として、さらには閾値に類似したパターンで変化する。
感覚の不均等性を代償するために、本システムは、使用者が舌の上での平均刺激レベルおよび有効強度の範囲（振動子の位置の関数として）の両方を個別に調整しうるような動的アルゴリズムを利用している。これらのアルゴリズムは、得られた実験データの線形回帰モデルを基にしている。試験による結果は、これがパターン知覚の遂行能力を有意に改善したことを示している。
システムの感覚入力成分は、以下を行うように構成されたプロセッサの一部分であるか、またはそれと通信下にある：1）プログラムまたは検出器（例えば、加速時計、ビデオカメラ、聴覚源、触覚センサー、テレビゲームのコンソール、GPSデバイス、ロット、コンピュータ、その他）から情報を受け取る；2）受け取った情報を、感覚入力成分へと伝達されるパターンに変換する；3）情報を感覚入力成分に伝達する；4）保存し、訓練演習プログラムを実行する；5）感覚入力成分または対象の他のモニターから情報を受け取る；6）送られて受け取った情報を保存し記録する；および／または7）情報を外部デバイス（例えば、ロボットアーム）に送る。
本発明の電極アレイは、任意の種類のデバイス上に、所望の任意の形状および形態で用意することができる。いくつかの態様において、電極アレイは、対象が別に所有しうる物体（例えば、衣類、腕時計、歯牙用保持器、アームバンド、電話、PDA、その他）の部分として含められる。新生児の場合には（例えば、盲目の乳児を訓練するため）、電極アレイを、食事ボトルの吸い口またはおしゃぶりに含めてもよい。いくつかの態様において、電極アレイは、皮膚の下に植え込まれる（アレイ式タトゥー）（例えば実施例18を参照）。好ましい態様において、アレイを含むデバイスは、外部情報を提供するプロセッサと無線通信下にある。いくつかの好ましい態様において、アレイは、対象の任意の外側（粘膜表面を含む）または内側の部分に配置しうる小型のパッチまたは膜の上に与えられる。
また、デバイスを、シグナルを出力するために、例えば、舌を外部システムもしくはデバイスの制御装置として、または通信を伝達するために用いることもできる。実施例17は、そのような用途の説明を提供する。いくつかの態様において、舌は、位置、圧力、ボタンの接触またはセンサーを介して（例えば、歯の内側に位置する）、例えば、車椅子、義肢、ロボットデバイス、医用デバイス、乗り物、外部センサーまたは任意の他の所望の物体もしくはシステムを動作させるための、出力シグナルを与える。出力シグナルはケーブルを通じてプロセッサに送られてもよく、無線式であってもよい。
訓練のシステムおよび方法
本明細書に記載したアプリケーションの多くは、使用者が感覚入力情報の特定のパターンを外部の事象または物体と関連づけることを可能にする訓練プログラムを利用している。実施例の項には、本発明の種々の用途に有用なさまざまな訓練ルーチンが記載されている。本発明は、このような訓練を容易にするソフトウエアおよびハードウエアを提供する。いくつかの態様において、本ソフトウエアは訓練のシークエンスを開始するだけでなく（例えば、コンピュータモニター上に）、触覚感覚デバイスの構成要素に送られるシグナルの量および位置のモニタリングおよび制御も行う。いくつかの態様において、本ソフトウエアはまた、触覚感覚デバイスから受け取ったシグナルの管理も行う。いくつかの態様において、訓練プログラムは、訓練演習を完了するように小児の興味を高めるためにゲーム環境を提供することにより、小児に向けて適合化される。
実施例
以下の実施例は、本発明のいくつかの好ましい態様および局面を示すとともに、さらに例示するために提供されるものであり、その範囲を限定するものとはみなされるべきではない。
実施例1
姿勢制御のための前庭機能代行
前庭系は、半円形の導管および耳石器を含む内耳内の特化した末梢受容器を用いて頭部の加速度を感知することにより、頭部運動を検出する。前庭系は日常生活の事実上あらゆる局面で重要であり、これは頭部の加速度の情報が、身体筋肉および自律的臓器に対して絶えず作用する前庭反射を介してのみならず（Wilson and Jones, Mammalian Vestibular Physiology, 2002, New York, Plenum）、以下のようなさまざまな認知機能をも介した、三次元空間における適切な行動のために必須であるためである：自己運動の知覚（Buttner and Henn, Circularvection: psychophysics and single-unit recordings in the monkey, 374:274(1981)；Guedry et al., Aviat. Space Environ. Med., 50:205(1979)；Guedry et al., Aviat. Space Environ. Med., 52:304(1981)；Guedry et al., Brian Res. Bull., 47:475(1998)；Jell et al., Aviat. Space Environ. Med., 53:541(1982)；およびMergner et al., Patterns of vestibular and neck responses and their interaction: a comparison between cat cortical neuron and human psychophysics, 374:361(1981))、空間知覚および記憶（Berthoz et al., 空間的 memory of body linear displacement: what is being stored? 269:95(1995)；Berthoz, The role of inhibition in the hierarchical gating of executed and imagined movements, 3:101(1996)；Bloomberg et al., vestibular contingent voluntary saccades based on cognitive estimates of remembered vestibular information, 41:71(1988)；およびNakamura and Bronstein, The perception of head and neck angular displacement in normal and labyrinthine-defective subjects. A quantitative study using a 'remembered saccade' technique, 188:1157(1995))、視覚的な空間の恒常性（Anderson, Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform., 15:363(1989)およびBishop, Stereopsis and fusion, 26:17(1974))、視覚的な物体運動の知覚（Mergner, Role of vestibular and neck inputs for the perception of object motion in space, 89:655(1992)およびMesland, Object motion perception during ego-motion: patients with a complete loss of vestibular function vs. normals, 40:459(1996))、さらには移動運動のナビゲーション（Wiener, 空間的 and behavioral correlates of striatal neuron in rats performing a self-initiated navigation task, 13:3802(1993))。前庭入力の機能には以下のものも含まれる：自己中心的な向きの感覚、座標系、内部基準中心、筋緊張制御および身体区域の直線配置化（Honrubia and Greenfield, novel psychophysical illusion resulting from interaction between horizonal vestibular and vertical pursuit stimulation, 19:513(1998))。
抗生物質療法に対する有害反応などによる両側性前庭機能喪失を有する人々は、姿勢の「ぐらつき（wobbling）」（座位および立位の両方）、不安定歩行および動揺視を含む機能的障害を経験し、これらは例えば、転倒のリスクを伴わずに暗所を歩くことを困難または不可能にする。両側性前庭機能喪失は、薬物毒性、髄膜炎、身体障害またはさまざまな他の特定の原因によって起こりうるが、原因不明の理由に起因するものが最も多い。これは姿勢制御、空間における運動に関してさまざまな問題を生じさせ、これには不安定歩行、および動揺視のような種々の平衡関連障害が含まれる（Baloh, Changes in the human vestibulo-occular reflex after loss of peripheral sensitivity 16:222(1991)）。不安定歩行は特に夜間に（または視力の低い人で）顕著である。この機能喪失は特に高齢者に対して能力低下をもたらす。
前庭眼反射の障害に起因する動揺視は、苦痛を伴う視覚的情景の錯覚性振動である（Brant, Man in motion. Historical and clinical aspects of vestibular function. A review. 114:2159(1991)）。動揺視は永続的な症状である。歩いている時、患者は、周囲が上がったり下がったりするため、物体を凝視することができない。通行人の顔を見るためには、彼らは止まって自分の頭を静止状態に保つようにする。ものを読む時には、このような患者は、血流の拍動に伴うわずかな動きを防ぐために、自らの手を顎の上に乗せるようにする。
機能を備えた前庭系が存在しなければ、正常な直立姿勢の多感覚統合プロセスに対する残存入力の役割が大きくなる。これらの状況下では、対象は、空間的な向きに関するさらなる手がかりを得るために指先を高度に利用する。
本発明のシステムおよび方法は、代替的で、しかも大幅に優れる手がかりを提供する。前庭感覚代行の利用により、BVDを有する対象における頭部および身体の協調に対して強い安定化効果が得られる。実験条件下で、BVD対象の頭部-姿勢行動において一貫して認められる3種類の特徴的かつユニークな運動特性（平均位置変動、ぐらつき、および周期的な大振幅の摂動）が同定された。しかし、前庭機能代行を用いたところ、これらの特性の規模は大きく低下するか消失した。実験の間、BVD対象は、システムの使用中および刺激の除去後しばらくの期間にわたって、正常で安定した感じ、または知覚上の「ノイズ」が軽減した感じを報告した。
本発明の開発に際して行われた実験については、平衡感覚系に対して考えられる最も重度の障害である両側性前庭機能喪失を有する対象を選択した。対象はすべて能力障害を有するか身体障害を有することが確認された。
デバイス：
小型2軸加速時計（Analog Devices ADXL202）を、軽量プラスチック安全ヘルメットに対して装着した。前後方向および内側外側方向の角変位データ（加速度データの二重積分によって得られる）を、舌の前方表面の上方に保持された144ポイント電気触覚アレイ（直径1.5mmの金プレート電極が間隔2.3mmで配置された12×12マトリックス）に対するパターン化刺激を生成する舌ディスプレイユニット（TDU）に対して与えた（Tyler et al., J. Integr. Neurosci., 2:159(2003)）。
頭部運動の感知
加速時計は、標準的に水平面に向けて配置される。この位置では、これは通常、回転および平行移動の両方を感知する。しかし、作業の性質―動かずに背を直立させた座位―によっては、少なくとも第一近似では、x軸およびy軸の両方で記録された非ゼロ加速度データのすべて（それぞれM／LおよびA／P方向）を、平行移動ではなく頭部の角変位または傾斜に帰属させることができる。対象に被験位置を推測するように指導した後に、各試行の開始時にセンサーの初期位置を記録し、以後はそれをゼロ基準として用いる。小角近似を用い、センサー出力がゼロ位置からの角変位に比例すると仮定すると、瞬時角度は以下のように算出される：
Θｘ＝sin−１ aｘ/g（Eq. 1）
Θｙ＝sin−１ aｙ/g（Eq. 2）
式中、gは重力ベクトルであり、aｘおよびaｙはいずれもそれぞれの軸におけるベクトル成分である。
「標的」運動の制御
加速時計からの傾斜データは、視覚的および触覚的な刺激パターンまたはそれぞれのディスプレイ上に提示される「標的」の両方の位置を動かすために用いられる。データは30Hzでサンプリングされ、標的位置に対する瞬時のx値およびy値が、tｎおよびt０での位置ベクトルの値の差として算出される：
xｎ=c sin（Θx|n−Θx|0）（Eq. 3）
yｎ=c sin（Θy|n−Θy|0）（Eq. 4）
式中、Θx|n、Θx|0、Θy|nおよびΘy|0は、それぞれxおよびyにおける瞬時的および初期の傾斜角である。標的運動の範囲を対象の頭部傾斜の期待値または観測値と合わせる目的で調整するためには線形的倍率「c」を用いる。最初に計算した最大範囲を対象が瞬間的に上回る事象において刺激がディスプレイから逸脱することに起因する定位障害を防止するために、標的の最大変位をディスプレイの物理的領域に対して帯域制限する。この利得は、予想される最大可動範囲に合致するように容易に調整することができる。舌ディスプレイに対する実際の刺激パターンは、重心領域が任意の瞬間においてxｎ、yｎに位置する4振動子（2×2）の平方アレイである。初期直立状態での較正の後に、対象は、適切な姿勢を維持する目的で、標的の中心がディスプレイの中央に保たれるように頭部を動かす。初期訓練に関しては、平方触覚アレイの外側縁の視覚的類似物をLCDモニター上に提示する。視覚標的の運動を生じさせるために用いられる、その結果得られた位置ベクトルには、イメージをより安定化するために、10Hzのローパスフィルター処理を行い、20サンプル移動ウィンドウ平均を用いて平滑化した。
対象は、舌ディスプレイ上での小さな「標的」刺激の位置および運動の両方を容易に知覚し、この情報を解釈して、標的刺激が中央に来るように正しい姿勢調整を行うことができた。
頭の上に乗せたヘルメットに配置された加速時計からのシグナルは、舌と接触した金プレート電極のアレイを介して位置情報を脳に伝える。加速時計からの連続記録により、頭部ベースの姿勢動揺図（HBS）が得られた。HBSはこのデータ記録解析システムの主要な構成要素である。
対象：
両側性前庭機能不全（BVD）を有する個体10例に対して、電気触覚前庭機能代行システム（EVSS）を用いる試験および訓練を行った。参加者のうち5例は女性であり、5例は男性であった。女性群の平均年齢は51.4歳であり、男性群の平均年齢は64.4歳であった。
この両方の群の参加者のうち7例の機能不全は、アミノ配糖体抗生物質であるゲンタマイシンによる聴器毒性の結果であった。対象1例はデバルクマン症候群を有し、患者1例は外リンパ瘻を是正するための両側手術の結果としての前庭機能不全を有し、対象1例の両側性前庭機能喪失は原因不明の現象の結果であった。
試験および訓練の手順：試験の前の能力を決定するために、各対象に健康に関する質問票および作業能力に関する質問票を記載させ、それとともに必要なインフォームコンセント文書にも記載してもらった。試験の前に、各個人に対して、平衡感覚および視覚制御（動揺視）に関する能力を観察するために一連のベースライン試験を行った。これらのベースライン試験はビデオテープに記録した。
20分間の試行を行う前に、各個人に関して、予備的な平衡能力ベースライン値を入手するため、さらには彼らをシステムの感覚および使用法に関して訓練するために設計されたEVSSを用いて一連のデータ収集を行った。これらのデータ収集には、座位および立位、開眼および閉眼の両方に関する100秒、200秒および300秒の試行を含めた。
平衡能力ベースライン値の入手を終え、対象がEVSSおよびその動作様式について十分に理解したことを確認した後に、各個人に対する20分間の試行の実施、および／または軟らかい材料の上もしくは縦列的ロンベルグ姿勢で立たせる訓練を行った。すべての患者にとって、いずれの条件の実施も「想像を絶する」ものであった。実際、いずれの条件でも5〜10秒間を超えて姿勢を保つことができた者は皆無であった。
典型的な試験／訓練には、長さ1.5〜2時間の9回のセッションを含めた（患者の体力および試験の難しさに依存する）。患者が完了した最も短い試験は5回のセッションであり、最も長いものは65回のセッションであった。
結果：
EVSSを用いた訓練手順の結果、10例の患者全例が平衡制御に関して有意な改善を示した。しかし、平衡感覚回復の速さおよび大きさは対象毎に異なった。さらに、EVSSを用いた訓練は、平衡感覚回復に関して、1つだけでなく、複数の異なる効果またはレベルで認められることが見いだされた。
EVSS訓練による平衡感覚回復効果は、少なくとも2つの群に分けることができる：即時的な平衡感覚効果および残存性（residual）の平衡感覚効果である。平衡感覚回復効果に加えて、直接的または間接的に前庭系と関係する多数の効果が観察された（実施例2〜7参照）。
即時的効果：
即時的効果は座位および立位のBVD対象においてほぼ即時的に観察された（EVSSに習熟して5〜10分後）、これには長期間にわたり（1〜2回の実験セッションから最大40分後まで）、安定な直立姿勢および身体の直線配置化（眼を閉じて座位または立位で）を制御しうる能力が含まれた。
訓練効果：
BVD患者の一部、特に何年もの代償および高度の身体的訓練を長期間行った後の患者は、硬い面の上では、たとえ眼を閉じても直立する能力を獲得していた。しかし、良好な代償が得られているBVD対象であっても、軟らかい面もしくは平坦でない面の上での、または縦列的ロンベルグ姿勢などにより限られた基盤の上に姿勢を保っての立位は困難であり、眼を閉じて行うことは全く想定外であった。
EVSSを用いたところ、BVD患者は、硬い面の上で平衡感覚および身体の直線配置化を制御する能力だけでなく、身体状態調節および平衡制御の限界を拡張する能力も獲得した。一例として、眼を閉じて縦列的ロンベルグ姿勢での立位をとることが可能であった。それぞれ100秒間の訓練試行18回からなる1回の訓練セッション（合計EVSS曝露時間は30分間）の後には、BVD患者は、眼を閉じて縦列的ロンベルグ姿勢による立位を100秒間とることができた。
残存性の平衡感覚効果：
残存性の平衡感覚効果も、試験を行ったBVD患者の全例で観察された；しかし、効果の強さおよび程度は、前庭障害の重症度、対象の回復期間ならびにEVSS訓練の長さおよび強度に応じて対象毎に著しく異なった。
残存性の平衡感覚効果については、少なくとも3つの群が認められた：短期間の残存性効果（数分間持続する）、長期間の残存性効果（1〜12時間持続する）およびリハビリテーション効果（対象における数カ月の訓練の際に認められた）。残存性効果はすべて、対象の口腔からEVSSを完全に除去した後に観察された。
短期的な後続効果：
この効果は通常、EVSS訓練の初期に観察された。対象は、異常なぐらつきを直ちに生じることなく、平衡感覚をある程度の期間にわたって保つことができた；これは通常、壁またはテーブルに触れることといった他のあらゆる種類の外部触覚安定化の後に起こるものと同様であった。さらに、短期間の後続効果の長さはEVSS曝露期間にほぼ直線的に依存した。100秒間のEVSS曝露の後には安定化が30〜35秒間持続し、200秒間のEVSS曝露の後には65〜70秒間、300秒間のEVSS試行の後には対象は平衡感覚を100秒間よりも長く維持することができた。短期間の後続効果はEVSS曝露時間の約30〜70％にわたって持続した。
長期的な後続効果：
この効果群は、座位または立位の対象における、より長い（例えば、最大20〜40分の）EVSS訓練のセッションの後に生じ、数時間にわたって持続した。平衡感覚改善の後続効果の持続時間は、観察された短期的な後続効果よりもはるかに長かった：予想された7分間の安定性（20分間の試行に対して30％則を外挿した場合）ではなく、1時間〜6時間にわたり安定性の改善が観察された。これらの期間中、BVD対象は、硬い面または軟らかい面の上に動かずに真っ直ぐ立つことができただけでなく、ビームの上を歩くこと、片足で立つこと、自転車に乗ること、および踊ることといったような、平衡感覚を試すさまざまな種類の活動を完全に行うことができた。しかしながら、数時間後全ての症状は元に戻った。
長期間の後続効果の強さは、この場合もEVSS曝露の期間に依存した：10分間の試行は20分間の試行よりもはるかに効率が低かったが、40分間の試行は20分間と同程度の効率であった。通常は20〜25分間が、眼を閉じた立位の試行に関して不快でなく十分な最も長い期間であった。座位での試行は立位での試行よりも効果が弱かった。
最も短期的な効果は初期訓練セッションの際に観察され、通常1〜2時間であった。単回のEVSS曝露後の最も長い効果は11〜12時間であった。20分間の単回EVSS曝露後の長期的後続効果の平均持続時間は4〜6時間であった。
リハビリテーション効果：
20分間のEVSS曝露を単一の対象に対して1日に2回または3回繰り返すことが可能であった。2回目の曝露後には、効果は平均約6時間にわたって持続した。合計すると、20分間にわたるEVSS安定化試行を2回行った後に、BVD対象は、自らが「正常」と表現した感覚および行動を最大で1日の10〜14時間にわたって得ることができた。
BVD対象の1例を、20分間のEVSS試行を1日に1回または2回用いて20週間訓練した。この対象に関して収集されたデータにより、堅実な訓練期間における長期的後続効果の系統的な改善および段階的な増加が示された。さらに、反復的なEVSS訓練により、平衡制御の蓄積的な改善および前庭系の中枢性機構の全体的な回復の両方が生じることも見いだされた。
この同じBVD対象に関しては、2カ月にわたる激しい訓練の後に、EVSS曝露を完全に中止した。対象の平衡感覚および姿勢制御の定期的な検査は続けた。最後のEVSS訓練から14週間にわたって、対象は硬い面または軟らかい面の上に眼を閉じて立ったまま完全に静止状態を保つことができた。これにより、本方法のリハビリテーション能力が示された。効果は6カ月にわたって認められた。
効果の概要：
対象は、平衡感覚の回復、身体制御の向上、安定性、および重心を保っている感覚を経験した。絶えず動いているという感じは消失した。対象は介助を受けずに歩くことができ、暗所で歩ける能力、活発に歩く能力、人混みの中を歩く能力、およびパターンが刻まれた面の上を歩く能力の向上を報告した。対象は、基盤が軟らかくてもそうでなくても眼を閉じて立つ能力、直線上を歩く能力、左右および上下に眼をやりながら歩く能力を獲得した。対象は、物を持ち運ぶ能力、平坦でない面を歩く能力、盛り土に上って下りる能力、および自転車に乗る能力を獲得した。対象は、新たな課題に取り組む意欲を持つようになり、全体的には、身体的にはるかに活動的になった。
以上は両側性前庭機能喪失を有する人々の文脈で考察してきたが、本発明は、多くの種類の前庭機能不全に対して、ならびにメニエール病、パーキンソン病の人々、糖尿病性末梢神経障害および加齢に伴う一般的な能力障害を有する人々に対しても有用である。本発明はまた、航空機パイロットまたは宇宙飛行士における空間的見当失認を避けるための航空学の分野における応用性もある。
実施例2
姿勢、自己受容感覚および運動制御の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の姿勢、自己受容感覚および運動制御の改善に関して予想外の利益が確認された。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、身体運動がより滑らかで確信的になり、軽く、リラックスして速くなったことが示された。こわばりは消失し、肢、頭部および身体の感覚は軽くなり、収縮の程度も軽減された。微細な運動技能が回復し、 歩行は正常に戻った。姿勢および身体区域の直線配置化は正常に回復した。体力および活力は増大した。日中および夜間に運転する能力の向上もみられた。
実施例3
視覚の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の視覚に関して予想外の利益が確認された。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、視覚がより安定化し、明瞭に明るくなった。色調も明るくかつ鋭敏になり、周辺視覚も広がった。読み取りも滑らかかつ容易になり、移動中の乗り物の中で読むことも可能になった。明条件から暗条件への変換に伴う適応度も大きく改善された。動揺視の軽減および深部知覚の改善もみられた。
実施例4
認知機能の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の認知機能に関して予想外の利益が確認された。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、精神的な覚醒度、創造性、思考の明瞭さ、自信、マルチタスク技能、記憶保持、集中力、会話に追随する能力および作業を続ける能力の向上が示された。対象はより意識清明となり、活力が増し、平衡を絶えず意識することがなくなった。頭部の「ノイズ」が軽減し、思考強度、問題解決および意志決定がはるかに改善した。
実施例5
情緒的な安寧の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の情緒的状態に関して予想外の利益が得られた。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、対象がより穏やかになり、覚醒度が増し、自信がつき、幸福で、落ち着き、リフレッシュされ、リラックスし、強い安寧感を得るとともに、恐怖が消失したことが示された。
実施例6
睡眠の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の睡眠に関して予想外の利益が確認された。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、患者の大半が睡眠改善を認めたことが示された。睡眠はより深く、より長く、より平穏になり、しばしば夜間に覚醒することがなくなった。
実施例7
身体的安寧感の改善
本発明の開発に際して行われた実験により、対象の身体的安寧感に関して予想外の利益が確かめられた。訓練は実施例1に記載したようにEVSSを用いて行った。対象の観察および質問票により、若さと活気にみなぎる感じが、眼に映るものの明るさ、ストレスの軽減、顔面筋の挙上およびリラクセーションに伴う「若い外見」とともに示された。対象の一部はカイロプラクティックへの受診の減少および活動性の増大を報告した。
実施例8
耳鳴りの治療
本発明の現像の間、導通される実験は、耳鳴りを軽減すること中に、予想外の恩典を確認した。訓練は、実施例1にて説明したように、EVSSによって導通された。ティンティウスを有する対象は、症候中に還元を報告した。
