JP4945644B2 - ヒトの脳を刺激する装置 - Google Patents
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Description
本発明は、脳で発生される誘発性または自発性の生理学的信号を検出する検出器、可変信号パラメータの最適設定値を決定するための基準を用いて検出された生理学的信号を比較する検出器に接続されている制御装置、電気刺激信号をヒトに印加する第1の信号発生器、および/または感覚刺激信号をヒトの感覚器官に印加する少なくとも1つの第2の信号発生器、を備え、刺激信号の信号パラメータはこの信号パラメータの決定された最適設定値に調整されるヒトの脳を刺激する装置を提供する。
本発明による装置の一実施形態において、信号パラメータは刺激信号の周波数fである。
本発明による装置の一実施形態において、共振周波数fRは、所定周波数範囲内で自動的にヒトに印加される電気刺激信号ESSの周波数fを変化せせることによって決定される。
本発明による装置の一実施形態において、刺激信号は矩形信号である。
本発明による装置の一実施形態において、刺激信号の周波数fは、脳波(EEG)信号の共振周波数fRを決定するために0〜100Hzの周波数範囲で自動的に変化させられる。
本発明による装置の一実施形態において、制御装置は、電気刺激信号ESSおよび感覚刺激信号SSSが所定の位相関係を備えるように、信号発生器を制御するために制御線を介して信号発生器に接続される。
本発明による装置の他の実施形態において、感覚器官はヒトの耳によって形成される。
本発明による装置の一実施形態において、感覚器官はヒトの触覚器官によって形成される。
本発明による装置の他の実施形態において、光感覚刺激信号は発光ダイオードから発せられる光信号によって形成される。
本発明による装置の一実施形態において、光感覚刺激信号は眼または脳の視野の損傷領域に印加される。
本発明は、脳によって発生される生理学的信号を検出するステップと、検出された生理学的信号を予め選択された基準と比較して可変信号パラメータの最適設定値を決定するステップと、電気刺激信号および/または少なくとも1つのさらなる感覚刺激信号を感覚器官に印加するステップと、を備えるヒトの脳を刺激する方法であって、刺激信号の信号パラメータはこの信号パラメータの決定された最適設定値に調整される方法を提供する。
図2から分かるように、本発明の実施形態による刺激装置1は、ヒト2の感覚器官3Aを刺激するために提供され、図2に示す実施形態において、刺激を受けた感覚器官3Aはヒト2の眼によって形成され、各感覚器官3Aはヒト2の脳3Bを刺激する。
可能な実施形態において、選択される基準は、印加される刺激信号の特定周波数によって生じる生理学的信号、たとえば、脳波信号EEGの最大振幅である。この実施形態において、可変周波数fの最適設定値は、検出される生理学的信号の共振周波数fRによって形成される。共振周波数fRにおいて、生理学的信号は最大振幅Amaxを備える。
他の実施形態において、共振周波数fRは、所定の周波数範囲Δf内で、刺激信号発生器8から発生される電気刺激信号ESSの周波数fを変化させることによって決定される。典型的に、ヒト2の頭部に印加される電気刺激信号ESSは、0〜100Hzの範囲にあり、好ましくは約10Hzであり、電流が0〜5.0mAmpで、好ましくは0.5mAmpである。印加される電気刺激信号ESSの信号は、矩形パルス、または正弦波パルスによって形成することができる。信号パルスは、単一パルス、または多くの繰返しパルスからなるパルス列のいずれかとして印加される。さらに、パルスの形状は変化することがあり、たとえば、高振幅の正値性の後に低振幅であるが、長時間の負値性が続くことがある。好ましくは、両方の和がゼロに等しい。
本発明による装置1の他の実施形態において、電気刺激信号ESSは、保持装置によって適所に保持される磁気刺激コイル(経頭蓋磁気刺激)によってヒト2に印加される。
可能な実施形態において、EEG電極はヒトの頭蓋に固定され、脳波信号は好ましくは誘発電位として測定される。電気刺激信号ESS、あるいは電気刺激信号および感覚刺激信号の両方によって形成される場合の印加刺激信号の周波数fは、所定の周波数範囲Δf内で変化させられ、脳波信号の最大振幅Amaxを生成する周波数fの最適設定値を決定する。この最適な周波数は、共振周波数fRを形成し、共振周波数fRは、刺激装置1の記憶装置16におけるEEGパラメータとして、制御装置12によって格納される。個々のヒト2は、所与の時点においてそれぞれ独自の共振周波数fRを有する。
