JP2023099423A - リアルタイムeeg信号モニタリングを基に、脳で同期化された脳波振動を同調させるカスタマイズ型経頭蓋交流電気刺激装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2:大韓民国特許庁登録番号第10-2223507号
特許文献3:大韓民国特許庁出願番号第10-2017-7024459号
図1は、本発明に関して、脳刺激システムのブロック構成図を示している。
なく、腫瘍を壊死させるか、サイズを減らす方法である。これは、子宮筋腫、前立腺癌、骨転移癌、肝癌などの治療に活用されている。
図2及び図3は、本発明に関する刺激方式を説明する図である。
本発明では、脳波のガンマ波振動の調節機序によるアルツハイマー病の新規な治療法を提案しようとする。
結果として、約40Hzで局所電場電位(LFP)を誘導することで、ミクログリア活動安定化、及びベータアミロイド/タウ除去が可能である。
また、リアルタイムモニタリング及び刺激の変更に関して、受容器から反応を導出することに必要な感覚の絶対的なしきい値又は最小量は、刺激の類型及び対象体に基づいて変わることになる。
また、ガンマ振動が誘導されるか否か、個体感受性、認知機能、物理的又は化学的変化、ストレス、安全性などを始めとして、刺激及び/又は個体を検出し、これらに関するフィードバックを提供するための検出装置を基に、モニタリングするのが可能である。
図5は、本発明に関して、ガンマ振動の同調に最も好適なtACSのメリットを説明するための図である。
本発明によると、AIに基づくEEG測定によるカスタマイズ型刺激提供が可能である。
本発明が提案するtACS刺激による同期化されたガンマ波振動の同調を誘導し、これをリアルタイムで感知することは、従来には不可であった。
図8は、本発明に関して、tACS+EEG一体型装備に対する開発概略図の一例を示す図である。
図9は、本発明に関して、リアルタイムtACS-EEGニューロフィードバックアルゴリズムブロック図を示している。
図10は、本発明に関して、Aβ PET映像とガンマバンド相関関係導出及び視覚化を示す図である。
本発明で提案するtACS+EEG一体型装備100の適用と併せて、前記装備100により、リアルタイムで収集されたEEG信号のパターン及び特性データを持続的に格納して、認知症早期診断及び治療経過を確認することが重要である。
アルツハイマー病(AD)を含む認知症は、脳及び認知機能の悪化(Canter)を特徴とする脳の致命的な疾病である。
さらには、アミロイド水準(Aβ1-40、及びAβ1-42の可溶性及び不溶性形態)だけでなく、プラーク病理も減少させることも明かされた。
Tg/Stim+: 実際刺激(5XFADマウス)
Tg/Stim-:模擬刺激(5XFADマウス)
PIL: pre- and infra-limbic cortex
5XFAD: アルツハイマー病Aβ42病理
また、図15に示しているように、ミクログリアの活動性を緩和することで、過リン酸化されたタウタンパク質の凝集、ナーブファイバの絡みつきのの発達が減少する過程が示されている。
- アミロイドプラークを減少させ、タウの過剰リン酸化を減少
- ニューロン及びシナプスの損失を減少させ、脳萎縮及び脳室膨張を減少させ、神経炎症を減少
- 小膠細胞の免疫反応を減少させ、小膠細胞を形態学的に変形し、小膠細胞内のタンパク質分解を増加
- 前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で膜トラフィッキング、細胞内輸送、シナプス機能、神経炎症、細胞自滅過程、及びDNA損傷のうち、少なくとも1つに関する異常に変形した遺伝子及びタンパク質を改善
本発明の一実施例によると、オブジェクトの複数の脳領域で同期化されたガンマ振動を同調させることで、脳を刺激する装置及び方法を提供することができる。
図16は、本発明に関して、本発明による同等性製品認証による神経系脳疾患治療領域の拡張可能性を説明する図である。
Claims (17)
- オブジェクトの脳を刺激する刺激部と、
前記刺激に対する脳の反応を測定するセンサ部と、
前記測定された脳の反応を基に、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化された振動を同調させる第1の反応が導出されるか否かを判断する制御部とを含み、
前記第1の反応が導出されない場合、前記制御部は、修正された刺激方式によって、前記刺激部が前記オブジェクトの脳を刺激するように制御する機器。 - 前記刺激部は、経頭蓋交流電気刺激を伝達する電気刺激部であり、
前記経頭蓋交流電気刺激は、予め指定された第1の周波数によって、オン・オフが繰り返され、前記第1の周波数によってオンされた信号は、予め指定された第2の周波数によって、刺激で印加される第1の複合刺激であり、
