JPH0449423B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ てんかん性の発作、悩性麻脾、パーキンソン
氏病、けいれん性、運動性障害及び同種のものに
よつて生じるような不随意の動作を制御又は妨げ
る神経サイバネテイク補綴であつて、 各パルスがほぼ0.3と１ミリ秒間の持続時間を
有し、秒当たりほぼ30と80サイクル間の周波数を
有するパルスを発生できる電子パルス発生器と、 正及び負の電極を含む単一の電極片と、及び 前記電極片を前記パルス発生器に電気的に接続
する手段とを備え、 前記電極片は迷走神経と接触して置かれるため
に適合され、前記パルス発生器は人体中に移植さ
れるために殻の中に包含されていることを特徴と
する神経サイバネテイク補綴。

２ 前記パルス発生器が移植された時に当該パル
ス発生器を手動で同調するための手段を含む、特
許請求の範囲第１項記載の神経サイバネテイツク
補綴。

３ 前記発生器が移植されたときに人体の外側か
ら当該発生器によつて発生される電子信号を変え
るための手段を含む特許請求の範囲第１項記載の
神経サイバネテイツク補綴。

４ 人体の状態パラメータを検知する手段と、該
検知されたパラメータの所定の変化に応答して前
記パルス発生器をオンするための手段を含む特許
請求の範囲第１項記載の神経サイバネテイツク補
綴。

５ 前記検知される状態パラメータは電子大脳撮
影波である特許請求の範囲第４項記載の神経サイ
バネテイツク補綴。

技術分野 この発明は医学的補綴への関係し、さらには特
にてんかん性発作及び痙攣性のような神経組織の
他の関係する臨床状態を緩和し、又は防止するた
めの医学的補綴に関する。

背景技術 神経組織の病気、即ち機能不全は異常な神経の
放電（discharge）パターンに関係する。それら
のいくつかは、パーキンソン症候群のように、幾
分継続的、即ち慢性的である。別のものは、てん
かんのように、閾現象によつて特徴ずけられる不
連続であつても良い。大きな又は小さい不良発作
の猛攻撃の時間は、急は陥いる機能障害の確かな
原因となる性質が理解されていない時にさえ、神
経放電監視動作又は他の手段によりしばしば予測
できる。

しかしながら、適当な形状、強度および持続期
間のある制御信号の導入は脳において過度の活動
を解放し、又は緩和するための手段として行動し
得ることが実験によつて認められそして確かめら
れている。制御パルスを無効にする適当な干渉パ
ターンを発生するか又は信号を消去することによ
り、このような調整測定の重なりは発作の通常の
進行を抑制する方法で作用しそして発作を全く妨
げることができる。適当な強度の制御信号は、関
連する神経のトラツクに供給される時、神経活動
を通常の状態へと戻すことができる。

この型の調整信号はノイロン（神経細胞）に与
えられる適当な電子パルス又は波動により発生さ
れ得る。ノイロンは、電子デバイスによりトリガ
され得る活動電位と呼ばれる電子化学信号を生じ
る。

本発明の意図はてんかん制御のため人間におけ
る神経サイバネテイツク補綴の移植である。補綴
の動作は脳の中の抑制したプロセスを増加して電
位差波長異常高値の神経の放電の状態を制御する
原理に基づいている。

現在、てんかん患者のほぼ75％は、副効果が中
止を強制するが、ある程度薬に反応する。薬療法
は、脳細胞及び他の組織に継続的な通常の効果、
てんかんがほぼ平均週当り２個のけいれんで生じ
る中断した状態を継続する望ましくない副効果を
希にでは無く伴う効果を必要とする。薬療法と違
つて、神経サイバネテイツク補綴はセンサ・フイ
ードバツク又は手動制御を使用することにより、
けいれん期間中に頂度動作され得る。また、投薬
効果の対象のけいれんは、非常に費用のかかる手
続である血液中の化学レベルの測定を含んでい
る。脳の機能亢進は、パーキンソン氏病、脳性麻
脾、けいれん性、運動性障害などのような多くの
神経組織の病気の根底であるから、このような補
綴はまたこれらの慢性の神経症に役に立つ。

