KR20200056984A - 광생체조절을 이용한 자동화된 개인별 뇌 조절 시스템 및 방법 - Google Patents
광생체조절을 이용한 자동화된 개인별 뇌 조절 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 경두개 (두개골을 통해) 및 비강 (비강을 통해) 위치의 조합으로부터 뇌로 종합적으로 치료 광 에너지를 지향시키는 신규 광생체조절(PBM) 시스템 및 방법을 제공한다. 바람직하게는, 본 발명은 또한 본 발명의 PBM 장치가 진단 도구와 조합하여 비정상적인 뇌 기능의 지능적, 자동적, 지리적 거리에 의해 제한되지 않는 강화된 치료를 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 신경 자극 요법을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 광생체조절을 이용한 자동화된 개인별 뇌 조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.
많은 뇌 치료 전문가들은 많은 신경 질환과 뇌 손상에 대해 효과적인 의약품이 부족하다는 견해를 나타낸다. 이러한 상태에는 외상성 뇌 손상(TBI), 뇌졸중, 다발성 경화증(MS), 정신 분열증, 자폐증, 불면증, 외상 후 스트레스 장애(PTSD), 치매 및 알츠하이머 병(AD), 파킨슨 병(PD) 및 기타 여러 가지 신경 질환 및 손상이 포함될 수 있다. 이용 가능한 의약품이 위약(placebo)보다 좋지 않거나, 심지어 해로울 수도 있다는 일부 견해가 있다. 결과적으로, 신경 질환과 뇌 손상을 겪는 많은 환자들은 비-약리학적 치료법을 찾는다. 광생체조절(photobiomodulation)은 신뢰성 있는 것들 중 하나로 부상하고 있다.
광생체조절
(
PBM
):
저수준 광선 요법(low-level light therapy, LLLT)으로도 알려진 광생체조절(PBM)은 치매 및 AD를 포함한 여러 가지 질환을 치료할 수 있는 바이오 자극 기법이다.
PBM 상호 작용의 생화학적 메커니즘은 직접 효과와 간접 효과로 분류될 수 있다. 직접 효과에는 Na+/K+ ATPase와 같은 이온 채널의 활동 증가가 포함되며, 간접 효과에는 칼슘, 사이클릭 아데노신 모노 포스페이트(cAMP) 및 반응성 산소 종 (ROS)과 같은 중요한 2차 메신저 조절이 포함되며, 이들 모두는 다양한 생물학적 캐스케이드(biological cascade)를 초래한다. 이러한 생물학적 캐스케이드는 항상성 유지 및 보호, 항산화 및 증식성 유전자 인자의 활성화와 같은 영향을 초래할 뿐만 아니라 신경인지 장애가 부족한 뇌 혈류와 같은 계층적인 반응을 초래한다.
PBM의 작용에 대해 가장 잘 확인된 작용 기전은 미토콘드리아 기능에 대한 근본적인 효과이다. PBM은 복합체 I, II, III, IV 및 숙신산 탈수소 효소를 포함하는 미토콘드리아의 전자 수송 사슬에서 복합체의 활성을 증가시키는 것으로 입증되었다. 복합체 IV에서, 효소 시토크롬 c 산화 효소(CCO)는 광 수용체 및 변환기로서 기능한다. CCO는 구체적으로 PBM에서 처리될 수 있는 빛의 파장인 적색(620-700 nm) 및 근적외선(780-1110 nm) 스펙트럼의 빛을 수용하고 변환한다. 이 공정은 생산된 ATP의 양뿐만 아니라 사이클릭 아데노신 모노 포스페이트(cAMP) 및 반응성 산소 종(ROS)을 증가시킨다. ATP의 증가는 cAMP 및 칼슘을 조절하는 이온 채널의 활성을 증가시켜, 다양한 생물학적 캐스케이드를 자극하고 전사를 위해 최대 110개의 유전자를 활성화시켜, 미토콘드리아에 의한 치유 및 회복 활동을 이끌고, 에너지 생산의 연장을 이끈다. PBM에 대한 가장 두드러진 반응 중 하나는 나트륨 펌프와 Na+/K+ ATPase의 활성화이며, 이를 통해 막 안정성과 탈분극에 대한 내성이 향상된다.
뇌 네트워크의 변화에 변조가 나타날 수도 있다. 이러한 변화를 관찰하는 일반적인 기술로는 기능성 자기 공명 영상(fMRI), 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 및 뇌파검사(EEG)가 있다. EEG는 진동 네트워크의 동기화와 관련된 전기 생리학 신호를 측정하는 데 사용된다. 그들은 PBM에 의해 영향을 받는 것으로 여겨지는 뉴런 활동에 의존한다. 인터뉴런은 광범위한 축삭 신경총(axonal plexus)을 가지고 있으며, 그들의 회로 내에서 여러 뉴런을 동시에 억제할 수 있게 하는 것이 이러한 광범위한 양상이다. 인터뉴런은 화학적 또는 전기적일 수 있는 시냅스에 의해 연결되며, 이러한 시냅스는 전체 네트워크를 통해 강력하고 동기화된 리듬 신호를 전송하는 시냅스 억제로 이어진다. 인터뉴런과 그 기능을 분류하는, 가장 눈에 띄는 방법 중 하나는 칼슘 결합 단백질과 펩타이드의 발현에 의하는 것이다. Ca2 +-결합 인터뉴런은 두 가지 주요 유형이 존재한다: 파발부민(PV)-결합 인터뉴런 및 콜레시스토키닌 (CCK)-결합 인터뉴런. PV 인터뉴런은 빠른 네트워크 진동을 생성하는 데 관여하는 빠른 스파이킹 및 일관성을 유지하는 반면, CCK 인터뉴런은 느리고 신뢰성이 떨어지며, 네트워크 진동에 대한 기여도가 약하다. PV 인터뉴런의 기능 장애는 감마 진동의 활동을 감소시킨다. 반면에, 진동에서 CCK 인터뉴런의 역할은 세타 진동 동안의 세포 소성과 관련이 있다고 가정된다.
ATP 및 cAMP의 수준을 증가시키는 것 외에도, PBM은 광자가 CCO에 의해 흡수 될 때 CCO로부터 해리된 산화 질소(NO) 레벨의 증가를 초래하는 것으로 관찰되었다. CCO로부터 NO의 해리는 ATP 생산의 향상을 가져오고, 혈관 확장제 및 림프 유동의 확장제로서 작용하며, 다수의 유리한 세포 경로를 활성화시키도록 신호를 보낼 수 있다.
PBM
치료에 적합한 신경 질환:
생체 내(in-vivo) 뇌의 하나 이상의 영역의 광 조사로부터 이익을 얻을 수 있는 많은 잠재적인 신경 질환이 존재한다. 현재 대규모의 인간 대상 무작위 대조 시험에서는 입증되지 않았지만, 일부 소규모 인간 대상 연구에서는 PBM 치료의 가능성을 시사한다.
1. 뇌졸중, 신경 외상, 인지 및 정서적 정신 상태의 치료
연구는 뇌졸중과 신경 외상 모두에 대한 뇌 조사를 수행하였다. 예를 들어, 최근의 연구는 경두개로(transcranially) 전달되는 저에너지 광이 혈류를 30% 증가시킬 수 있음을 증명하였다. 이러한 광 조사에 의해 입증된 유익한 결과는 개선된 혈액 순환을 달성하기 위해, 혈관벽의 이완과 관련된 메커니즘인 산화질소 생성의 상당한 증가를 동반하였다. 따라서, 대뇌 혈류는 처리된 반구와 처리되지 않은 반구 모두에서 증가된 것으로 나타났다. 또한, 광 조사로 전처리된 대상자는 안정된 체온, 심박수 및 호흡 속도로 폐색기간 동안 개선된 혈류를 나타내었다. 전체적인 결과로서 뇌졸중 발생 동안 사멸 세포(apoptotic cell)가 현저히 감소하였다. 뇌졸중 발생 후에 저수준 근적외선 적색(NIR) 광의 정기적인 조사가 상당한 신경학적 회복과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이러한 회복 효과는 심실 영역 및 해마 치아 이랑(hippocampal dentate gyri)에서의 증가된 신경 확산 및 줄기 세포 생성 및 이동과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.
2. 외상성 뇌 손상의 치료
연구는 시토크롬 산화효소에 대한 저수준 광 조사와 산화질소 방출의 영향이 허혈성 뿐만 아니라 외상성 뇌 손상에 대한 광 조사 요법의 신경 보호 작용에 중요한 역할을 한다는 생체 내 증거를 제공하였다.
3. 신경 퇴행성 질환의 치료
뇌에 대한 광조사는 생체 내에서 신경 생성을 지원하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 광 에너지 조사는 파킨슨 병(PD), 알츠하이머 병(AD) 및 만성 외상성 뇌병증(CTE)과 같은 다양한 신경 퇴행성 질환을 잠재적으로 치료할 수 있다. PD 증상이 있는 마우스를 이용한 연구에서, 670nm 파장에서의 저수준 광조사는 실질 조직에서 도파민 세포의 손실을 방지하고 행동과 기능을 개선하는 데 도움이 된다는 것이 입증되었다. AD 증상의 개선은 동물 연구에서의 바이오 마커의 개선과 인간 사례 연구에서의 인지 및 기능의 개선에 의해 뒷받침된다.
