JP2018526134A - 包絡線変調を有するガルバニック前庭刺激のためのシステム、装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年9月4日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第62/214,474号、及び2016年4月15日に出願された米国仮特許出願第62/322,985号の継続出願であり、かつそれらの出願に対する優先権を主張し、それらの出願の各々の内容全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本発明の限定を意図するものではない。本明細書において用いられる場合、文脈によりその他の場合が明らかに示される場合を除き、単数形(the singular forms "a", "an" and "the")は、複数形も包含することを意図される。本明細書において用いられる場合、用語「備える、含む(comprise)」及び/又は「備えている、含んでいる(comprising)」が、述べられている特徴、ステップ、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を特定するが、1つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、及び/又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことが更に理解されよう。本明細書において用いられる場合、用語「及び/又は(and/or)」は、関連付けられて列挙された項目のうちの1つ以上の任意及び全ての組み合わせを含む。本明細書において用いられる場合、「X〜Y(between X and Y)」及び「約X〜Y(between about X and Y)」等の句は、X及びYを含むと解釈されるべきである。本明細書において用いられる場合、「約X〜Y(between about X and Y)」等の句は、「約X〜約Y(between about X and about Y)」を意味する。本明細書において用いられる場合、「約XからY(from about X to Y)」等の句は、「約Xから約Y(from about X to about Y)」を意味する。
図1は、本発明の幾つかの実施形態による刺激装置を示す概略ブロック図である。図1を参照すると、刺激装置100は、電極115A、115Bに結合されたコントローラ110を含むことができる。幾つかの実施形態では、コントローラ110は、任意選択的に、カロリック刺激装置116A、116Bにも結合することができる。幾つかの実施形態では、コントローラ110は、任意選択的に、スピーカ117A、117Bにも結合することができる。コントローラ110は、プロセッサ120、I/O回路140及び/又はメモリ130を含むことができる。メモリは、オペレーティングシステム170、I/Oデバイスドライバ175、アプリケーションプログラム180及び/又はデータ190を含むことができる。アプリケーションプログラム180は、波形発生器181及び/又は測定システム182を含むことができる。データ190は、波形データ191及び/又は測定データ192を含むことができる。ソフトウェアとして示されているが、アプリケーションプログラム180の1つ以上の機能は、ハードウェアで、又はハードウェア及び/又はソフトウェアの任意の組合せで実装することができる。さらに、刺激装置100の機能のうちの1つ以上の機能は、1つ以上の別個の装置によって提供することができることが理解されるべきである。例えば、データ190の1つ以上の部分を、刺激装置100から遠隔に格納することができる。
図12は、本発明の幾つかの実施形態による変調刺激波形を示すグラフである。図12を参照すると、波形は、パルスの複数の間隔が空けられたパケットを含むことができる。パルスは、波形に基づいて生成される電気パルスに対応することができる。
図16A〜図16Dは、本発明の幾つかの実施形態による電気信号を変調する方法を示すグラフである。例えば、図16Aは、本発明の幾つかの実施形態による搬送波波形関数を示すグラフであり、図16Bは、本発明の幾つかの実施形態による変調波形を示すグラフであり、図16Cは、本発明の幾つかの実施形態による振幅変調電気信号を示すグラフであり、図16Dは、本発明の幾つかの実施形態による周波数変調電気信号を示すグラフである。図16Aを参照すると、搬送波波形関数は、連続周期関数とすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、搬送波波形関数は正弦波とすることができる。幾つかの実施形態では、搬送波波形関数は、矩形波、のこぎり波又は別の波形関数とすることができる。搬送波波形関数は、振幅及び搬送波周波数を含むことができる。搬送波波形関数は、関数に基づいて生成される電気パルスに対応することができる一続きのパルスを含むことができる。
ここで、本発明による実施形態について、以下の非限定的な例を参照して説明する。
複数の周波数帯域における振動活動は、マイクロスケールからメソスケール及びマクロスケールまでの異なるレベルの組織において観察することができる。研究により、幾つかの脳機能は、異なる周波数帯域における同時の振動で達成されることが示された。異なる帯域における振動間の関係及び相互作用は、脳機能の理解において有益である可能性がある。幾つかの振動間のこの相互作用は、周波数間カップリング(CFC)としても知られる。