実施例9
性交感覚の代替
いくつかの態様において、例えば、本発明は、損傷のレベル未満の失われた感覚を有する脊髄性のコード損傷をもつ人のための性的感覚触覚の代替ためのシステムと方法を提供する。訓練については、この種の対象は、少なくともある程度は、性感覚を回復する。
本発明の開発の間、導通される実験は、触覚のヒューマンマシンインタフェース（HMI）によって人工感覚器がひもで、難聴である人中に官能基の感覚の、かつ、に運動の再構築を許可するために脳の容量を起動させるために脳に情報を送達することができるか、前庭系の損失を有するか、または、Lレプロシーに由来する感覚損失の外皮をはぐことを証明した。実験は、また、代替システムが自然な官能基が少量の残存している組織であると再確証することができることが病巣の後、あることを証明した。このように、感覚代行をを提供することに加えて、本発明のシステムは、治療用効果を成し遂げる。この実施例が性的感覚代替に応用を記載する一方、同じ技術が他の感覚の損失のために、そして、脊髄性のコード損傷（SCI）中に運動機能の回収のために用いられ得るものと理解される。
脊髄損傷が両方の男性と女性のための減少した生命の質の主な原因であったあと、性機能中に減少する。SCI集合中に性的機能不全の処理は、勃起機能の再建術に集中した。しかしながら、感覚は大多数のSCI集合中に障害性である。そして、それは処理するのがずっと困難である。オルガスムの損失は重大なSCI性的な課題であるように見える。そして、損失が主に感覚の損失に起因する。膣の感覚の完全な損失を有する女性は、一部の男性がオルガスム（射精によって混乱しないために）を成し遂げるために教えられることができるタッチ（例えば耳たぶ、ニップル）かつ、のための無処置の感受性を有する本体のその他の一部を撫でることに、オルガスムに達することができるに由来する相当する撫でている。しかしながら、利用可能な周知の技術が、これらの患者中にペニスの感受性を再確立するかまたは置換するためにない。この種の感受性は、大部分の男性のために、オルガスムに達することに対する必要条件である。
本発明の感覚代行システムについては、情報は、体制知覚の経路および構造を介して解析および解釈のための知覚的なレベルに着く。いくつかの態様において、圧力および／または温度検出変換器を有する生殖のセンサは、感覚（例えば舌、額、その他）を有する本体の領域に触覚の刺激作用を介して性器に経験される圧力および／または温度パターンをリレーするために利用される。訓練については、対象は、ラフ対なめらかな表層、柔らかくて固い対象、かつ、構造および圧力を識別することが可能である。対象は、情報が性器に由来する来るものとして知っている。このように、その実際の人間機械インタフェースが性器にない場合であっても、代替触覚アレイの配置の上の彼（女）の認知が中で局在が表層ここで刺激作用の間に間隔を置くと指示するにつれて、対象は性器上の感覚を知覚する。
いくつかの態様において、本発明は、ユーザの舌に接触する歯科用の歯科矯正保持器に組み込まれるエレクトロ触覚のアレイに組込形センサおよびラジオトレクエンシー（例えばブルートゥース）透過を有するペニスの葉鞘をを提供する。このシステムは、最小限の苦痛によって、脊髄負傷した男性と女性（その人のために、ペニスの葉鞘は、彼女のパートナーに着用される）に、性感覚を与える。
一つの態様において、エレクトロタクティルアレイは、1 6つの刺激因子を有する。葉鞘は、同様に1 6台のセンサを有する。葉鞘は、ゴムおよび布基質（例えば非常に切断患者のためのスタンプ・ソックス中に使用する）とみなされる。葉鞘が人為的なペニスを通じては成形されて、4の4つのリング中に配置されるセンサで、r/2中にの各センサは、シリンダの主軸について＋１増加する（放射状に）。各セニョールは直径ほぼ5mmである、そして、リングはiでは1つの0mmの間欠期を配置した。そして、葉鞘の円柱形部分の遠心端から始まる。0台のセンサがそうである1つは、ブルートゥース装置が舌インタフェースに感覚の情報を透過するところに由来する葉鞘の基剤に進行しているリード線を有するケイ素接着剤によって付属した。この全体の葉鞘の上に、構造は、在庫品のコンドームを適用した。対象が射精する。その結果、システムはこのように、センシングアレイ電子工学を有するダイレクト・コンタクトに入ることに由来する対象を防止して、可能な感覚としてナチュラルのとしてをを提供して、葉鞘を汚染することを回避するように設計されている。
いくつかの態様において、感受性半導体に拠点を置く触覚センサ、かつ、が小型化した剪断によっては使用されるより事前のシステムは、エレクトロニクスを集積した。後生的システムは、入力信号のタイプを制御するファイ効果（刺激電極の間に移動している認知）および能力の特許出願のセンサおよび洗練のより大きな数を有する。剪断がベクトルであるので、感覚の出力の構成成分がより洗練された刺激作用信号を発生させると考えられる。そして、エレクトロタクティル刺激に可能な感覚または『色』特性のより大きな変化の追加を考慮に入れる。いくつかの態様において、システムは、同時にいくつかの感覚代行システム、歩行運動中に援助に対し足および下肢位置情報のためのこの種のとして、膀胱のための、かつ、腸および皮膚入力に由来する多重化入力を含有する。
舌電極アレイは、口中に保たれて、1 6本の刺激電極を含有する麻酔用に設計されたグラブに組み込まれる。パルスは、刺激波形およびダイヤル・イベントを特定して、制御する1つの6-チャンネルエレクトロタクティル波形発生器および付随するスクリプト用ソフトウェアに引き起こされる。カスタムメイドの電圧／電流変換器回路は舌電極の駆動資格（5-15V）をを提供する。そして、ほぼ500のキットのこの回路の出力抵抗を有する。活性なまたは『進行中の』電極（刺激作用の特定のパターン記載の）は、肯定、舌上の探索している領域、機能的に一相性電流パルス（ネットがそうするゼロ）同一波形を有する各電極の突発を送達する。
通用している（0.4-4.0mA）名目刺激作用活性な全てのために、または、『パターンに』同一であるアレイ上の電極、非活動期に、または『パターンから』電極が効果的に開回路であること。予備実験は、この波形を特定の電極サイズ、アレイ構造および全ての電極を刺激するためのタイミング条件のために最高の感覚品質を有すると確認した。舌表示上の感覚の品質および輝度は、波形のパラメータを処置することに制御されて、コンピュータまたは関連装置（例えば、信号は、インターネットを放送した）と同様に、外部デバイス（アナログでデジタルの）に由来する、入力にされることができる。
いくつかの態様において、対象は、設備を使用するために訓練される。第1の運動として、対象は口中に舌アレイを配置する指示された方法である、そして、1つをセットして/最適化するために、0は刺激のレベルを慰める。モデルとしての人為的なペニスについては、対象は、垂直のペニスの上の感覚の葉鞘を配置する方法を次いで示される。性的接触がマニュアル刺激作用、膣の刺激作用、など間の設定（輝度）を最適化するシステムで次いで使われるその他障害が読唇術（例えばの方法に朗読を認識するのを聞くと共に）
実施例10
触覚マルチメディア
本発明は、強化されたマルチメディア体験のためのシステムおよび方法を提供する。いくつかの態様においては、既存のマルチメディア情報が本発明のシステムを介して伝達され、マルチメディアイベントの強化された、代替的な、または超感覚的な知覚が提供される。また別の態様において、マルチメディアアプリケーションは、強化された、代替的な、または超感覚的な知覚を作り出すことを意図した補足的な情報の層とともに提供される。
本発明の開発に際して行われた実験により、眼によって知覚されない視覚情報を本発明のシステムによって与えうることが示された。詳細には、舌を用いる電気触覚システムを通じて対象にコンピュータプログラムからの迷路情報を伝達することにより、視覚を欠く対象または眼を閉じた対象が、グラフィック迷路を辿ることができた。
本発明のシステムの1つの応用は、テレビゲームを楽しむために強化された知覚を提供することである。例えば、視野に存在しないビデオ物体の位置に関する情報を、使用者の舌に情報を伝えるように構成された刺激装置アレイを伝達することにより、ゲームをする人は「頭の後ろにある眼」を得ることができる。最小限の訓練により、使用者は自らの通常の視野の外側にある物体の存在および位置の両方を「見て」、それに反応することができるようになると考えられる。感覚情報は、従来のジョイスティックもしくはゲームコントローラを介した手への触覚刺激によって与えることもでき、または舌もしくはその他の所望の位置を通じて与えることもできる。超感覚を取り扱う能力をゲームプレイに組み込んでもよい。例えば、ゲームまたはゲームの部分を「目隠しの状態で」で行わせることもできる（例えば、眼を閉じて、聴覚および／または映像を遮断して、など）。このようなゲームは娯楽のために有用なだけでなく、訓練（例えば、飛行シミュレーション訓練、夜間視覚モード、水中で遂行される軍事訓練、など）にも有用である。ゲームプレイを向上させるために、平衡感覚、情緒的な快適さのレベル、身体的な快適さのレベルなどはいずれも変更することができる。
したがって、いくつかの態様において、本発明は、例えば電気触覚刺激（例えば、舌アレイ、グローブなどを介して）を通じて、情報を対象に伝達するための刺激装置アレイを含むハードウエア構成要素を含む、またはそれを収容するように構成された、ゲームモジュール（例えば、PlayStation、XBox、Nintendo、PC、その他）を提供する。いくつかの態様においては、本発明のシステムおよび方法とともに用いるのに適した情報をコードするソフトウエアである、このようなゲームモジュールと適合性のある、またはこのようなゲームモジュールによって与えられたシグナルを変換するように構成されたソフトウエアが提供される。いくつかの態様において、本ソフトウエアは、使用者が伝達された情報を意図する知覚と関連づけることを学ぶことを可能にする訓練演習を提供する訓練プログラムをコードしている。対象は1つまたは複数の演習の訓練を完了した後に実際のゲームプレイを進める。
いくつかの態様において、メディアの内容は、五感で感じられる（sensate）情報によって層状化されている。いくつかの非制限的な態様には以下のものが含まれる：
キスの感覚；火の熱さ；またはネコによる引っ掻きといった、あらゆる種類の感覚メッセージを有する五感的な映画。
使用者が在宅でドレスまたはスーツの質感を感じられるようにする；外科医が遠隔ロボット手術を実施することを可能にする；および遠隔パートナーからの1つまたは複数の身体部分に対する性的フィードバックを提供する、五感的なインターネット。
五感的な電話、テレビゲーム、その他。
いくつかの態様において、本発明は、多数の身体部分に対する（例えば、身体全体を覆う）刺激装置を含むボディスーツ（例えば、全身用ボディスーツ）を提供する。刺激装置のサブセットは、プログラム、映画、双方向インターネットサイトなどから得られた情報に応じて活動状態となる。例えば、インターネットの性的アプリケーションにおいて、対象はプログラムから、または別の場所にいる個人から、刺激装置の群を活動状態にして触感、身体と身体の接触、その他の種類の接触、キスおよび性交をシミュレートするような情報を受け取る。視覚情報を、バイザー（ビデオ、スナップ写真の画像、バーチャル・リアリティー画像など）を通して、感覚代行経由または直接的に伝達することもできる。音声（例えば、声）は、感覚代行または従来の経路（例えば、電話線、ストリーミングメディアを介したリアルタイムのもの、その他）によって与えることができる。いくつかの態様において、ボディスーツは、性的接触に一般に携わる箇所により高密度に刺激装置を有する。スーツは全身をカバーしてもよく、または特に所望される部分をカバーしてもよい。いくつかの態様において、使用者は、所望のまたは望ましくない刺激のレベル、所望のまたは望ましくない活動などを指定するために、制御ソフトウエアにおける一連のパラメーターを設定する。いくつかの態様において、本システムは、例えば、特定のパートナーのみが参加しうるように、プライバシー上の機能およびセキュリティー上の機能を提供する。いくつかの態様においては、参加者が年齢、性別またはその他の基準に関して誠実かつ適法であることを保証するために登録サービスが提供される。
実施例11
読唇術適用
多くの人々、唇、かつ、の運動に話されている語を認識することは対向する話者である。しかしながら、読唇術は、全ての口頭の語を回復することができるというわけでなくて、イントネーション中にもたらされる意味を有する問題点を有することができない。加えて、読唇術は、話し言葉の完全な音節の構造にアクセスを有しない。
それがは音声処理分野を呼び込んだので、ワードスポッティングは困難な計算作業である。例えば、若干の様々な音は、唇にあまり様々に見えないためにする。読唇術がホモ遺伝的表現型には苦しんで、すなわち、話声、語、フレーズ、その他は、唇に非常に同一であるか、ほとんど同一である。例えば、両唇の子音「p」「b」および「m」は様々に聞こえる、しかし、それらは唇に同一である。語『公園のために」「樹皮」かつ、「マーク」Ib/の違いおよび前者中に、声のものは折り重なるIp/がは唇の開口時に振動し始めること、それらがより長く約30ms開いているままの、を有する/p/。これは参照でないので、これらの語は同一に見える。鼻のImlは、以下に産生される：縁膜を低下させること、かつ、気流が鼻腔を介して逃げることができること。また、この活性は、参照でない、/p、b、同音異義語な分類するm/形。
24の子音が、英語中にある。それぞれは規定濃度を聞いているリスナーに異なった装置である、しかし、読唇術を介して利用可能な情報は非常により少ない。例えば。そのとき、子音はリプリーダー（例えば堅実なグループ化例えば［apa］）［アバ］［海女］に示されるその他、最高のlリプリーダーさえ問題点を有する。リプリーダーは、音が唇、歯槽、などをは、例えば、産生した同じ調音位置を共有するそれらの子音を混同する。これは、24の一組が非常により少ない数に還元していることを意味する。リプリーダー同じことのように見える音のセットは、以下を含有する：
1. 両唇音 p、b、m
2. 唇歯音 f、v
3. インター歯音 th、th
4. 丸い唇音 w、r
5. 歯茎音 t、d、n、l、s、z
6. 後部歯茎音 sh、zh、ch、j
7. 口蓋音および軟口蓋音 y、k、g、ng
8. 声門音 h
多くが唇にほぼ同一に見えるので、母音はもまた大きな課題である。リプリーダーは超分節性情報イントネーション、5が変えるピッチ1、率、その他に対しごくわずかなアクセスしか有しない、そして、これはより激しくそれほど潜在的に曖昧な文を理解する作業を再び作製する。多くのキューへのアクセスの不足は、明らかに、感覚の情報の還元した量中に結果としてなる。その結果、リプリーダーは、話し言葉に由来する理解を引き出すのがより難しくならなければならない。
課題の一部はその音節境界線が継続音の子音を声に出すことの存在下でぼやけるにもかかわらず分かれる。リプリーダーが子音がは声に出しているか声を出さないかどうか確実に識別することを可能にする情報が、話し言葉（100 500Hz）の、低周波中に見出した。高局波話し言葉エネルギー（5kHzより上の部位）に関する情報によって、リプリーダーが確実にシューという子音/s、z、スキー、zh/およびそれらの破擦音いとこを同定することができることができる。
読唇術者を援助するために開発される多数の事実の装置があった。そして、2つの実施例がタクテイド（聴能学のエンジニアリング、サマヴィル、MA）およびミニヴィブ（KTH、ストックホルム、スウェーデン）であった。これらの両方とも、手または手首上の使用の振動触覚（すなわち、振動している）装置である。これらの装置は有限の情報の1、2チャンネルを示す！それらは以前に言及される読唇術中にあいまい性の充分な量を取り除かない、そして、それらは使用に対し簡便でない。
唇がコンピュータ・スクリーンに読み込まれることができる話すアバタールとして遠隔呼び出し側を紹介することに電話を使用すると共に、読唇術技術に対する他のアプローチは読唇術ができるようにするシステムを含有する（スピーチビュー（ティクヴァ、イスラエル）および話し言葉-テキストにプロセッサ。ストックホルム音声処理グループ中に王立スウェーデン・アカデミーのKTHは、マイクロソフトを有する許可下で、擬似スピーチ-トゥ-テキスト・プロジェクト（シン-フェイス）に作用している。マイクロソフトは、ワードスポッティングを使用しているピッチおよびフォルマント・アルゴリズムのための波サーファおよび波+と呼ばれている産物を開発したEnkopics Software会社を購入した。市販のテキストにスピーチ・ワープロ・ソフトIBM Via VoiceおよびDragon Naturally Speakingは役立つ産物である、しかし、それらは使用のための特異的な話者ゲイニングを必要とする、そして、このように、一般の話者の唇を解読することの、課題に適用できない。本発明の読唇術システムは、は現在利用可能であるより高品質でより柔軟な表示形式中に、より多くの有益な情報をを提供する。
読唇術のための触覚の援助に由来するキューは、1 0のスピーチの音節の構造にアクセスをを提供することができて、読唇術キューと共に使われるときに、速度および読唇術の正確さを改善することができる。例えば、輝度または音声ユニットの他の測定可能な特徴が予め定められた範囲またはレベル中に落下するときに、触覚の援助キューは起動することができる例えば毎回、特定の母音、または母音のような子音ようなは生成された（例えばw、r、1、y）。触覚の援助に由来するリスナーにこの種類のキューは、1つ上の付加情報に5つの音節の構造を提供する、そして、スピーチの、このように意味。
他の好ましい態様では、本発明は、刺激作用部位として舌を使用しているエレクトロ触覚の入力装置の使用を作製する。いくつかの態様において、使われて中で刺激因子のシミュレータまたはアレイをを提供している送話口。他の態様において、刺激因子は、皮膚中に、または、口中に移植される。
検出音声信号は、感覚の入力装置への透過のために加工される。例えばソフトウェアに拠点を置く仮想計測器環境Labview（国立インストルメンツ（オースティン、TX））については、処理は、されることができる。Labviewは、全て被駆動USBインタフェース（DLP デザイン、サンディエゴ、CA）を介して、例えば舌表示刺激因子に被処理情報を移す。刺激因子は、舌のための空間、かつ、振幅表示の、4つのチャンネルに情報を加工する。
舌を経て供給される補足的な情報
いくつかの態様において、読唇術中に固有なあいまい性を減らすつもりで、以下の情報は、舌を経てはを提供した。
1) 話し言葉の語構造に部分的なアクセス
ワードスポッティングについてキューを与える500Hzより上の生のスピーチの高域透過型フィルタリング。
2）子音が有声音か無声音どうかの決定
バンドパスフィルター100Hz〜500Hz - 子音が口腔だったか鼻だったかどうかを示す。この範囲中の活性は鼻の子音を示す。
3) シューという子音/s、z、sh、zh/および関連する音/ch、j/を確認する高局波情報
5kHzより上の高域フィルタ。
4) 母音および母音のような子音/w、r、l、y/の認知 −話し言葉の音節の構造に良好なキューを与える。
振幅許容限界センサ許容限界が交雑されるたびに信号が与えられる。
情報は、2つの主な形中に舌示される：
1. オシロスコープ追跡に類似の信号。振幅異常性のための基線未満の上の3本の電極および2本の電極で大きく開いた（ほぼ12mm）6本の電極を捜し出している可動時間。
2. 一団が5kHzを超える、摩擦子音を識別するのを好む、または、振幅許容限界が母音の存在を示すために交雑させられる特定の振動数中に頑丈なエネルギーの存在を示す活性（この種の瞬き点）の指示薬。
振幅許容限界の場合、移動平均と比較した相対振幅許容限界は、話し言葉量および周囲騒音の平均変化を補償するために用いることができる。
全てに加えて読唇術に利用可能な視覚性の情報、対象は、それらの舌を有する話し言葉を知覚して、付加情報をそれらの言語解釈に組み込む。補足的な情報は、空間、かつ、輝度情報を変化させることに関する舌上の控え目な耳鳴のような感じがする。舌表示に接した経験は、示される情報に参加すると共に、対象が舌感覚を無視することを学ぶことを示した。
いくつかの態様において、より高い複雑性レベルの音の第5のチャンネルおよび対象に記銘される詳細な情報の豊富なコードを経た語識別は、読唇術中に更にあいまい性を減らすために用いられ得る。
訓練
いくつかの態様において、本発明は、特異性の訓練を含む。いくつかの態様において、トレーニングは、以下を含む：
1:1 訓練：
読唇術に追加としての触覚の装置の使用中に訓練計画含んでいる実施。各セッション中に、対象は、以下の領域中に訓練を受信する：
子音 - 1が読唇術単独、かつ、読唇術さらに触覚の装置を介して列挙する（各子音の5つの無秩序な症状）laCa/環境のみ-中に子音の実施認知。
語 - 読唇術単独および読唇術を経た英語さらに触覚の装置中に500の最も多くの一般語の実施認知。語は、次のブロックへ進む前に各語の10の無秩序な症状のために正しい90%の基準レベルに到達していなければならない対象を有する語の、ブロック中に示される。生のブロックの完成で、各々の語は、ランダム順中に二回識別のためには現れた。
フレーズおよびセンテンス - 英語の500の最も頻繁に使われる語からなるフレーズおよび文の認知中に実施をを提供する。文は10のブロック中に発表される、そして、対象は95%が次のブロックへ進む前に修正するスコアに予想される。
話し言葉トラッキング - 対象は、スピーチトラッキング手順のKTH変態を使用している触覚の装置に加えて、読唇術単独および読唇術を介して複数の追跡用のセッション（例えば4×5分）をは投与した。これは、生の音声症状、しかし、全てのエラーおよび反応のコンピュータ・スコーリングを許容する計算機支援手順である。話し言葉トラッキング（デ・フィリッポ、そして、スコット（1978））は、話し手が一句ずつ識別間の病歴を示すことを必要とする。レシーバの作業は、正確にことば通りにフレーズ/文（エラーが与えられるいいえ）を反復することである。レシーバは正しく語を確認することができない場合、それは二回反復される。彼／彼女は語を確認することがまだできない場合、それはコンピュータ・モニタを介して彼（女）に示される。各fve-分ブロックの完成で、以下の計測は、自動的に作製される：
1. 語/分におけるトラッキング率
2. 語/分における天井率
3. 反復されなければならない節中の語の割合
4. モニタを介して示される語の数
5. 1回、2回、および、3回反復した全ての語の同定。
実施例 12
視野感覚代行
レセプタに媒介されて、種々の人工感覚器（例えばカメラ、圧力センサ、置換術、その他）のいずれかに由来する形質導入されるエネルギーは、神経性のパルス列としてコードされる。このように、脳は、例えば、ＴＶカメラ中に始まる「視覚性の」画像を再現することが可能である。実際、充分な訓練の後、行われて皮膚の代わりに、対象（ブラインドであった）は、画像を空間に感じると報告した。彼らは、解析（例えば斜視図、視差、ルーミングおよび1 0の拡大）および深度判断の視覚性の手段を使用している知覚的な判断を作製することを学んだ。
これらの対象によって使用するシステムが100および1つの032-位置との間にアレイを有するだけだったにもかかわらず、低分解は合成の認知および「眼」-手配位作業を実施するのに十分だった。それが転がるにつれて、これらはボールを打つ際の95%以上の精度を有する圧延ボールの顔の認知、速度の正確な判断および方向を含有した。
本発明者らは、脳（眼でない）によって参照;我々の瞳孔を通過する画像は、網膜より少しも遠くに行かない。そこに由来する、画像情報は符号化パルス列によって残りの脳に進行する、そして、脳は、非常に可塑性で、視覚性の条件中にそれらを解釈することを学ぶことができる。脳の知覚的なレベルは空間的にコードされた神経活動を解釈する。そして、改変されて、非シナプス性で他の脳塑性機構に増やされる。しかしながら、その情報の認知の値は、単に画像分析の方法だけでない。画像の認知は、文化的で、メモリ（知っている、脈絡の解釈（例えば、本発明者らは、自我ハイウェイ上の我々の前で、車のわずかな側方移動中にドライバの意図を知覚する））および多分、「特質をを提供する人間特性だけであるだろう他の社会的因子に依存する。」
本発明のシステムは、人文主義的な知性システムとして描写されることができる。それらは、器具使用（例えば人為的なセンサアレイ（ＴＶカメラ）および計算設備）およびヒトのユーザの共生を意味する。これは、「器械の感覚の可塑」（そこであるときに再編成する脳の容量）に可能にされる：
(a) 官能基の要求、
(b) その要求を充填するセンサ技術、
かつ、
(c) 官能基の要求を担持する訓練および心理社会的な因子。
次いで、構成するこの種のシステム、運動系（例えば頸筋の運動調節下でヘッドマウント式カメラ）を介して、情報の起源を測定することは、ヒューマンマシンインタフェースでレセプタに媒介されることができるエネルギーの形中に人工感覚器に由来する環境情報を示すのに必要で、脳間であるだけである。
感覚代行システムのシンプルな例は長い茎によって操縦している盲目の人である。そして、その人は工程、規制、足および水のたまりを知覚するが、それらの知覚的な作業の間、手（それ中に、生物学のセンサは、位置する）中にいかなる感覚もの、または、鞭を保持している腕および手を移動することの無意識である。むしろ、心像が茎の先端部に由来する始まっている触覚情報に由来する由来につれて、彼は彼の環境中に要素を知覚する。これは、現在、脊髄怪我人のための、失われた性的感覚を交換するための装備されたコンドームに由来する、または、センセートなロボットハンドのための情報を提供するために、盲目の人、左右相称の前庭の損失をもつ人に代替前庭の情報を与えるためのMEMS技術アクセレロメーター、タッチおよび剪断力センサ用の微小のＴＶカメラのような人為的な知覚受容器を伴う本発明の、システムを有する他の領域に延長されることができる。
実験中に使用するシステムが開発の間、伝導したにもかかわらず、5つの本発明が1 00および1 032との間に位置アレイを有するだけで、低分解は、錯体認知および「眼」-手配位作業を実施するのに十分だった。これらは顔の認知を含有した、速度の正確な判断、そして、95度以上を有する圧延ボールの方向/それが表を通じて転がるにつれて、ボールを打つこと中に0の精度はじりじり進んで、監査-組立作業を錯化する。
前述の試験中に、刺激アレイが黒白だけを示したこと。情報（無彩色スケールのない）。しかしながら、エレクトロ触覚のシステムが現在の灰白を拡大・縮小されたパターン情報にする舌、多様式で多次元的刺激作用がはそうすることができる、かつ、iが、使われる。様々なパラメータの変動は、電流レベル、パルス幅、脈拍間の間欠期、突発中に脈拍の数、突発間欠期およびフレームレートを変化させることに、「色」を、例えば、を提供する。波形中に全6つのパラメータは、特定の範囲中にそれぞれに多様であることができて、異なった反応を誘発することができる。