4. 우울증 및 기타 정서적 결핍 치료
우울증 및 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 같은 정서적 장애의 표현형 발현은 전전두엽 피질 영역에서 대사 능력 감소와 관련되는 것으로 나타났다. 따라서, 전전두엽 피질 영역의 광조사는 이 영역에서 대사 능력의 증가를 야기할 뿐만 아니라 이러한 의학적 상태에 대한 잠재적인 신경 보호를 제공할 수 있다. 파일럿 연구에 따르면 주요 우울증과 불안으로 고통받는 인간 환자의 이마에 810nm 파장의 저수준 광이 조사되면, 전두엽 피질로의 혈류가 증가하여 우울증 점수가 63% 감소하였다.
5. 기억력 결핍의 치료
연구 조사에 따르면 뇌의 전전두엽 피질 부위에 1072nm 파장의 근적외선을 조사하면 개인의 기능 기억이 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 기억력 결핍 상태는 노인들 사이에서 흔하기 때문에, 뇌의 전전두엽 피질 부위를 치료하기 위해 광을 조사하는 방법을 사용하면 노화와 관련된 기억력 결핍 문제를 도울 수 있다.
6. 치매 및 알츠하이머 질환 치료
신경 퇴행은 의학적으로 치매로 식별되는 인지 장애로 이어질 수 있다. 치매의 한 유형인 혈관성 치매는 혈류 결핍으로 확인되며, 따라서, PBM으로 혈류를 개선하면 이를 치료할 가능성이 존재한다. 치매의 가장 흔한 그룹은 알츠하이머 병 (AD)이며, 이는 다수의 단백질 상호 작용 및 다수의 유전자와 관련되며, 아직 확립되지 않은 복잡한 병리를 갖는다. 이 퇴행성 신경 질환의 초기 신호/증상은 알츠하이머 병의 잠재적 위험에 대한 명백한 신호인 시토크롬 산화효소의 활성 감소의 형태로 국부적 뇌 대사 결함으로 나타난다. 뇌에 대한 PBM은 뇌 세포에서 시토크롬 산화효소를 활성화시키기 때문에, 경두개 PBM 시술(transcranial PBM procedure)은 AD의 발병을 완화시키는 데 도움이 될 수 있다.
알츠하이머 병에 대한 아밀로이드 캐스케이드 가설:
AD 환자는 그들의 뇌에 AD의 병리학적 특징으로 널리 인식되고 있는 노인성 플라크(senile plaque)를 형성하는 아밀로이드-β(Aβ)가 축적된다. 아밀로이드 전구체 단백질(APP)인 막횡단 당단백질은 대사적으로 처리되어 아밀로이드를 생성하거나(즉, Aβ 형성) 또는 비-아밀로이드 생성물을 생성한다. APP 유전자 및 APP를 절단하는 생성물(즉, 세크레타제 효소)을 형성하는 유전자에서의 돌연변이는 아밀로이드 캐스케이드 가설에서 중요한 역할을 한다. α-세크레타제 효소가 APP를 단백질 분해방식으로 절단하면, sAPPα라 불리는 신경보호 단편이 형성되어, Aβ의 형성을 방지한다. 그러나, APP가 β-세크레타제에 의해 순차적으로 절단되고, 이어서 γ-세크레타제에 의해 절단되면, Aβ가 형성된다. 아포지질단백질 E(ApoE) 유형 4는 발병 초기 AD에 대해 가장 중요한 공지된 위험 인자로 확인되었다. 아밀로이드 캐스케이드 가설은 현재까지 성공하지 못한 AD에 대한 많은 약물 표적을 제공하였다. 약물이 아밀로이드 플라크 로드의 일부를 제거할 수 있었을 때, AD의 증상 개선으로 해석되지 않았고, AD 증상이 발생하지 않은 Aβ를 가진 사람들이 존재한다. Aβ 플라크가 AD의 병리학적 특징으로 인식되었지만, 질병에 대한 그들의 기여 정도는 명확하게 이해되지 않았다.
Aβ의 축적에 의해 형성된 노인성 플라크의 축적 이외에, 신경 섬유 엉킴(NFT)은 또한 AD의 병리학적 특징이다. NFT는 과인산화된 미세소관 관련 타우 단백질로부터 형성된 세포내 구조이다. 이들 단백질은 자가 응집되어 직선 및 쌍을 이루는 나선형 필라멘트로 알려진 불용성 형태가 된다. 뉴런에서 타우의 축적은 NFT가 형성되기 전에 시작되는데, 이는 AD에서 단백질 키나제 및 포스파타제의 활성의 초기 불균형이 있음을 시사한다. 타우 단백질, 타우 인산화, 타우 올리고머화, 타우 분해 및 타우-기반 백신 접종을 포함한 타우-기반 표적에 대한 여러 약물 시험이 집중적으로 수행되었다. 현재까지 이러한 시험 중 어느 것도 성공하지 못하였다. 한편, AD에 대한 병인학(etiology)은 AD 연구에서 지속적으로 중요한 것으로 간주되고 있다.
알츠하이머 병에 대한 미토콘드리아 캐스케이드 가설:
보다 최근에, AD의 미토콘드리아 캐스케이드 가설은 AD의 병인을 설명하는 주요 메커니즘으로서 점점 더 주목을 받고 있다. 미토콘드리아는 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 형태로 세포 에너지를 공급함에 따라 신경 기능에 필수적이다. 또한, 미토콘드리아는 시냅스 가소성을 위한 에너지를 제공하는데, 이 메커니즘은 뇌가 시냅스 수준에서 정보를 경험하거나 사용하고 인코팅하도록 적응시키는 메커니즘이다. 미토콘드리아 기능 장애는 AD에서 보이는 시냅스 가소성의 장애에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. 그들은 시냅스 말단에서 풍부하게 발견된다. 미토콘드리아 기능의 장애는 시냅스 기능 장애, 감소된 시냅스 및 뉴런 성장 및 세포자멸과 관련된다. AD 환자의 뇌에는 미토콘드리아 기능 장애가 잘 기록되어 있다. 이들의 기능 장애는 해마 및 쐐기앞소엽(entorhinal cortex)과 같은 기억과 관련된 뇌 영역을 포함하는 AD 환자의 뇌에서 발생하는 뇌 포도당 대사의 결핍의 주요 원인이다. 결핍은 임상 증상이 나타나기 전에 잘 발생한다. AD에서 관찰된 미토콘드리아 기능 장애는 또한 감소된 미토콘드리아 효소 활성, 감소된 호흡 사슬 복합체의 활성 및 증가된 산화 스트레스를 생성하는 과도한 수준의 반응성 산소 종(ROS)으로 표현된다.
미토콘드리아 기능 장애를 통해, APP 처리가 Aβ 생성을 형성하는 것으로 확인할 수 있음이 입증되었으며, 그것이 아밀로이드 캐스케이드를 구동하는 요인임을 시사한다. 개별적인 위험 인자로 인해 증가된 산화 스트레스 및 약간 증가된 Aβ의 존재는 Aβ 침착물의 형성 전에 미토콘드리아 기능 장애를 잘 유발한다. 시간이 지남에 따라 ROS가 증가하면 미토콘드리아에 대한 추가 손상이 발생하여, 자체 공급 피드백 루프가 초래되어, Aβ 생성 및 추가적인 미토콘드리아 손상이 증가한다. 또한, 미토콘드리아 기능 장애는 염증을 형성하고, 타우 인산화에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 본 이론은 미토콘드리아 기능 장애가 신경 퇴행 및 AD-관련 결함을 유발하는 주요 병리학이라고 제시한다.
AD 노화에서 나타나는 감소의 중요한 근본 원인으로서 미토콘드리아 장애의 관련성을 고려할 때, AD 환자에서 미토콘드리아 기능 장애에 대응하기 위한 PBM 요법은 질병 치료제로서의 가능성을 보유하고 있다.
디폴트 모드 네트워크( DMN ):
뇌의 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN)는 알츠하이머 병, 치매, 자폐증, 정신 분열증, 우울증, 만성 통증, 파킨슨 병, 다발성 경화증(MS) 및 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 관련되어 있기 때문에 관심을 끌고 있다. DMN은 개인이 기억 회복, 미래 구상 및 타인의 관점을 포함하여 내부적으로 집중된 정신 활동에 참여할 때 활성화된다. 뇌 장애와 관련하여 연구자들은 DMN에서 "피질 허브(cortical hub)", 종종 "노드(node)"로 지칭되거나 때로는 DMN의 "하부 구역(subdivision)"과 통합된 것으로 식별된 표적화된 넥서스를 발견하였다. 이러한 허브/하부 구역은 DMN에서 고도로 연결되어 있지만 일부는 네트워크 외부에 있을 수 있다. 피질의 허브는 별개의 기능적으로 특화된 개별 시스템을 상호 연결하는 것이 제안되었다. 이 허브/하부 구역은 전내측 전전두엽 피질(ventral medial prefrontal cortex, vmPFC), 후측 중간 전전두엽 피질(dorsal medial prefrontal cortex, dmPFC), 후방 대상 피질(posterior cingulate cortex, PCC), 쐐기앞소엽 (precuneus, PCu), 측두엽 피질(lateral parietal cortex, LPC) 및 내후각 피질(entorhinal cortex, EC)을 포함한다. 양전자 방출 단층 촬영(PET) 아밀로이드 영상을 통해, 이들 허브는 이들 허브의 위치와 일치하는 위치에서 높은 아밀로이드-침착을 보여주었으며, 이는 허브가, 정보 처리를 위한 중요한 방법 스테이션으로서 역할을 하면서, AD에서 병리학적 캐스케이드를 보강시킬 수 있는 가능성을 시사한다. 실험은 알츠하이머 병에서 Aß 침착이 피질 허브의 위치에서 우선적으로 발생하는 것으로 나타났다. vmPFC, dmPFC, PCC, PCu 및 LPC는 두피의 선택된 위치에서 810 nm로 발광 다이오드(LED)를 이용하여 도달할 수 있다. (메모리 처리를 위한 해마 영역을 포함하는) EC는 LED를 이용하여 비강 바로 위의 후각 전구로부터의 직접 돌출부를 통해 큰 부분인 비강 내에 도달할 수 있다.