てんかん及び他の病気を和らげるための神経サ
イバネテイツク補綴を与える試みが過去になされ
てきた。しかし、それは、いくつかの理由のた
め、成功を達成してない。この先行の試みは脳
（小脳）へ移植されるべきデバイスを含み、これ
によつて高価で非常に危険な脳手術を要求してい
た。さらに、移植されるデバイスは頭蓋骨の中に
組織の外傷を生じることが見い出された。電子電
流及び連絡組織の過剰再生により、小脳に外皮の
中に細胞体の進行性劣化があることが見い出され
た。

発明の開示 この発明は、脳手術の必要及びそれによつて生
じる製織の外傷を除去し、そしててんかん患者の
薬の依存を減少又は除去するために設計される。
この発明の補綴は小型の電子集積回路を含み、そ
の出力は適当な脳神経の放電を増大してけいれん
又は発作を制御する。回路及び電池パツクはエポ
キシチタニウム殻の中に好ましくは包含されて、
全デバイスは、好ましくはわきの下にすべて差し
入れられるようにする。電極リードは、回路か
ら、首の方へ形成された皮下トンネルを通過す
る。リードは迷走神経上の電極片へ終端する。

デバイスは、センサ・フイードバツク又は手動
制御のいずれかにより動作され得、そしてけいれ
んの病気を開始する正常でない脳信号を規則化す
る能力を有する。神経サイバネテイツク。デバイ
ス設計の原則は中枢抑制作用を増加し、けいれん
へと導く電位差波長異常高値活動を妨げるために
中枢興奮状態を規則化することに基づいている。
従つてそのデバイスは、てんかん、そしてけいれ
ん又はけいれんと類似する状態を呈している他の
神経組織の病気に直接適用される。

【図面の簡単な説明】

発明の例示の目的のため、現在好適な形式が添
付図面に示されている。発明は図示された確実な
配列及び手段に限定される意図でないことが理解
されるべきである。

第１図は本発明の原理に従つて構成された全体
的に移植された神経サイバネテイツク補綴の概略
図で、それが同調される方法を示す。第２図は部
分的に移植された神経サイバネテイツク補綴の概
略図、第３図は自動的に神経サイバネテイツク補
綴を開始するためのサンセ・フイードバツク・シ
ステムの概略図、第４図は迷走神経の電極片の配
置及び隣接する構造を有する迷走神経の関係の概
略例示図、第５図は人体における本発明のパルス
発生器及び電極片の好適な配置の概略例示図であ
る。

実施例 この発明は、神経サイバネテイツク・スペクト
ル識別と呼ばれる原理を使用して動作し、次の方
法で作用する。一般に、神経は極微の直径を有
し、直径及び機能的性質の同質でない混合の中で
結合されているので、外部の電流を適当に制御
し、相当多数の他の神経の中に埋め込まれた特別
のグループの神経を選択的に活性化することは現
在可能ではない。スペクトル識別は外部の電流
（電子発生器）を“同調する”（tuning）ことによ
りこの基本的問題を克服し、選択された神径の電
子化学的性質に作用する。

識別器の設計において使用される電子化学的性
質は、活動電位、伝導速度、下応期、スレツシホ
ールド、安静状態膜電位およびシナプス４神経刺
激伝導部）伝導である。加えて、次の方法で説明
される中枢興奮状態と電位差波長異常高値と呼ば
れる脳の２つの通常の性質がある。

すべての神経は２つの機能の型、興奮と抑制に
分割される。スペクトル識別器は、てんかん性の
発作を妨げ又はふさぐことができる抑制神経を選
択的に活動化するように働く。換言すれば、これ
らの特別な抑制神経は各種機能及び性質の神経繊
維の束又はケーブルの中に組み込まれている。一
束のこのような神経は代表的には10万以上の個々
の繊維からなり、そして混合された興奮及び抑制
の特質を含む。識別器の重要な設計はてんかん性
の発作に対して抑制するのに頂度関係するわずか
の神経を活動化することである。