舌インタフェースは、視覚性の情報をを提供する好ましい方法を示す。皮膚システムを有する実験は、実際的な障害を示した。舌インタフェースは、これらの多数を克服する。舌は、非常に感受性で、非常に可動である。それが口の被保護環境中にあるので、知覚受容器は表層の近くにある。電解液（唾液）の自我存在は、良好な電気接点を保証する。指先端部を有する形態覚の試験のために呈される小さいエレクトロ触覚のアレイによって得られた結果は舌の電気刺激を有する認知がいくらかすぐに利用できるエレクトロ触覚の刺激作用を有する超過であることを証明した、そして、指先より、舌は電圧（5-15V）の、そして、流れ（0.4-2.0mA）は言うまでもなくわずか約3%を必要とする。
盲目の人、小型TVカメラ、信号処理のためのマイクロエレクトロニクスのパッケージのために、ワイヤレスで改変画像を透過する光学的、かつ、ズーム・システム、電池パワー系統およびFM-タイプ・ラジオ信号方式は、例えば、眼鏡フレーム中に含有される。口のために、エレクトロ触覚の表示、マイクロエレクトロニクス・パッケージ、バッテリー区画室およびFM受信機は、は歯科用の保持器まで高まった。刺激因子アレイは、ほぼ27×27mmの1枚のエレクトロ触覚の刺激因子である。アレイを含有している構成成分の全ては、標準ディメンションの成形された空間に適合している構成成分を有する成形された保持器に付属する標準パッケージである。現在のシステムが144本の触覚の刺激電極を使用するにもかかわらず、他系にシステムが好ましくはそうするシステムの概念設計というのはブラインド人中に相当な変化のない多数が可視スペクトルに感受性カメラを使用するという4つの時がある。
主な目的が非常に速い反応を必要としている情報の受信の網膜の遅れ（非常に触覚のシステムを介して信号伝達遅延より大きい）を回避することになっているパイロットおよび品種車両運転士のために、ソースは、自動車または飛行機に取り付けられる装置に組み込まれる;かつ、ロボット工学および水面下の審査システムは、他の器具使用構成（各々舌表示に放送を有する）を使用する。
可視であるか赤外の光を使用している媒介された現実システムのために検出すること、画像獲得および処理が現在基礎を形成される後生的CMOSによって実施されることができること、ヒトの眼のいくつかの官能基を模倣する光レセプタ・アレイ。それらは、光を電荷に変換して、集まって、同じチップに対するi費用を更に加工する誘引性の能力を提供する。これらの「視野チップ」は、特に移動できる視野媒介システムに適しているウェルである非常にコンパクト、かつ、低出力画像獲得ハードウェアの建物ができるようにする。2×2mmの正方形中に64ピクセルに64の基質を有するプロトタイプ・カメラ・チップは、従来の1.2 1lmの二重金属二重ポリCMOSプロセスを使用して、開発された（自由に、Meter＆Schemmel（会報SPIE 2950:121（1996）））。チップは、投射光輝度の対数的圧迫症を有する適応光レセプタを特徴とする。対数的圧迫症は、様々な増加および時定数を有する二重フィードバックループに閾値下の部位および適応中に作動している電界効果トランジスタによって成し遂げられる。自我倍フィードバック系は、ヒトの網膜のそれぞれモデルに続いている静的で力学的なイルミネーションのための2つの様々な対数的応答曲線を生成する。
ユーザは、多くの方法中にシステムを使用することができる。一つのレベルで、システムは、実際の『パターン視野をを提供することができる」と、認識するユーザを可能にすることが示されて反対する。この種の場合、展望の品質は、この種のシステムの解像度（鋭敏さ）に、そして、システム（区別できるグレーレベルの数）のダイナミックレンジに依存する。カメラの視界が直径30度を超える、そして、約30の要素正方形がシステムにある場合、解像度は低いが、周辺性の視力に相当する。
この種のシステムの未変性の解像度は、興味がある（効果的に、一時的に視界および増加性の分野解像度を減らしている）より多くの詳細対象中に調査するために、ズーム（拡大）を用いて、ユーザに延長される。は更なる0のシステムが以下に増加させた1つの「静的な」解像度およびダイナミックレンジ。
システムを走査すること、かつ、時間とともに結果を集積すること。
スキャンは、舌を有する表示を走査すること、または頭の運動を使用しているカメラを走査することの、2つの方法により可能である。頭の運動スキャンが舌スキャンより多くの恩典をを提供するが、より多くの訓練を必要とすることを思われる。システムがそうであってもよい最後は、障壁を検出して、回避するために、かなり狭い開口を有する環境を探索しているレーダー方式および効果的な1つのSとしてユーザを使用した。
高い遂行能力の盲目対象
高性能を考慮しない対象実験は、彼の10代の年中に視野を失った極度の運動選手であって、現在2つの義眼を有する盲対象によって導通された。彼は、登山者、ハンググライダおよびスキーヤである。舌システムを有する彼の最初のセッション中に彼が非常に急速に実施することを学んだこと。認知および手「眼」配位作業。彼は彼に対し表全体に転がっているボールを識別することが可能だった、そして、接触しようとして、ボールを把握するために、彼は表上の清涼飲料の方に手を伸ばすことが可能だった、そして、彼は岩、紙、剪刀の旧ゲームをすることが可能だった。彼は廊下を歩いて来て、戸口を参照て、ドアおよびそのフレームを検討した。そして、記号がドアにあった点に注意した。単に頭上の照明に鋳造される非常にわずかな陰だけのため、彼は、壁として同一色に塗られたドアフレームを確認した。対象は、彼がブライユと遭遇したそれに対し学習プロセスを同等に考えた。最初は、彼の指先下で点は、ちょうどそれ（点）であった。結局、点は、面倒な考える方法を介して、実際の文字および語になった。そして、結局、点の物理面は迂回された、そして、点は語および文として脳に容易に透過された。脳は、それ自体を再サーキット化した。本発明にを提供される感覚代行には同じ結果があると考えられる。
カメラシステム設計および開発
いくつかの態様において、イメージデータは、2つのソースの一つになる;どちらか標準的なCCDミニチュア・ビデオカメラ（例えば改変フィリップス「ToUCam-2”、240x180ピクセル解像度、30Hzの完全なフレームレート、14ビット）または7.5 ― 13 ― 中に、画像にセットされる長く赤外の検知マイクロボロメータ。5つのEm;波長（インジゴシステム「ω」160x128ピクセル解像度、30Hz、14-ビット）。基本単位へのいずれの入力も、稽留の流動のための高速度USBを介してある。インターリービングおよび変わった系を用いて、技術を走査することは、最高60Hzのフレームレートを許容する。高いタクターにピクセル・マッピングによる有意なイメージデータ脆化なしで、比率で表す（またはより大きい）（300の=&t;150：1)。低出力操作方式の、1ピクセル・ピクセル・アドレスモードに可能で、そして、40〜50の角度を有するレンズを順応するとみなす。増殖巣は、機械的に、または、電子的に、好ましくは調節可能である。焦点深度は、重要であるが、他のクライテリアほど有意でない。
カメラは、安定な座標系（例えば着用者に個々に合わせた眼鏡のフレーム）に載置される。カメラの取付システムは、調節可能であるマウントを使用して、着用されるときに、安定な位置を維持して、着用者にとって快適である。カメラの視界が調整されることができるように、調節可能なカメラ整列法は役立つ。
外側のカメラ制御およびTDUインタフェース
口腔装置は、160ポイントの分散グラウンド舌表示上の+60ボルトの一相性パルス化された刺激に個別化したゼロに基本単位に由来するコントローラ信号を変換するために、サブ回路を含有する。金メッキの電極は、作製されて、標準写真平板技術を使用していて、方法を電気メッキを施しているPTFE基板の、下面に形成される。この板は、ET刺激作用を駆動する優れた側上の表面実装デバイスに舌アレイのための誤った口蓋および原種として役立つ。この構成の効果は、いずれか一項が標準ＰＣボード・レイアウトを使用している全ての必要な回路、かつ、を配置する誤った口蓋および製造技術より上にアーチ状の空間を利用することができることのある、非常に小さくて着用できるサブを作成する-各対象のための個々に成形された口腔保持器にはめ込まれることができるシステム。を有する私この構成、ケーブルが対象の口、かつ、の角に由来する膨隆する細長い5mmの直径だけは、胸部-、または、ベルト搭載の基本単位に接続する。
装置は、私でありえる板上の単一の着脱可能な512MBのコンパクトな閃光メモリーカードが生物測定データを格納したものであることを有する。このデータの次のダウンロードしている、かつ、解析は、以下に達成される：
カードを取り外すこと、
かつ、
コンパクトフラッシュ読者中にそれを配置すること。
プログラムで実験の制御は、ラビットおよび宿主PCとの間に高速度USBに成し遂げられる。現在のTDUにすでに使用する内部バッテリパックは、連用中に最高8時間の150mWのシステム（+口腔装置の基礎を形成する）を駆動するのに必要な12ボルトの電源を出力する。
波形調節系
エレクトロ触覚の刺激には、順次送達される40-us脈拍が設けられて、パターン中に各々の活性電極ように構成されている。3つの脈拍の突発は、突発中に1Hzの脈搏数を有する50Hzの率で、各々送達される。この構造は、以前、強い、快適なエレクトロ触覚の知覚表象を産生することを示した。それらが下部の許容限界および舌上の指先、かつ、上の優れた刺激品質を得るので、正のパルスが使われる。
歯科矯正装置
現在の電極アレイは、唇との間に軽くそれを保つことに、口中に配置される。このは疲労させる、かつ、は、対象が使用の間、話すことを困難にする。このように、好ましい構成は、硬口蓋上の下方への対向する電極アレイを安定化する各対象のために個々に鋳造される歯科矯正保持器である。電極エレメントを駆動する集積回路は、TDUにインタフェースを接続するために用いる導線の数を最小化するために、送話口に組み込まれる。一実施例は、Supertex社HV547（80本の電極を動かすことができる）を使用する。この種の装置がそうでありえる4は、歯科矯正送話口中に植え付けられた。これは、口中により繰返し性配置電極アレイをもまたを提供する。160本の電極および320本の電極を有する装置が、いくつかの態様において用いられる。
特に好ましい実施例中に、歯科矯正歯科用の保持器は、器具使用および刺激因子が包装する標準がさし込んでいる大きな標準安全器を備えている。美容的に装置無線、かつ、を許容されるようにするために、電子工学マイクロチップ、電池および複製型レシーバは、歯科用の歯科矯正保持器に組み込まれる。
訓練
調整試験の間訓練して、参加者は、私が0輝度に由来するそれらが弱いエレクトロ触覚の刺激作用を検出することができる位置にノブを制御する輝度を調整する機会を最初に与えられる。一旦このレベルが到達されると、それらは増加して、わずかに輝度を減少するように指示される。そして、知覚表象がどのように刺激作用輝度と共に変化するかについて注意して見る。
最小限の輝度調整試験（MIAT）
目的：エレクトロ触覚の刺激作用のための知覚的な許容限界の速い見込み。一旦参加者が刺激作用が、かつ、が輝度の増加と交換されると感じた方法に精通すると、それらはそれらの感覚許容限界を得ることを実践する。そして、かろうじて知覚されることができる輝度の最も弱いレベルとして定義される。それらは、相当の期間（実施審判（実験のための30秒に減少する）中に最高60秒）中に可能な限りの最も正確な計測を得るために上下にノブをつまむように指示される。ノブ調整を使用している感覚許容限界の全ての計測のために、無秩序なオフセット（30%）は、そのようにノブにはその参加者を適用したキューとしてノブ位置を使用することが可能でない。5つの反復を平均的に解読することは、将来の考慮のための最小限の音の強さのレベルと思われる。
最大の輝度試験（MXAT）
目的：エレクトロ触覚の刺激作用のための最大快適なレベルの速い見込み。いくつかの実施審判の後、参加者は、輝度のより高いレベル、しかし、不快であるほど高くない1つをセットするように命じられる。不快のない5 1 1 0の最大音の強さのレベルを平均的に解読することは、将来の考慮のための最大輝度範囲と思われる。最大で最小限の輝度の違いは、ダイナミックレンジ・データと思われる。
目的を訓練している2つのオルターナティブな力選択の余地（2AFC）作業
許容限界計測（波形最適化にとって重要な）の参加者をより正確な手順のために訓練すること。2AFC作業のために、各審判は2つの時間的間欠期から成る。そして、トーンに分別される。各間欠期は、ほぼ3秒を持続する。間欠期のランダムに決定されたいずれか一項中に、エレクトロ触覚の刺激は、示される。2つの間欠期シークエンス終了後、参加者は、彼らがどの間欠期が刺激を含むと思っていたかについて返答するように命じられて、あらゆる審判が2つの間欠期の無秩序ないずれか一項中に刺激を含有することを知る。実施のために、より高いレベルが、作業を参加者のために比較的容易で直接にする開始値として用いられる。実際の実験中に、許容限界調整の方法が、許容限界の合理的な近似としての開始値として用いられる。コンピュータは、2AFC審判の進行全体の遂行の全体的な75%の正しいレベルを維持するために、アルゴリズムを使用する。アルゴリズムは、輝度が誤った反応に続いて3%に増加して、3つの正しい反応（必然的にでない継続的な）に続いて3%に減少したようなものである。この手順は強制選択のトラッキングと呼ばれる。
アレイマッピング試験
目的：TDUアレイ全体の舌感覚許容限界の非線形性を測定すること。完全なアレイ刺激作用を有する訓練の後、MIATおよびMXAT試験は、TDUアレイの各断片のために反復される。従って、最初のTDUアレイ（144本の電極）は、16のパーツ（グループ3x3電極）でフラグメント化される。ダイナミックレンジ計測は、各断片のために反復される。舌の先端部のために、試験は、より少ない断片サイズによって頻回である。試験の結果が、知覚されたパターン輝度代償手順を呈すること中に使われる。個人（実験〜実験）および集合（参加者全体に）可変性は、考慮される。
訓練
プログラムは、刺激因子を有する視覚の多くの局面をを提供するために用いる。プログラムは、柔軟性および活性な審査の混合性の全部にユーザを可能にしている完全な官能基アセスメントがシミュレーションされた環境中にヘッドマウント式カメラにを提供したのと同程度よく、コンピュータに発生する静的な刺激から始めている目が見える看者中に塩基の視覚性の官能基のテストに類似の方法中にシステムにを提供されるパターン視力のレベルを測定することを目的とする塩基のテストを含有する。
評価される基本機能は、以下を含有する：
1) 2つの系統分離（1-D官能基）
2) 二次元の平面（未知の配向性）中に2ポイントの分別
3) CSF-を軋らせている検出
4) 配向性差別
5) ダイナミックレンジの定量のための上許容限界対比大きさ見積
6) 1-D中に運動方向
視野および鋭敏さがそうである複合のパターン
1）テストしたレター鋭敏さ
2) 反転頻度E
3) 小児科の形状鋭敏さ
全てのこれらの機能は、2、3のモード中にテストされる：
1) 表示の上の舌運動によって探索されることができるだけである固定刺激をを提供している舌表示へのコンピュータに由来する直接の供給。
2) ジッターを含有しているコンピュータに由来する直接の供給または表示として上の刺激のスキャンをを提供している刺激の発振の運動は頭の運動によってある、しかし、運動は活性でない受動態である
3) カメラ運動を介して刺激の供給される。
ヘッドマウント式カメラは、刺激の表示装置を狙った。
2つのタイプを含有する仮想環境試験：
1) ポインティングに視覚性の方向の認知
2) 仮想環境を歩きながらの障害物回避（トレッドミル上を歩きながらの仮想モールショッピング）
複合のパターン視野テストのために、臨床的な視野試験装置を使用することができる：BVAT（Waltuckら1991）。このシステムは、標準NTSC出力をを提供して、鋭敏さテストの目標の完全集合をを提供する。これらは、さまざまなサイズで無秩序な文字症状テストを含有する。形状（例えばケーキ、ジープ、電話）を有する反転頻度E試験および小児科のテストパターン。これらのさまざまな形状を認識する対象の性能はこのシステムによって容易に評価されることができる、そして、この種の遂行のための「視覚性の」鋭敏さのレベルは広範囲を通じてもまた測定されることができる。
テスト視覚性の方向の最近開発されたシステムは、利用できて、舌試験に合うように変えられることができる。大画面背面投影システムは、刺激およびは知覚された対象の方向にポインティングを測定するために用いる（または1本発明において0カメラ）眼に由来する手の図を係止する木のカバー下で配置される非常に大きなグラフィック錠剤上のマウスをを提供する。開発される仮想歩いているシステムは、以下を含有する：
トレッドミルおよび仮想ショッピングセンタは、大画面に突設した。
ユーザは、あらゆるモールを介して歩くことができて、方向をハンドヘルド・マウスと交換することができて、彼（女）のルート中に現れる障壁（静的であるか力学的な）に返答することができる。
ヘッド・トラッキングは、ユーザの先頭の位置に従うモール斜視図のために修正するウェルとして使われる。
ナビゲーションの目的で、ユーザは、舌に表示されて、対象の自身の頭の運動のために修正される宇宙としての方向を正しく知覚することを必要とする。この性能を訓練するために、対象は、視覚性の目標がビデオ画像に重畳される大きな後部突設されたスクリーンの前に座る。画像および目標は、TVSビデオカメラに得られて、舌ディスプレイを介して対象にを提供される。対象腕は、ブロックがカメラを回避しているビジュアルフィードバックに由来する腕のみなす木のカバー下で、大きなグラフィック錠剤の表面上のマウスに配置される。ビジュアルフィードバックによって検査されるカメラ調整およびキャリブレーション後の、対象は、以下の音声トーンのように見えた方向目標に指して、マウス・ボタンをクリックするよう依頼される。クリッキングの後、対象は、機械のプロプリエプティブなフィードバックの可能性を減らす権利に対しずっと彼の腕をとる。この運動は、次の目標症状の惹起を起動させる。分離審理中に、対象は、正しい、かつ直進、かつ、が去った3つの様々な方向中に彼の頭の狙いを定めるように指示される。フィードバックは、ポインティングの精度にはを提供した。
三次元空間リーチングのための学習およびアダプテーション
対象は、それらの速効性の手を伸ばしている空間中に1”立方体の方に手を伸ばすよう依頼される。立方体は、各々の100の審判のための5つの部位のいずれか一項中に配置される。立方体配置は、無作為化される。対象は音弱毒化している装置を摩耗する、そして、TVSSカメラは審判との間には咬合した。次に、カメラの方向は横に15度移される、そして、対象および手順は適応の率および手段を測定するために繰り返した。
キャッチを移動している刺激に対する学習
対象は、それらの速効性の作業領域を横切っている2”ボールを捕えるよう依頼される。ボールは、5つの異速度を生成することができる可変トルクモータに制御される。手早いキューは、見えてきているボールの前に与えられる。対象は音弱毒化している装置を摩耗する、そして、TVSSカメラは審判との間には咬合した。
ボール症状の速度および遅延は、ランダムに多様である。
配向性および移動性
TVSSが、テスト・セッションの間、連続的に使われる。TVSS情報のない技術をテストするためにカバーされるカメラで着用する。テストは、各対象の他の援助する装置（盲導犬、白いステッキ...）によって行われる。

作業1 無味乾燥な金属ポールの位置を決める能力
転向することのないものに対し歩くTDUだけを利用することをセットしている研究室中に、対象は、様々な直径の種々の金属ポールの認知、局在、かつ、方法にテストされる。は進行される距離は、通りを交雑することの距離をシミュレーションするために、40-50フィートで保持した。屋外の訓練およびテストは、は可能な限りの、かつ、の検査済みのとしてを導通した。

作業2 ショーレリンに対する性能垂直壁
対象がは尋ねた屋内の環境中に、TDUを摩耗すると共に、彼らの杖を有するそれを接触させずに、長さ中におよそ足の通路中に壁に続く、そして、開放性戸口の位置を決める。テストは、開いた位置づけ対建物の不慣れな一部中に閉戸口に有能であることが必要である。

作業3 曲がった芝生線に続く能力
ステッキを利用している屋外の環境中に、対象は、コンクリートおよびTDUを用いたイネ科草本を区別して、120フィートの面積以上の歩道と交差することの位置を決めることを学ぶ。
盲目児童実験を有する結果
舌ベースのシステム上の8つの、かつ、1 8の、年齢との間に先天的に盲目の児童と導通された。過去の試験および訓練計画は、15-20時間の訓練が通常、知覚的な適格性を開発するために役立つことを示した。対象特性および発展は、表1中に示される。訓練される時間数および達成される授業番号は、もまた示される。対象は、それらが受信した訓練の、時間数の順に列挙された。達成される授業のより麻痺したものは、5を対象を除いて訓練が利用できる時間数に密接に関連する。
（表１）
Figure 2007518469
対象1：
対象1は、舌インターフェースシステムがTVSSの以前の振動触覚バージョン能力を満たして、上回ることを証明した。彼女は、カリキュラムを仕上げて、凌いだ。彼女は、署名技術を習得して、25時間の訓練で追跡技術を習得し始めていた。彼女は、彼女に伝えられる情報の空間性能、力学的な認知および使用の全ての試験にパスすることに予備試験のいずれかをすることができないことに由来する進行した。彼女はシステムのための使用を生成した。そして、車が彼の手中に彼女のクワイア・ディレクター角溶接の変化にフラッシュを付け加えるために冬の、かつ、の彼女の通り上に移動しているのを認めるシステムを使用したいと頼んだ。彼女は、音楽を専攻する予定で、1 5つのクラスを導通するシステムを使用したい。
対象1は、プロジェクトの全ての待機および目的を対処して、上回った。多くの寄与因子が、彼女の成功にあった。第1に、彼女は、1週につき2-3回訓練を受けることがしばしば可能で、かつ、作業で、かつ、時間にわたって働くことができる訓練に、一貫して利用できた。このように、彼女は、30時間の訓練を有した。第2に、彼女は、非常に聡明で、口頭である。彼女は、彼女が彼女が作業に接近していた彼女の舌、かつ、に何を感じていたかについてトレーナに一貫して話す。
最後に、彼女は、アルファベットを知っていた光感覚、かつ、を有する唯一の対象である。彼女は、それらが高い十分な対比である場合、彼女が端を認めることができる鼻の局面上に中に位置する彼女の左の網膜に、小さい領域がある。
彼女は、スクリーンに映される文字（約18”）を有することに、アルファベットを学んだ。彼女は、次いで端を捕えて、端に沿って彼女の行動を介して完全な形を引き出すために、それに続く。彼女が一種の砂でおおわれた歯音によって話したように彼女がそれを彼女の口にくわえるために条片に下って噛むことにディスプレイをみなしたので、彼女はトレーナに話した。これは、非常に有用だった。例えば、前テスト中に、右に斜めに下がった系を追跡するよう依頼されるときに、彼女は通常、左へかつ、の下に行っている系を産生した。彼女が絵を描いたので、彼女が右に追うたびに、彼女は左に「とんでいる」系を解説した。彼女は、それを「捕獲し」て、彼女を対するために戻る;それが移動するようだった方向中に鉛筆。このように、ものは、彼女が最初に、可動一方向が反対方向中に視野を横切っている画像中に結果としてなるということを知らなかったとわかることができる。
対象2〜6：
残留する生の対象は、十分に長く大部分の正式なテストのために訓練されることができない。学習率は、対象5を除いて直鎖状の傾向を提案する。この！完成したドラマーおよびピアニストで（独学の）あった明るい1 1歳の少年は、システムを使用して楽しんだが、疲れているようになっているか、または短い時間以後心配な作業にも参加するのが困難だった。カリキュラムは、少し迂回されて、彼の関心を維持するために、三次元手を伸ばしている、可動、かつ、追跡トラッキングに、正に持ち込まれた。研究者は、これらの作業の分化技術を開発するために、形状を使用して次いで撤回することができる。達成の彼の率は、知覚的により豊かな三次元前後関係を使用して、非常により高かった。彼女が正式なテストのための十分な形状認識の前に空間理解を開発したので、対象3の発展はもまたこの方法と整合していた。児童全員は、最初のスキャンのための側に下って、かつ、または側の上に彼らの頭を移動するようにという指示を必要とした。対象2および3は、これによって最も多くの問題点を有して、それらの舌上の感覚を解釈している最も大変な問題点を経験した。対象2には、弾道の頭の運動を作製して、ほとんど目標位置を行き過ぎることの、更なる課題があった。彼女の年齢および鋭い知性にもかかわらず、彼女は、容易に彼女自身のホームを介してまだ移動することもできなかった。おそらくそれが制御頭の運動のためのフィードバックをするという事実のため、彼女の最高の技術は、彼女が全く容易であるとわかった追跡トラッキングであった。対象4および6は、それらが訓練に利用できたという時の量と関連して、良好な首のすわりおよび両方の作製された良い発展を有した。対象4は、2時間離れて住居の学部に参加して、週末に参加した。対象6は低い注意持続時間によって最も若い子供であった。そして、訓練環境および頻繁なtを散らした。うっ血およびこの作製された使用の非含有ときでも、彼は口一息であったより長い期間にとってより困難なシステム。
作業：空間認識の発達的な遅れを減らすかまたは脱離する
対象1 成果：予備試験0%、事後試験100%
22時間の訓練でテストされるときに、彼女はO程度、180度、90度および270度で試験をしているピアジェ説の支持者斜視図に正確な1つの00%であった。彼女は、訓練の前に作業に調査できなかった。線遠近法の理解は、示された;一貫して使用しているサイズおよび高さに彼女が彼女の前で表上の対象の配置のためにきっかけを与えるとして。例えば、3つのロウソクが彼女の前に斜めに配置されるときに、彼女が尋ねて「理由は、斜めに場所でそれらをあなたにした？」彼女がどのように、彼女が答えるということを知っていたかについて尋ねられるいつ、「中心上の一方の一番下および左のロウソクは上へより高い、そして、また、左上のものは見てより小さい。」彼女は、部材を前方に配置される正方形のように配置されて、三角形に重なっていると判断するために、キューの同じタイプを使用した。
対象3：
この1人の1歳の女の子は、取っている介入および斜視図に非公式に検査を受けた。彼女は二次元のもの中に彼女の学習を上回った三次元空間の理解を示した。彼女はそれらの相対的な重なり合う位置中に場所形状に介入試験を実施すること中に相対的な高さおよびサイズのキューを使用することが一貫して可能だった。彼女が正しい配向性中に間違った形状を以外配置するように、しかしながら、個々の形を区別する彼女の能力は不十分だった。例えば、円の前で正方形の表示を与えられるときに、彼女は三角形を選択するが、目標表示を複製した正しい位置中にそれを配置する。このように、彼女は、分化および、活性を導くための関連した情報を保つことができるフォンズの概念上の知識を有することのない三次元概念の知識を高めた。彼女は形状が「曲がっている」かまたは「指すか」どうか判断することができた、しかし、彼女が報告したように、彼女はこれらの2つの広い範疇中に区別することができなかった。