다른 중요한 뇌 네트워크는 현출성 네트워크(salience network, SN)일 수 있다. AD 및 PD와 같은 신경 퇴행성 질환은 DMN을 표적으로 하는 반면, 전측두 치매(frontotemporal dementia, FTD)와 같은 행동 변이 장애는 보다 전방에 위치한 SN을 표적으로 한다. DMN은 전체 뇌로 식별되는 반면, SN은 전측 뇌섬염(anterior insula) 및 전측 대상 피질에 의해 고정된 전방 및 전측 측두엽을 강조한다. DMN과 SN은 서로 다를 수 있지만, 많은 활동에서 서로 연결되어 있다. SN은 DMN과 중앙 집행 네트워크(central executive network, CEN) 사이의 스위치를 구동하는 데 중요한 역할을 한다.
광생체조절(PBM)은 피질 허브의 병변에 있는 뇌 세포를 잠재적으로 자극하여 치료할 수 있다. 연구자들은 저에너지 적색광에 노출될 때 세포가 스스로를 복구한다는 것을 발견하였다. 연구 데이터는 근적외선 조사가 세포의 생존력을 보호하고 산화 스트레스의 경우 신경 돌기 성장을 자극하는 것을 제시한다. AD를 갖는 이식 유전자를 지닌 마우스는 경두개 PBM을 이용하여 기억 기능 및 인지 기능을 회복시켰다. 이들 마우스의 뇌에 대한 부검 결과를 통해 AD 바이오 마커, Aβ 플라크 및 신경 섬유 엉킴과 관련된 병변의 감소가 확인되었다.
피질 허브의 병변과 관련된 신경 장애:
피질 허브의 병변은 적어도 하기 뇌 장애와 관련이 있다고 제안되어 왔다: 정신 분열증, AD, FTD, PD, 측두엽 간질, 질드라 투렛(Gilles de la Tourette) 증후군, 급성 뇌 손상(코마). 허혈 및 산화 스트레스 또한 이러한 병변으로 확인된다.
뇌 활동을 측정하는 진단 도구:
뇌 활동 및 기능의 측정은 기능적 자기 공명 영상(fMRI), 기능적 근적외선 분광법(fNIRS), 자기 뇌파 검사(MEG) 및 뇌파 검사(EEG)와 같은 몇 가지 안전하지만 간접적인 측정으로 가능하다.
뇌파 검사( electroencephalography , EEG):
뇌파 검사(EEG)는 두피 표면에서 뇌의 전기장을 측정하는 기술이며, 뇌 기능을 연구하기 위해 수년에 걸쳐 사용되어 왔다. 이 전위장(electrical potential field)은 주로 동기식 신경 활동의 결과인 전압 값의 지형 분포를 산출한다. EEG 장치는 하나 이상의 전극을 포함하며, 이들은 두피를 따라 배치된다. 전극은 뇌의 뉴런 내에서 이온 전류로 인한 전압 변동을 측정한다.
EEG는 몇 가지 특징적인 주파수 대역으로 그룹화할 수 있는 진동 패턴을 나타낸다. EEG 신호는 진폭, 위상 및 시-공간 패턴으로 특징지어 진다. 일반적으로 사용되는 새로운 고급 분석 기술은 EEG의 다른 기능을 노출하며, 이를 뇌의 특정 인지 및 신경 기능(지각, 기억, 감정, 언어, 행동 및 기타 인지 과정)에 성공적으로 연결한다. 많은 신경 퇴행성 및 신경 정신병적 장애에서 비정상적인 진동이 관찰되었으며, 이들은 증상의 중증도와도 관련된다. 신경 진동은 다양한 뇌 기능을 설명하기 위해, 델타, 세타, 알파, 베타 및 감마 진동과 같은 5개의 표준 주파수 대역으로 분류된다.
델타 진동: 델타 진동은 일반적으로 1 내지 3Hz 범위이다. 이러한 리듬은 뇌 시상에서 발견되며, 깊은 수면과 관련된다. 다른 진동과 달리, 델타 파는 뉴런의 기능이 손상되는 다른 퇴행성 신경 질환에서 향상된다. 델타 진동의 또 다른 특징은 다른 진동과 비교할 때, 인지 기능에 대한 훨씬 더 먼 간접적인 효과이다. 몇 가지 증거를 통해 정신 작업 중에 다른 외부 신경 네트워크의 간섭을 침묵시키는데 델타 파의 역할을 유추한다. 참가자는 하나의 자극에만 응답하고(일반적으로 버튼을 누름), 다른 모든 자극을 무시해야하는 패러다임인 Go/No Go 작업 동안, 뇌의 중앙, 정수리 및 측두 영역에서 증가된 델타 파워가 확인된다.
세타 진동: 세타 대역은 약 4 내지 7Hz의 주파수를 가지며, 이는 해마에서 발견되며, 꿈꾸는 수면과 관련된다. 세타 대역은 일반적으로 인코팅, 보존 및 검색의 메모리 프로세스 동안 활성화되고 증가된다. 일부 예시는 메모리 작업 중 세타 동기화 및 시맨틱 검색(semantic retrieval) 중 세타 비동기화가 포함한다.
알파 진동: 알파 대역은 8 내지 12Hz 범위의 주파수를 가지며, 일반적으로 뇌의 후방 영역과 중앙 지역에서 확인된다. 알파 파는 일반적으로 눈을 감고 편안하면서도 휴식 상태에서 나타난다. 알파 진동은 신경망 억제의 시간적 변동에 관련 될 가능성이 높다. 특정 신경 메카니즘은 시상 피질 루프(thalamocortical loop), 리드미컬하게 발생하는 피라미드 세포, 국소 인터 뉴런 및 마지막으로 시냅스 입력과 다른 시간 제약과의 상호 작용과 같은 알파 진동을 생성하는 것으로 나타났다. 다중의 명백한 신경 메커니즘이 이러한 주파수를 생성한다는 사실은 뇌에는 많은 독립적인 알파 생성기가 존재함을 시사한다. 알파 활성화의 변화는 장기 메모리 및 단기 메모리를 측정하는 작업 뿐만 아니라 인코팅, 검색 및 보존의 메모리 처리 중에 나타난다.
베타 진동: 베타 진동은 중간 범위의 신경 진동 주파수 대역 어딘가에 있으며 일반적으로 약 13 내지 30Hz이다. 베타 파는 뇌의 정면 영역에서 발견되며, 경보(alert) 및 집중 상태(concentrated state)와 관련된다. 5가지 유형의 진동 중 베타는 전형적으로 한 가지 유형의 작업을 제외하고, 메모리 성능과 관련성이 가장 낮은 것으로 여겨져 왔으며, 시각적 업무 메모리 작업 동안 세타 파워가 증가함에 따라 베타 파워가 감소하는 것으로 나타났다. 베타 진동은 운동 및 감각 처리와 독점적으로 관련된 것으로 생각되어 왔으며, 연구는 기억과 인지 기능과 관련이 별로 없는 것으로 나타낸다. 그러나 베타 파가 실제로 보충적인 역할을 할 수 있음을 나타내는 최근 누적된 보고에 대한 추가 연구 결과가 보도된다. 현재 작업의 요구에 따라, 베타 진동은 피질 영역 내부 및 피질 영역 사이의 앙상블 형성을 매개한다고 제안되었다. 알파, 세타 및 감마 파와 유사하게, 베타 파도 메모리 유지 보수 작업 중에 증가하는 것으로 보인다. 베타 동기화는 현재 관련된 작업 규칙 및 자극 범주와 일치하는 것으로 보인다. 특히 베타 파의 일반적인 변화는 메모리 유지 보수 작업의 지연 처리에서 늦게 나타나며, 이는 베타 진동으로 인해 작업의 변화하는 요구에 따라 필요한 피질 표현의 "재활성화"가 발생함을 나타낸다.