インスリン様成長因子−1(IGF−1)は、幼少期の成長において重要な役割を果たし、大人に同化作用効果を与えると考えられる、インスリンと分子構造が類似するホルモンである。ヒトにおいて、このタンパク質は、IGF1遺伝子によってエンコードされる。IGF−1はまた、ミトコンドリア保護も提供することができると考えられる。
Claims (63)
- ガルバニック前庭刺激(GVS)の方法であって、
患者に接続された複数の電極を用いて経皮的電気刺激を介して電気信号を送達することであって、該電気信号は振幅及び搬送波周波数を含むことと、
変調波形に基づいて前記振幅及び前記搬送波周波数のうちの少なくとも一方を変調して前記電気信号を変調することであって、該変調波形は前記搬送波周波数未満の変調周波数を含むことと、
を含む、方法。 - 前記電極は、前記患者のそれぞれの耳の中に挿入されるように構成されたイヤピースを備え、
前記電気信号を送達することは、前記患者の前記耳を通して経皮的電気刺激を介して前記電気信号を送達することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記変調することは、前記変調波形に基づく前記電気信号の前記搬送波周波数の周波数変調を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記周波数変調は、正弦波変調において前記電気信号の電気パルスの前記周波数を変更することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記変調することは、前記変調波形に基づく前記電気信号の前記振幅の振幅変調を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記振幅変調は、正弦波変調において前記電気信号の電気パルスの前記振幅を変更することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記変調周波数は、約0.005Hz〜約200Hzである、請求項1に記載の方法。
- 前記変調周波数は、約1kHz未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記変調周波数は、約1kHzを超える、請求項1に記載の方法。
- 前記搬送波周波数は、約3kHzを超える、請求項1に記載の方法。
- 前記搬送波周波数は、約10kHzである、請求項1に記載の方法。
- 前記変調電気信号に基づいて前記脳の標的部分において脳律動を引き起こすように、該変調周波数を選択することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変調電気信号に基づいて前記脳の標的部分において内因性脳律動を同調させることを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変調することは、より低い標的周波数とより高い標的周波数との間で前記変調周波数を変調することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変調周波数を変調することは、前記より低い標的周波数と前記より高い標的周波数との間の時間変化するパターンで、前記変調周波数を繰り返し増大及び/又は低減させることを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記変調周波数を変調することは、
前記より低い標的周波数から前記より高い標的周波数まで増大するパターンで前記変調周波数を繰り返し循環させ、その後、該より低い標的周波数に戻るように低減させることを含む、請求項14に記載の方法。 - GVSを通しての前記変調電気信号の前記送達と同時に、カロリック前庭刺激(CVS)を通して、前記患者に時間変化する熱波形を送達することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記GVSは、前記脳の標的部分に対する前記CVSの送達を促進する、請求項17に記載の方法。
- GVSを通しての前記変調電気信号の前記送達と同時に、前記患者に音響波形を聴覚的に送達することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記音響波形は音楽を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記音響波形は音声を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記変調波形は、前記音響波形に基づく、請求項19に記載の方法。
- 前記電極は、前記患者のそれぞれの耳の中に挿入されるように構成されたイヤピースを備え、
前記イヤピースは、前記患者に前記音響波形を送達するスピーカを更に備え、
前記送達される音響波形の知覚される音量は、前記イヤピースが、前記患者の外耳道と、前記変調電気信号が該外耳道に送達されるのに十分接触していることを示す、請求項19に記載の方法。 - 前記電気信号は、電気パルスの複数の間隔が空けられたパケットを含み、該複数のパケットのそれぞれは、複数の電気パルスと、前記電気パルスの複数のパケットのうちの隣接するものの間の時間的間隔とを含み、前記電気パルスのそれぞれは、時間的幅と、電圧の振幅と、パケット内の前記電気パルスのうちの隣接するものの間の時間的間隔とを有し、