前記制御部は、前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激による第1の信号は、ノイズとして処理し、前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激を除く第2の信号を基に、前記第1の反応が導出されるかを判断し、
前記第1の複合刺激によって、前記第1の反応が導出されない場合、前記制御部は、前記電気刺激部が、前記第1の周波数、前記第2の周波数、前記第2の周波数による刺激の出力、波形、及び周期のうち、少なくとも1つを修正した第2の複合刺激を、前記オブジェクトの脳に伝達するように制御する請求項1に記載の機器。 - 前記第1の周波数は、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化された振動の同調を誘導するために適用され、
前記第2の周波数は、前記オブジェクトの複数の脳領域でメンブレイン活動電位、及び脳オシレーションを誘導するために適用され、
前記第2の周波数は、前記第1の周波数よりも高い値を有する請求項2に記載の機器。 - 前記刺激部は、前記オブジェクトの状態に対応して決められた刺激方式によって、前記オブジェクトの脳を刺激し、
前記オブジェクトの状態は、前記オブジェクトに関する疾病及び前記疾病の進行程度を意味し、
前記疾病は、アルツハイマー病、パーキンソン病、脳卒中、てんかん、及び統合失調症を含む請求項3に記載の機器。 - 前記第1の反応は、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化されたガンマ振動の同調に対するものであり、
前記第1の周波数は、前記オブジェクトの前頭前皮質(PFC)及び海馬を含む前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化されたガンマ振動を同調させるため、30Hz乃至50Hzの周波数である請求項4に記載の機器。 - 前記第1の信号のサイズが前記第2の信号の大きいよりも予め設定された数値以上差があることを基に、前記第1の複合刺激による信号干渉は、無視可能である請求項5に記載の機器。
- 前記センサ部は、前記刺激に対応して誘導される前記脳の脳波を測定する脳波測定部であり、
前記制御部は、前記測定された脳波が前記ガンマ振動を同調させたときにのみ現れる同調脳波の出力及び波形に対応するか否かを用いて、前記第1の反応が導出されるかを判断する請求項6に記載の機器。 - 前記制御部は、前記測定された脳波から、各周波数帯域のパワースペクトル値の平均及び標準偏差、ガンマ/アルファ/ベータ/デルタ/シータのうち、少なくとも1つの脳波組み合わせによる各平均値の割合を算出することで、前記測定された脳波の属性を抽出する請求項7に記載の機器。
- 前記第2の複合刺激によって、前記第1の反応が導出されない場合、前記制御部は、前記電気刺激部が、前記第1の周波数、前記第2の周波数、前記第2の周波数による刺激の出力、波形、及び周期のうち、少なくとも1つを更に修正した第3の複合刺激を、前記オブジェクトの脳に伝達するように制御する請求項8に記載の機器。
- 前記第1の複合刺激によって前記第1の反応が導出されない場合、前記制御部は、前記第1の複合刺激の前記第1の周波数よりも低い第1-1の周波数による前記第2の複合刺激が前記オブジェクトの脳に伝達されるように制御し、
前記第2の複合刺激によって前記第1の反応が導出されない場合、前記制御部は、前記第2の複合刺激の前記第1-1の周波数よりも低い第1-2の周波数による前記第3の複合刺激が前記オブジェクトの脳に伝達されるように制御し、
前記第1-1の周波数及び前記第1-2の周波数は、30Hz未満に修正可能である請求項9に記載の機器。 - 前記ガンマ振動の同調により、前記オブジェクトの前頭前皮質及び海馬で、40Hzの局所電場電位(LFP)が誘導される請求項10に記載の機器。
- 前記ガンマ振動の同調により、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域の間でニューロン活性が調節され、
前記ニューロンの興奮性活動及び抑制的活動により分泌されるGABAergicとglutamatergicトランスミッション(Otransmission)の均衡が誘導される請求項11に記載の機器。 - 前記ガンマ振動の同調により、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域でアミロイドプラークが減少され、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域でタウの過剰リン酸化が減少される請求項12に記載の機器。