감마 진동: 감마 진동은 30 내자 50Hz 이상의 범위를 갖는, 훨씬 높은 주파수를 가진다. 감마 대역은 뇌의 체성 감각 피질(somatosensory cortex)에서 발견되고, 감마 대역을 생성하는 관련 뇌 상태와 관련되며, 이는 갑작스런 활동의 파열로 나타난다. 연구 증거에 따르면 감마 대역은 메모리 인코팅과 관련된다. 예를 들어, 해마의 감마 파워와 스파이크 감마 간섭(spike gamma coherence) 모두는, 원숭이 연구에서 실패한 인코팅과는 대조적으로, 정보를 성공적으로 인코팅하는 동안 더 높게 나타난다. 인간 대상, 해마 및 또한 피질 영역(체성 감각 피질)에서도 유사한 효과가 관찰되었다. 감마 대역은 작업 메모리와 관련되며, 연구에 따르면 작업 메모리 업무(working memory task) 동안 메모리에 보관되는 항목 수가 증가함에 따라 감마 파워가 증가하는 것으로 보고된다.
뇌 진동의 비정상은 신경학적, 신경정신과적 및 신경퇴행성 질환에서 매우 흔하다. 연구에 따르면 AD 환자의 세타 및 델타 활동 증가와 알파 및 베타 활동 감소가 보고된다. AD 환자에게서, 휴식 중 후방 알파 파워의 감소가 관찰된다. 이 알파 파워의 감소는 AD의 중증도와 인지 장애와 관련된다. 또한, 두 주파수 대역 사이의 연관도의 척도인 간섭을 조사할 때, AD 환자에게서, 알파와 베타 대역 사이의 간섭의 감소가 종종 발견된다. 중요하게도, 이러한 비정상은 질병의 중증도와 관련된다.
기타 진단 도구:
기능적 근적외선 분광법(fNIRS)은 근적외선(NIR) 감쇄 또는 시간적 또는 위상적 변화의 측정으로부터 해결된 발색단 농도의 정량화를 포함하는 비-침습적 이미징 방법이다. fNIR은 뇌의 혈액 산소화에 관한 생리학적 변화에 민감하며, 이와 관련된 비정상을 찾는데 유용할 수 있다. 이러한 비정상은 인지 기능 장애와 관련이 있다.
기능적 자기 공명 영상(fMRI)은 혈류와 관련된 변화를 감지하여 뇌 활동을 측정한다. 이 기술은 뇌 혈류와 신경 활성화가 결합되어 있다는 사실에 의존한다. 임상의는 fMRI를 사용하여, 뇌의 네트워크 활동을 맵핑(mapping)하며, 종양, 뇌졸증, 두부 및 뇌 손상 또는 AD와 같은 질병 및 자폐증과 같은 발달 장애의 영향을 감지한다.
다양한 진단 도구가 사용되어, EEG에 의해 검출된 비정상적인 뇌 진동과 같은 신경학적, 신경정신과적 및 신경퇴행 질환을 나타내는 패턴을 검출한다. 이러한 진단 도구에 의해 검출된 이 데이터를 사용하는 것이 유리할 것이며, 펄스 주파수 및 파워와 같은 다양한 개입 매개변수를 조정한 후 PBM에 의하여, 이러한 질환을 보다 정밀하게 치료할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 대상체의 생존하는 인간 뇌의 비침습성 신경자극 요법의 수행 시스템을 제공하며, 비침습성 신경자극 시스템은:
(A) 하나 이상의 구성 조사 유닛의 각각은:
대상체의 두개골에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성된 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전달 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및
각각의 구성 조사 유닛의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 두개골에 조사하여, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며,
두개골에 적용한 후에 광 에너지를 방출하고, 두개골 내로 및 두개골을 통해
생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 하나 이상의 구성 조사 유닛;
(B) 하나 이상의 구성 조사 유닛을 지지하고, 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전송 외부 표면을 두개골 상의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 프레임;
(C) 호흡하는 대상체의 능력에 대해 실질적인 장애를 유발하지 않고, 대상체의 비강 조직을 침범하지 않으면서, 콧구멍의 비강 공간 내로 생체 내 삽입에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성된 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전송 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 비강 조직을 관통하고 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며, 생체 내 삽입 후에 비강 내로 임의의 원하는 방향으로 광 에너지를 방출하고, 비강으로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 구성 조사 렌즈;
(D) 구성 조사 렌즈를 지지하고, 구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 광 에너지 전송 외부 표면을 대상체의 비강의 내부 라이닝(lining)에 인접한 콧구멍 내의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 자가-조사가능한 애플리케이터 수단;
(E) 재충전 가능한 직류 전원; 및
(F) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 구성 조사 렌즈로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로의 광 에너지 전달을 제어할 수 있는 휴대용 컨트롤러 조립체;를 포함하고, 휴대용 컨트롤러 조립체는: (i) 전원으로부터 휴대용 컨트롤러 조립체로 전달되는 직류 전류를 수신하는 수신 회로; (ii) 수신 회로에 의해 수신되는 상기 직류 전류의 흐름을 제어하고 지시하는 중앙 처리 유닛; (iii) 컨트롤러 조립체로부터 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 상기 직류 전류를 전달하는 전달 회로; (iv) 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 직류 전류를 중앙 처리 유닛으로 전달하는 적어도 하나의 커넥터; 및 (v) 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛과 전기 통신하여, 상기 직류 전류를 상기 중앙 처리 유닛으로부터 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 전달하는 적어도 하나의 커넥터를 포함하며, 휴대용 컨트롤러 조립체는 파장, 간섭, 에너지, 전력, 복사 노출, 노출 시간, 파장 유형, 펄스 주파수, 분수 프로토콜, 듀티 사이클, 광선 스폿 및 광선 투과 거리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로부터 방출된 광 에너지를 제어한다.
다른 측면에서, 본 발명은 대상체의 생존하는 인간 뇌의 비침습성 신경자극 요법의 수행 방법을 제공한다. 비침습성 신경자극 방법은:
(A) 하나 이상의 구성 조사 유닛의 각각은: 대상체의 두개골에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성된 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전달 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및 각각의 구성 조사 유닛의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 두개골에 조사하여, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며, 두개골에 적용한 후에 광 에너지를 방출하고, 두개골 내로 및 두개골을 통해 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 하나 이상의 구성 조사 유닛;
(B) 하나 이상의 구성 조사 유닛을 지지하고, 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전송 외부 표면을 두개골 상의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 프레임;
(C) 호흡하는 대상체의 능력에 대해 실질적인 장애를 유발하지 않고, 대상체의 비강 조직을 침범하지 않으면서, 콧구멍의 비강 공간 내로 생체 내 삽입에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성된 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전송 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및 구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 비강 조직을 관통하고 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며, 생체 내 삽입 후에 비강 내로 임의의 원하는 방향으로 광 에너지를 방출하고, 비강으로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 구성 조사 렌즈;
(D) 구성 조사 렌즈를 지지하고, 구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 광 에너지 전송 외부 표면을 대상체의 비강의 내부 라이닝(lining)에 인접한 콧구멍 내의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 자가-조사가능한 애플리케이터 수단;
(E) 재충전 가능한 직류 전원; 및
(D) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 구성 조사 렌즈로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로의 광 에너지 전달을 제어할 수 있는 휴대용 컨트롤러 조립체;를 포함하고, 휴대용 컨트롤러 조립체는: (i) 전원으로부터 휴대용 컨트롤러 조립체로 전달되는 직류 전류를 수신하기위한 수신 회로; (ii) 수신 회로에 의해 수신되는 상기 직류 전류의 흐름을 제어하고 지시하는 중앙 처리 유닛; (iii) 컨트롤러 조립체로부터 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 상기 직류 전류를 전달하는 전달 회로; (iv) 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 직류 전류를 중앙 처리 유닛으로 전달하는 적어도 하나의 커넥터; 및 (v) 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛과 전기 통신하여, 상기 직류 전류를 상기 중앙 처리 유닛으로부터 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 전달하는 적어도 하나의 커넥터를 포함하며, 휴대용 컨트롤러 조립체는 파장, 간섭, 에너지, 전력, 복사 노출, 노출 시간, 파장 유형, 펄스 주파수, 분수 프로토콜, 듀티 사이클, 광선 스폿 및 광선 투과 거리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 구성 조사 렌즈로부터 방출된 광 에너지를 제어하는 광 에너지-방출 시스템을 수득하는 단계;