このように、神径の広いスペクトル内で所望の
繊維を“識別する”ことが可能とならなければな
らない。これが重要である１つの理由は、もし、
興奮繊維が抑制繊維と共に同時に活動化されるな
らば、そのとき発作の抑制の所望の効果はだめに
されることである。特定の電子化学信号によつて
影響される中枢興奮状態と呼ばれる脳において興
奮及び抑制の平衡がある。発作は神経の電位差波
長異常高値放電に基づくような異常レベルまで中
枢興奮状態を増加する。スペクトル識別のための
第２の理由は、不必要に他の神経を活動化するこ
とにより、望ましくない副効果を妨げることであ
る。

てんかん性の発作をふさいだり妨げることにお
いて、選択された神経の効果のための生理学上の
基礎がある。これらの神経の活動はシナプス伝導
を経て網状組織に効果を生じる。網状組織は、ど
のような異常さがてんかん性発作へと導いても重
要であると論証された。網状組織は、大脳皮質と
脊髄への神経結合で、後脳（髄）から中脳（視
床）まで拡大する比較的大きくて不均一に構成さ
れた構成である。大脳組織を直接電子的に活動化
することは、その大きい範囲及び生命の中心に近
接するために実際的で無い。このため、どんな神
経が大脳組織を十分に支配して大脳組織に重要な
効果を生じるか、てんかん性の発作の抑制を生じ
る正味の効果を発見することが重要である。

脳の危険な処置を有する補綴をインターフエイ
スする目的のため、抑制はまた負のフイードバツ
クの同等な技術用語によつて呼ばれる。さらに、
発作は、脳組織から脳の発作位置まで負のフイー
ドバツクの一時的欠如又は減少によつて始まる可
能性がある。適切に選択された神経を活動するこ
とにより、補綴はこの負のフイードバツクの復元
を生じ、そして発作を防止する。

スペクトル識別の接近は伝導速度、直径、不応
期、スレツシホールド、膜電位、活動電位、後電
位、電位差波長異常高値及びシナプス伝導の基礎
的性質を利用することである。これらの性質に基
づいて、パルス発生器のパラメータは周波数、パ
ルス波の持続期間、波形、電圧又は電流及びパル
ス列の持続期間の項目で選ばれる。加えて、膜の
時間依存性直流極性化は“ゲート”効果を生じる
ために使用される。

“ゲート”効果は神経膜の極性化特質に基づい
ている。神経膜にわたる膜電位は１ブロツクの伝
導が終端する点で増加される。それは、一層速い
伝導動作繊維から比較的遅い伝導動作繊維を分離
する方法である。たとえば、神経が活動化される
とき、より高速(A)の活動電位はより低速(C)をリー
ドするであろう。神経膜の“極性化”ブロツクは
Ａを停止し、そしてＣでなくＡが持続動作から妨
げられることが正味（ネツト）の結果であるよう
にそのブロツクは、Ｃが到達する前に取り除かれ
る。

次の段階はスペクトル識別によつて発生される
電流の軌跡を決定することである。この問題は電
子パルス発生器と脳の内部で発生された制御信号
の間のインタフエイスの重要な領域に関係する。
加えて、パルス発生器は脳の外部へ置かれるが、
同時に電流はその位置が患者から患者へと特定し
そして再生できるように神経の密集した同一視で
きる領域にセツトされる性質、セル体が電流のた
めに目標にされるエリア内に置かれない（電流に
よるセル識別の可能な生成に基づく）性質、およ
び神経がシナプス接合の位置を経て脳作用に望ま
しい効果を生じる性質を、このインターフエイス
は有するべきである。

スペクトル識別による分析は、すべてのそれら
の効果のために最も望ましい頭蓋外の目標が頭蓋
神経であることを示している。特定の頭蓋神経
は、神経学上の問題で有益な効果のために最適で
あると決定されてきた。特に、迷走神経はてんか
ん性の発作の制御のために最適の位置にある。

もし、神経の全スペクトルが知られて無いなら
ば、スペクトル識別器によつてすべての神経繊維
を活性化してオシロスコープ上の応答を記録する
ことが可能である。この全繊維スペクトルから、
神経の適当な部分集合の活動を選択するために、
スペクトル識別器のセツト動作を決定することが
可能である。