- 前記ガンマ振動の同調により、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域でニューロン及びシナプスの損失が減少され、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で脳萎縮が減少され、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で脳室膨張が減少され、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で神経炎症が減少される請求項13に記載の機器。
- 前記ガンマ振動の同調により、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で少なくとも一部小膠細胞の免疫反応が減少され、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で少なくとも一部小膠細胞が形態学的に変形し、前記前頭前皮質及び海馬を含む前記オブジェクトの脳領域で少なくとも一部小膠細胞内タンパク質分解を増加させる請求項14に記載の機器。
- 機器と、
前記機器とネットワークを形成したサーバとを含むシステムであって、
前記機器は、
オブジェクトの脳を刺激する刺激部と、
前記刺激に対する脳の反応を測定するセンサ部と、
前記測定された脳の反応を前記サーバに転送する通信部とを含み、
前記サーバは、
前記測定された脳の反応に対する第1の情報を、予め指定された外部に転送し、
前記測定された脳の反応を基に、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化されたガンマ振動を同調させる第1の反応が導出されるか否かを判断した第2の情報を、前記外部から受信し、
前記第2の情報を前記機器の通信部に転送し、
前記機器の前記刺激部は、経頭蓋交流電気刺激を伝達する電気刺激部であり、
前記経頭蓋交流電気刺激は、予め指定された第1の周波数によってオン・オフが繰り返され、前記第1の周波数によってオンされた信号は、予め指定された第2の周波数によって刺激で印加される第1の複合刺激であり、
前記外部は、
前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激による第1の信号は、ノイズとして処理し、
前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激を除く第2の信号を基に、前記第1の反応が導出されるかを判断し、
前記第2の情報を基に、前記第1の複合刺激によって前記第1の反応が導出されないことと判断される場合、前記機器の前記電気刺激部は、前記第1の周波数、前記第2の周波数、前記第2の周波数による刺激の出力、波形、及び周期のうち、少なくとも1つを修正した第2の複合刺激を前記オブジェクトの脳に伝達するシステム。 - 機器と、
前記機器とネットワークを形成したサーバとを含むシステムであって、
前記機器は、
オブジェクトの脳を刺激する刺激部と、
前記刺激に対する脳の反応を測定するセンサ部と、
前記測定された脳の反応を基に、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化された振動を同調させる第1の反応が導出されるか否かを判断する制御部と、
前記測定された脳の反応を、前記サーバに転送する通信部とを含み、
前記サーバは、
前記測定された脳の反応に対する第1の情報を予め指定された外部に転送し、
前記測定された脳の反応を基に、前記オブジェクトの複数の脳領域で同期化されたガンマ振動を同調させる第1の反応が導出されるか否かを判断した第2の情報を前記外部から受信し、
前記第2の情報を前記機器の通信部に転送し、
前記機器の前記刺激部は、経頭蓋交流電気刺激を伝達する電気刺激部であり、
前記経頭蓋交流電気刺激は、
予め指定された第1の周波数によって、オン・オフが繰り返され、前記第1の周波数によってオンされた信号は、予め指定された第2の周波数によって刺激で印加される第1の複合刺激であり、
前記機器の制御部及び前記外部は、前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激による第1の信号は、ノイズとして処理し、
前記センサ部が測定した信号のうち、前記第1の複合刺激を除く第2の信号を基に、前記第1の反応が導出されるかを判断し、
前記第1の判断と前記第2の判断を共に用いて、前記第1の複合刺激によって、前記第1の反応が導出されないことと判断される場合、前記制御部は、前記電気刺激部が、前記第1の周波数、前記第2の周波数、前記第2の周波数による刺激の出力、波形、及び周期のうち、少なくとも1つを修正した第2の複合刺激を、前記オブジェクトの脳に伝達するように制御するシステム。
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