대상체의 두개골에 인접한 원하는 고정 위치에 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전달 외부 표면을 위치시켜, 하나 이상의 구성 조사 유닛에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 두개골에 조사되고, 대상체의 두개골을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과하는 단계;
대상체의 비강의 내부 라이닝에 인접한 원하는 고정 위치에서 콧 구멍 내에 구성 조사 렌즈의 광 에너지 전달 외부 표면을 위치시켜, 구성 조사 렌즈에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 비강 조직을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과하는 단계;
휴대용 컨트롤러 조립체에 의해, 위치된 구성 조사 유닛의 광 생성 유닛을 제어하여, 대상체의 두개골에 조사하고, 대상체의 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하는데 충분한 광 에너지를 생성하는 단계; 및
휴대용 컨트롤러 조립체에 의해, 위치된 구성 조사 렌즈의 광 생성 유닛을 제어하여, 비강 조직을 관통하여, 뇌로 통과하는데 충분한 광 에너지를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 이해될 때, 보다 잘 이해되고 보다 쉽게 인식될 수 있으며, 도면에서:
도 1은 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 일부로서 사용될 수 있는 대상체에 적용되는 예시적인 뇌파 검사(EEG) 장치의 사시도이다;
도 2는 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋, 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛, 컨트롤러 조립체, 파워 뱅크 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 부품의 사시도이다;
도 3은 대상체에 적용된 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋 및 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛의 사시도이다;
도 4는 대상체에 적용된 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋 및 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛의 측면도이다;
도 5는 대상체의 뇌 영역에 관한 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 광 생성 유닛의 측면도이다;
도 6은 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋의 구성 조사 유닛의 개별도이다;
도 7은 도 2의 2차 광생체조절(PBM) 헤드셋의 구성 조사 유닛의 분리도이다;
도 8은 대상체에 적용되는 도 2의 광생체조절(PBM) 헤드셋 및 2차 PBM 헤드셋의 평면도이다;
도 9는 도 2의 태블릿 컴퓨터의 개별도이다;
도 10은 연구 #1의 사례보고에서의 치매 환자의 MMSE(Mini-Mental State Examination) 점수에서 기준선으로부터의 평균 변화를 보여주는 그래프이다;
도 11은 연구 #2의 환자에 대한 선택된 서수 범주형 정상 기능 변수의 변화를 보여주는 표이다;
도 12는 연구 #2의 MMSE, 알츠하이머 병 평가 척도-인지(ADAS-cog) 및 알츠하이머 병 협동 연구-일상 생활 활동(ADCS-ADL) 점수를 나타내는 막대 차트를 포함한다;
도 13은 연구 #2의 단일 PBM 세션 후 뇌 진동의 급성 단기 변화를 나타내는 막대 차트를 포함한다;
도 14는 연구 #3의 통상적인 치료를 받는 환자 및 12주간의 PBM 치료를 받은 치매 환자에 대한 ADAS-cog 및 신경정신학적 인벤토리(NPI) 행동 변화를 보여주는 그래프를 포함한다;
도 15는 연구 #3의 12주간의 규칙적인 PBM 치료 전후에 치매 환자에 대한 ADAS-cog 및 NPI 행동 변화를 보여주는 그래프를 포함한다;
도 16a 및 16b는 연구 #3의 12주간의 규칙적인 PBM 치료 전후에 치매 환자에 대한 기능성 자기 공명 영상(fMRI)을 포함한다;
도 17은 연구 #4의 단일 세션 후 PBM 치료를 받기 전후에 건강한 대상체에 대한 전력 스펙트럼의 변화의 요약을 포함한다;
도 18은 연구 #4의 허위와 비교한 뇌 맵핑에 예시된 건강한 대상체에 대한 파워 스펙트럼의 변화를 도시한다; 및
도 19는 연구 #4의 다양한 희소성(sparsity) 수준에 대한 군집 계수(clustering coefficient)를 측정하기 위해 그래프 이론(graph theory)을 사용한, 연결성(connectivity)의 중요성의 변화를 포함한다.
도 1은 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 일부로서 사용될 수 있는 대상체에 적용되는 예시적인 뇌파 검사(EEG) 장치의 사시도이다;
도 2는 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋, 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛, 컨트롤러 조립체, 파워 뱅크 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 부품의 사시도이다;
도 3은 대상체에 적용된 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋 및 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛의 사시도이다;
도 4는 대상체에 적용된 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋, 2차 PBM 헤드셋 및 비강 내 PBM 애플리케이터 유닛의 측면도이다;
도 5는 대상체의 뇌 영역에 관한 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예의 광 생성 유닛의 측면도이다;
도 6은 도 2의 경두개 광생체조절(PBM) 헤드셋의 구성 조사 유닛의 개별도이다;
도 7은 도 2의 2차 광생체조절(PBM) 헤드셋의 구성 조사 유닛의 분리도이다;
도 8은 대상체에 적용되는 도 2의 광생체조절(PBM) 헤드셋 및 2차 PBM 헤드셋의 평면도이다;
도 9는 도 2의 태블릿 컴퓨터의 개별도이다;
도 10은 연구 #1의 사례보고에서의 치매 환자의 MMSE(Mini-Mental State Examination) 점수에서 기준선으로부터의 평균 변화를 보여주는 그래프이다;
도 11은 연구 #2의 환자에 대한 선택된 서수 범주형 정상 기능 변수의 변화를 보여주는 표이다;
도 12는 연구 #2의 MMSE, 알츠하이머 병 평가 척도-인지(ADAS-cog) 및 알츠하이머 병 협동 연구-일상 생활 활동(ADCS-ADL) 점수를 나타내는 막대 차트를 포함한다;
도 13은 연구 #2의 단일 PBM 세션 후 뇌 진동의 급성 단기 변화를 나타내는 막대 차트를 포함한다;
도 14는 연구 #3의 통상적인 치료를 받는 환자 및 12주간의 PBM 치료를 받은 치매 환자에 대한 ADAS-cog 및 신경정신학적 인벤토리(NPI) 행동 변화를 보여주는 그래프를 포함한다;
도 15는 연구 #3의 12주간의 규칙적인 PBM 치료 전후에 치매 환자에 대한 ADAS-cog 및 NPI 행동 변화를 보여주는 그래프를 포함한다;
도 16a 및 16b는 연구 #3의 12주간의 규칙적인 PBM 치료 전후에 치매 환자에 대한 기능성 자기 공명 영상(fMRI)을 포함한다;
도 17은 연구 #4의 단일 세션 후 PBM 치료를 받기 전후에 건강한 대상체에 대한 전력 스펙트럼의 변화의 요약을 포함한다;
도 18은 연구 #4의 허위와 비교한 뇌 맵핑에 예시된 건강한 대상체에 대한 파워 스펙트럼의 변화를 도시한다; 및
도 19는 연구 #4의 다양한 희소성(sparsity) 수준에 대한 군집 계수(clustering coefficient)를 측정하기 위해 그래프 이론(graph theory)을 사용한, 연결성(connectivity)의 중요성의 변화를 포함한다.
본 발명은 다양한 부분의 뇌(또는 신경자극)에 광을 조사함으로써 치료 결과를 자극하는 신규 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 신규한 PBM 시스템 또는 장치를 제공하며, 이들은 발광 다이오드(LED) 또는 이에 제한되는 것은 아니지만 광섬유, 레이저 또는 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 기타 광 전송 장치를 포함하는 모듈 및 애플리케이터를 통해 경두개(두개골을 통해) 및 비강(비강 채널을 통해)의 조합으로부터 뇌로 치료 광 에너지를 종합적으로 지향시킨다. 조사 광은 타겟화되지 않을 수 있거나(즉, 일반적인 뇌 영역을 자극하도록 넓게 지향되거나), 또는 바람직하게는 특정한 치료 결과를 달성하기 위해 뇌의 특정 부위를 의도적으로 타겟화할 수 있다. 통신 가능 영역과 광 자극의 깊이는 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 복사 조도(W/㎠), 복사 노출 또는 선량 또는 플루언스(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(Hertz(Hz)), 듀티 사이클(백분율), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 스폿(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리와 같은 적절한 파라미터의 선택에 영향을 받는다.
다른 측면에서, 본 발명은, 본 발명의 PBM 장치가 진단 도구와 조합하여 작동하는 시스템 및 방법을 제공하여, 비정상적인 뇌기능에 대한 강화된 치료를 제공한다. 진단 도구는 예를 들어 뇌파 검사(EEG) 장치, 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 장치 또는 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 장비일 수 있다. 특정 예시로서, EEG 장치가 사용되어 환자의 비정상적인 뇌기능을 검출할 수 있다. 이 환자별 데이터는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 임의의 적절한 컴퓨팅 장치에서 소프트웨어 애플리케이션에 의해 처리된다. 본 발명의 시스템은 이후 특정 파라미터를 갖는 광 에너지를 제공하도록 지향되고, 이 환자의 특정한 비정상에 대한 치료에 적합한 것으로 간주되는 특정 뇌 위치에 타겟팅된다. 이러한 방식으로, 자동화되고 개인화된 뇌 조절이 제공된다. 따라서, 본 발명은 (i) 대상체에서 비정상적인 뇌기능을 검출하는 진단 도구; (ii) 비정상적인 뇌기능에 관한 데이터를 처리하고 이 데이터를 이용하여 대상체의 뇌에 지향하는 광 에너지에 대한 적절한 파라미터를 설정하는 하나 이상의 컴퓨터 애플리케이션; 및 (iii) 설정된 파라미터를 갖는 광 에너지를 대상체의 뇌로 지향하게 하는 장치를 결합한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 본 발명의 진단 도구 및/또는 PBM 장치를 사용하는 특정 파라미터가 선택적 PBM을 위해 수동으로 조작될 수 있는 측면을 포함한다.