作業：軌道の予想のためのTVSSおよび捕獲のための妨害に由来する力学的な空間情報の使用
対象1 成果：予備試験0%、事後試験90%
彼女は、5つの様々な位置のいずれか一項中に彼女の前で表のロールオフに狙いを定められるランプを転がり落ちているボールを有する作業中に検査を受けた。ボールは、常に、隣接経路に由来する約15度である各経路を有する正中から始まった。表を離れた消え行きにボール解放に由来する時間は、2秒であった。審判は、無作為化された。彼女は白色雑音を有するヘッドホンをつけた、そして、彼女のカメラはテスターの聴覚性のキューまたは観察のための制御に跡との間にカバーされた。スコアを予備試験することは、5つの審判上の0%であった。（訓練の@26時間）スコアをポスト・テストすることは、20の審判に90%正しかった。彼女は、前後にトレーナを有するボールを転がすことに熟練しているようになった。彼女は、ボールの捕獲のための予備の配置および手開口を示した。彼女は彼女が摩耗していたカメラの角度を移動することに非公式に検査を受けた、そして、彼女が初期偏差を8-1 0のための以前のカメラ位置と整合したようにしたと述べることは次いで自動修正されるかまたは再調整され、かつ捕獲する。
対象2-6：
額面全体の刺激の追跡トラッキングで全て達成された。
対象3および5：
圧延作業を有する両方の学習ボール捕獲であって、空間の若干のキャリブレーションを示したが、刺激を移動することに向けられた先行の区域を作製することの、レベルに達しなかった。
作業：精度および2次元図の認知のための処理時間
対象1の成果：予備試験では不可能。事後試験の認識時間の平均3.4時間、100%正しい
彼女は、文字認知で非常に良好で急速になった。10の無作為化された審判に、彼女は、1.2-6.7秒に由来する範囲中に3.4秒の文字を平均的時間と同一とした。彼女のストラテジは画像を中央に置くことになっていた、そして、次いで一つの速い上下運動については、文字を測定する。観察および彼女の良好な報道を介して、ものは、彼女がしばしば直ちに文字を認識したが、画像の曖昧さをなくすために運動のストラテジを採用したと決定することができる。踏み面パターンが、かつ、が再び現れるようだったので、1つの44ピクセルの対角線の比較的劣った解像度のことから、は彼女に曲がったように見える。
移動することは、彼女が階段パターンが画像の一部かシステムのアーチファクトであったかどうか判断するのを援助した。
対象3：
ただ一人の他の子供は、対象1のそばに、TVSS上の訓練の前に、文字数字にいかなる露出も有することになっていた。対象3は、彼女が文字を学びたいと決定して、点字を有する記号および他のディスプレイを探索するために、彼女の手を使用していた。TVSSを用いて、システムは助けた、しかし、彼女は部分的に文字を区別するのが困難だった。−その理由は、次のことにある。彼女は斜めに直線形落下を作製している彼女の頭を傾ける傾向があった。対角線は、明滅するかまたはTDUの低分解のため、より丸く見える傾向がある。
対象2、3、および5：
全ては、固体の形状および概説された形状として循環、卵の（四角い）長方形およびトライアングルの形状を区別している認識、かつ、に熟達したようになった。認知時間は、形式的にテストされなかった。
概略要約
グループ・データ分析が可能でなかった（対象1および率に由来するデータ）一方、もう一方の発展の、5つの対象は舌に拠点を置くTVSSが官能基の解釈および使用のための画像の、かつ、ビデオ画像を送達する効果的技術であることを証明する。舌の知覚的な鋭敏さは、形の分化および認知のための144ピクセルのアレイを使用するために、対象の全てに充分だった。実際、システムの低分解はしばしば、対角線を有する「きらめき」効果を記載している対象に関する課題であった、そして、特定ピクセルを作製する曲がった形は踏み面パターンによって断続的に回転する。どうですかと決定するために画像を移動するかまたは揺することに補償される対象が、アーチファクトであった以下のシステム。対象の全ては、訓練を享受して、それらがTVSSなしで有能でなかったものを知覚することが可能にして興奮していた。
グレースケール認知
20時間の訓練ごろ、対象1は、彼女がシステムを有する無彩色スケールを知覚することを示唆した質問をし始めた。TVSSは、各ピクセルの輝度と関連して小さい電流を生成する。最適条件は、ハイコントラストの中であって、常に有する暗黒のバックグラウンドに対する白い形を有する訓練中に使用する。彼女がみなすサイズ差別のための営巣人形のセットおよび彼女が人形が高くそうであった「中間は何か？」に尋ねた配置は、上部（一番下に暗黒の）に対照をなして、144ピクセル中に壊れるときに、灰白として突設された中央中に、詳細の広帯域を有した。彼女は、人形の正面として多くではなく何かを以外感じると報告した。明るい白が約13Vをを提供するように、刺激作用の彼女の労働レベルはシステムの最大40Vの約30%であった。グレイは、次いで約6または7Vである。システムが彼女が認めることができた違いの正確な数量化を有するためにセットアップされなかったように、この能力は予想されなかった。対象3は、もまた無彩色スケールの認知を記載し始めた。訓練は、白く塗られる角に向かっている彼女のホーム中に導通された。全ての黒色材料および板は彼女の前に配置された、そして、訓練はこの暗黒のバックグラウンドに対して白い刺激を使用した。彼女は、彼女に「良好な刺痛を得るために」動作との間に観察に舌が白い天井で上がっているのが好きだった。彼女が尋ねたある晩、「何が、私である現在?で見る」彼女は、壁および天井の交差にカメラを示した。彼女は、より少ない直接光を有する壁のわずかにより暗い陰を知覚した。
それが理解されるときに、対象が灰白がそれを拡大・縮小するのを認めることができることは比較的非移動できるシステムを有する試験的な配向性および移動性作業（可能な限りのとして）に決定された。第1の試みは、いずれの側上もの暗いドアを有する白い廊下の下でショーレリニングしてみている対象1によってあった。輝度は調整された、そして、無彩色スケール、かつ、を含有する対比レベルは彼女の後に押されることができるカートにシステムをつけた。彼女は、ホールの下に行って、コナーを回して、眼高い所に取り付けられる暗黒の記号を有するドアを触診する前に立ち止まることが可能だった。
彼女の訓練後半に、配向性技術は、転向することのない距離を交雑している通りを歩くことを見つけるため検査された。屋外で自然光中に、本発明者らは、常緑樹に対して白いスタンド中に図を有した。彼女が図に図および散歩を見出すまで、対象1は環境を走査しなければならなかった。ABAB設計を用いて、彼女は、彼女の口中にTDUのない図に歩く3つの試みを最初に作製した。彼女が不足して止めた最初の試験に、第2におよび第3に、彼女は、ほぼ10-15度転向した。中でTDUについては、彼女は、図に直接的に歩いた。TDUが図に直接的に歩くことが可能であることの効果が最初の3つの審判上の学習に起因しなかったことを示して使われないときに、転向することは再び参照。実際一試行に、彼女は右に転向した、そして、彼女が試みるときに、再び志向することは図を探して更に正しくなりさえした。
実施例13
手術補助
いくつかの態様において、本発明のシステムは、外科のための外科学のプローブの指導中に援助するために用いる。案内カテーテルの現在の技術は、カテーテルの環境に関する達成できる情報のレベルに対する固有な制限を含有する。
内科医に、せいぜいカテーテルの位置（カテーテルの軸を有する共同平削り盤である蛍光透視の画像）が、2次元に見える。カテーテルの軸に沿った若干の力フィードバックが、存在する、しかしながら、この一方向性情報は、前方のカテーテル運動に障害に関してのみ低レベルの適応症をを提供する。これらの因子は、カテーテル先端部のすぐ近くで対象の非常に一般外科医の触覚認知を制限する。例えば、ヒトが対象を触診して、処置するときに、本発明者らは知覚情報の2つのタイプを受信して、併用する。運動感覚の情報は、筋の労力と同様に、相対位置および身頃の動きを記載する。触覚情報は、固定体位を与えられる皮膚上の空間圧力パターンを記載する。日常的なタッチ認知は、触覚で運動感覚の情報を併用して、触覚認知として公知である。一般外科医の斜視図に由来する、制御が通常、ガイドワイヤ張力を変質して、したがって遠位性プローブ運動を制御する親指、かつ、人さし指レバーの形状であるので、カテーテルに由来するほとんど触覚であるか運動感覚のフィードバックが存在することができない。
本明細書において記載されている本発明の態様は、カテーテル配向性およびオブジェクト連絡先がユーザにリレーされることができる交互の触覚チャンネルとして、舌を利用する。この手法では、カテーテルの末端にある圧力変換器は、エレクトロ触覚の刺激作用を介して舌センサー駆動情報をリレーする。このように、知覚された刺激因子配向性および対応する舌刺激作用パターンに基づいて、内科医は、カテーテル先端部との速効性の接点中に、遠隔で環境を感知する。換言すれば、この交互の触覚チャンネルは、あたかも一般外科医が実は彼（女）の指先を有するプロービングであるかのように、知覚されることができる感覚をを提供する。ものが環境を「感知することができる」場合、カメラおよび蛍光透視の画像に関連して、組織および器官は表面性状および空間位置覚の違いのために徹底調査されることができる。この実施例は、舌表示装置と連動して2本のプロトタイプ・プローブを開発して、テストする方法および結果を記載する
全体的な目的は、ユーザの舌にカテーテル配向性および連絡先の触覚フィードバックをを提供することに外科中に制御ループを閉じることができる新しいセンセートな外科学のカテーテルの実現可能性を示すことになっていた。そのためには、2つのプロトタイプの調査および人間被験者の間の触覚のインターフェースをもつ余裕があるプロトタイプ・システムは、開発された。役立つ結果を得ることができるセンサ解像度をを提供すると共に、第1の考慮は相当に小さいサイズ要件を満たす必要であった。
Interlink Electronics社（フォースセンシングレジスター（FSR）モデル 4400かつ、Tekscan社（自在力、モデル Al 01）に由来する導電性高分子材料センサは、（直径および厚み）および可変抵抗が加えた力へ出力したそれらの小型のため、使用のために選択された。もまた抵抗出力を有することは、比較的単一の増幅回路の設計を許容した。ロードしたキャリブレータは、500〜Oの範囲以上の特許出願がそうである繰返し性力を促進するために設計・構築された。各センサを好ましい出力特性を見つけるため検査することは、FSRセンサを続行するという決定を補助した。フレキシフォースセンサよりわずかに直鎖状でないにもかかわらず、出力レスポンスはFSRのより小さい理学的なディメンションを与えられて許容されて測定された。各センサは、7であった。直径75mmは5.08mm（0.38mmの厚さ）の面積を検出している互いに嵌合された能動態Iを有した、そして、30mmの二重掃引はリードする。これはさまざまなセンサ・パターンにプローブ・サイズ最適化を見込んだ、そして、外科学の特許出願のために必要であるより最終的なプロトタイプが非常に大きいにもかかわらず、このプロジェクトの基礎をなしている考えは概念の有用性を証明することになっていた。このように、手術具中に、これらの構成成分が、より小さい構成中に使われる。
最初のプローブ設計クライテリアは、通常、そして、横に加えた力を検出するプローブの能力を含有した。これは、少なくとも、残りの5つの側にあるセンサを有する軸に載置する立方体を提案した。この設計は、しかしながら、各々のセンサに特異性の角度中に印加されない力のための相当な『デッドスペース』を含有することが急速に認められた。例えば、プローブは、力が角のいずれにも印加したことを感知しない。この初期設計の多くの順列は、2つの可能な溶液に着く前に考慮された：ボール設計および円錐体は、設計する。各々は、FSRセンサが載置された基質を形成するために機械加工される高密度ポリエチレン（HDPE）を利用する。
27度灯心で取り付けられる各々については、ボール・プローブ設計は、90度間隔で位置する4台のFSRセンサを使用する。能動センシング域および追跡鉛が同程度の厚みのあるので、『力ディストリビュータ』は半対応自身接着剤気泡（3M、セントポール、MN）の3mm×3mm×2mm（W×L×H）の正方形を適用することに作用面積に添加された。センサを賦活化するために、14.7mmの直径ガラス球体は、従って、気泡センサ・パッドと接触している機械加工された灯心に置かれた。
リード線は集められて、12.8mm×10.6mm×38cmのアルミニウムシャフト（外径×ID×L）に嵌入された。そして、それはエポキシ接着剤を使用しているHDPE先端部に次いで取り付けられた。テストの間、球体およびセンサ間の接点、同様に保護するとして、プローブを維持するために、0.1の厚さ8mmのラテックス・スリーブ（サイブレス社）は、すっかり延伸された;1 5つの末端部分、かつ、は、従来の接着テープ（3M、セントポール、MN）を使用することを添付した。
ボールの調査の設計は、システムの検知ニーズに強くて単一の溶液を提供した。内部に取り付けられるセンサおよび追跡鉛を有することは、外側の環境に由来する保護のレベルをを提供する。ガラス球体は、広範囲にわたる角度に由来する力が一つまたは複数のセンサに検出されるのを助ける。設計は、4台の周辺部センサだけを使用して、必要なハードウェアの量を減らして、軸方向に垂直力を示している、かつ、を検出するための仮想第5のセンサの存在を算出するために、ソフトウェアを利用する。このソフトウェアは、基本的にレベルがいつの類似の活性化を生存するかについて見るために他のセンサをモニタリングして、そして平均垂直力輝度を作成する。プローブは、しかしながら限界を含有する。ボールが軸を離れた力を配給するのを助ける場合であっても、それは複数の離散的な力を識別することができない。例えば、プローブが2つの対向する側上の力を印加する切れ込みを通過する場合、プローブは2つの力の様々な法線成分を検出するだけである。
円錐体の調査構成は、FSRセンサのうちの6台を使用する。基質は、30度灯心に外部的に機械加工されるHDPEの1本の7mmの直径シリンダである。5台のセンサは五角形のパターン中に灯心に置かれる、そして、第6は平坦な先端部に載置する。『力ディストリビュータ』フォームパッドは各センサにもまた添加された、そして、ポリオレフィン（FP-301VW、3M、セントポール、MN）の幅8.5mmのリングは灯心を嵌合するために熱成形されていた。ポリオレフィンの目的は、このことによりセンサとの間に『デッドスペース』の量を減少している5台の周辺部センサのいずれか一項に正常でない力を配給するのを助けることになっている。一般の接地線は必要なワイヤリードの量を減少するために用いて、かつて束になった、それらはそうであったHDPE先端部に通される6.35mm×46cm（外径x L）の鋼軸の外側に沿って動作した。プローブは、3M絶縁テープを使用して取り付けられる0.1の厚さ8mmのラテックス・スリーブ（サイブレス社）に、もまた保護されていた。
コーンの調査の主設計部分のいずれか一項は、増加したセンサ解像度である。5台の周辺部センサはボール・プローブでより多くの軸上の力の検出を提供する、そして、離散的な通常の力センサは単一のソフトウェア実行を考慮に入れる。それがボール・プローブ設計によって見出される反力検出問題を脱離するので、設計は追跡された。それらが発生する平面に関係なく、複数の部位中に力は離散的な1 0の刺激作用として検出されることができる。各設計が利点および限界を有するので、両方ともテストが対象がどのようにそれらがを提供する刺激作用に反応するかについて確定することを必要とした。
接触刺激情報は、かつ、が改変したセンサに由来するリレーされる。そして、回路に0-5ボルトの電位変化を産生すると条件づける。これらの電圧は、次いである;それらをユーザの舌上の可変輝度エレクトロ触覚の刺激作用に変換するトング川ディスプレイユニット（TDU 1.1、Wicab、会社、マディソン、WI）の、アナログ入力チャネルに接続される。TDUは、PCに標準RS-232Cシリアルリンクを介してアクセスされる可変同調型刺激作用パラメータを有するプログラム可能な触覚のパターンジェネレータである。図5中に回路は、各センサのために複製されて、出力電圧リミッタを有する調節可能な緩衝増幅器として役立つ。TDU.に、増幅器および電圧制限器は、各センサの感度を調整して、5未満の出力電圧を制限することにとって重要であるボルト最大の入力定格センサ上の力配給気泡の効果をプレロードすることを補償するために、調節可能な緩衝装置は、『無負荷』電圧零圧調整を促進する。各センサは、可変抵抗としてモデル化されて、模式的な下記中に「FSR」として標識される。
センサ情報がモニタリングされることができて、加工されることができるように、ソフトウェアは各プロトタイプの調査のために開発された。各センサのための出力電圧（Vout）は、各FSRに適用される力大きさに一致する。この電圧は、次いでアナログ入力を介してTDUに干渉されて、その後、図6中に示される対応するエレクトロ触覚の波形に変わる。既存のGUIを用いて、実際のセンサ・パターンに似ている離散的な領域を有するプローブの画像は、作成された。アナログチャネルに由来するデータは、デジタル的に加工されて、電圧大きさ時に依存性の様々な色として示される。従って、として接点は、接触力大きさの線形変換に応じてプローブ（明るい黄色（5ボルト）に黒（0ボルト）に由来する試験形状変化と接触するそれらのセンサに対応するグラフィック部位）で作製される（対）刺激作用波形（v;）の電圧振幅。
これはユーザがそれらの舌に感じていなければならないもののグラフ図である。このように、センサ触覚の表示Sマッピング機能中に自動訓練およびエラー検査の手段をを提供する。いずれの場合においても、前方を見ている尾部に由来するみなされるときに、画像（すなわちトップ、ボトム、レフト、ライト）の一般の配向性はプローブに一致する。典型的に、舌の中心性のフロント部分は、側および後部の方へより少ない感度によって最も感受性である。各センサのための平均輝度は、この変動を補償するために、増幅増加によって調整された。
最終的なソフトウェアの変更は、空間的に各プローブ用のセンサにマッチした電極刺激作用パターンをを提供した。電極のグループは、各センサに割り当てられて、図7中に灰色の部分として描写される。ユーザの舌上の刺激作用パターンは、従って、センサに由来するTDUに受け取られる空間情報を反映して、144からなる石版のように製造された柔軟なエレクトロ触覚の舌アレイに出力である;電極（12×12の基質）。各センサに割り当てられる電極の数は、舌の局所感度の面積重くされた平均に基づいた。このように、等しいセンサ出力レベルのために、舌上の部位に関係なく、触覚の知覚表象の輝度は同じことであった。ユーザは全体的な刺激作用輝度に手動ダイヤル調整をはめ込むことができる。このように、個々の選択が快適な上許容限界を作動しているレベルを測定することができる。
対象がプロトタイプセンセートなプローブにを提供されるオブジェクト連絡先を知覚するかもしれない方法の理解中に援助に対し最初にプローブ自体がどのように制御離散的な力に反応するか調査することが、重要だった。キャリブレーション、かつ;性質決定実験は、0度（規定濃度）30度、60度および90度角度で印加される200のジン力を使用している各プロトタイプに実施された。試験は、各センサに対し角度共同平削り盤のために最初に使用された、かつ、は、2台の隣接するセンサ（ボールの調査のための45度、コーンのための36度は、深く探る）（図8を参照）の間の非平削り盤角度のために、次いで繰り返した。表2および3は、それぞれ、加えた力角度の関数として、ボールおよびコーンの調査のための定型的なセンサ出力電圧を示す。表2および3中に力反応データは、各プローブの技術上の利点および限界の定量分析を示す。第1の観察は、各センサに印加される共同平削り盤力のために、両方のプローブが各センサの部位記載の変化する出力輝度を産生するということである。
（表２）以下のためのボールの調査反応：(a) 共同平削り盤力（全てのセンサに達成される）、(b) センサ3および4に45度で適用した力
Figure 2007518469
（表３）
以下のための円錐体の調査反応：(a) 共同平削り盤力（全てのセンサにperfonnedされる）、(b) センサ3および4 に36度で適用した力
Figure 2007518469
表2中にボールの調査のために、結果は、co-平削り盤力が軸中心線に由来するほぼ63度で印加されるときに、ピーク出力が発生することを示す。4つのセンサ・デカルトのパターンのため、センサー平面に45度で印加される力は、多くても2台のセンサを賦活化する。最大出力電圧は、この角度で、軸中心線に由来するほぼ30度印加される力のために発生する。比較的に、表3中にコーンの調査性質決定は、軸中心線に90度で力のための共同平削り盤最高記録を示す。その感度が約60度で最大であると思われた時から、この反応はいくらか驚くべきであった。しかしながら、センサと接触するたぶん成形されたポリオレフィン・リングは、軸を離れた力を配給して、この結果に貢献した。36度角度で印加される非平削り盤力は2 1 0台のセンサ（3&4）中に出力を産生した。そして、有意に低い大きさによって以外、ボールの調査のそれに類似的だった。
試験の最終結果は、ボールの調査が非平削り盤力にコーンの調査がそうするより高い出力レスポンスをを提供することを示す。しかしながら、しかしながら、コーンの調査は、90度共平削り盤力に規定濃度に由来するよりトランジションに有利に、どちらのプローブも90度非平削り盤力に規定濃度に由来する例外の出力をトランジションに提供しないと応答した。印加角度に関係なく、限定された数の離散的なセンサを有することは不連続な力検出の原因であることができる。
このように、プローブ設計の他のバージョン中に、増加したセンサ解像度は、角度移行型の応答を改善するために用いる。
システムは、対象にテストされた。4つの様々な検査対象のいずれか一項を接触させると共に、対象は両方のプローブ（すなわちビジュアルフィードバックでない）に由来する舌エレクトロ触覚の刺激を観察した。エレクトロ触覚の刺激作用に精通している6つの成人対象は、この実験中に参加した。各対象は、舌にプロトタイプの調査、4つの可能な試験形状、TDUおよびセンサがインターフェースプログラムを表示することを最初に明らかにされた。4つの対象刺激は、以下の通りだった：
リジッド刺激は、固いプラスチックを使用して作成された。
『柔らかい』刺激は、対応する気泡の厚さ3cmの部分に由来する設計された。
『切れ込み』力刺激は、一緒にはさまれる2つの気泡を使用して達成された。
『剪断』力刺激は、先細り硬質プラスチック・チューブに由来する理解された。
『強固』で『柔らかい』表層は、試験形状のユニークな特性として垂直力輝度を識別するためにユーザの性能をテストするために用いた。
『切れ込み』力刺激は2つの材料（図9を参照）との間に通過しているカテーテルを模倣することを目的とする、そして、
テーパ管にを提供される『剪断』刺激は対象がプローブ接触力の配向性を知覚することができるかどうか検査するために用いた。
対象は、それらの舌上のエレクトロ触覚の刺激作用の認知を補助するためにセンサ活性化パターンのグラフィック表示を使用するために次いで訓練された。実験者はプローブ運動の制御を維持した、そして、一旦参加者が正しくビジュアルフィードバックのない各々の4つの試験刺激を確認することが可能であるならば、彼らは目隠しをされた、そして、形式的実験は開始した。
実験の間、対象は、主音の強さのレベルを調整しないように指示された。4つの試験構成は、各プローブのために与えられる一つのブロックを有する12の審判（等しい代表）の、2ブロック中にランダムに示された（交換なしで）。2つのデータ値は、各審判のために集められた：
(1) 最初に、対象は、刺激を4つの可能な試験形状のいずれか一項を表すと確認するよう依頼された。選択が誤っている場合、対象の誤った選んだ方は試験刺激および／またはプローブ間の相関について調べるために用いる記録された、かつ、であった。
(2) 参加者は、次いでそれらが何を「可視化し」ておよび／またはプローブと接触する環境として「感知するか」について記述するよう依頼された。例えば、対象は、それらの舌の側がそれらに容器の左側と接触しているプローブと認めさせる左上の感覚が右に横方向のシフトが必要である、かつ、を壁で囲うとコメントすることができる。プロトタイプ・システムの利点および限界を確認すること中に補助されるこの定性の情報。
（表４）認知を修正するための、以下を使用する全体的な対象のためのコンフュージョン・マトリックス：(a) 円錐体の調査、および(b) 実際の刺激を探索するボール
Figure 2007518469
試験の結果は、全体として、対象が通常、正しく、舌上ののみエレクトロ触覚の刺激作用を使用している4つの試験形状を確認することが可能だったことを明らかにする。表4は、それぞれコーンおよびボールの調査のためのコンフュージョン・マトリックスとして、この試験の結果を提示する。結果は、対象がコーンの調査を使用しているより高い知覚的な認知を達成したことを示す（正解の平均85%）ボール・プローブでより（正解の平均72%）。『剪断』力刺激は、コーンの調査を使用している全ての審判に完全にスコアしている一つの対象を有する両方のプローブのために正しい最高パーセンテージを得た。ボールの調査（ソフトノーマル）のために有意により低い間』と、かつ、『切れ込み』力認識率がもまた約束している。結果は、もまたいくらかの審判中に知覚的な問題点の徴候を示して、強調されなければならない。特に、コーンの調査審判のために、『柔らかいノーマル』および『切り開かれた』刺激間の錯乱は、大部分のエラーの原因だった。
これがセンサ活性化がこれらの2つの対象のために類似していることがありえるという理由であることは、考えられる。中心性の刺激が『柔らかいノーマル』力刺激（おそらく横方向のマスキング効果のため）の間、感知されない場合、知覚表象は『切り開かれた』状態のそれであってもよい。そして、それは『つまみを産生する」と、刺激が舌の周辺部に非常には感じた。
ボールの調査試験の間に、誤認は、『切れ込み』およびソフトノーマルとの間にしばしば発生した』刺激を強制する。プローブは1 0の力に対抗して別々に2を検出する能力を欠乏した、としては『切り開かれた』形状のケースである、そして、『切れ込み』への連絡先は従って、様々な垂直力として示された。他の審判中に、舌アレイを刺激作用を求めて調べると共に、アレイ上の空間位置覚が時折失われたと報告された。そして、識別するのが困難な後部刺激作用トランジションに先端部の認知を作製した。この課題は、ユーザがリファレンス点に対するそれらの復路がテンキーパッド上のホームポジションに類似していると「感じる」ことができる舌アレイの中央に小さいダボ穴または衝突を組み込むことに脱離されることができる。2つの対象が交互の舌マッピング機能を有するそれを発現させた他の調子は、はそれらがより正確に試験形状と接触するプローブを可視化するのを助けることができた。それらの主懸念は、舌の後ろにそれをマップすることがより空間的に直観的でもよいのに対して、プローブの上部が舌の先端部に地図を作られたということであった。このように、付加的な訓練または代替配置構造で、精度は、非常に増加する。