このように、スペクトル識別器の操作によつ
て、所望の調整信号を生じ得る神経を一致させる
ことが可能である。スペクトル識別器は治療学上
の補綴方法だけでなく、神経学上の問題におい
て、有効な神経組織位置を決定するための分析法
である。

本神経サイバネテイツク補綴は発作の持続期間
のみに開始される必要がある。それは手動（患者
により）又はセンサーフイードバツク・システム
により自動的に始動され得る。多くのてんかん患
者は前兆と呼ばれるけいれんに直ちに先立つ感知
される印を有する。前兆の開始時に、患者はデバ
イスを始動して発作を妨げることができるだろ
う。一方、神経サイバネテイツク補綴はセンサ・
フイードバツク・システムを含み、自動的に発作
を閉鎖することができる。このフイードバツク・
システムは特別に設計されたセンサを含み、電位
差波長異常高値活動の発生に生じる。状態パラメ
ータの値の相対的な瞬間の変化を測定する。この
ようなパラメータは、電子大脳撮影（エレクト
ロ・エンセフアログラフイツク）波、呼吸変化、
心摶度数変化、チツク病又は間代性筋けいれん病
の痙動のような各種前兆又は運動性効果を含む。

本発明を実行するための電子回路の一例は、概
略的に第１図に示されている。回路は実質的にパ
ルス発生器１０を含み、このパルス発生器は秒当
り30と80の間の周波数を有する電子パルス、0.3
と１ミリ秒間のパルス持続およびほぼ１と10ミリ
アンペア間の定常電流を発生することができる。
パルス発生器からの出力信号の周波数、パルス幅
及び電圧又は電流レベルは制御手段１２，１４お
よび１６により変られる。電極リード１８と２０
は電型２２と２４に接続され、これら電極は以下
にさらに詳しく述べられる方法で迷走神経に与え
られる。

発明の好ましい実施例において、電池パツクと
他の関連する回路を有するパルス発生器１０は、
好ましくは十分に移植されるように意図されてい
る。この理由のため、発生器はエポキシ・チタニ
ウム殻（又は同様な生物的互換性のある材料）に
包含されている。上述したように、本発明は神経
サイバネテイツク９スペクトル識別の原則を利用
し動作する。そこで、補綴は、選択された神経の
特別な性質（線形及び非線形）に応答するため所
望の電流パラメータを結合しなければならない。
この結果、デバイスの命令信号は次の特別の神経
の性質、即ち、不応期、伝導速度、スレツシホー
ルド及び脳抑制状態の関数である。ある点で、電
流パラメータは特定された神経の性質“同調”さ
れなければならない。

パルス発生器１０がパルス信号の各種電流パラ
メータを変えるために手段１２，１４および１６
と共に与えられるのは前述の理由のためである。
所望のパラメータは、電極２２と２４を迷走神経
へ与えそして所望の医学上の効果が生じるまで電
流パラメータを変えることにより選択される。

この“同調”は、パルス発生器が差し込まれた
後に実行されなければならないから、本発明は電
流パラメータを経皮で変えるための手段を与え
る。これは、電磁石３２と外部プログラマ３４に
より遠隔的に制御される移植されたパルス発生器
１０に関係するリード・スイツチ３０によつて達
成される。これが達成される確実な方法及びこれ
と関連する回路は心臓ペースメーカの“同調”と
連結して同様な技術が広く使用されてきたので当
業者には周知である。

第１図に示されるデバイスは、完全な移植のた
めに意図されている。また、本発明を部分的移植
で実行することができる。これは第２図に示され
るように、コイル３８とダイオード４０を含むレ
シーバ３６の使用により達成される。レシーバ
は、移植され、リード１８と２０を介して迷走神
経上の電極２２と２４に接続されるようにエポキ
シチタニウム殻に包含されている。無線周波数送
信器４４を変調し、そして所望のときにレシーバ
３６に無線周波数信号を送信するアンテナ４６に
その無線周波数信号を伝えるパルス発生器４２が
経皮に置かれている。パルス発生器４２がまた、
所望の電流パラメータが得られるように同調でき
ることが前もつて明白であるべきである。パルス
発生器４２、送信器４４及びアンテナ４６は、必
要なときにそれが動作される必要があるようにレ
シーバ３６の近くの人体に永久に身につけられる
か、又は人のポケツト又は同様なものの中に分離
して持運ばれそして必要なときはいつでも使用さ
れるかのいずれかである。