본 발명의 타겟팅 경두개 광 요법:
본 발명은 디폴트 모드 네트워크(DMN)의 피질 허브 또는 현출성 네트워크 (SN) 또는 중앙 집행 네트워크(CEN)와 같은 다른 네트워크와 같은 뇌의 특정 영역의 타겟팅 치료를 제공한다. 피질 허브는 서로 밀접하게 연결되어 있기 때문에 (때로는 "커넥톰(connectome)", "노드(node)" 또는 "하부 구역(subdivisions)"으로 표시됨), 이러한 주요 허브 중 일부를 자극하면 전체 네트워크를 전반적으로 자극할 수 있다. 이를 통해 이전에 경두개 광 요법 연구에 사용된 덜 편안한 폐쇄형 헬멧 대신 몇 가지 선택 위치를 지향하는, 경량의 휴대용 경두개 근적외선 NIR 광 요법 장치를 설계할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 클러스터 헤드를 지지하는 광 프레임을 제공하며, 각 클러스터 헤드는 하나 이상의 광 발생 유닛을 수용한다. 광 에너지 방출 장치는 두개골에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적, 및 외부 표면 구성을 갖는 휴대용 중공 케이싱을 포함하는 적어도 하나의 구성 조사 유닛을 포함한다. 이 시스템과 장치는 대상체의 머리에 쉽게 적용하고 연장된 기간 동안 편안하게 착용할 수 있는 헤드셋을 사용하여, 광 에너지가 두개골을 통해 전달되도록 설계된다. 각각의 구성 조사 유닛은 바람직하게는 프레임 내에 위치되어, 대상체가 헤드셋을 착용할 때, 광 에너지가 DMN의 피질 허브와 같은 특정 타겟으로 지향될 수 있다.
본 발명은 바람직하게는, 이들 해부학적 영역이 AD 및 광범위한 다른 뇌 질환과 관련되기 때문에, DMN의 선택된 위치를 타겟팅한다. 본 치료에서, 본 발명에 대한 경두개 타겟의 바람직한 세트는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 전내측 전전두엽 피질(vmPFC), 후측 중간 전전두엽 피질(dmPFC), 후측 대상 피질(PCC), 쐐기앞소엽(PCu), 측두엽 피질(LPC) 및 내후각 피질(EC), 후측-측면 전전두엽 피질(dorsal-lateral prefrontal cortex, DLPC), 소뇌 및/또는 간뇌를 포함한다. 본 발명의 장비 또는 장치는 또한 기저핵(basal ganglia), 흑색질(substantia nigra), 시상하핵(subthalamic nucleus) 및 창백핵(globus palidus)과 같은 파킨슨 병과 관련된 뇌의 비교적 더 깊은 영역에 도달할 수 있다. 선택된 모듈은 특정 치료를 위해 독점적으로 켜질 수 있으며, 소뇌만을 타겟팅하는 것으로 말할 수 있다.
본 발명의 비강 내 광생체조절:
본 발명은 또한 바람직하게는 비강에 인접하여 위치한 조직을 통해 뇌에 치료적 광 조사를 전달한다. 이를 위해, 광 에너지 방출 장치는 구성 조사 렌즈를 포함하며, 이는 콧구멍의 비강 공간으로의 생체 내 삽입에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지는 휴대용 중공 케이싱을 포함한다. 코 삽입 장치 부품은 작고 편안하도록 설계되어 있으며: 사용자의 호흡 능력에 중대하거나 또는 의미 있는 장애가 발생하지 않도록 설계되어 있다. 삽입 후, 본 장치는, 본 장치로부터 방출된 광의 방출 조사 각도를 지향시키도록 조정하거나 예비 설정할 수 있고, 원하는 전력 레벨을 설정할 수 있으며, 방출된 광에 대한 펄스 주파수를 생성할 수 있고, 치료 세션의 지속 시간을 선택할 수 있어서, 의도된 치료 효과를 달성할 수 있다.
비강 내로 삽입된 광원은 해부학적으로 후각 망울(olfactory bulb)에 (약 1 인치) 근접하고, 중뇌 영역 (주로 공기 공동(air cavity) 및 연조직(soft tissue)의 약 3 인치)에 근접해 있을 것이다. 이 비강 내 위치의 광원이 뇌를 향할 때, 뇌 조직까지의 물리적 경로 거리의 대부분이 콧구멍의 공기 공동이기 때문에, 효과적인 광 조사를 위해서 적은 에너지가 요구된다. 중뇌 영역은 편도(amygdala), 해마(hippocampus), 시상하부(hypothalamus), 중격 영역(septal area) 및 대상 피질(cingulated cortex)을 포함한다. 광원에 의해 쉽게 조명되는 신피질(neo-cortex) 영역의 일 부분은 전전두엽 피질이다. 하나의 실시예에서, 바람직한 비강 내 타겟은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 내측 전전두엽 피질, 쐐기앞소엽 및 해마곁 영역(해마 포함)을 포함한다. 이러한 타겟은 AD 치료에 중요할 수 있다.
본 시스템/장치의 부품:
본 발명의 비침습적 시스템 및 장치는 적어도 다음의 부품을 포함한다:
(i) 휴대용 중공 케이싱;
(ii) 중공 케이싱의 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되는 광 생성 유닛;
(iii) 전류원;
(iv) 프로세스 컨트롤러 조립체; 및
(v) 선택적으로, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터 또는 다른 컴퓨팅 장치.
이들 부품은 바람직하게는 전류원으로부터 컨트롤러 조립체로의 직류 전류의 전달을 위한 적어도 하나의 커넥터 및 컨트롤러 조립체로부터 광 생성 유닛으로의 직류 전류 전달을 위한 적어도 하나의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
1. 휴대용 중공 케이스
본 발명은 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지는 적어도 하나의 휴대용 중공 케이싱을 포함하며, 이는 헤드에 적용하기에 적합하며, 및/또는 콧구멍의 비강 공간 내로의 생체 내 삽입에 적합하다. 휴대용 케이싱의 의도된 목적 및 목표는 두 가지이다: (i) 두개골에 쉽게 적용되며 및/또는 콧구멍의 비강 공간으로의 생체 내 삽입을 위해 구성된 격납 챔버로서 기능; 및 (ii) 방출 된 광파를 뇌로 반사시키고 지향시키는 성형 렌즈로서의 작용.
바람직하게는, 휴대용 케이싱은 이의 외부 표면의 적어도 일 부분 위에 광 투과성 물질로 구성되고 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 광 생성 유닛을 수용 및 격납하기 위한 체적 영역을 포함할 것이다. 정의에 따르면, 이러한 광 투과 물질은 투명하고 반투명하고, 불투명한 물질을 포함하고 망라한다. 그러나 대부분의 경우 완전히 깨끗하고 투명한 물질이 선호된다.
본 발명의 비강 내 광생체조절을 위해서 휴대용 중공 케이싱은 하나의 콧구멍 내로의 삽입을 허용하기에 충분히 작은 치수를 가져야 하고, 대상체의 호흡 능력의 손상을 최소화하면서도, 대상체의 비강 벽을 향하는 가벼운 입자의 산란을 최대화할 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 비강 내 치료를 위한 중공 케이싱은 인간 대상체가 그의 손가락으로 붙잡을 수 있는 유형의 홀더 또는 고정구에 의해 지지되도록 크기 및 구성으로 형성되는 것이 매우 바람직하다. 따라서, 휴대용 케이싱은 관형, 시가형(cigar-shaped) 또는 원통형과 같은 임의의 일반적으로 가늘고 길쭉한 형상으로 형성될 수 있지만, 휴대용 중공 케이싱의 전체 구성은 또한 비강 내 공간내에 자유자재로 위치할 수 있도록 지지하는 구조적 수단을 제공하는 것이 유용하고 적절한 것으로 간주된다. 이러한 이유로, "L"형 포맷이 매우 바람직하다.
2. 광 생성 유닛(들)
광 생생 유닛은, 이에 한정되는 것은 아니지만 다음을 포함하는 파장에서 치료 광을 전달할 수 있다: (i) 가시 색상 스펙트럼 범위에서, 약 620-780nm 범위의 가시 적색 광 파장; 및 (ii) 비-가시 스펙트럼 범위에서, 약 780-1400nm 범위의 근적외선 파장. 또한, 생성된 광 에너지 파 및 입자는 대안적으로: (i) 간섭(레이저에서와 같이) 또는 비-간섭(비-레이저 발광 다이오드(LED)에서와 같이); (ii) 전달시 펄스 또는 비-펄스(연속파); (iii) 일정하거나 일정하지 않은 강도; (iv) 균일하거나 균일하지 않은 위상; (v) 편광 및 비-편광, (vi) 규칙적 또는 불규칙한 플럭스일 수 있다.
전자기 방사선을 발생시키기 위한 임의의 종래 공지된 수단 또는 복사 에너지를 전파하기 위한 임의의 종래 공지된 물품은 본 장치에서 사용하기에 허용 가능하다. 대부분의 실시예들에서, 저수준 레이저 유닛 또는 LED가 조사 목적을 위한 광 생성 유닛(들)으로서 사용될 것으로 의도되고 예상된다.
3.
전류원
휴대 가능하고 보충 가능한 주문형 직류 전류원이 본 발명의 장치 및 시스템의 부품으로서 존재하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의해 제공되는 치료상의 처리 시스템 및 방법은 전력(와트 단위) 및 시간(초)의 함수인 특정 에너지 용량(줄 (Joules)로 측정됨)을 전달하도록 의도되며, 이는 각각의 치료상의 처리에 효과적인 것으로 간주된다.