実施については、ユーザは、耳管カテーテル法作業が手および指の無意識の延長として認められる位置に代替感覚の情報を加工することを学ぶ。それらの小型、低消費電力、検知柔軟性の、かつ、モードのために（部分的には）、使用可能なMEMSに基づくセンサの実行、カテーテルは、上で報告される結果のはるかにどうしようもない空間知覚を促進する。外側のセンサ設計（円錐体の調査）が内部センサ設計（ボールの調査）がそうしたより良好な知覚的な遂行中に結果としてなることが証明された。しかしながら、ボール面にある活性な周辺部センサを介してより大きな内界センサ解像度をを提供した改変ボール設計は、2つの流れデザインおよびそれらの各遂行特徴の最適合成を作成することができる。
センサを装備したカテーテルを用いて、パターン化されたエレクトロ触覚の刺激作用としてプローブ位置および組織/器官表面性状に関して重要な情報をリレーすることは、考察される。カテーテルがどのように容器を介して進行しているかについて「さわってみる」一般外科医の新しい能力が、プローブが位置に進まれることができる速度を上げることができる。この付加的な診断手段は、従って、患者が麻酔下のおよび／または放射下であるという時の量を減少することができる。
網膜の外科増進
網膜上の若干の操作方式中に、網膜の一般外科医はのみ視野にピックを使用している網膜中に病理学的組織を分別しなければならない。−その理由は、次のことにある。ピック上の力はそれらが感知されることができないように極小である。この種の外科を増大させるために、外科学のピックは、手術医に対する触覚の装置を介して組織の表層に関する情報を供給するために、センサで構成されることができる。例えば、ピックに、先端部、MEM（小さい）加速計または他のセンサの後の数mmは、配置される。ピックが組織を分別するために用いるように、センサは小さい振動を拾うように構成される。信号の輝度を介して増幅信号を送達することの他の手段がピックにを提供した、または、センサに由来する信号は増幅器、そして、圧電振動子に送られる。小さい電池は、パッケージ中に含有される。このように、一般外科医が網膜上のピックを使用するときに、彼/彼女はピックを保っている指を経て脳に送達されるピックの先端部上の力の増幅されたバージョンを知覚する。装置は構成されることができる使い捨ての使い捨ての計測器、それがそれが非実用的かもしれない、かつ、を作製するために全く安価であるので、滅菌して、維持する。しかしながら、それは、他の製剤（例えば無菌の網膜のピック
ロボット制御
いくつかの態様において、本発明は、外科学のロボット・コントローラに載置する指先触覚刺激子アレイをを提供する。舌刺激作用（12x12基質、約3cmの正方形）のために呈される電極アレイは、手コントローラ上の背乗り（例えば、圧力を介して-感受性接着剤）を許容するために変更される。これは、主に商業的なフレキシブル回路ベンダー（全てのフレックス、会社、セントポール、MN）に使用するリソグラフィ・アートワークを変えることに達成される。ソフトウェアは、触覚センサに由来するデータを受信して、適切に指先上の刺激作用パターンを制御するためのそれをフォーマットするように構成される。結果として生じるシステムは、触感をを提供する-フィードバック対応ロボット的な外科システム。
電極アレイは材料を柔軟なポリエステルの希薄な（100,um）条片の作製される。そして、金メッキの円形電極の矩形の基質は印刷回路基板を作製するために用いてそれに類似の写真蝕刻法に付着させられた。電極は、2.3mmのセンター上のほぼ1.5mmの直径である。6本の電極の倍速3つのアレイは、指-トレーの凹面に載置する。各アレイはフィンガーチップディスプレイ ドライバーに幅6mmのリボンケーブルを介して接続される。そして、それは触感覚のパターンを産生するために用いる非常に制御電気パルスを生成する。
電気刺激は、脈拍の分布型を生成する装置に制御される。フィンガーチップディスプレイドライバー（FDD）に対するセンサ・ディスプレースメント・データは、RS-232ポートを経たシリアルデータとして、宿主PCに、かつ、出力をは加工した。エレクトロ触覚の刺激作用脈拍がそうであるFDDは、144-チャンネル（マイクロコントローラ基礎を形成される）に、波形発生器を制御した。別々の144-納骨所流れ10に与えられる各チャンネルのための波形信号は、高い電圧増幅器を制御した。ドライバ・セットアップは、刺激作用の特定のパターン記載の、電極アレイ（同一波形を有する各電極）陽、機能的に一相性（ネットがそうするゼロ）現在の脈拍の突発を送達する。輝度および脈拍タイミング・パラメータは、単一の命令スクリプト言語を経て各々の電極のために個々に制御される。操作コードおよびデータは最高1 15kb/s、標準RS 1 5を経てTDUに232のシリアルリンクを移される。そして、20ms（50Hz）ごと全体の刺激作用アレイを更新することを可能にする。
指先アレイに対する汗関連の効果は毛細管、その他を介して電極表面から間隔をおいて配置される芯汗に手段をを提供することに対象にされる。そして、電極アレイ基質に設計される。
電気触覚刺激作用は、既存の技術より非常に大きなリアリズムを有する触覚フィードバックを許容するために指先上の制御肌目感覚を産生するために用いる。
一つの態様において、刺激因子要素（電極）に対してセンサエレメントの1対1の、空間的に対応するマッピングが、使われる。しかしながら、ロボット・エンドエフェクタが不規則に成形される非常に小さい、かつ、であってもよいと想定すれば、特定の外科的手技に応じて、他の空間マッピング方式は使用されることができる。例えば、収斂（各々に触覚の表示要素を入れている多重センサ）および相違（各センサを表す複数の触覚の表示要素の使用）の効果と同様に、システムは、「ズーム」（すなわちセンサアレイ・サイズに触覚の表示サイズの比率）のレベルを使用することができる。
実施例14
水面下配向性実験
海軍ダイバー、研究者およびレクリエーションのダイバーは、視覚性のキューの有効性を制限している暗いか暗黒の水状態中に、動作を実施しなければならない。沈んだ構造に由来するサルベージまたは救出/回収または出ることを実施するときに、利用できる視覚性の参照は個人にナビゲーション・エラーにそれらの配向性および鉛をミス知覚させることができる。軍人のために、内密な操作方式および必要が夜間軍事行動のための暗順応を維持する必要性は、ダイビングの使用が点火するl 0を防止して、照らされたディスプレイを望ましくなくする。
作業は例えば捜す、そして、ナビゲーションおよび通信のための照準装置を使用するときに、救出、出ること、鉱山対策およびサルベージは妨害される。一方、i は利用されるヒトの感覚システム残りのままになっていて、ダイバー認知の能力の無能な使用にリードしている。本発明は、ナビゲーションを増大させる、軍で他のダイバーlSのシステムをを提供して、要求されるにつれて、他の所望の感覚機能（e。g.、警報、化学センサ、対象センサ）をを提供する。この装置は、BRAINPORT Underwater Sensory Substitution System（BUDS3）と称されて、ナビゲーション、配向性および他の水面下の検知ニーズのためにわかっているデータを改良することに有効性を増加させる水面下の操作的環境中に、付加的なインタフェース種類をウォーファイターに提供する。
他の好ましい実施形態では、システムは、舌および唇に電気的に歯科用の架橋またはマウスガード、かつ、インタフェースのような口中に着用される。
DARPAおよび他の調査エージェンシーは、生体電気信号を検出することにヒトの、かつ、人間系遂行を増大させることの、方法を開発した、（神経性の移植組織片）かつ、が非侵襲的に（皮膚表面または非接触電極）外部システムの制御を許すために対して観血的に両方とも。動的フィードバックは、これらの脳マシンインターフェース（BMIs）の使用のためのキー素子である。BUDS3感覚のインタフェースは、他の生体電気のBMIsと協力した意図の検出の精度と同様に流れBMIs概念を有する視覚性で感覚の運動の訓練を増やすために用いる。BUDS3システムは、舌および唇の大脳皮質中に比較的高い代表を開発する。
いくつかの好ましい実施例中に、ナビゲーション情報をを提供することに加えて、BUDS3は、ソナーまたは通信（表層に由来する、または、他のダイバーに由来する）のような他の水面下のデータを示すように構成されて、心の中で言った通信容量をを提供して、無人水面下の（または表層）媒介物を制御するために用いることができる作動遺伝子入力文を検出するEMG能力の組込みを有する。好ましくは、システムは、完全に無線で、自家動力である。その中に、非潜水軍の特許出願は、有人、かつ、無人車の制御、多スペクトル感応性電子検知、かつ、検出プラットフォームの制御、自動化システムのモニタリングしている制御、かつ、バトルスペースC4ISRの管理を含有する。
操作上BI5DS3システムを使用しているダイバーは、配向性およびナビゲーション能力を高めて、ソナーおよび他の技術に基づいて感覚の能力を延長した。
精神が仮想空間を構築すると広く述べられる。そして、空間を充填している単一ユニットとしてそれに取り付けられる本体およびツールを経験する。あたかもそれが本体の部分であるかのように、神経系は外部オブジェクトを経験するために容易に伸びる。これまでにゆっくり街灯に車をバックさせて、衝突を直接的な理学的な痛みとして認めた誰でも、この過程を経験した。同様に、手中によりはむしろ、長い茎を使用している盲目の人はそれらの本当の空間部位中に対象（足、規制、その他）を知覚する。そして、それはヒトの装置インターフェースの部位である。多くの有意な実装置については、この容量は、プロセスのモニタリングのための強力であるが、利用されていない資源を表す。腎シンク（2004）は電源が状況が変化を確認することが可能である前に変化したという感覚に性能中に参照点に注意するを用いて、「マインドサイト。」彼は0.25秒間各々示される一連の画像に40の対象を曝露した。時々、画像は、審判の全体にわたって反復される;時々、それは、わずかに様々な画像によって交替する。画像が交替するときに、彼らが変化を確認することができる前に、対象の約3分の1は画像が変化したという感覚を報告した。対照審判中に、同じ対象は、不変が発生したと確信していた。本発明のシステムは、情報のこの迅速な理解を開発する方法をを提供する。
いくつかの態様において、データが干渉するBUDS3は、ダイバーの酸素吸入器の送話口に組み込まれるエレクトロ触覚の舌インタフェースをを提供する。類似の装置は、応急空気瓶に組み込まれることができる。送話口が作られる現在の酸素吸入器、かつ、スキューバ・システムのカビおよび交換鋳造物は、舌音に包埋されるエレクトロ触覚のアレイと前庭面を、備えて形成されている。加えて、スイッチは、インタフェースのダイバー制御を許容するために、バイトブロックに組み込まれる。送話口は駆動エレクトロニクスに接続される、そして、電力はダイビング・ギアに増した。2つのハードウェア・ステージは、アレイを制御するために用いる。ドライバ（送話口の近くに位置する）は、個々の因子に実際の波形をを提供する。ダイビング・ベルトがシリアルリンクを介してドライバを制御する、または、埋め込み式コンピュータ/電源モジュールは浮力制御装置に上昇した。
制御用計算機は、加速計、慣性航法装置、デジタル・コンパス、深さゲージ、その他のようなセンサに接続して、どんな信号がダイバーに示されるかについて決定するソフトウェアを走らせる。
ヒトおよびMachine Cognition（IHMC）研究所は、モジュラ（BUDS3手段を実施するために用いられ得るDARPA IPTO インプルービングウォーファイター情報インテイクアンダーストレスでソフトウェア・エージェントに拠点を置く組込み構築）を開発した。この構築は、Java（またはJavaまたはTCP/IPで通信することができる他のいかなるプログラム言語も）を使用する。構築は、クロスプラットフォーム（現在、WindowsおよびLinux OSsに担持される）であって、標準化されたインタフェース・プロトコルを不同性の不均一な要素に提供する。ドライバは、各センサ・デバイス（デジタル・コンパス、10台の慣性航法装置、など）のために、そして、BUDS3プロトタイプのために提供される。これは、様々なセンサの急速な組込みおよび並んでテスト（訓練）および用法を考慮に入れる。防水加工は、回路の既製品の防水のコネクタ/ケーブルおよびポッティングを用いて防水のハウジングの使用を介して達成される。
手-眼を含有して、本発明の、眼のない人は、1 5を使用している複合の三次元知覚的な作業を学んだシステム」単一の訓練セッション中に、ボールが表全体に転がるのを見つけることのような、配位。加えて、傾斜がヘッドすり切れた加速計に検出されることを表すシステムを使用するときに、毒性（例えばゲンタマイシン）のため失われた前庭の（バランス）器官官能基を有する個人は姿勢の動揺および歩調の急速な改良を示した。その操作方式に対するキーは、検出されている方法を述べる意味のＱ（データストリームまたは、心理学的な用語中に、アナログ情報（データ値自体よりむしろ）の意味またはデジタル情報）を抽出するシステムにを提供されるデータを使用するユーザの神経系の能力である。感覚は、無意識に作動遺伝子の認識に組み込まれる経験豊かでありえる。
潜在学習の実験的研究は、学習作業中に係合する個人が作業（材料の下にある構造的な特性よりむしろ）の官能基の特徴に意識的に集中することを示す。これは、その自然言語の意味の、かつ、構文構造についての知識の小児の獲得中に参照。言語の構造的な特徴以外に、小児の注意集中は、ことばのコミュニケーション（管理人を理解して、それが必要とするものを得ること）の、官能基の局面の方へ対される。それでも、時間とともに、子供は、その挙動を決定する規則か支配獲得の進行中の方法についての獲得性の意識性の知識を有することなしの社会的セッティングに成功した交互作用項のために必要な言語でパラ言語規則の合成のアレイを反映する様式中に話しに来る。意外なことに、方法は、可干渉性の状況の原則を学ぶことを越える;それは、確認して、対人性の偽装中に係合する性能に伸びる。
従来の調査は、異なるが、関連した知覚入力がデータの解釈を促進することを証明した。Rubakhin &Poltorak（(1974)）は、例えば、2つの状態下で同時に示される視覚性で、聴覚性で、触覚の情報を研究した：全3つの知覚システム中に同一であるか重複させられた情報または各知覚システム中に様々な情報。それらはマルチ様式で示された情報が同時に加工されなければならないことを発見した。−その理由は、次のことにある。逐次処理は脳の全体的な通信容量を制限する。Deiderich（1995）は、対象が3つの様々な種類（すなわち視覚性で、聴覚性で、触覚の）に由来する刺激に反応するよう依頼された単純反応回の実験（RT）を達成した。2つの様々な種類に由来する一対として、または、全3つの種類に由来するトリプルとして刺激は、単独で示された』。一つの刺激状態と比較してとき、二重刺激状態はより短いRTsを示した。３倍の種類刺激はRT中にさらに還元を示した。そして、RTの全感覚機能を同時に働かす促進を示した。ヒトの配向性システムが多感覚であると想定すれば、より急速で正確な状況認識、かつ多感覚の（例えばBUDS3によって増やされる視野）データ鉛がこのことにより効率的で効果的任務実行に対してリードすることになる。
他の好ましい実施形態では、システムは、無線通信方式としてはを提供した。アレイおよび制御用計算機の有線の関連、はより突出していないシステム、互換性を持つダイビングを取り除くことに、かつ、は、口腔内の基質をを提供する。例えば、歯科矯正患者の横断切片に由来する歯科矯正保持器は、ＦＭ受信機、エレクトロタクティルディスプレイ、マイクロエレクトロニクス・パッケージおよび電池を順応するために成形過程の間、つくられることができる区画のディメンションを測定するために検討された。歯科矯正保持器に組み込まれることができる区画のディメンションおよび部位は、測定された。検討される青年期で成人の人の全ての保持器のために、最も狭い口蓋を有するそれらを除いて、以下のディメンションは、適用できる：保持器の前部中に、23のx 1の空間は、5mm、深さ2mmに利用できる。2つの後方の区画は、各々12×9mmおよび深さ最高4mmでありえた。これらのディメンションについての知識は個々に成形された保持器にパチンとはめられることができる標準部品パッケージの現像を許容する、そして、導線歯科用の挿弾子はFMアンテナの兼用になる。
これらの還元したサイズ・アレイは、ダイビング・ギアと連動して用いられ得るが、非潜水環境中にもまた特許出願を開ける。例えば、ダイバーは両生操作方式の間、グラウンド上のシステム水面下の、かつ、を使用することができた。そして、夜間視力、通信および陸上ナビゲーション・データの表示にソナーまたは配向性の表示との間に切り替わった。同様に、ワイヤレス接続は、消防士救助要員および障害者に一般人の使用のための航空環境、かつ、に、システムの編入を可能にする。高密度アレイに対するセンサ/制御用計算機に由来する情報伝送は、極小のバッテリーパワーを使用して、高速でされなければならない。いくつかの態様において、近い可視の赤外線（JR）は火がつく。そして、それは直接的なIR光学的無線通信方式としては使用する人間を通過することができる。
いくつかの態様において、筋電図/エレクトロ口蓋図能力は、外部システムの遠心の制御のための送話口に添加される。顔面筋、舌および口こういん頭は、外部システムにマシンインターフェースとして開発されることができる。歯科矯正装置中に統合した筋電図（EMG）およびエレクトロ口蓋図（EPG）能力を備えるシステムを使用することに、ユーザは、制御無人空中/地上/海中媒介物に使用を見出す正確なインターフェイス機器を得る。加えて、最近の調査は、対象が話すが、実音を作製しないふりをするときに、音声パターンがEMG/EPGに由来する検出されることができることを示した。これらのパターンは、合成的なスピーチを生成するために用いるソフトウェア、かつ、中に認識されることができる。この能力（システムを経たトランスダクションがチーム上の、または、表層をもつダイバーの間の内密なコミュニケーションに許可するオーディオで連関される）。無線システムで、地面の軍隊は、いかなるアコースティックエミッション
実施例15
MRI調査適用
以前に開発された換字式暗号方式は、磁気共鳴映像法試験に適当でなかった。しかしながら、エレクトロ触感は人間を突出させる-マシンインターフェースはイメージング試験のための使用を見出す。
舌は非常に感受性である、そして、電解液（唾液）の存在は良好な電気接点を保証する。舌は、もまた非常に大きい皮質再現（指のそれに類似）を有して、複合のスパティアパターンを媒介することの能力がある。舌は、感覚認知のための理想的な器官である。指先端部を有する形態覚の試験のために呈される小さいエレクトロ触覚のアレイによって得られた結果は舌の電気刺激を有する認知が有意にすぐに利用できるエレクトロ触覚の刺激作用を有する超過であることを証明した、そして、舌は、個々の対象に依存する閾値で、指先（150-500V）より非常に少ない電圧（3 8V）を必要とする。指先の電気刺激は、約1-3mA（もまた、依存事項を供する）の流れが感覚許容限界を達成することを必要とする;舌は、この多くの流れの約半分を必要とする。電極-舌耐性はもまたエレクトロード指先抵抗より電気的に安定である。そして、指先、腹部、などのために使用するより複合の流れ-制御回路に優先して電圧制御回路の使用を可能にする。
磁気共鳴映像法と連動して舌触覚の表示装置を使用することの最初の実現可能性を確立するために、2つの試験は1.5TのG.E.によって実施された。Signa Horizon Magnetは、シングルの使用を産出する高速度磁場勾配を備えた-（EPI）パルス系列をエコープラナー法に投げる。これらの実験は、測定するように設計されていたどうか。(1) 磁気共鳴映像法機械中に時間を変化させている磁場は、舌電極アレイ上の認知可能な感覚を誘導する、かつ、(2) 存在がアレイを突出させるかどうか、かつ、関連の電気的活動は磁気共鳴映像法画像上のアーチファクトを産生する。
(a) −舌電極アレイ中に最大の誘導されたemfの算出
複製型磁場Beが舌アレイの平面に垂直なときに、舌電極アレイ中に最大のewf誘導は発生する。舌アレイは長く中でほぼ22である、そして、最大の受信ループはアレイの最も遠い角で一緒に2本の電極を短絡させることに作成される。これらの2本の電極は、ほぼ1インチ間隔でである。
時間を変化させている磁場中に配置されるコイル中に誘導されたemf、E、
は、以下には算出される：
Figure 2007518469
式中：
Nは逆さまのニッケル・コイル(1)中の数、
Aは領域コイル（0.0142のm2）、および
Figure 2007518469
はB1磁場の最大の変化率、
（0.012T）/（150μs）= 80T/s = 80Wb/s・m2
最大の予想されるemf、E= 1.14Wb/s = 1.14 V
この予想は、直接測定に確認された。舌電極条片は、較正ファントムに添付されて、一緒に、電極-ケーブルアセンブリを含んでいる最大の領域ループを包囲しているフラットケーブル追跡に対応するアレイ上の2本の電極を短絡させた。スピンエコー磁気共鳴映像法の間のケーブルの遊離末端上のデジタル・ストレージオシロスコープ計測は、スキャンする（獲得パラメータ：500/8msのTRITE、256×256基質、スライス厚さ=5mm、24cm×24cmの視界、1 NEX）最大の誘導されたewf（スキャナ中に電極アレイの全3つの垂直な配向性のために）が予測される4つのV. 両方だけであった、そして、両方の状態のための測定されたemfが舌（3-8V）上のエレクトロ触覚の刺激作用のための感覚許容限界の近くに、または、未満のあって、それ故、対象に対しリスクを有しない示した。
(b) 刺激作用波形および制御法
エレクトロ触覚の刺激は、パターン中に各々の活性電極に順次送達される25-us脈拍から成る。3つの脈拍の突発は、36のチャンネルに突発中に200Hzの脈搏数を有する50Hzの率で、各々送達される。この構造は、以前、強い、快適なエレクトロ触覚の知覚表象を産生することを示した。それらが下部の許容限界および1に指先上の、そして、舌上の0の優れた刺激品質を与えるので、正のパルスが使われる。電流制御および電圧制御は、テストされた。舌のために、後者にはより単純な回路中に好ましい刺激作用特性および結果があることを分かった。各電極と直列の出力結合コンデンサは、強力な皮層刺激を最小化するために、0直流を保証する。出力抵抗は、ほぼ1つのキットである。
(c) 触覚の刺激作用を有する走査
電極アレイは健常ボランティア中に舌背に対して配置された、そして、撓みケーブルは口の出て行った。そして、唇に安定化された。4mのケーブルは刺激因子に電極アレイを接続した。そして、主磁石の軸に由来するできるだけ遠くに位置した。全144本の電極は、実験の全体にわたって刺激作用の適度に高い知覚されたレベルを送達した。全脳、スピンエコー磁気共鳴映像法走査（（b）上記中に獲得パラメータとして）は、実施されて、9枚の矢状のスライスとして示された。
画像のいずれでも、電極アレイの存在のためいかなるアーチファクトもみられなかったかまたは刺激作用を関連しなかった。対象（刺激作用装置に通常誘発される感覚のタイプに精通していた）は、走査の間、いかなる変わった感覚も感知しなかった。これらの結果は、磁気共鳴映像法環境中に舌触覚刺激子を使用するための概念の証明を決める。
しかしながら、設備（それは、磁気共鳴映像法環境に耐えるために構築されなかった）は、明らかに、イメージング・シークエンスに産生される感応放射能に傷害性だった。このように、方法は、磁気共鳴映像法機械に由来する電子式計器を遠ざけることが可能な長いリード線を介して、電気アイソレーションによって、例えば、好ましくは導通される。
GE Signa ＭＲスキャナに実施されるイメージングの全ては、パルス系列と呼ばれるソフトウェアに制御される。パルス系列は、ジェネラル・エレクトリックにを提供されることができるかまたは研究者に作成されることができる。『パルス系列は、一般の板（Integrated Pulse Generator（IPG））上のデジタル化されたグラジエント、RP波形およびデータ集め命令を生成する。複製型波形は、次いで別々の板上のＲＦモジュレータを介してアナログ形式に変わって、他のシャシー中に収容される複製型パワーアンプに次いで送られる。
パルス系列は、もまた複製型励起の間、モジュレータおよび複製型パワーアンプを賦活化するために必要な制御信号を生成する役割を果たす。複製型パワーアンプを賦活化する制御信号は、電子切断回路を賦活化して、このように舌アレイに由来する電気的に舌ドライバを切るために用いる。パルス系列ソフトウェアは、イメージング・シークエンス中に特異性の位置で制御信号をもまた生成することができる。この制御信号は、同時発生して、イメージング・シークエンスに由来する舌ドライバを起動させるために用いる。舌ドライバ・シークエンスが20msの期間を有するので、制御信号はイメージング・シークエンスの間、20ms後に複製型励起、かつ、の直後に発生する。このように、舌ドライバ・シークエンスの２サイクルは、イメージング・シークエンスのあらゆる唯一の繰返し周期のために実行される。複製型励起の間の時間は、磁気共鳴映像法手順がET装置に損害を与えることができるパルス系列中に唯一の時間である。舌刺激作用が許容されない複製型励起の1msを考慮に入れて、イメージング反復時間が46才では私を配置する場合、刺激作用は97%以上の使用率によってまだ発生することができる。
これは、縮退の二準位をを提供する。複製型増幅器を賦活化する複製型信号は、舌アレイに由来する舌ドライバを切る。複製型励起および被接続アレイがあるときに、舌アレイは期間を回避するためにパルス系列によってもまた同期される。パルス系列制御信号は、柔軟で、同時発生するかまたはイメージング・シークエンスを有するより精巧な刺激作用期間を無作為化するためにコードされることができる。
(a) スキャニングプロトコル
スキャンは、五体EPIのためのグラジエントを備えている臨床的な1.5TのGE シグマホライゾン磁石に実施される。対象のヘッドは、快適さをを提供して、頭の運動を最小化するために、気泡パディングを有する高周波直角位相鳥かごコイル中に配置される。付加的な気泡パディングを有する航空機-タイプ・イヤホンは、環境のスキャナ・ノイズに対する対象の露出を減らして、音声交信をを提供するために、外耳道中に配置される。事前解剖学的なスキャンは、以下を含有する：
矢状のローカライザ（3D損なわれたGRASS（SPGR）全脳ボリュームに続かれる）（21/7msのTRITE;
40度は、角度を反転させる;
24cmのPOV;
256x256基質;
小脳を介して頭頂を含有している124枚の隣接する軸性のスライス;
そして、1.2mmのスライス厚）。
一連の22の冠状のTl加重のスピンエコー画像（500/8msのTRITE;