一実施形態において、刺激装置1はまず、ヒト2の自発性EEGを記録し、実際のアルファ脳波の活動を解析し、その後、自発性EEG記録に基づいて刺激電極4を用いて所望周波数を刺激する。たとえば、ヒト2が11.0Hzの自発性EEGアルファ活動を有していても、予め選択された周波数目標が10.2Hzである場合、刺激電極は10.2Hzに設定され、ついには自発性EEGも10.2Hzに近い値を示すことになる。
可能な実施形態において、電気刺激信号ESSは、10Hzの共振周波数fRを備え、10Hzの視覚刺激信号と同期してヒト2に印加される。
一実施形態において、電気刺激信号ESSおよび感覚刺激信号SSSは、所定の周波数fで交互に印加される。
他の実施形態において、感覚刺激信号発生器9は、発光ダイオードLEDによって形成される視覚刺激信号SSSを発生する。
開始ステップS0の後、制御装置12は、入力装置によって事前に設定される可変信号パラメータの最適設定値を決定するように動作する。選択された基準は、共振周波数であってもよく、脳波周波数、たとえば、あるアルファ波周波数などの他の生理学的パラメータであってもよい。オペレータがステップS1において基準を入力すると、刺激装置1は、一実施形態において、可変信号パラメータの最適設定値を決定する第1の動作モードに切り替わる。他の実施形態において、刺激装置1は、基準の入力を待たずに、予め選択された基準を使用してその動作を自動的に開始する。
ステップ3において、検出器10は生理学的信号、たとえば、EEG信号を測定し、制御装置12は、選択された基準に従って発生される生理学的信号を解析することによって可変信号パラメータの最適設定値を決定する。
図4から分かるように、本発明による装置1の一実施形態において、まず、電気パルス信号が、たとえば、0〜100Hzの所定周波数範囲で印加される。
一実施形態において、視覚刺激の量は、感覚刺激信号SSSの周波数fを増すことによって増加される。
刺激装置1の好ましい実施形態において、制御装置12は、各ヒト2の視野欠損図VFCを格納する視野欠損図メモリ17に接続される。
他の実施形態において、モニタまたはディスプレイによって形成される刺激信号発生器9は、ヒト2の視野欠損図VFCを作成するための視野測定法を実施するために提供される。
図8b〜dは、図8aに示されるような視野欠損図VFCを有するヒト2の眼3Aに対する印加刺激信号の例を示す。視野欠損図VFCは、種々の視野を示す眼の種々の領域を示す。たとえば、損傷を受けていない領域は100%(白色)の能力を示し、完全な盲目領域は0%(黒色)の能力を示す。視野欠損図VFCにおける灰色領域は、一部の残存ニューロンの残存視覚が存在していることを示す。脳の部分的に損傷領域であるこれらの残存領域における細胞は、非同期的に発火する(図8b)。図8cに示されるような電気刺激の間、残存ニューロンは同時に繰返し活性化され、誘発電位は眼内閃光を発生する。これらの領域の反復刺激によって、残存視覚は著しく強化されうる。このことは、損傷部位における細胞が同期的に発火しない場合の図8bで見られる。電気刺激信号ESSを印加することによって、細胞は互いに同期して発火する。電気刺激信号ESSおよび感覚刺激信号SSSが図8dに示されるように互いに結合されると、より多くの細胞が発火して脳内により強力な回復効果をもたらすものと考えられる。
本発明による刺激装置1の他の実施形態において、ヒト2の聴覚器官3A、すなわち、ヒト2の耳を刺激する装置1が提供される。この実施形態において、感覚刺激信号発生器9によって提供される刺激信号SSSは、種々の周波数(音の高さ)または音の強さ(デシベル単位)で体系的に送出されるパルス音またはクリック音などの聴覚刺激である。これらの刺激信号は、不規則に、あるいは、一定の順序で、たとえば、周波数が次第に高くなるように提供することができる。刺激装置1は、可能な実施形態において、聴覚回復刺激信号のパラメータを決定するための基準に基づいて聴覚障害を識別する。たとえば、xデシベルの音が、周波数範囲0〜100Hzでヒト2に与えられる。患者が、所与の音の強さにおいて、たとえば、20〜40Hzの周波数に応答しなければ、感覚刺激信号SSSおよび電気刺激信号ESSが同時にこの周波数fで、あるいは、所定の位相差で患者2に印加される。