전원 공급은 일반적으로 직류 형태로 에너지를 전달한다. 적절한 양의 전류는 예를 들어 단일 배터리 공급원 또는 직렬 또는 병렬로 함께 연결된 여러 개의 건전지 셀로부터 반복적으로 전달될 수 있다. 일부 다른 바람직한 실시예에서, 전력 공급원은 재충전 가능 전력 뱅크, 직류 배터리 유닛(일반 가정용 교류 리셉터클(receptacle)로부터 재충전 가능) 또는 전력 어댑터를 통한 교류(AC) 형태일 것이다. 이들 부품의 상이한 조합을 갖는 다수의 대안적인 실시예가 있을 것이며, 이는 전력, 에너지 용량 및 처리 시간의 상이한 구성에 적합할 것으로 예상되고 의도된다.
포지셔닝과 관련하여, 일부 바람직한 실시예에서, 전원은 컨트롤러 조립체의 내부 경계 내에 완전히 유지되고 포함되는 개별 부품(entity)이다. 그러나, 다른 바람직한 실시예에서, 전류원은 휴대용 및 충전식 전력 뱅크와 같은 전기 케이블 및 커넥터 모듈 링크를 통해 컨트롤러 조립체와 전기적으로 통신하는 독립된 개별 자립형 유닛일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 전류원은 본 시스템 및 장치를 전력 어댑터를 통해 로컬 전기 그리드(local electrical grid)에 접속시킴으로써 수득된다.
4. 프로세스 컨트롤러 조립체
프로세스 컨트롤러 조립체는 적어도 3가지의 구조적 특징을 갖는 휴대용 유닛 부품이다:
(i) 전류원으로부터 컨트롤러 조립체로 전달되는 전류를 수신하기 위한 수신 회로;
(ii) 시간이 지남에 따라 컨트롤러 조립체에 의해 수신되는 전류의 흐름을 제어하고 지향시키 위한 중앙 처리 장치(CPU); 및
(iii) 컨트롤러 조립체로부터 광 생성 유닛(들)으로 직류를 전달하기 위한 전달 회로.
프로세스 컨트롤러 조립체는 장치의 다른 필수 구성 요소에 전기적으로 연결될 것이며, 전형적으로 또한 다음을 가질 것으로 의도되고 예상된다:
(a) 전류원으로부터 컨트롤러 조립체로의 직류를 전달하기 위한 적어도 하나의 커넥터; 및
(b) 컨트롤러 조립체로부터 광 생성 유닛(들)으로의 직류를 전달하기 위한 적어도 하나의 커넥터.
이 커넥터는 일반적으로 절연 구리선 케이블 및 잭 모듈로 형성되어 전류원과 광 생성 유닛(들)과 빠르고 쉽게 연결하고 전기적으로 통신할 수 있다.
임의의 종래 공지되고 상호 교환 가능한 전기 케이블 및 커넥터가 사용되어, 컨트롤러 조립체를 조사 렌즈에 연결할 것으로 의도되고 예상된다. 이는 또한 사용자에게 뚜렷한 이점 및 이익을 제공하며, 즉 하나의 구성 조사 렌즈(제 1 파장에서 광을 전송할 수 있음)를 다른 조사 렌즈(제 2 및 다른 파장에서 광을 전송할 수 있음)로 교환할 수 있는 옵션을 제공하여, 상이한 레이저 및 대안적인 발광 다이오드의 사용을 허용하여, 하나의 단일 컨트롤러 조립체로 상이한 파장의 가시광 및 비가시광 에너지를 전달할 수 있다.
바람직한 프로세스 컨트롤러 조립체는 치수로 잴 수 있도록 크기가 작고, 가벼우며, 휴대가 가능하다. 바람직한 일 실시예에서, 이는 평균 셔츠 포켓보다 크지 않은 고정 치수(즉, 대략 4.5 인치 길이, 4.5 인치 폭, 1 인치 깊이)를 가지며, 성형 가능한 열가소성 수지의 탄성 재료 또는 다른 재료로 형성된다. 컨트롤러 조립체의 바람직한 실시예는 일반적으로 회로 보드 내의 중앙 처리 유닛(CPU)을 포함하며, 이는 전원으로부터 구성 조사 렌즈로 용량, 전력 및 시간으로 전류의 흐름을 제어하고 지향할 수 있다.
일부 바람직한 실시예에서, 전류원은 컨트롤러 조립체의 내부 공간 체적 내부에 위치되고 포함되며, 전기 배터리(건전지 또는 충전식 유닛)로서 나타난다. 이 경우, 컨트롤러 조립체는 또한 절연 구리 와이어 케이블 및 모듈식 잭 커넥터의 부착에 적합한 소켓을 가지며, 이의 다른 단부는 중공 케이싱 내에 배치된 광 생성 유닛에 결합된다.
컨트롤러 조립체의 중앙 처리 장치("CPU")는 바람직하게는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 많은 상이한 파라미터에 관해 광 에너지를 조절할 수 있다: 다양 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(헤르츠(Hz)), 듀티 사이클(백분율)), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리.
프로세스 컨트롤러 조립체는 전류원이 없으면 작동하지 않는다. 또한, 컨트롤러 조립체는 바람직하게는 소정의 시간 후에 유닛을 스위치 오프시키는 것 외에, 전력을 제공하여, 광 생성 유닛(들)을 적절하고 효율적으로 구동하는 회로이다. 컨트롤러는 또한 광 생성 유닛(들)에 전달된 전력이 일정하다는 것을 보장한다. 따라서, 바람직하게는 공급원이 전력 뱅크 또는 배터리인 경우 배터리 강도를 모니터링하고, 전력 뱅크 또는 배터리가 회로를 적절하게 구동하기에 충분한 전력을 공급할 수 없는 경우 유닛을 스위치 오프한다.
5.
스마트 폰
, 태블릿 컴퓨터 또는 기타 컴퓨팅 장치
대안적인 일 실시예에서, 컨트롤러 조립체의 기능은 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 임의의 적절한 컴퓨팅 장치에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰은 널리 사용되는 모바일 플랫폼 중 하나에서 작동할 수 있으며 여기에는 AppleTM, AndroidTM, BlackberryTM 및 WindowsTM의 플랫폼이 포함될 수 있다. 광 생성 유닛(들)은 케이블을 통해 또는 무선으로 스마트 폰에 연결될 수 있다. 스마트 폰에는 컨트롤러 조립체의 소프트웨어 기능을 대부분 복제하는 다운로드 가능한 소프트웨어 애플리케이션을 수반한다. 컴퓨터 칩에 인터페이스 처리 소프트웨어를 포함하는 수정된 어태치먼트는 기존 애플리케이터와 독점 스마트 폰 플랫폼 사이의 인터페이스를 제공할 것이다. 이 실시예에서, 사용자는 추가 또는 별도의 컨트롤러 유닛을 수반할 필요는 없지만, 소프트웨어 애플리케이션은 또한 더 많은 소프트웨어 제어 및 그래픽 인터페이스를 포함할 것이다. 스마트 폰의 대안은 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 소프트웨어 애플리케이션이 다운로드된 임의의 적절한 컴퓨팅 장치를 포함한다.
또 다른 대안적인 실시예에서, 컨트롤러 조립체는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 임의의 적절한 컴퓨팅 장치와 함께 작동한다. 특히, 컴퓨팅 장치는 이에 소프트웨어 애플리케이션을 다운로드하고, 이는 (i) 컨트롤러 조립체를 켜거나 끄고; 및/또는 (ii) 컨트롤러 조립체에 명령어를 전송하여, 각각의 개별 광 생성 유닛의 광 에너지 파라미터를 조정하고, 파라미터는 이에 한정되는 것은 아니지만, 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출 또는 용량 또는 플루언스 밀도(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(헤르츠(Hz)), 듀티 사이클(백분율)), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리를 포함한다.
또한, 컴퓨팅 장치는 시스템 인터페이스로서 작용할 수 있으며, 사용자가 인터페이스를 통해 명령어를 입력하여, 컨트롤러 조립체를 켜고 끄거나 및/또는 각각의 개별 광 생성 유닛의 광 에너지 파라미터를 조정한다. 명령어는 터치 스크린, 마우스, 키패드, 키보드, 마이크, 카메라 또는 비디오 카메라와 같은 임의의 공지의 입력 부품에 의해 입력될 수 있다. 사용자가 시스템 인터페이스에 명령어를 입력하면, 명령어가 컨트롤러 조립체로 전송된 다음 광 생성 유닛에 의해 전달될 광 에너지의 파라미터를 조정한다.
이들 실시예에서, 종래 공지되고 상호 교환 가능한 전기 케이블 및 커넥터가 사용되어, 컴퓨팅 장치를 컨트롤러 조립체에 연결할 수 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 장치는 무선 수단에 의해 컨트롤러 조립체와 통신할 수 있다. 이러한 임의의 부품 사이의 연결은 BLUETOOTHTM, Wi-Fi, 근거리 통신(NFC), 무선 주파수 식별(RFID), 3G, LTE(Long Term Evolution), 범용 직렬 버스(USB) 및 당업자에게 공지된 기타 프로토콜 및 기술과 같은 프로토콜을 통해 적절한 유선 또는 무선 통신을 사용하여 구현된다.