24cmのFOV;
256x192基質;
lmmスキップを有する6mmのスライス厚）は得られる前の前頭葉に後頭極に由来する。
fMRIに同じスライス部位で得られて、はスキャンするEPI、厚み、そして、スピンとしてすきま-冠状の解剖学的なシリーズを反響する。
EPIパラメータ：
単発現象の観測、2000/40msのTRITE;
85度は、角度（24cmのFONT）を反転させる;
64x64基質（3.75×3.75mmの面内の解像度）;
+/- 62.5kHzの受信機帯域幅。
伝送増加および共振周波数は、官能基の走査の前にもまた手動で調整される。
データは、最も舌触覚の表示に関する空間で方向情報を示す方法を示している磁気共鳴映像法環境の外側で得られた。しかしながら、この全体の過程の間、あたりを認知過程が触覚の刺激作用に応答して起こっているというほとんど情報は、わかっていない。この情報は、装置の官能性時に改善されるために役立つ。脳がどのようにゲイニングプロセス中に触感覚援助に反応するか学ぶこと。脳活動についての知識によって、装置の変態が訓練プロセスの速度を上げて、学習を改善することができる。ナビゲーションを使用しているfMRIの間、脳機能を可視化するために、2-および三次元仮想環境をつくるプログラムは開発された、そして、準三次元ナビゲーション作業は仮想建物を介して考案された。対象は、ジョイスティックを使用している仮想迷路を介して移動する。試験プラットフォームとしてのナビゲーション作業を用いて、適切な触覚の表示インターフェースで、ユーザは、リアルタイム中に仮想『ウォークスルー』を実施する。ユーザは、誤り修正キューと同様に、触覚の方向キューを与えられる。誤り修正キューは、迷路中に要求経路に沿っていかなる2つのノードとの間にもユーザの現在の位置および方向ベクトルおよび指定軌跡に由来する引き出される算出エラー信号に基づいて、ナビゲーション情報をを提供する。例えば、右に掃除している単一の系は、非常に容易に知覚されて、ユーザが右に「進まなければならない」ことを示す。
対比に、触覚の表示の右側の矢は、ユーザに再びは所望の軌道と平行してそれまでそれらの見地を回転させるように命じる。経験豊かなユーザが空間強制のより堅い一組を有するレインに望むのに対して、初心者ユーザが作業に対する『感じ』があって、ナビゲーション・キューを学ぶことができて、仮想軌道および規制の感度のためのエラー寛容はプログラム可能である。キューの試料は、図10中に示される。対象が「正しく進んでい」て、それらの現在の方向中に進行する場合、それらは図10Aに示すようにET舌アレイ上の単一の、ゆっくり拍動性の系を検出する。それらが上へ回転することを必要とする場合、それらは図10Bに示すようにアレイを移動させている2つの異なった系を検出する。右回転が必要な場合、それらは右（10C図）の方へ進んでいる2つの系を検出する。正しい翻訳は、右（図10D）拍動性の矢ポインティングに示される。
ナビゲーション/配向性アイコン・セットの現像の間、彼らが迷路中に経路に由来する道に迷う場合、どのようにそれらの注意集中を得るためにユーザに「油断のない」情報を集積するべきかは、もまた考慮された。通常のナビゲーション/オリエンテーションモード中に、表示音の強さのレベルは、好まれるユーザまたは「快適な」範囲でセットされる。「警報」モード中に刺激輝度が最大許容できるレベル（それは、は最大より上に「快適な」範囲をレベリングする）に自動的にセットされて、5-15Hzでパルス化すること。直ちにユーザの注意集中および活性を引きつけること。一旦対象が正しい経路に戻ると、ET刺激作用スイッチは図5a中に示されるパターンに後退する。表5に示すようにモードおよびイベント・シークエンスは、呈された。
（表５）ETモードおよび対応する触覚のアイコン
コメントは、アイコン意味に関する情報を伝える
Figure 2007518469
磁気共鳴映像法環境の外側での間、両方の目が見える（目隠しをされる）かつ、を考慮しない対象（初期で遅いブラインド）は迷路を進むために訓練される。一旦それらが1つの0分の期間中にうまく迷路を進むことが可能であると、それらはfMRI解析に移動する。
fMRI系列表は、Jokeitら（Jokeitら2001）に、仮想ナビゲーションのfMRI試験に従って作られる。系列表に、10、30s活性化ブロック、かつ、10、30s制御ブロックが設けられている。各ブロックは、口頭の命令に導かれる。活性化ブロックの間、は、触覚のキューを使用している適当な方向中にジョイスティックを動かすことに迷路を介して操縦するよう依頼される対象は、訓練セッション中に知った。30秒後、それらのルートは、21に由来する始まっているひそかに計数奇数から成る制御タスクに妨害される。活動休止期の後、対象は、迷路を介してそれらの発展を続ける。EPIスキャンは、上記の獲得パラメータを有する作業の全体にわたって稽留である。
fMRIデータ分析
画像分析は、以下を含有する：
一般の線型モデル方法（例えばフリストン、ホームズ&ワースレイ 1995）を用いてボクセルにボクセルの基礎に、統計的な救護隊員マッピングと同様に経験的な仮説検定。
かつ、関連の方法が含むSPM99を使用しているfMRI解析：
(1) Talairachアトラス空間（Talairach &Tournoux 1988）に全てのデータの空間規格化、
(2) スピン励起史のための修正を有するいかなる運動関連のアーチファクトも取り除く空間再編成、
(3) ノイズを減らすガウシアン・カーネルを有する時間的平滑化を使用している回旋、
(4) ほぼ5mmの、かつ、の半値全幅に対する空間平滑化
(5) 信号の最適除去は、バックグラウンド呼吸および心拍数と相関した。
個人上の活性化の解析または種々の線型モデルを使用することをは得られるグループの基礎は、交雑する-参照官能基および要因の、かつ、パラメトリック・デザインへの相関。この方法は、仮定試験の統計的なイメージを作成するのに用いられる。加えて、ランプ官能基は、試験の間、いかなる直鎖状の漂流も取り除くために、相互関係の間、外へ部分化される。モデル化されることができるいかなる残渣の系統的なアーチファクトも取り除く高い、かつ、低域濾波回路器を有する付加的な信号処理が、使われることができる。試験中に仮説検定のための参照官能基は、刺激作用が配列決定するイベントのタイミング・パターンにマッチする。フィットした官能基の出力は、統計的なパラメトリックが位置する（太陽プロトン監視装置のもの）と定めるスチューデント-t、相対振幅、そして、SN比。p &tの限界値を上回っているt-統計を有するピクセル; 0.001は、解剖学の画像にマップされる。
脳イメージング試験によって、ものが2つの非常に基本的貢献を作製することができる：
(1) 本発明のシステムのブラインド対目が見える個人またはほかの応用中に脳可塑および官能基に関する有益な情報を得る;
かつ、
(2) 雨が降って、知ることを最適化するために装置の将来の現像を導くfMRIの使用。
実施例16
舌マッピング
本発明は、舌をマップすることが舌を介して情報伝達を最適化すること中に援助する方法を提供する。いかなる特殊用途のためにも、部位および電極にを提供される信号の量は、最適化される。変動を理解することによって、信号の規格化が意図された輝度を有する意図されたパターンを透過することができる。いくつかの態様において、舌のより弱い領域は、より単純な「検出」タイプ特許出願のために利用される。その一方で、より強い領域が、「解像度を必要とする特許出願中に使われる。」かくして、多感覚の信号がはを提供するときに、様々な信号の便宜肢位は選択されることができる。
舌マッピング実験手順
材料：
1 マウスガード
1 プラスティックシート
1 ホールパンチ
1 シャーピーマーカー
2 プルタブ
はさみ
温水
手順：
1.a. マウスガードを適合させる
マイクロ波（約4-5分）で水を加熱
マウスガードを浸水して、粘着性で柔らかくなるまでまで保持する
快適な適合が決まるまで、参加者の口軟化したガードを上部に嵌入し、それを下に噛んでもらう
ガードおよび歯間の空気を吸い出す
ガードのまわりの口を閉じる
マウスピースへ上部歯および口の上側の型をとる
歯の印象を得るために、下に噛む
b. プラスチック片の作製
ガードの一番下を可塑性のシートに配置する
シャーピーを有するガード周辺をトレース（ガード上の標識形質を得ることを回避するために、マーカーをシートに対して垂直な状態に保つ）
可塑性のシートの形状をさえぎる
一番下が上方を向かっているガードを逆にして、ガードのプラスチック片を一番下に配置する
ガードに合って、参加者の口に突出しない滑らかな形状を成し遂げるために必要に応じて端の周囲でプラスチック片整る
c. プラスチック片を取り付けるために、ガードを準備する
両方とも上の最後の臼歯の正面の最も外部の隆線中にホールがガードの側面をパンチする
存在する各々のホールに隣接（90度）側にパンチで穴をあける
プラスチックをガードに合わせて、シャーピを有するシート上のホールの部位に記録する
可塑性のd中にホールを打ち出す。
d. ガードにプラスチック片を取り付ける
プルタブをガードの一番下に向かっている切欠きをつけられた（粗い）側を有する左の側孔に嵌入する
タブを、ガードの可塑性の左の型のホールを通して引き、そのごプラスチックを通す
タブのその端を箱部に挿入し、タブを閉じる
固定して、締める
プラスチックがガードの一番下に固定されて平坦であるように右面についてのこの手順を反復する
必要としてタブの過剰なパーツを留める
鋭い突起のない快適な適合に?を保証するために、端を紙やすりで磨く
参加者の口中に装置をテストして、さらに任意の調整（必要に応じて2）を行う

2. 試験のためのガードの準備
左の条片がアレイの上の大部分であるように、正しい条片を左の条片に重畳する。
下部が領域CおよびD.を表すと共に、アレイの上部は表示上のAおよびBを表す
アレイ端を最後のモルの印の前の部分に位置を合せる
可塑性のアレイを取り付けるために、両面テープを使用する
参加者の口中に警戒およびアレイを配置する。

3. 試験（最小閾値）
開放性「TDU舌マッピング実験」プログラム
遠隔コードに設定
PCを有する115のkband通信率に設定
常に、分許容限界チャンネルを「3」に設定
常に、ポールポーツの「COM 3」を選ぶ
電極の第1のブロックを試料採取して、l×l粒状度から始める
以下に関連を検査するために、電圧を点検する：
回転性のノブ、かつ、電圧値の注意深い変化
電圧が0を解読するように、ノブを設定する
ファイルを保存
イニシャル、粒状度（すなわちlxl）およびブロック番号（例えばablxl-1 ?）を含有するために、ファイル名を設定
彼らがアレイがどこで活性であるかについて分かることができないように、参加者に由来する表示を隠す
最小閾値のみでl×lブロック1を実行
ブロック1が完了されるときに、ブロック2に進む−検査関連に全てのパラメータ定数およびチェックの電圧にしておく
ブロック1によってされたとして、ブロック2を保存、しかしファイル名に新規なブロック番号を入力
l×lのための繰り返しは2つの、かつ、3をブロックする。そして、のみを最小閾値にする
最小閾値で2×2および3×3の全てのブロック3のデータを収集
合計9つのファイルが、この試験終了後なければならない
全てのファイルがディスケット4上の「試験」フォルダおよびバックアップ中に保存されることを確認する。

4. 試験（最大許容限界）
「最小閾値」中に上に配置される手順としてセットアップを繰り返す
lxlブロック1から始める
「最大」（例えばablxl-lmax ?）に続かれて、ファイル名にイニシャル、粒状度、ブロック番号をはめ込む
参加者に由来する表示を隠す
最大許容限界でのみl×lブロックを実行
ブロック1（ブロック2を示すためにファイルの名前を変えない）のためにされるブロック2としてを除く
l×lのための繰り返しは2つの、かつ、3をブロックする。その後最大許容限界にする、
3のみ最大許容限界で2×2および3×3のブロックのデータを収集する
合計が、この試験終了後9「最大」ファイルのなければならない
最低限を含む参加者のための合計18の全体のファイルがなければならない
図11〜14は、この種の方法を使用して集められるデータを示す。
1×1最小（図13）
図は、最小限のしきい電圧が舌の無作為化されたパーツ上のエレクトロ触覚の刺激作用を検出することを示す。刺激は、電極の12x12アレイ上の1×1電極隣接するパターンであった。正面の方へ舌の左側を刺激することを必要とするわずかに低い平均的電圧については、官能基は、わずかに非対称である。このように、舌のこの左前領域は、エレクトロ触覚の刺激作用に最も感受性である。舌の前の内側の部分は、通常、刺激作用に残りの舌より感受性である。対比中に、舌の後方の内側の薄切は、最も高い許容限界を有した。従って、舌の後方の内側の薄切は、刺激作用に最も少なく感受性である。
2×2最小（図14）
図は、舌のさまざまな部分上のエレクトロタクティル刺激作用を検出するのに必要な最小限のしきい電圧を示す。刺激は、12×12電極の完全アレイ上の電極の2x2正方形の無秩序なパターンであった。また、機能は、舌の前の左側にわずかに歪曲される。この発見は、l×l最低限図と整合している。カーブの一般の形状は、l×l最低限官能基にもまた類似している。l×lマップ中に観察されたので、同じ現象は2×2マッピング中に参照。舌の前の内側の薄切は最も感受性である。そして、センス電極活性化に最少の電圧を必要とする。舌の内側の後方の領域は、最少の感度を示した。
最小の比較
l×l最低限カーブと比較してとき、2×2最低限カーブが下部の全体的な許容限界を有した点に注意することは、価値がある。2x2最低限官能基は、もまた、より平坦で最低l×lより均一に見える。2×2官能基中に下部の許容限界は、舌に賦活化されるより大きな領域の結果でありえた。賦活化される領域を増加させることに、刺激は、表層がカバーしたより多くの舌および点火しているより多くの神経によりすぐに感知されることができる。これは、小点対あなたの指上の鉛筆の消しゴムに類似である。より大きい刺激域をカバーすることはよりすぐにより多くの神経を賦活化する。そして、電圧を2×2マップのためにより低いようにする。
増加した刺激表面積がより少ない特異性にリードしたので、2×2カーブの一様性はこの現象にもまた説明されることができる。それが舌の特定の領域を賦活化して、火に特定の神経を引き起こすことに対しより特異性だったので、l×lカーブはより多くの輪郭を有する。一方では、2x2正方形刺激は、興奮性でもよかったか抑制でもよかった複数の1 0の神経を含むことができた。
加えて、後方の左側に前の右面に由来する舌に沿って動作する対角線であるようである。低い感度に高感度に由来するトランジションが発生するのは、この対角線に沿ってである。舌下神経が同じ方向に、動作するにつれて、おそらく、これによって舌中に神経の解剖学的な配列に生じられる。
1×1および2×2カーブの両方は、舌の側で、減少した感度（図中により高い電圧に表される）を示す。これは、舌の中央に神経の蔓延に説明されることができる。神経がより広げられるので、側と比較してとき、より高い神経密度が舌の中央にある。
1×1範囲（図11）
1×1範囲は、1×1アレイ・マッピングのための最小限の、かつ、最高電圧の違いを見出すことに決定された。範囲は、舌の、更に、後方の部位中に左側の中でわずかにより重要だった。これは、舌の前のおよび／または右側の側が左側および／または後方の部位より可変的でないことを示すことができる。
2×2ラベージ（図12）
2×2範囲は、前述したように見出された。2×2範囲図は、l×l範囲図より平坦に見える。より大きい刺激域を使用するときに、これは特異性の損失に説明されることができる。刺激がより大きな領域に適用されるときに、より少ない詳細は検出されることができる。そして、マップをより特定でなくてより均一であるようにする。
範囲比較
範囲は、各アレイ（1×1、2×2）のための最大で最小限のしきい電圧の違いに基づいた。範囲は対象の中でかなり一定だった、そして、両方のカーブ（1×1および2×2）は類似しているように見える。範囲は、2×2と比較して、理由のための刺激が前に説明したl×l刺激のために、わずかにより高かった。より多くの可変性は、舌のより小さい表面積に影響を及ぼすより特異性の刺激のために予想される。
カーブの形状は、それらの特性中にもまた類似している。両方の官能基は、舌の後方の薄切中に目立つ「衝突」に遭う。これらの衝突は、許容限界中により幅広い範囲が舌の後方の薄切で水平になることを示す。
範囲数字は、小さい変動がテストされる対象全体の舌マップにあることを示す。
本発明の現像の間、導通される実験はそれを確認した。そして、舌の前の部分は視野代替または増進のためのビデオ情報をを提供するための最適部位である。
実施例17
舌ベースのコマンドおよびコントロールのための2ウェイコミュニケーション
本発明は、ペニッツが見る自己充足的な口腔内の装置、耳およびハンズフリー双方向通信を提供する。好ましくは、他の感覚に由来する入力を妨げないかまたは妨害しないと共に、は小型、無症状の装置（控え目な、かつ）はこのことによりそれらの状況による認識を増やしているユーザに単一の命令、制御およびナビゲーション情報を更にを提供する。情報を送るために装置は、命令に自動的に、または、随意的に切替えられる舌上の現在のパターン化された刺激作用に好ましくは小さいエレクトロ触覚のアレイを含有する』これらのサブシステムのための電源およびドライバ回路、および放送のための高周波トランシーバ。
ヒト/コンピューターインターフェースは、多くの場合表示によってキーボード/マウス入力およびビジュアルフィードバックを伴う。しかしながら、多くのシナリオ中に、このモードは、最適ではならない。多くのシナリオは、個人の視覚性で聴覚性の分野および指/手が他の要求によって占められるところを生存する。
この種のシナリオのために、非慣習的なインタフェースの現像が、必要である。
触覚のディスプレイは、比較的より大きな領域の指先および他の本体部位のために設計された。しかしながら、ほとんど研究者はその高感度にもかかわらず触覚のインタフェースを収納するための口腔を標的にしなかった。その理由は、主に以下のことにある、口腔は容易に接触可能でなくて、不規則なアイロン係面を有するにもかかわらず、口腔触覚のインタフェースは、隠れたものによって、無症状で、口腔構造の高感度を利用することに革新的な方法を情報伝送または人間機械交互作用項に提供する、そして、ハンドは操作方式を自由にする。可能な用途は、四肢麻痺患者のための援助、盲人およびスキューバダイバのためのナビゲーション指導または可動な環境中に個人コミュニケーション中に見出されることができる。
多くの軍の関連した状況中に、触覚の感覚のチャンネルをコミュニケーションのために利用することは、有利である。触覚の感覚のチャンネルが視覚性で聴覚性のチャンネルと比較して有限のバンド幅を有する一方、触覚のチャンネルは若干の考えられる利点を提供する。触覚のチャンネルは、脳の新皮質上の空間時間的代表に「直接的に有線」で、このように失見当識により影響されやすくない。加えて、触覚のチャンネルの使用は、視覚性で聴覚性のチャンネル上の情報過負荷の発生率を低下させて、より厳しくて致命的な入力に集中するために、それらの通信路を解く。最後に、触覚のチャンネルの使用は、視覚性で音声沈黙が必要である状態中にさえ、コミュニケーションを許容する。知的な情報フィルタおよび適当な要員訓練によって併用されるときに、低バンド幅チャンネル（触覚のチャンネル）さえ意思決定および命令およびコントロール中に効果的である。
舌は、非常に正確で、複雑で、精巧な運動の能力がある。
スイッチ素子を有する装置は、舌と相互に作用することができて、代替法をコミュニケーション（を参照例えば図19）に提供することができる。
舌作動された装置は、交互のコンピュータ入力メソッドをそれらの手を使用するかまたは特異性の操作方式（例えばスキューバダイバおよび他の軍人）の間、手の他に付加的な入力メソッドを必要とすることができない人々に提供することができる。数社は、舌ベースの手段（例えばニューアビリティーシステムの舌タッチ・キーパッド（TTK）（マウンテンビュー、CA）およびIBMのTonguePointプロトタイプ）の強力な利点を認識した。革新的で、これらの装置のいずれも使いやすくないにもかかわらず、そして、従って、商業的な成功を収めなかった。
システムの典型的な応用は、短時間に下で記載されている。
取り外された兵士シナリオ
小隊/チーム階層で、降ろされた兵士は、主要な人員タイプである。降ろされた兵士が絶えず視覚性で聴覚性の感覚のチャンネルを速効性に包囲することを調べることは、避けられない。視覚的に（手は、身振りをする）伝統的な通信、あるいは、聞こえるように、参照て、敵を聞く兵士の能力を分解することができる。（話して/叫ぶ）加えて、それは、操作の間、聴覚性に静かにするのにしばしば必要である。触覚の感覚のチャンネルの有限のバンド幅のため、触覚のチャンネルを介して使用する「語彙」は、有限でなければならない。降ろされた兵士が懸念のかなり狭い関連した領域があるので、2、3の主要語句/命令は充分でもよい。兵士は彼の物理条件（私は、傷つく）に関する彼の小隊長情報、部位（集会位置）目標情報（発見される敵）設備状況（弾薬を必要とする）その他に伝えることを必要とする。そして、反対に、小隊/チーム・リーダーは兵士（後退、昇速、集会位置、保持位置、その他）に命令を伝達することを必要とする。この種の有限の語彙（より複合の語彙と同様に）は、触覚の感覚のチャンネルを使用して、効果的に透過されることができる。
命令および制御人員シナリオ
カクテルパーティ類似は、状況をコマンドセンタに記載するためにしばしば用いる。それは、様々な情報需要をもつ人員の範囲で充填される混雑した、雑音が多い場所である。しばしば視覚性で聴覚性の警報は、効果がなくて、不都合である。例えば、一人の人がコマンドセンタ人員のサブセットに1 5を集めさせたい場合、それらが現在そうである一つのディスプレイエリアにそれらの注意集中は言葉で興味がある表示に各個人注意集中をリダイレクトするかまたは各人に物理的に行く試みおよびタップに肩部上のそれらにそれらの注意集中を得ることを強制した。指揮所が簡単な運動および視覚性の通信機関に見込まない最大限中に限られた空間は、多くの人員のためにすでに負担をかけられすぎる。この環境中に、無症状の（聴覚性で視覚性の）触覚の低いバンド幅通信システムは、着いていて、かつ、単一のメッセージにきっかけを与えている注意集中のための大きな使用を有する。「仮想タップ」としての触覚刺激子の使用は、コマンドセンタの聴覚性で視覚性のノイズに合計加算のないコマンドセンタ中に、配位を非常に促進する。単入力については、指揮官は、同時にコマンドセンタ中に選択された部分群を「軽くたたくことができる」。「仮想タップ」の使用が個人注意集中をリダイレクトするかまたは単一のメッセージを透過するために用いる所で、テレビ会議および仮想砂箱中に類似のシナリオはを提供されることができる。
ナビゲーション・シナリオ
降ろされた兵士のためのナビゲーションを促進ため、水面下のスキューバ操作方式の間、地球空間的キューは必要である。低コストグローバルポジショニングシステム（GPS）の出現については、正確な絶対位置情報は、利用できる。しかしながら、人に通信ナビゲーション情報のための既存の方法は、視覚性のキュー（手信号）および聴覚性の方向に有限である。それらが戦場シナリオ中に重要な状況によるキューをを提供するにつれて、聴覚性で視覚性のチャンネルが明白なままであることは、重要である。触覚のチャンネルは、地球空間的キューをを提供することに理想的である。脳は、触覚のキュー中に連合する意味の内容に容易に適応する。いくつかの態様において、本発明は、水面下でと共に対象に地球空間的関連したキューをを提供する口中に、触覚のインタフェースをを提供する。口の上側と接触する刺激因子は、単一の方向キューをを提供する。口の後ろへの衝撃は、その知覚された輝度または振動数に応じて停止または低速化の信号を送るかもしれない。同様に、側に対する刺激は、正面の昇速にターンおよび刺激を意味する。類似のキューは、無症状のコミュニケーションが決定的である摘出術操作方式のために有利である。センサの編入もまた、出力チャネルをを提供して、兵士が例えばチーム中に互いに静かに情報を中継することができる。
他のシナリオ
他の作業は、継続的な触覚の処置を必要とする（監査、薬剤を混合すること、操作設備）。これらの状況では、対象が、例えば、操作の作業を妨害せずに武器パラメータを調整することが可能であることは、有利である。しばしば比較的高い騒音レベルは、音声認識通信機構を困難にする。類似のシナリオは、例えば、飛行機コックピット中に見出される、式中パイロットは、種々のディスプレイに関する視覚性のキュー/情報を負わされて、多数の規制を処置しなければならない。多種多様な他のシナリオは、機械を有するヒューマンオペレータの交互作用項が視覚性の、かつ、ハンドフィンガー処置に対する他の要求にはいずれを制限したかについて存在する。口ベースの触覚のインタフェースの使用によって、重要なコミュニケーションの流れがこのことによりタスク遂行を増加させている手の処置技術を妨害せずに続くことができる。
加えて、口腔インタフェースは、一般人の世界（製造、障害をもつ人、その他を含有すること）中に、多くの特許出願を有する。
口腔触覚のチャンネルを介して両方の入出力能力を有するインタフェースは、開発されて、テストされた。二元配置の触覚のコミュニケーションの証明は、ナビゲーション指導のための触覚のインタフェースの特許出願を示すために実施された。腔触覚のインタフェースは、口の上側中に着用されることができる送話口に組み込まれる。それが口蓋と接触してあるように、微細作製された柔軟な因子アレイは送話口の上に取り付けられる。その一方で、舌はは送話口の底面にあるスイッチアレイ（TOSA）を作動した。インタフェーシング・システムは、因子アレイおよび舌タッチ・キーパッドを制御するために開発された。システムは、単一の地球空間的キューを有するナビゲーション指導のシナリオをシミュレーションするようにプログラムされる。最初の装置性質決定およびシステム精神物理的な試験は、全て口腔、全て触覚の通信装置の実現可能性を示した。TOSA構成の次の変態および精神物理的な解析は、優れたタスク遂行を産生して、装置信頼性を改良して、オペレーターの疲労およびエラーを減らした。この種の信号取出し系は、相互通信をを提供するために、舌-基剤触覚情報インプットシステムによって混合性でありえる。
他の好ましい実施形態では、システムは、2つのモードのいずれか一項中に作動する：命令または表示。特異的に、舌がエレクトロ触覚のアレイとの作製している完全な（またはほとんど完全な）接点であるときに、全体のアレイおよびロック全体の連続が表示モードにある回路は検出する。ユーザがアレイに由来する舌を取り除くときに、検出された平均接触面積が予め定められた許容限界（例えば25%）未満の低下する、または、検出された平均接触面積が50%より大きい、または全てのいずれの接点も失われるまで、システムは自動的に『命令』モードに切り替わって、この状態で残存する。『命令』モード中にとき、1感知回路が全て検出する5薬草（瞬間的な）を実施することに舌との接点を作製している電極下位感覚許容限界導通チェック。システム中にファームウェアは、次いで、接触している正味面積を算出する、そうすると、その領域のセントロイド。表示のこの位置の位置は、次いで、中心性の命令にまたは、領域中に他の人員に伝達される命令入力として役立つ。命令された信号は、いずれの明確な位置もおよび配向性情報として受取人に次いで使われることができるかまたは当量および他の情報を伝えるアイコン形中にコードされることができる。