本発明の神経サイバネテイツク補綴がてんかん
性の発作を妨げるために使用されるときは、電流
発生器が即ちにけいれんに先んずるうえでオンさ
れることが必要である。多くのてんかん患者は前
兆と呼ばれるけいれんに直ぐに先じる感覚上の印
を有する。前兆の開始時に、患者はデバイスをオ
ンして手動で操作されるスイツチの使用により発
作を妨げることができる。完全に移植された補綴
をもつてさえ、瞬時接触スイツチ、電磁的に動作
されるリードスイツチ又は多くの他のデバイスは
体の外側から動作され得るように備えられる。

センサ・フイードバツク・システムを有する補
綴を与え、自動的に発作を閉鎖することが、また
可能である。このようなシステムの一例は第３図
に示され、電子大脳撮影波を測定するための付加
頭皮電極４８と５０を含む。電極４８と５０の出
力は増幅器５２により増幅され、そしてフイルタ
５４を通つてレベル検出器５６へと与えられる。
レベル検出器５６は電子大脳撮影波信号の重要か
つ所定の変化を感知するとき、自動的にパルス発
生器１０を始動し、パルス発生器１０は逸走保護
回路５８と電圧制御回路６０を介して電極２２と
２４へ要求されたパルスを供給するだろう。

電子大脳撮影波の感知動作が、神経サイバネテ
イツク補綴を自動的にオンするための例として上
述のように使用されたが、他の状態パラメータが
センサ・フイードバツク・システムを与えるため
に測定され得ることは明らかである。このような
他のパラメータは呼吸変化、心摶度数変化、いろ
いろな前兆、又はチツク病又は間代性けいれん病
の痙動のような運動性効果を含んでも良い。この
結果、けいれん性の電位差波長異常高値放電に先
行する信号を生じるセンサ・フイードバツクによ
り補綴は活動化される。

第４図は迷走神経上の電極の配置を例示し、隣
接した組織を有する迷走神経の関係を示す。電極
は、それ自体が知られている単一の電極片６２と
して示されている。電極片６２は正及び負の電極
の両方を含む。

迷走神経２６の長さに沿つて、電極片６２を置
くか又は電極を実質上どこかに分離することは理
論的に可能であるが、心摶度数の最小ののろい動
作は内部心臓神経６４の下に電極を置くことによ
り達成される。電極は迷走神経の上又は隣接して
置かれても良い。しかしながら、負の電極は脳に
近くそして正の電極は脳に遠くにすることが本質
的である。ある場合には、正電極は無関係な電極
として使用され、体の異なる部分に置かれても良
い。たとえば、移植されたパルス発生器１０のケ
ース２６は、ある場合には、正電極として使用さ
れ得る。

第４図に示されるような電極片は好適な実施例
である。しかしながら、各種知られた電極が使用
され得ることは当業者には容易に明らかである。
電極は神経に直接接して又は神経組織と間接的に
接して置かれても良い。もし銀電極が使用され無
いならば、神経自体の上の人工電極の配置状態が
有害な効果を有するという指摘は無い。

第５図に示されるように、腋即ち、わきの下は
パルス発生器１０の配置のために好適な位置であ
る。腋は移動の自由を許容している間パルス発生
器のために保護を与え、そして電極片６２に近接
している。電極片を移植するためになされた切り
口とパルス発生器を移植するためになされた切り
口との間の皮下のトンネルは金属ロツドで作られ
得る。プラスチツク管がそのときトンネルの中に
挿入され、そのトンネルを通して電極リード１８
と２０が過度の牽引力もなく通過し得る。

本発明は、その趣旨又は実質的特徴から離れる
ことなく他の特定の形式で実施でき、したがつて
本発明の範囲を示すとき前述の詳細な説明よりも
特許請求の範囲を参照されるべきである。