前記電気信号を変調することは、前記変調波形に基づいて、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの量と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの前記時間的幅と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの前記電圧の振幅と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスのうちの隣接するものの間の前記時間的間隔と、前記電気パルスの複数のパケットのうちの隣接するものの間の前記時間的間隔とのうちの少なくとも1つを変調することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記変調波形は、音響波形を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記音響波形は、音楽を含む、請求項25に記載の方法。
- 前記音響波形は、音声を含む、請求項25に記載の方法。
- ガルバニック前庭刺激(GVS)装置であって、
第1の電極及び第2の電極と、
前記第1の電極及び前記第2の電極を通して経皮的電気刺激を介して被検者に変調電気信号を送達するように構成された波形発生器を備えるコントローラであって、前記変調電気信号は、振幅及び搬送波周波数を含み、前記振幅及び前記搬送波周波数のうちの少なくとも一方が変調波形に基づいて変調されて電気信号を変調し、該変調波形は、前記搬送波周波数未満の変調周波数を含む、コントローラと、
を備える、GVS装置。 - 前記コントローラは、周波数変調において前記変調波形に基づいて前記電気信号の前記搬送波周波数を変更するように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記周波数変調は、正弦波変調において前記電気信号の電気パルスの前記周波数を変更することを含む、請求項29に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、振幅変調において前記変調波形に基づいて前記電気信号の前記振幅を変更するように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記振幅変調は、正弦波変調において前記電気信号の電気パルスの前記振幅を変更することを含む、請求項31に記載のGVS装置。
- 前記変調周波数は、約0.005Hz〜約200Hzである、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記変調周波数は、約1kHz未満である、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記変調周波数は、約1kHzを超える、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記搬送波周波数は、約3kHzを超える、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記搬送波周波数は、約10kHzを超える、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記変調電気信号は、前記変調周波数に基づいて前記被検者の脳の標的部分において脳律動を引き起こすように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記変調電気信号は、前記変調周波数に基づいて前記被検者の脳の標的部分において内因性脳律動を同調させるように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、より低い標的周波数とより高い標的周波数との間で前記変調周波数を変調するように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、前記より低い標的周波数と前記より高い標的周波数との間の一パターンで、前記変調周波数を繰り返し増大及び/又は低減させるように構成されている、請求項40に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、前記より低い標的周波数から前記より高い標的周波数まで増大するパターンで前記変調周波数を繰り返し循環させ、その後、該より低い標的周波数に戻るように低減させるように構成されている、請求項40に記載のGVS装置。
- 第1のイヤピース及び第2のイヤピースであって、該イヤピースの各々は前記第1の電極及び前記第2の電極のそれぞれ1つを備える、第1のイヤピース及び第2のイヤピースを更に備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極のそれぞれは、前記被検者のそれぞれの外耳道内に挿入可能であるように構成され、GVSを通して前記被検者に前記変調電気信号を送達するように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。 - 前記第1のイヤピース及び前記第2のイヤピースにそれぞれ熱的に結合された第1の熱電素子及び第2の熱電素子と、