脈拍および突発の間に、全体のアレイが分散接地面として作用するように、システムは現在グラウンドに全ての非活動期の電極を切替える。命令および調節系のために、3r状態（『導通チェック』官能基に下位閾刺激の注射剤を見込むもの）の追加が、ある。それらの唯一の目的が特定の時間にそれとの接点を作製することが舌のどの程度であるかについて決定するためにアレイをポーリングすることであった時から、これらの連続脈拍は周期的で同期である（例えばあらゆる第4の突発）。しかしながら、活性なものに基の電極が流れおよび結果として生じる感覚を限局化するために基底状態に切替えられることを必要とするときにそれが発生するという可能性がないように、この刺激は位相変移されなければならない。このように、適当なステート状態が満たされるときにシステムが舌の部位を算出して、即座にモードを切替えるように、連続ポーリングがバックグラウンドで連続的に起こる。アレイに由来する完全に舌を取り除くことにユーザに要請されない限り、これは手動モードスイッチングの必要を緩和する。
コマンド・モード中に、装置は、内野人員（または患者、児童、その他）をモニタリングするための生理学的な情報を発送するように構成されることができる。この種の情報は、唾液の血糖値、水和、APRのもの、PCO2、その他を含有することができる
実施例18
スティミュレイターインプラント
本発明は、表皮の下で移植されるかまたはさもないと皮膚または他の組織下で配置される刺激因子をを提供することに従来のシステム中に遭遇される障害の多数を減らすかまたは脱離する触覚のインプットシステムを提供する。それらの出力が皮膚（または他の組織）の神経に閉筋であって、もはや「包まれないので、この種のシステムのいずれか一項優位性は刺激因子の実質的にサイズを減らす能力である。」そのような破砕によって、より高い刺激因子密度が達成されることができる。加えて、インターコネクティビティ障害（内部/皮下の刺激因子（すなわち皮膚未満の伸びている鉛をを提供する必要）に外側のカメラ、マイクロホンまたは他の入力装置に由来する入力信号をを提供すること中に固有な、かつ、問題）は本体の外側で、そして、好ましくは刺激因子が包埋される皮膚の領域に隣接して一つまたは複数の伝達物質をを提供することに回避されることができる。そして、それは埋め込み刺激因子に入力信号をワイヤレスでを提供する(s)。
植設されたシステムのいくつかの典型的なバージョンの説明は以下である。他の好ましい実施形態では、移植可能な刺激因子は、デニス（表皮（常に置き換えられる皮膚の外層）未満の、そして、皮下の層（筋および骨（もまた時折皮下注射器と呼ばれる）より上の細胞（主に脂肪細胞）の層）より上のスキン層）中に移植される。いくつかが皮下の層中にもまた位置するにもかかわらず、大部分の触覚の神経細胞は真皮中に位置される。従って、真皮のもの中に刺激因子に位置することに、刺激因子は表皮の絶縁効果に従属しない、そして、触覚の神経細胞により多くの直接入力は可能である。認知可能な触覚の機械の（運動）入力はわずか1マイクロメートルのオーダー上の刺激因子運動に由来する結果としてなることができるが、皮膚上触感インプットシステムは有意により大きな入力が知覚できる（もまた、システムが本体上のどこに位置するかについて次第になっている感度によって）ことを必要とする。刺激因子が機械の（例えば運動）刺激作用に加えて、または、の代わりに電気刺激を使用する場合、伝導率はもまた十分な保守の従来のエレクトロ触覚のシステムｍｐそれによって遭遇される課題は減少した。−その理由は、次のことにある。9Sの刺激因子および触覚の神経細胞間の組織経路は短くて一般に導通する。加えて、刺激因子が生体適合材料中に適切に入っている限り、皮膚に由来する刺激因子の駆血はありそうにない。この点で、タトゥーが皮膚に適用されるときに、インク粒子（マイクロメートル等級に大きさの）が約1/8インチ、皮膚（より詳しくはデニス）に入れられる点に注意される、式中それらは、長年、残存する（そして、半透明であるもの、ほとんど透明な、かつ、乾燥器、表皮を介して可視の）。対比中に、表皮中に卵着床によって最終的な駆血が生じる。−その理由は、次のことにある。表皮は常に置き換えられる。しかしながら、駆血は、特定の特許出願のために要求されることができる。
装置の第1の典型的なバージョンは、図15にて図示するように、皮膚（表層102に表されている表皮の外面によって）未満のアレイの、そして、触覚の刺激作用（腹部、後部、大腿または他の領域に、e。g.）を受信することになっている領域全体に伸びているアレイを有する磁性材料の形成される一つまたは複数の刺激因子100の卵着床を含む。いくつかの伝達物質104は、輪郭適切な流行（明瞭性のためのための図15中に皮膚102の表層より上に示されているウェブ106によって）中に皮膚102より上に密接に適合することができるファブリックまたは若干の他の軟質材料とみなされる接続ウェブ106に、アレイ中に次いで固定する。伝達物質104は、放射されるときに、その隣接する埋め込み刺激因子100に移動させる信号（例えば磁場）を発することの、各々能力がある。伝達物質104は単に小さいコイルという形をとることができるか、またはより複合の形に、例えば、標準磁気媒体データレコーダ上の読書きヘッドに似ている形を持っていくことができる。そして、それは刺激因子100に移動させるために表層102未満の十分にはるかに非常に集中する磁性線を発することの能力がある。このように、入力信号が伝達物質には104を適用するときに、それは対応する刺激因子の運動に100を生じさせている信号にはトランスフォンした。そして、それは次いで神経を包囲することに感知されて、ユーザの脳に透過される。
伝達物質104に提供される入力信号は、伝達物質104にそれをトランスミッションのための所望の信号に変換するために処理（コンピュータ、ASICまたは他の適したプロセッサに）に供されるカメラまたはマイクロホン・データに由来する発生することができる。（プロセッサも伝達物質104に対する鉛も、明瞭性の目的のための図1 5中に示される）。信号が104が単に信号または段階的に様々な信号（ユーザは、どのケース中に圧力中に工程か遅い変動として信号を感じるかもしれないか）から二成分でありえた伝達物質に伝えた一方、それはは、各々の刺激因子100に所望の振動数で振動させるその振動信号を予想した、そして、振幅はユーザが入力例えばより複合の情報を解釈することを学ぶことができる。そして、入力が視覚性のデータの内容を反映した。そして、それは形状、距離、色および他の特性を有する。
刺激因子100は、様々な形態およびサイズをとることができる。例として、一つの形中に、好ましくは直径2mm以下のオーダーに、それらは、磁気球体またはディスクである;他の形中に、それらは、ディメンションが0.2mm以下、好ましくは寸法決めした、そして、刺青法手順（気圧に注射剤を含有する）中にインク粒子として全く同じ方法で移植されることができる専攻を有する磁性粒子という形をとる。100がそれ自身そうであってもよい刺激因子は、磁化して、それらの磁極が運動1のより大きな変動に0の振幅を提供するために伝達物質104に放射される分野と相互に作用するように、移植されることができる。
例えば、各伝達物質104が複数の刺激因子100に対する刺激因子100の非常に密度の高いアレイが伝達物質104の未精練アレイによって使われるかもしれないという信号を伝達するかもしれないことを理解すべきである。そして、効力がある各伝達物質104を有する、かつ、がいくつかの刺激因子100のサブ配列と通信する。
15がそうである刺激因子100のアレイ伝達物質アレイ104が刺激因子100および伝達物質104（一つの伝達物質104が刺激因子100/あるアレイ中に有益なこの種の整列化によって）との間に非常に正確な整列化の必要を回避することにもまた役立つよりウェブ106が単に植設された領域を通じて一般に設置されることができる、そして、各伝達物質104が単に最も近い刺激因子100にその信号を送ることができるので密度の高い。正確な整列化が必要な場合、一つまたは複数の計測はこの種の整列化を成し遂げるために用いられ得る。例えば、次いで、それまでの106が適当な整列化を示している感覚に提供するウェブを調整しているユーザと、ユーザが刺激因子100の上のウェブ106に合うにつれて、特定の触覚の信号パターンは伝達物質に104を入れられることができる;および／または、特定の刺激因子100は特定の方法中に有色でもよい、または、ウェブ106の境界がどこで静止しなければならないかについて指し示すために、ユーザの皮膚は入れ墨されるかもしれない。（刺激因子100が真皮中に移植される場合、それらが適当なフレッシュトーン中に有色でない限り、それらがタトゥーとして全く同じ方法で半透明の表皮を介して可視のことを取り消す）。
刺激因子100（効果的に不活性構造である）が伝達物質102に移動するという点で、本発明の前述のバージョンは「受動性である」。刺激因子がより「活性な」特徴を含有する、ここで、しかしながら、他の本発明のバージョン使用することができる（e）。g.、刺激因子は、特徴（例えば適当な入力信号を受けると運動出力をを提供する機械のトランスデューサ）を含有することができる;伝達物質にフィードバック;搭載プロセッサ;かつ、電源。上で述べられる触覚のインプットシステムのように、これらの触覚のインプットシステムは、好ましくは植設された刺激因子および外部的にマウントした伝達物質との間にもまたワイヤレス通信を使用する。例示のために、図16および17は、本発明の第2の典型的なバージョンを発表する。本発明において、刺激因子200は、以下を含有する外側の表面202を有する：プロセッサ204（例えば、論理をを提供するためのCMOS、そして、制御機能）伝達物質に由来する無線（光）信号を受信するための光電セル206（例えば一つまたは複数のフォトダイオード）そして、任意のLED 208またはこの種のフィードバックが要求される場合に備えて、伝達物質（図示せず）に出力信号をを提供することができる他の出力装置。光電セル206にトランスミッターに軽い推進力は、プロセッサ204を動かして、刺激因子200の作動のための光コードされた制御信号を伝達する。刺激因子200の内部表面210に、横隔膜212は真皮の間に位置しているかまたは皮下の層および囲まれたガス室214である、そして、作動電極216は横隔膜212に由来するガス室214全体に位置される。プロセッサ204に賦活化されるときに、伝達物質（後で更に詳細に述べられる）に透過される光情報は次いで、作動電極216の方へ、または、から離れて静電的に横隔膜212を偏らせるために用いているこの負担を有する光電セル206（それはプロセッサ204で含有されるコンデンサを荷電した）に受け取られる。横隔膜212がわずか1マイクロメートルのピーク間運動振幅を達成することを必要とするだけであるので、ごくわずかな電源しかその運動中に消費されない。このことにより置換術のその程度のフィードバックを許容して、横隔膜212上のホィートストーンブリッジ構成中に位置される圧電性のレジスタ（218）（図17）は変形横隔膜212を測定する、そして、この種のフィードバックは必要に応じて出力装置208を介して伝達物質へ透過されることができる。
それが0.5mm未満の主要ディメンションを有するように、刺激因子200は好ましくは拡大・縮小される。適当なサイズおよび構成については、所望の深度および部位で真皮または皮下の層中に各刺激因子200を送達していて、付着させているニードル（または間隔を置かれたニードルのアレイ）については、刺激因子200は、慣例タトゥーの様式中に移植されることができる。MEMS加工している手順の状態を用いて、ほぼ70マイクロメートルの深度については、刺激因子200が200平方マイクロメートルの正面面積（例えば外側の表面202およびその内部表面210全体の領域）と同程度少ないサイズによって構築されるかもしれないと考えられる。
刺激因子200のための典型的なMEMS生産している手順フローは、以下の通りである：
Figure 2007518469
伝達物質（図示せず）は柔軟な電子蛍光表示管（それが全ての刺激因子200のためののみ単一の伝達物質にどのケースを効果的に提供することができるか）という形をとることができる、または、それは（好ましくは柔軟な）ウェブ（図15の伝達物質アレイ中にとして）全体に配列されるLED、電子蛍光表示管または他の光源のアレイの形成されることができる。所望の様式中に刺激因子200の横隔膜212を偏らせる光を含んだ符号化情報（例えば、振動数および／または振幅は、情報を調整した）については、伝達物質は、刺激因子200の光電セル206に電力を供給するために、光を出力する。可視領域中に光量子が下の外側のエネルギー要求を有する刺激因子200の動力見積を有する効果的なコミュニケーションのための表皮を通過した時から、刺激因子200の光電セル206としても、伝達物質の光源は可視領域中に好ましくは作動する。
適当な信号仕立職については、一つの伝達物質を有することが各々のいくつかの別々の刺激因子200に対される異なった通信をを提供することは、可能である。例えば、伝達物質が周波数変調信号を送達する場合、それは全ての刺激因子200に受け取られる、しかし、各刺激因子は特定の振動数または周波数範囲にのみ応答する、200がそうすることができる各刺激因子は単一の伝達物質に送達される信号にそれ自身の個々の反応をを提供する。この方式の付加的な恩典は個々の伝達物質および対応する刺激因子間の正確な整列化の上述した問題が還元しているということである。−その理由は、次のことにある。全ての刺激因子200を覆っている単一の伝達物質はそれらのいかなるいずれか一項にも特異的に合わせられることのない全ての刺激因子200と効果的に通信することができる。
説明は、本発明の典型的なバージョンだけの、単には上記をならべた。多数の加算および変態が作製されることができると考えられる。第1の実施例として、アクチュエータがユーザに運動出力を送達するために用いる本発明の活性なバージョン中に、横隔膜（またはに加えて）212以外のアクチュエータは、例えば、モーターを曲げている圧電性のバイモルフ、荷電していられるときに、変化が成形するエレクトロアクティブ・ポリマーの形成される要素または出力置換術の所望の程度をを提供している若干の他のアクチュエータを用いられ得る。
第2の実施例として、前述の触覚のインプットシステムが特に表皮未満の包埋されるそれらの刺激因子の用途に、適している間、刺激因子の出力運動がそれがユーザに感じられることができる充分な振幅を有するならば、刺激因子は同様に外部的に行うことができる。例示のために、刺激因子は、頭蓋帽にを提供されるかもしれなくて、ヘルメットの内部にを提供される一つまたは複数の伝達物質と通信するかもしれない。
付加的な実施例として、本発明の前述のバージョンがその他を有する使用がサーマル、その他を、例えば、電気的で、刺激作用の形成することを発見すること、（または中に付加的である）機械の刺激作用の代わりに。より大きな情報は、刺激作用の複数のタイプを併用することに、いくつかの態様においてはを提供した。例えば、圧力および温度センサがそれらの出力が機械で熱的な刺激因子を介してユーザには送達したプロステーシスの、かつ、中にを提供される場合、人工装具は行方不明の付属器中にあらゆる感覚をより正確に模倣することができる。別の例として視野換字式暗号方式中に、駆動入力は対象（本質的に、周囲の環境の「輪郭」を送達している）の付近に関連される情報を送達するかもしれない、そして、電気刺激は色または他の特性に関して情報を送達する。
これらのシステムは、本明細書において記載されている特許出願の範囲のいずれかに適用されることができる。
いくつかの態様において、更なる埋め込み構成成分は、美的および／または娯楽目的にかなう。埋め込み構成成分がそうであることから、または、可視で、それらであるように設計されてあることができる刺青法またはすなわち、所望の美的特徴を有する皮膚下で色、肌目および／または形状をを提供するために、化粧品移植組織片機能に貢献するために用いられ得る。感覚機能のない付加的な埋め込み構成成分は、増大させるかまたは埋め込み刺激因子にを提供される画像に記入するために添加されることができる。LEDまたは他の構成成分は、装置の外見を増大させるために、光をを提供することができる。例えば、使用中である刺激因子は、照らされることができる。あるいは、照明パターンは、ランダムに、または、キュー（例えば、外部デバイス（例えば電話）に由来する信号を受けると、時間測定装置として）時にを提供される。
いくつかの態様において、組込形装置が、通信方式（非常に携帯電話のテキスト・メッセージのような）として用いられる。いずれでも経て送られるメッセージは、方法（例えばセル式1 5台の電話）が組込形装置中に知覚されるように要求した。これは、隠れたコミュニケーションを許容する。いくつかの態様において、メッセージがさらに一般的にいえば透過される（例えば、放送波を介して）場合であっても、特定の刺激因子アレイをもつ人だけがコードを受信するように、システムは送信されたメッセージ中に人に特有のコードを受信するように構成される。インターネット群集通信システムの様に、ユーザのグループは、信号を受信するために、もまた指摘されることができる。
いくつかの態様において、埋め込み刺激因子が、隠れたマッチメイキング・サービスとして使われる。対象は、それが特定するプロセッサを有する：1) それらが関係（例えば友好、ロマンチックな関係、その他）中に探す他のクライテリア;2) 他に透過する個人クライテリア;および／または3）システム（例えば、プライバシーのために）を賦活化するかまたは非活性化することに対する一組の規則。マッチのシステムが人々に会いたいという意欲を送信するときに対象がマッチ、かつ、の理学的な付近中にあるときに、埋め込み刺激因子はアラームを起動させて、マッチの方向および部位を示す。信号を受信している対象、参照こと時にマッチが逆数を送るほうを選択することができること「あなたは、興味を起こす」信号（または、おそらく、デフォルトとして、この種の信号を送ることは、あった）。マッチは、実際の接点を開始するほうを次いで選択することができる。
マッチが信号を受信したかどうか対象がマッチのシステムが従って、かつ、にあるかどうかわからないので、マッチが反応しない場合、対象の自我が傷つく必要はない。
いくつかの態様において、多数の刺激因子は、本体の至る所でを提供される。刺激因子は、実施例10中に記載されている触覚のボディスーツのように、多くを用いられ得る。
実施例19
プロセッサコマンドセット
この実施例は、タクティルディスプレイユニットまたはTDU（本発明のいくつかの態様において装置）の局面および操作方式を記載する。TDUは、その最も単純な構造物中に波発生装置である。TDUの制御は、アスキーに基づく通信語法を介して発生する。次に、コンピュータプログラムがTDUと通信することができる命令について説明する。また、TDUを使用することの後の下にある理論は、述べられる。
用語法
タクター：アレイ上の単極
ブロック：左上および右下に参照される正方形形のグループの因子は、数を因数に分解する。ブロックサイズは、全144の因子に単一の因子に由来する変動する。
チャンネル：TDUからタクターへの単一出力
TDU原理
4つのセクターに分けられる144のチャンネルに作用して、TDUは、ユーザにアレイに沿って脈拍を送信することの、方式を使用する。アレイは、因子の矩形の基質（12x6）に、ここを終端として接続する72-ピン絶縁ケーブルから成る。2つの別々のアレイを合併することは、TDUにより用いられる正方行列（12x12）形成をを提供する。12×12正方行列は、A、B. CおよびDとして意味される4つのセクター（6x6）に細分される。この形成は、ハードウェアの特異性の実行のためあって、ユーザまたは展開剤にさえあまり重要でない。特異的に、作業負荷および速度要件のため、4台のプロセッサは、アレイに出力を扱うために平行に動く。ものが想像するかもしれないにつれて、各プロセッサはアレイ上のセクターに一致する。
タクターアドレスは、左から右に番号をつけられる（一番下に上部）。それで、因子の一番下列がアドレス133-144を有すると共に、因子の最上列はアドレス1-12を有する。番号付け構造物のため、セクターがアドレスの単一の隣接するリストを含有しない点に注意することは、重要である。観点に由来するであるけれどもユーザの、これは離れて抽出される、そして、アドレスだけは利用できる。
任意の考えられる動画の表示も、TDUを介してユーザに提示されることができる。TDUは、非常に高いフレームレートで動作して、ユーザ・フィードバックに非常に急速に反応する能力を有する。これらの特性を越えて、システムは、柔軟性の加算レベルをを提供する可動装置である。
波形の解析
波形は、多数のパーツから成る。最も基本的な層は、外側の突発である。波形は、単に外側の突発の稽留であるか離散的なグループ化である。各外側の突発は、内側突発の一定数から成る。内側突発中に、1は、脈拍の0の任意の数でそこであるか。
各脈拍は、継続的な脈拍との間に明記できる距離とともに特定の幅と高さを有する。シングルチャネルのためのサンプル波形は、図20中にはを提供した。
以前言及されたこの波形の特性は、現在述べられる。第1の特性は外側の突発番号（OBN）である。そして、それは各外側の突発中に住む内側突発1 5の数を特定する。外側の突発はもまた期間（OBP）を有する。そして、それはその期間である。内側突発中に、脈拍は、ある。内側突発番号（IBN）はパラメータである。そして、それはこれらの脈拍の数を特定する。図20中に、IBNは、3である。内側突発と関係して、内側突発期間（IBP）として公知の明記できる期間がある。上述したパラメータを越えて、パルス幅（PW）パルス時間（PP）および脈幅（PA）を特定することは、可能である。
各チャンネルのために、パルス幅、脈幅、内側ブロック番号および外側のブロック番号は、明記できる。それ故、各チャンネルは独立で、それ自身の特異性の波形を有することができる。但し、波形（内側突発、外側の突発およびインターチャンネル期間）の各構成成分の期間は全体のアレイ全体に一定である。内側チャネル期間（ICP）は、チャンネルを結びつけるパラメータである。このパラメータは、各新規な外側の突発の始まりに対応するチャンネルとの間に、時延を特定する。それで、図20がチャンネル1を特定する、そして、それが時間t=0から始まる場合、そして、内側チャネル期間は100マイクロ秒である、そして、チャンネル2は時間にt=100usを刺激し始める。内側チャネル期間がそれぞれに各ブロックに影響を及ぼすことに注意されたい。それ故、例えば、納骨所1および7は同時に開始する。−その理由は、次のことにある。それらは様々なブロック（かつ、B）を占める。
各々のこれらのパラメータのための有効な範囲が表6中に特定されることに注意されたい。
（表６）様々なパラメータのための有効な範囲
Figure 2007518469
発生することができる無限の数の可能な波形があるので、若干の懸念はユーザにとって『快適である』ものを選択することにとられなければならない。
電流が非常に伝導で感受性部位を介して通過していた時から、快適さは重要な要素である。
TDUとの通信
TDUの最も重要な官能基のいずれか一項は、アレイに力学的な出力を作成する能力である。それ故、波形がしばしばあることができるいつの、かつ、が更新したかという懸念がある。新規なコマンドが出されるときはいつでも、波形を更新することは発生する。TDUの出力の変化は、次の内側突発または外側の突発（最初に来る（図20を参照）ものはどれでも）に生じる。TDUによって動作するためにコードを実施するときに、考慮される特異性の考慮がある。初に、そして、最も重要なものは、ナイキストの法であるかまたは時折サンプリングセオレムとして公知である。この法律は、正確に時変システムを再建するために、システムの試料が変動以上の振動数の2倍でされなければならないと述べる。提示される状況中に、TDUは、試料採集をパフォーミングしている。TDUと通信するために書かれる最も多くのコードが正規間欠期でそれに命令を送ることを思われる。TDUが入力信号を試料採取しているので、それは正しく、コンピューターコードが送っているものをモデル化するために、入力信号の二倍急速に動作していなければならない。例えば、ものがTDUに毎秒25コマで画像最新版を送っている場合、TDUの内側突発期間は20msでなければならない。そして、それは毎秒50コマの更新率に一致する。
実現コードが使用に通信機構のタイプである他の考慮。2つの基本形式が、PC環境中にコミュニケーションのある。他の形が『並列通信である間、第一は「シリアル通信」と呼ばれていることができる。」Serの通信命令が一つずつ出される、そして、以前のいずれか一項が行うまで、命令が出されることができないフォーマット中に発生する。0がいかなる所与の際でも出されなさいという命令の多数に見込む並列通信1。加工されるために待つと共に、それらは列中にそれ自身を整列配置することができる。TDUは、受け取られるあらゆる命令が反応を生成する通信モード中に働く。読取コマンドが長さを変化させることの反応を有すると共に、命令が１バイト状況反応に従われると書く。TDUが命令を加工している一方、それは他のコマンドを受信することができない。このように、TDUの現版であるコミュニケーションの方法は、は意味されたとしてシリアルを利用する。Windows 98/NT/2000プログラミングに関して、それは、非重なられたＩ／Ｏと呼ばれている。
コマンドセット
コマンドセットは自然中にアスキーである、そして、各命令は大小文字識別である。大文字は書込みコマンドである。その一方で、小文字は読むことである。各コードの長さは、アドレス指定方式のタイプに応じて変化する。若干の命令は個々の因子に対処する、他はアレイのサブセットに対処する。その一方で、他の命令は全体のアレイに作用する。
任意の書込みコマンドも出されたあと、TDUは１バイト反応を出す。いずれか一項は、反応までの他の命令が受け取られてあって送信に注意してはならない。TDU反応を解読することを脱離することは可能である、しかし、ものは他の命令を送る前に一定量の時まだ待たなければならない。
下記は、命令の省略リストである。
コマンド：
A/a 単一の因子のためのパルスアンプリチュード（PA）
B/b 単一の因子のためのパルス幅（PW）
C/c 単一の因子のためのインナーバースト（外側のバースト数）の数
d/d 単一の因子のためのインナーバースト（独りを好む人バースト数）/パルスの数
E/d ブロック中に各因子のためのブロックF/fパルス幅中に各因子のためのパルスアンプリチュード
G/g ブロック中に各因子のための印なバースト（外側のバースト数）の数
H/h ブロック中に各因子のためのライナーバースト（独りを好む人バースト数）/パルスの数
I/i 全体のアレイのためのパルスピリオド（PP）
J/j 全体のアレイのための外側のパルスピリオド（OBP）