可能な実施形態において、各感覚器官3Aの障害の図を格納するメモリが提供され、各感覚器官3Aはヒト2の耳や皮膚領域によって形成することができる。聴覚障害や感触障害の周波数を示す患者の耳の聴覚図や、患者の皮膚本体部の体性感覚図が、メモリに格納される。
Claims (14)
- ヒト(2)の脳(3B)を刺激する刺激装置(1)であって、
第1の信号発生器(8)を制御して、発生された電気刺激信号(ESS)を前記ヒト(2)の感覚器官(3A)に印加し、第2の信号発生器(9)を制御して、発生された感覚刺激信号(SSS)を前記ヒト(2)の前記感覚器官(3A)に印加する制御装置(12)を備え、
第1の動作モードにおいて、前記電気刺激信号(ESS)、または前記電気刺激信号および前記感覚刺激信号の両方(ESS、SSS)によって形成される印加された刺激信号の周波数(f)は、所定の周波数範囲(Δf)で変化させられて、前記印加された電気刺激信号(ESS)に応答して、あるいは前記電気刺激信号(ESS)および前記感覚刺激信号(SSS)に応答して前記ヒト(2)の脳(3B)によって発生され、かつ前記制御装置(12)に接続された信号検出器(10)によって検出される誘発性の脳波信号または脳磁波信号の最大振幅(Amax)を生成する周波数(f)の最適設定値を決定し、
第2の動作モードにおいて、前記電気刺激信号(ESS)および前記感覚刺激信号(SSS)はいずれも、前記ヒト(2)の個別の共振周波数(fR)を形成する前記周波数(f)の決定された最適設定値に調整される周波数(f)で前記感覚器官(3A)に印加される、刺激装置。 - 前記信号検出器(10)はEEG検出器である、請求項1に記載の刺激装置。
- 前記感覚刺激信号(SSS)は光刺激信号、聴覚刺激信号、または振動刺激信号である、請求項1または2に記載の刺激装置。
- 前記刺激信号は正弦波信号または矩形信号である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の刺激装置。
- 前記刺激信号の前記周波数(f)は0〜100Hzの周波数範囲Δfで変化させられる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の刺激装置。
- 前記刺激信号の前記周波数の決定された最適設定値は、記憶装置(16)に格納される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の刺激装置。
- 前記制御装置(12)は、前記電気刺激信号(ESS)および前記感覚刺激信号(SSS)が所定の位相関係(Δφ)を備えるように、制御線(14、15)を介して前記信号発生器(8、9)に接続されて前記信号発生器(8、9)を制御する、請求項1に記載の刺激装置。
- 前記電気刺激信号(ESS)は電極(4、5)または磁気刺激コイルを介して前記ヒト(2)に印加され、前記電極(4)または磁気刺激コイルの少なくとも一方は前記ヒト(2)の前記感覚器官(3A)の近くに固定される、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の刺激装置。
- 前記電極(4)または前記磁気刺激コイルが固定される前記感覚器官(3A)は、前記ヒト(2)の眼、前記ヒト(2)の耳、または前記ヒト(2)の触覚器官によって形成される、請求項8に記載の刺激装置。
- 前記光刺激信号は電球から発せられるパルス閃光によって形成される、請求項3に記載の刺激装置。
- 前記光刺激信号は発光ダイオード(LED)装置から発せられる、請求項3に記載の刺激装置。
- 前記光刺激信号はディスプレイモニタに表示される所定の刺激パターンによって形成される、請求項3に記載の刺激装置。
- 光刺激信号が前記ヒト(2)の眼の損傷領域に印加される、請求項9に記載の刺激装置。
- それぞれの感覚刺激信号(SSS)に対する前記感覚器官(3A)の領域の感度を示す感度チャートを格納するメモリ(17)が提供される、請求項1に記載の刺激装置。
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