前記第1のイヤピース及び前記第2のイヤピースのそれぞれに対向して、前記第1の熱電素子及び前記第2の熱電素子それぞれに熱的に結合された第1のヒートシンク及び第2のヒートシンクと、
を更に備え、
前記コントローラは、前記第1の熱電素子から出力される第1の時間変化する熱波形を制御する第1の制御信号と、前記第2の熱電素子から出力される第2の時間変化する熱波形を制御する第2の制御信号とを発生させるように構成されている、請求項43に記載のGVS装置。 - 前記第1の熱電素子及び前記第2の熱電素子は、前記第1の制御信号及び前記第2の制御信号に基づいてカロリック前庭刺激(CVS)を提供するように構成されている、請求項44に記載のGVS装置。
- 前記CVSと同時に前記GVSを提供するように構成されている、請求項45に記載のGVS装置。
- 前記GVSは、前記被検者の脳の標的部分に対する前記CVSの送達を促進する、請求項46に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、
前記第1の電極と前記第2の電極との間のインピーダンスを測定し、
前記測定されたインピーダンスが閾値未満であると判断するように構成され、該閾値は、前記イヤピースが前記被検者の前記外耳道と、前記変調電気信号が該外耳道に送達されるのに十分接触していることを示す、請求項43に記載のGVS装置。 - 前記第1のイヤピース及び前記第2のイヤピースは、各々、直流で前記被検者の前記それぞれの外耳道から前記第1の電極及び前記第2の電極を絶縁する薄い絶縁コーティングを含む、請求項43に記載のGVS装置。
- 前記薄い絶縁コーティングは、陽極酸化仕上げを含む、請求項49に記載のGVS装置。
- GVSを通しての前記変調電気信号の前記送達と同時に、前記被検者に音響波形を送達するように構成されたスピーカ、
を更に備える、請求項28に記載のGVS装置。 - 前記音響波形は音楽を含む、請求項51に記載のGVS装置。
- 前記音響波形は音声を含む、請求項51に記載のGVS装置。
- 前記変調波形は、音響波形に基づく、請求項51に記載のGVS装置。
- 前記スピーカは、骨伝導スピーカである、請求項51に記載のGVS装置。
- 前記スピーカは、第1のスピーカ及び第2のスピーカを含み、前記GVS装置は、
第1のイヤピース及び第2のイヤピースであって、該イヤピースの各々は、前記第1の電極及び前記第2の電極のそれぞれ1つと前記第1のスピーカ及び前記第2のスピーカのそれぞれ1つとを備える、第1のイヤピース及び第2のイヤピース、
を更に備え、
前記第1のイヤピース及び前記第2のイヤピースのそれぞれは、前記被検者のそれぞれの外耳道内に挿入可能に構成され、GVSを通して前記被検者に前記変調電気信号を送達すると同時に、該被検者に前記音響波形を送達するように構成されている、請求項51に記載のGVS装置。 - 前記送達される音響波形の知覚される音量は、前記イヤピースが前記被検者の前記外耳道と、前記変調電気信号が該外耳道に送達されるのに十分接触していることを示す、請求項56に記載のGVS装置。
- 前記コントローラは、前記変調波形を定義しかつ該変調波形を前記波形発生器に提供する関数発生器を更に備える、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記波形発生器は、
前記変調波形の振幅に基づいて搬送波関数の前記振幅を変更して電圧ベースの変調電気信号を生成するように構成された第2の関数発生器と、
前記第2の関数発生器から前記電圧ベースの変調電気信号を受け取り、前記変調電気信号として前記第1の電極及び前記第2の電極に提供される固定電流出力を生成するように構成された電力供給部と、
を備える、請求項58に記載のGVS装置。 - 前記変調電気信号は、電気パルスの複数の間隔が空けられたパケットを含み、該複数のパケットのそれぞれは、複数の電気パルスと、前記電気パルスの複数のパケットのうちの隣接するものの間の時間的間隔とを有し、前記電気パルスのそれぞれは、時間的幅と、電圧の振幅と、パケット内の前記電気パルスのうちの隣接するものの間の時間的間隔とを有し、
前記コントローラは、前記変調波形に基づいて、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの量と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの前記時間的幅と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスの前記電圧の振幅と、前記電気パルスの複数のパケットのそれぞれにおける前記複数の電気パルスのうちの隣接するものの間の前記時間的間隔と、前記電気パルスの複数のパケットのうちの隣接するものの間の前記時間的間隔とのうちの少なくとも1つを変調することによって、前記電気信号を変調するように構成されている、請求項28に記載のGVS装置。 - 前記変調波形は、音響波形を含む、請求項28に記載のGVS装置。
- 前記音響波形は音楽を含む、請求項61に記載のGVS装置。
- 前記音響波形は音声を含む、請求項61に記載のGVS装置。
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