K/k 全体のアレイのための内側のパルスピリオド（IBP）
L/l 全体のアレイのためのインテル-チャンネルピリオド（ICP）
M/m 全体のアレイのためのアンプリチュードサンプリング
N/n アップデート予めプログラムされたパターン
O 現在ロードしたパターンのスタート刺激
P 現在ロードしたパターンのストップ刺激
Q ディスプレイ予めプログラムされたパターン
R デリバー一連の外側の突発
T 総コンマのためのチャンネル カレントアナログ量：脈幅、パルス幅、外側の突発番号およびライナは、ブロック中に各因子のための数を破裂させた。
コマンドセットは、単一の因子、1塊の因子または全体のアレイのパラメータの処置を考慮に入れる。
TDUを用いて
TDUは、基本的に波形発生器である。有益な情報をを提供するディスプレイパネルがある、入力を提供するキーパッド、連続通信ポート、アレイのための関連、そして、全体のアレイの振幅スケーリングをを提供するノブ。
アレイの関連
アレイは、TDU側の2つの72-ピン・スロットを経て接続する。右側のピン・スロットは下部のアレイのためにある。その一方で、左の溝は上のアレイのためにある。上のアレイは舌の後ろを刺激するものとして定義される。その一方で、下部のアレイは舌の正面を刺激する。
動作モード
TDUは、3つの異なったモード中に作動することができる。これらのモードは「スタンドアロン」として意味される。そして、「遠くにあっ」て、『プログラム可能な。」と、スタンドアローンモードがTDUがコンピュータが介在することなく、予めプログラムされたパターンを示すために認める。プログラム可能なモードによって、TDUがそのメモリーにプログラムされるパターンを有することができる。それは、この例で記載されている態様中に、64の異なったパターン中にプログラムに可能である。第3のモード（遠隔）は、TDUが外部電源（例えばラップトップコンピュータ）に由来する制御されるのを許す。コミュニケーションは、TDUおよびラップトップ上の連続通信ポートを経て発生する。
スタートアップのTDU
スタートアップに、TDUは、運転法を選択するために、その液晶画面上の選択肢を示す。ほとんどの場合、遠隔モードは、選択されなければならない。キーパッドを介してこのモードを選択した後に、他のセットの選択肢は示される。これらの選択肢はそうである、通信のTDU上のシリアルポートの速度が上がる。理由がこの際ない限り、第3の選択肢を選択するだけである：1つの15、200ボーの率。
TDUとのいかなる通信も実行するコンピューターコードが適当な率にボーレートをセットすることに注意されたい。それ故、ラップトップの通信ポートの構成上の処置は、必要でない。
この点で、遠隔で、かつ、を作動しやすいTDUisは、メッセージステイタスを示さなければならない：遠くにある』。一般にTDUと対話するプログラムは、TDUの状態の通知されることを必要とする。通常、メニュー選択肢が、TDUの初期化を考慮に入れるために、コンピュータプログラムにある。TDUが『状況を示す位置で：遠隔』メッセージ（はそれ遠隔初期化を続行するために許容可能な）。コンピューターコードがTDUを初期化したあと、液晶表示パネル上のメッセージは『刺激作用パターンアクティブを解読するために変化しなければならない。』この位置がアレイに出力したAtは発生している。但し、コンピューターコードはゼロ電位である出力を初期化することができた。そして、それによってアレイに由来する見かけの刺激作用が生じない。
TDUのリセット
キーパッド上のメニューキーを押圧することに再び最初のメニューにアクセスすることは、可能である。これは、効果的にTDUのソフト・リセットである。難しいリセットは、再び離れて、そして、次いでTDUをつけることに発生する。予めプログラムされたパターンを選択すること
上記したように、TDUは、その独立型モードを介して予めプログラムされたパターンを示す能力を有する。一旦このモードが選択されると、刺激作用を開始することを必要とする全てはキーパッドを介してパターン番号を選択して、『エンター』キーを押圧することである。パターンが選択パターン番号アドレスにプログラムされない場合、刺激作用がない。もまた、TDUは、『プレプログラムされたパターンでないを述べているメッセージを出す。』選択パターンがメモリ中に生存するIf、TDUは、メッセージ『予めプログラムされたパターン#x'を出す、式中xは、選択されるパターン番号である。
他の好ましい実施形態では、TDUは、携帯性のためにバッテリ供給されて、電池が再充電する必要がある内部NiCdの前に、数時間間作動することができる。TDUは、独立方式中に53の予めプログラムされた、非可動パターンのいずれか一項を示すことができる;これらのパターンは、TDUを供給される単一の位置およびクリック・パターン・エディタ（Win95/98）を使用して更新されることができる。あるいは、TDUは、RS-232シリアルリンクを介して外部コンピュータ15に制御されることができる。刺激作用波形の全ては、このような方法で制御されることができる;全体のアレイは、1秒につき最高55回、更新されることができる。
アローンモード操作方式
1. 電源、かつ、上のTumはスタンドアローンモードを選択するか、または10秒待つために'1年キーを押圧する、そして、このモードは自動的に始まる。
2. 完全に側面パネルの輝度ノブを反時計回りにする。これがされるまで、操作方式は続けることができない。
3. 0-9番号または上に向かう/下の矢印キーを使用しているパターン（1-53）を選択する。簡潔なパターン説明は、表示上に現れる。パターンが特定番号のために格納されない場合、『イニシャライズドでない』は表示上に現れる、そして、刺激作用はつけられることができない。
4. プレスは、刺激作用をつけるために、キーを『始める』。
5. 制御刺激作用輝度（電圧）に輝度ノブを使用する。個人には快適な刺激作用の様々な要件があることに注意されたい。
6. 刺激作用が進行中である間、パターンは数または矢印キーを用いて変わることができる。初期化されていないパターンが選択される場合、以前のパターンは示され続ける。
7. 刺激作用からそれるために、『停止』キーを使用する。
8. 出口スタンドアローン・モードに『メニュー』キーを使用する。
遠隔モード操作方式
1. TDUシリアルポート1（電力開閉器の次に）が「ストレートスルー」シリアル・ケーブルを使用している外部コンピュータに接続されることを確認する。
2. 電源をつけて、選択された遠隔モードに10秒中に'2年キーを押圧する。
3. 完全に側面パネルの輝度ノブを反時計回りにする。これがされるまで、操作方式は続けることができない。
4. 9.6、19選択されたシリアルポート・データレートに押圧'1、'2年または'3年キー。2または外部コンピュータにデータレート（TDUを制御するために用いるソフトウェアに測定される）に合うものを見つける1 15.2kbps。
5. TDUは、現在外部コンピュータに由来する命令に制御されることができる。パターン番号、『スタート』および『停止』キーがレモートモード中に動かないことに注意されたい。輝度ノブは、外部コンピュータに由来する命令記載の機能することができるかまたは機能することができない。
6. プログラム情報のための「TDU制御言語/手順」文書を参照。
7. 出口遠隔モードに『メニュー』キーを押圧する。
パターンモード操作方式の更新
1. TDUシリアルポート1（電力開閉器の次に）が「ストレートスルー」シリアル・ケーブルを使用している外部コンピュータに接続されることを確認する。
2. 電源をつけて、選択された最新版パターン・モードに10秒中に'3年キーを押圧する。
3. 9.6、19選択されたシリアルポート・データレートに押圧'1、'2年または'3年キー。2または外部コンピュータにデータレート（TDUを制御するために用いるソフトウェアに測定される）に合うものを見つける1 15.2kbps。
4. TDUパターンをつくって、編集するために、TDU編集プログラムを使用する。
5. 出口最新版パターン・モードに『メニュー』キーを押圧する。
本発明のいくつかの態様において波形パラメータは、以下の通りである：
Figure 2007518469
TDUが調査目的のために用いられ得るように、上記のパルスパラメータ範囲は故意に広い。全てのパラメーターの組合せは、有効であるというわけではないか、刺激作用に役立つというわけではない。TDUは、無効な波形を送達することを試みない。
若干のパラメーター値が特定の状態下で意味がなくなる点にもまた注意する。例えば、OBN=1とき、IBPは意味を有しない、そして、IBN=1とき、PPは意味を有しない。また、約0パラメーター値は、刺激作用中に結果としてならない;これは、PW、IBN、OBN、PAのためのケースである。PA、PW、IBNおよびOBNは、個々に因子に制御因子であって、各外側の突発シークエンスの初めに更新される。PAS、ICP、PP、IBPおよびOBPは、全体のアレイを制御する。PASは、側面パネル輝度制御に任意で割り当て可能である。
全ての突発シークエンスは、いかなるパラメーター値も変える前に完了される。外側の突発は連続的に通常送達される、しかし、供給は外側の突発の定数を送達して役立たれる。そして、それの後、刺激作用は自動的にそれられる。TDUは、突発の定数の送達の間、命令から刺激作用に反応する。
快適な刺激作用のための刺激作用パラメータの定型的な（または基本的な）一組は、以下の通りである。
PW 25μs
PP N/A
IBP 5ms
OBP 20ms
ICP 138.9または138μs
IBN 1パルス
OBN 3パルス
PA 10V
PAS 100%
制御
1. 電力開閉器
2. 選択モードおよびパターンに数キー0-9
3. （矢印）キーの上のパターン
4. （矢印）キーの下のパターン
5. スタート刺激作用キー
6. 停止刺激作用キー
7. 輝度ノブ
8. リセットボタン（黄色の、横のパネル;動力オフ/オンとしての同じ官能基）
ディスプレイ
前面パネル液晶ディスプレイは、指示する：
1. 動作モード（プログラムされたまたはスタンドのみ）
2. 刺激作用状況（活性な/使われていない）
3. スタンドアローン・モードは、パターン番号および説明を示す
4. 低電圧状況
5. 輝度制御（回転0-1 00%）
安全性特徴の値
1. ハードウェア電力開閉器：装置をオフにしなければならない。
2. 内部特徴的なセルフチェック、かつ、番犬ハードウェア・タイマー電源-下に。
3. モードスイッチングまたはプログラミングの間の疑似脈拍の欠如。
4. 電気アイソレーション：電源および連続関連は、1000Vまで残りの回路に由来する電気的に絶縁されなければならない。
出力：制御電圧パルス、0-40V。
- 出力抵抗は、名目上、1kΩであるが、変更内部レジスタに調節可能である。
- 0.1には容量結合される出力-、μFコンデンサ。
- 出力結線は、4つの40-ピン（20x2）IDC-花柱雄型コネクタを介してある。別々の文書「電極ピンアウト」は、詳細をを提供する。
以下中の類縁体：TDUは、0-6で番号をつけられる7-5Vのアナログ入力を有する;入力0は、側面パネル輝度ノブのために貯蔵される。他は、外部的に利用できる。
全ては、リモートモード中に命令を経たに読み込まれることができる。
下記の薄切は、指令コードのより詳細な説明をを提供する。手順は、および、TDUのカレントステータスおよびメモリー内容を解読して、TDUに書込命令を担持する。各命令のための演算コードは、長く一つのバイトであって、単一の文字（直通P p）とみなされる。文字のケースはそれが読むこと（小文字）であるかどうか決定する、または、（大文字の）命令に書き込む。演算コード・バイトは、文字のアスキー代表である。全ての命令中に、演算コードは、続くためにバイト数を保っているバイト［NOF］に従われる。すなわち、いかなる命令中にも合計バイト数は、2+NOFに等しい。手順命令は、3つの操作上の範疇に群化である：I-エレクトロード-は、操作方式、単極、リアルタイム（命令A,B,C,D）をレベリングする;II-エレクトロード-は、操作方式（アレイ（命令E,F,G,H,T）上のブロックアップデート）をレベリングする;かつ、III-アレイは、操作方式およびシステム命令（命令I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S）をレベリングする。下記の薄切中に、角度ブラケットは、囲まれる情報のアスキー代表を示すために用いる。例えば、A. データのアスキー代表を保っているバイトおよびパラメーター範囲が各パラメータのために示されることを示す。［＜A＞］全てのデータは、整数である。データが最低値未満のはTDUに送る場合、あたかもゼロが送られるかのように、TDUはその値を扱う。
Figure 2007518469
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Figure 2007518469
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実施例20
発声障害の治療
本発明の現像の間、導通される実験は、触覚のシミュレーションが発声障害に由来する被害を被っている対象を処理するために用いることができることを証明した。
限局性の異緊張症（スパスノディック発声障害）
スパスノディック発声障害は、限局性の異緊張症と呼ばれている乱れの一系統の一つのタイプである。筋の単一の筋または小さいグループが良好な随意的な制御なしで自発的に、そして、不規則に契約するときに、それらの筋はジストニアである。多数の筋または本体の完全な部位が含まれる異緊張症がある一方、限局性の異緊張症は小さい領域または一つの筋に有限である。実施例は、頸筋の彎縮がヘッドに回転させる斜頸を含有する。眼瞼痙攣は、眼のまわりの筋が自発的に痙攣する時である。手彎縮の筋とき、筆者締め金はそうである。喉頭中に筋の彎縮は、喉頭の異緊張症である。
喉頭の異緊張症
数種類の喉頭の異緊張症がある。最も一般のタイプは、筋が断続的に彎縮を話すために声帯皺襞を非常にまとめる時である。喉頭がいくつかの官能基に貢献するので、上記は、話すことを含有する、飲み込むときに呼吸して、食品が肺に入るのを防止すること;喉頭の異緊張症は、音声より多くのものに影響を及ぼすことができる。音声が影響を受ける原発部位であるときに、次いで、喉頭の異緊張症は痙攣性の1 0の発声障害と呼ばれている。それは、痙攣性発声障害ともまた呼ばれた。
内転筋痙攣性発声障害アダクター
痙攣性発声障害は、喉頭の異緊張症の最も一般のタイプであって、声帯皺襞を閉じる筋の彎縮を含む。それは、緊張を絞め殺された音声と適切に呼ばれていることができる。彎縮によって、音声の音声または中断の休みの窒息が生じる。内転筋痙攣性発声障害は、タイプ症候を切り離して、まるであきらかないずれのないでも緊張または骨の折れることのようにもまた聞こえることができる。
外転筋痙攣性発声障害アブダクター
痙攣性発声障害は、呼吸するための喉頭を開く筋を含む。それら彎縮話そうとすると共に、人を話すことが不随意の低い声を開発する。
呼吸性痙攣性発声障害
呼吸性発声障害内転筋グループに帰属している声帯皺襞筋の、しかし話すことの間、スパスミングする代わりに、彎縮それら呼吸することの間彎縮。対象がノイズを作製する予定になっていないときでも、命題彎縮は雑音が多くて困難な呼吸をつくる。
話すことができないことを有する対象は、本発明のシステム及び方法を有する既治療であった。エレクトロ触覚の刺激作用を受信すると共に、実施例1にて説明したように、エレクトロ触覚の舌訓練は対象に集中させるために用いた。対象は、訓練プロセスの間、話そうとするのを奨励された。訓練の後、対象は、話す能力を回復した。エレクトロ触覚の刺激作用がやめられたあと、話す能力は保持された。
上記の特定化中に言及される全ての出版および特許は、本明細書において引用したものとする。ここに記載した本発明の方法とシステムに本発明の範囲および精神から垂離することなく各種の改変および変更を加えることは当業者であれば自明のことであろう。本発明が特異性の好ましい実施例と関連して記載されていたにもかかわらず、としてが請求した本発明がこの種の特定の態様に過度に有限ではならないことを理解すべきである。実際、関連した分野に熟練した人々に明らかである本発明を行うための記載されているモードのさまざまな変態は、以下の請求項の範囲内のことを目的とする。
脳へ／脳からの情報の流れの回路図を示す。 従来の手段に由来する脳へ、および脳からの、情報の流れ、および本発明のシステム及び方法を使用することに由来する回路図を示す。 本発明の舌ベースのエレクトロ触覚のシステムを使用している脳に対するビデオソースに由来する情報フローの回路図を示す。 本発明のシステム及び方法に伝達されることができる情報の様々なタイプの実施例を示す。 本発明の拡張カテーテル・システムのための回路構成を示す。 本発明のいくつかの態様において使用する波形パターンを示す。 本発明の外科学のプローブ態様中にセンサ・パターンを示す。 本発明の外科学のプローブシステムをテストするテスト・システムを示す。 外科学のプローブ態様本発明中に、センサ・パターンを示す。 舌に表示されるた4つの軌道のエラー・キューが本発明のナビゲーションために、態様を示すことを示す：(a) 「正しく進んでいる;進行する」「並進して、上がる（b）」「（c）『正しいこと』を翻訳する」「（d）ローテート『権利』」と、軌道に沿ったフォワード運動が示されたパターンのフラッシングには示した。図表上のブラックエリアは、12×12のアレイ上の動作領域を表す。未漂白矢は、展示されている画像の方向を示す。 本発明の舌マッピング実験に由来するデータを示す。 本発明の舌マッピング実験に由来するデータを示す。 本発明の舌マッピング実験に由来するデータを示す。 本発明の舌マッピング実験に由来するデータを示す。 伝達物質1 04のアレイが皮膚102未満の移植される刺激因子100の対応するアレイの磁気的に運動に作用する典型的なインプットシステムの簡略斜面図である。 第2の典型的なインプットシステムの刺激因子200の簡略断面側面図である、式中刺激因子200は、変形可能な横隔膜212を経てユーザに運動出力を送達する。 図16の刺激因子200適した典型的な構成成分を示している簡略回路図である。 本発明の典型的な口中にエレクトロタクティル刺激作用装置を示す。 本発明の典型的な口中に信号出力装置を示す。 本発明のいくつかの態様に役立つ試料波形を示す。

Claims (77)

  1. 前庭機能に関係する対象の身体的または精神的な遂行能力（performance）を改変するための方法であって、前庭機能に関係する該身体的または精神的な遂行能力が改変されるような条件下で、対象を触覚刺激に曝露させる段階を含む方法。
  2. 改変が、前庭機能に関係する身体的または精神的な遂行能力を強化することを含む、請求項1記載の方法。
  3. 前庭機能が平衡感覚（balance）を含む、請求項1記載の方法。
  4. 平衡感覚が、重力面に対する身体の向きの知覚を含む、請求項3記載の方法。
  5. 平衡感覚が、ある身体部分の他の身体部分に対する位置の知覚を含む、請求項3記載の方法。
  6. 平衡感覚が、環境物体に対する身体部分の位置の知覚を含む、請求項3記載の方法。
  7. 対象が、感覚運動協調性機能不全を伴う疾患または病状を有する、請求項1記載の方法。
  8. 対象が、前庭機能障害を伴う疾患または病状を有する、請求項1記載の方法。
  9. 疾患または病状が末梢神経系機能不全に関係する、請求項8記載の方法。
  10. 疾患または病状が中枢神経系機能不全に関係する、請求項8記載の方法。
  11. 疾患または病状が、てんかん、失読症、メニエール病、片頭痛、デバルクマン症候群（Mal de Debarquement syndrome）、動揺視、自閉症および耳鳴からなる群より選択される、請求項8記載の方法。
  12. 対象が両側性前庭機能不全を有する、請求項1記載の方法。
  13. 対象が疾患、病状または医学的介入からの回復期間にある、請求項1記載の方法。
  14. 対象が脳卒中からの回復期間にある、請求項13記載の方法。
  15. 対象が薬物療法からの回復期間にある、請求項13記載の方法。
  16. 対象が平衡障害（loss of balance）を有する、請求項1記載の方法。
  17. 対象が平衡障害のリスクを有する、請求項1記載の方法。
  18. 対象が生物学的年齢に起因する平衡障害のリスクを有する、請求項17記載の方法。
  19. 対象が疾患に起因する平衡障害のリスクを有する、請求項17記載の方法。
  20. 対象が環境に起因する平衡障害のリスクを有する、請求項17記載の方法。
  21. 触覚刺激が対象の舌に対して与えられる、請求項1記載の方法。
  22. 触覚刺激が対象に情報を伝え、該情報が重力面に対する対象の身体の向きに関する、請求項1記載の方法。
  23. 触覚刺激が刺激装置アレイによって与えられる、請求項1記載の方法。
  24. 条件が、改変された身体的または精神的な遂行能力が電気触覚刺激（electrotactile stimulation）の曝露後にある期間にわたって持続することを可能にする条件を含む、請求項1記載の方法。
  25. 期間が1時間を含む、請求項24記載の方法。
  26. 期間が6時間を含む、請求項24記載の方法。
  27. 期間が24時間を含む、請求項24記載の方法。
  28. 期間が1週間を含む、請求項24記載の方法。
  29. 期間が1カ月を含む、請求項24記載の方法。
  30. 期間が6カ月を含む、請求項24記載の方法。
  31. 触覚刺激が電気触覚刺激を含む、請求項1記載の方法。
  32. 前庭機能に関係する対象の身体的または精神的な遂行能力を改変するためのシステムであって、a）環境基準点を基準とした体位または身体の向きに関する情報を収集するセンサー；b）触覚情報を対象に伝達するように構成された刺激装置；ならびにc）i）該センサーから情報を受け取ること；ii）該情報を触覚情報に変換すること；およびiii）該体位または身体の向きを該対象に伝える形態で該刺激装置に該触覚情報を伝達すること、を行うように構成されたプロセッサ、を含むシステム。
  33. センサーが角運動または線運動のセンサーを含む、請求項32記載のシステム。
  34. 環境基準点が重力面を含む、請求項32記載のシステム。
  35. 刺激装置が電気触覚出力を与える、請求項32記載のシステム。
  36. 刺激装置が刺激装置アレイの部分として与えられる、請求項32記載のシステム。
  37. 刺激装置が、対象の口腔内に収まるように構成されたマウント上に与えられる、請求項32記載のシステム。
  38. プロセッサが情報を無線通信を介して受け取る、請求項32記載のシステム。
  39. プロセッサが携帯型筐体内に与えられる、請求項32記載のシステム。
  40. プロセッサがさらに、対象が触覚情報を位置または向きと関連づけることを可能にする訓練ソフトウエアを実行するように構成されている、請求項32記載のシステム。
  41. 平衡障害を有する対象のリハビリテーションのための方法であって、触覚刺激を、該平衡障害の症状の1つまたは複数が該触覚刺激の曝露後にある期間にわたって改善されるような条件下で該対象に与える段階を含む方法。
  42. 平衡障害が両側性前庭機能不全を含む、請求項41記載の方法。
  43. 触覚刺激が電気触覚刺激を含む、請求項41記載の方法。
  44. 触覚刺激が対象の舌に対して与えられる、請求項41記載の方法。
  45. 期間が1時間を含む、請求項41記載の方法。
  46. 期間が6時間を含む、請求項41記載の方法。
  47. 期間が24時間を含む、請求項41記載の方法。
  48. 期間が1週間を含む、請求項41記載の方法。
  49. 期間が1カ月を含む、請求項41記載の方法。
  50. 期間が6カ月を含む、請求項41記載の方法。
  51. 平衡障害を有する対象を治療するためのシステムであって、a）触覚情報を対象に伝達するように構成された刺激装置、ならびにb）i）対象の体位または身体の向きと相関する知覚可能な事象を生成する訓練プログラムを実行すること、およびii）該体位または身体の向きを該知覚可能な事象と関連づける形態で該刺激装置に触覚情報を伝達すること、を行うように構成されたプロセッサ、を含むシステム。
  52. 刺激装置が電気触覚刺激装置を含む、請求項51記載のシステム。
  53. 知覚可能な事象がディスプレイスクリーン上のビデオ画像を含む、請求項51記載のシステム。
  54. 瞑想またはストレス緩和の身体的または情緒的な利益を得るための方法であって、対象が制御された身体的体位を持続的な期間にわたって維持している間、対象を電気触覚刺激に接触させる段階を含む方法。
  55. 電気触覚刺激が舌の電気触覚刺激を含む、請求項54記載の方法。
  56. 制御された身体的体位が、直立した硬い背もたれを用いた座位を含む、請求項54記載の方法。
  57. 制御された身体的体位が立位を含む、請求項54記載の方法。
  58. 制御された身体的体位が、身体の向きのモニタリングシステムの補助を受けて維持される、請求項54記載の方法。
  59. 身体の向きのモニタリングシステムが、角運動または線運動のセンサー、および該センサーからの情報を電気触覚刺激を介して該対象に伝達するプロセッサを含む、請求項58記載の方法。
  60. 期間が少なくとも10分間である、請求項54記載の方法。
  61. 期間が少なくとも20分間である、請求項54記載の方法。
  62. 身体的または情緒的な利益が運動協調性の改善を含む、請求項54記載の方法。
  63. 身体的または情緒的な利益が睡眠の改善を含む、請求項54記載の方法。
  64. 身体的または情緒的な利益が視覚の改善を含む、請求項54記載の方法。
  65. 身体的または情緒的な利益が認知技能の改善を含む、請求項54記載の方法。
  66. 身体的または情緒的な利益が精神衛生（emotional health）の改善を含む、請求項54記載の方法。
  67. 前庭機能不全を診断するための方法であって、触覚刺激に応答する、前庭機能に関連する対象の技能を測定する段階、および該測定された技能を所定の正常技能値と比較する段階を含む方法。
  68. 技能が平衡感覚を含む、請求項67記載の方法。
  69. 前庭機能不全が両側性前庭機能不全を含む、請求項67記載の方法。
  70. 対象が薬物による治療を受けている、請求項67記載の方法。
  71. 薬物が抗生物質である、請求項70記載の方法。
  72. 抗生物質がゲンタマイシンである、請求項71記載の方法。
  73. 所定の技能値が集団平均から得られる、請求項67記載の方法。
  74. 所定の技能値が以前の時点で対象から得られている、請求項67記載の方法。
  75. 対象の舌を電気触覚刺激に接触させる段階を含む、運動制御障害を伴う疾患または病状を治療する方法。
  76. 対象が発声障害を有する、請求項75記載の方法。
  77. 正常な前庭機能を有する対象における前庭機能を強化するための方法であって、対象の舌を電気触覚刺激に接触させる段階を含む方法。
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