본 발명의 부품으로서의 진단 도구:
본 발명의 시스템 및 방법은 또한 비정상적인 뇌 기능을 검출하는 도구를 포함한다. 진단 도구는 예를 들어, 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 장치, 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 장치, 자기 뇌파 검사(MEG) 장치 또는 뇌파 검사(EEG) 장치일 수 있다.
진단 도구는 대상체로부터 뇌 기능과 관련된 데이터를 수집하는 기능을 수행한다. 진단 도구는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 적절한 컴퓨팅 장치에 연결된다. 이러한 부품은 BLUETOOTHTM, Wi-Fi, 근거리 통신(NFC), 무선 주파수 식별(RFID), 3G, LTE(Long Term Evolution), U범용 직렬 버스(USB) 및 당업자에게 공지된 기타 프로토콜 및 기술과 같은 프로토콜 통해 적절한 유선 또는 무선 통신을 사용하여 연결된다. 수집된 데이터는 이 연결을 사용하여 진단 도구로부터 컴퓨팅 장치로 전송된다.
컴퓨팅 장치는 프로세서를 포함하여, 상기 장치의 동작에 필요한 기능 및 동작을 수행한다. 기능 및 동작을 수행하기 위해, 프로세서는 컴퓨팅 장치의 저장 부품에 저장된 데이터 및 애플리케이션을 사용한다. 통신 부품은 컴퓨팅 장치가 외부 장치 및 네트워크와 통신하도록 허용한다. 컴퓨팅 장치는 바람직하게는 디스플레이 부품을 포함하여, 사용자가 볼 수 있는 데이터 및 정보를 보여준다. 컴퓨팅 장치는 또한 바람직하게는 입력 부품을 포함하여, 사용자가 정보 및 명령어를 입력하도록 허용한다. 예를 들어, 입력 부품은 바람직하게는 터치 스크린, 마우스, 키패드, 키보드, 마이크, 카메라 또는 비디오 카메라일 수 있다. 터치 스크린은 바람직하게는 디스플레이 및 입력 부품 둘 다로서 기능할 수 있다.
컴퓨팅 장치에 저장된 애플리케이션 중 하나는 분석 소프트웨어이며, 이는 수집된 데이터를 처리하고 분석할 수 있다. 예를 들어, EEG 분석 소프트웨어는 사용되어, EEG 장치에서 수집한 데이터를 처리하고 분석한다. 이 애플리케이션의 하나의 바람직한 기능은 수집된 데이터를 처리하고 이를 컴퓨팅 장치의 디스플레이 부품 상에 볼 수 있는 포맷으로 디스플레이하는 것일 수 있다. 대안적으로, 분석 애플리케이션은 바람직하게는 네트워크를 통해 수집된 데이터를 볼 수 있는 형식으로 표시되는 다른 또는 원격 위치의 다른 컴퓨팅 장치로 수집된 데이터를 전송할 수 있다. 네트워크는 예를 들어 이더넷 네트워크, 근거리 네트워크, 대도시 네트워크 또는 광 네트워크와 같은 유선 또는 무선일 수 있다.
분석 소프트웨어의 다른 기능은 대상체로부터 수집된 데이터를 정상 대상체의 뇌 기능에 관한 데이터와 비교하는 것이다. 이러한 비교를 위해, 분석 소프트웨어는 대상체의 비정상적인 뇌 기능의 검출을 포함할 수 있는 대상체의 뇌 활동의 분석 데이터를 생성한다. 대안적인 실시예에서, 수집된 데이터는 바람직하게는 네트워크를 통해 다른 또는 원격 위치의 다른 컴퓨팅 장치로 전송되는데, 수집된 데이터는 정상 대상체의 뇌 기능에 관한 데이터와 비교되고, 대상체의 뇌 활동의 분석 데이터가 생성되며, 대상체에서 비정상적인 뇌 기능의 탐지를 포함할 수 있다. 네트워크는 예를 들어 이더넷 네트워크, 근거리 네트워크, 대도시 네트워크 또는 광 네트워크와 같은 유선 또는 무선일 수 있다.
다른 애플리케이션, 특히 PBM 파라미터 설정 애플리케이션은 사용되어, (i) 대상체의 수집된 데이터 및/또는 분석 데이터를 처리 및 분석하며, 이들은 대상체의 비정상적인 뇌 기능을 포함하고, (ii) 이러한 데이터의 관점에서, PBM 치료에서 대상체에게 조사될 광 에너지에 대한 적절한 파라미터를 선택하며; 및 (iii) 선택된 파라미터에 관한 명령어를 컨트롤러 조립체에 전송한다. PBM 파라미터 설정 애플리케이션은 전술한 분석 애플리케이션과 동일하거나 상이한 컴퓨팅 장치에 저장 될 수 있다. 분석 애플리케이션은 데이터를 PBM 파라미터 설정 애플리케이션 또는 데이터가 저장된 후 PBM 파라미터 설정 애플리케이션에 의해 검색되는 데이터베이스로 직접 전송할 수 있다. 대안적으로, PBM 파라미터 설정 애플리케이션은 분석 애플리케이션 또는 데이터베이스로부터 직접 데이터를 검색할 수 있다. 데이터베이스는 바람직하게는 전술한 소프트웨어 애플리케이션 중 하나와 동일하거나 상이한 컴퓨팅 장치일 수 있다. 임의의 경우에, 대상체의 비정상적인 뇌 기능을 포함한 대상체의 수집된 데이터 및/또는 분석 데이터는 PBM 파라미터 설정 애플리케이션에 의해 수신된다. PBM 파라미터 설정 애플리케이션은 PBM 치료에서 대상체에게 투여될 광 에너지에 대한 적절한 파라미터를 선택하고, 선택된 파라미터에 관한 명령어를 컨트롤러 조립체에 전송한다. 컨트롤러 조립체를 통해, 적절한 광 에너지 파라미터를 대상체에게 투여한다
다른 바람직한 측면에서, 대상체의 수집된 데이터를 포함할 수 있는 대상체의 개인 이력, 대상체의 비정상적인 뇌 기능을 포함할 수 있는 분석 데이터 및/또는 대상체의 PBM 치료 이력에 관한 데이터는 데이터베이스에 저장될 수 있다. 데이터베이스는 바람직하게는 전술한 소프트웨어 애플리케이션 중 하나와 동일하거나 상이한 컴퓨팅 장치에 존재할 수 있다.
진단 도구와 같은 EEG 장치를 사용하는 하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 시스템은 예를 들어 하기를 포함한다:
1. EEG 장치는 하나 이상의 전극을 구비한 캡을 포함하며, 하나 이상의 전극은 대상체의 전기 두뇌 활동을 읽고 기록한다. 전극은 대상체의 전기 두뇌 활동에 연결되고 외부 장치로 데이터를 전송한다.
2. 컴퓨팅 장치는 이에 다운로드된 EEG 분석 소프트웨어를 가지며, 전술한 EEG 데이터가 전송된다. EEG 분석 소프트웨어는 대상체의 EEG 판독 값을 정상적인 EEG 판독 값과 비교하고, 감지된 비정상을 포함할 수 있는 분석 데이터를 생성한다.
3. PBM 파라미터 설정 애플리케이션은 EEG 분석 소프트웨어가 다운로드된 컴퓨팅 장치와 동일하거나 상이한 컴퓨팅 장치로 다운로드된다. PBM 파라미터 설정 애플리케이션이 사용되어, (i) 후술될 컨트롤러 조립체의 전원을 켜거나 끄며, 및/또는 (ii) 시스템의 광 에너지 파라미터를 조정하며, 이러한 조정은 바람직하게는 EEG 분석 데이터를 고려하여 이루어진다.
4. 시스템 인터페이스는 특정 광 에너지 파라미터에 관한 명령어를 후술하는 컨트롤러 조립체에 전송한다. EEG 분석 소프트웨어 및/또는 PBM 파라미터 설정 애플리케이션이 다운로드된 컴퓨팅 장치와 동일하거나 상이한 컴퓨팅 장치는 바람직하게는 시스템 인터페이스로서 기능할 수 있다. 바람직하게는, 시스템 인터페이스는 입력 부품을 가지며, 이는 컨트롤러 조립체를 통해 하나 이상의 조사 유닛을 수동으로 제어하는데 사용될 수 있다.
5. 하나 이상의 프레임 또는 헤드셋은 바람직하게는 하나 이상의 조사 유닛을 지지하여, 하나 이상의 조사 유닛은 대상체의 선택된 위치를 타겟팅하는 위치에 위치될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 조사 유닛은 두개골 상에 위치되어 다음을 타겟팅한다: 후측 중간 전전두엽 피질(dmPFC), 후방 대상 피질(PCC), 쐐가앞소엽(PCu), 추가로 측두엽피질(LPC), 좌우 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC); 비강 내에서 전측 전전두엽 피질, 내후각 피질 및/또는 해마곁 영역(해마 포함); 및 후두하 영역에서 소뇌 및/또는 간뇌. 하나 이상의 조사 유닛은 대안적으로 목의 미주 신경, 귀 엽/관 및 눈(바람직하게는 눈 고글 내부에 위치) 또는 신체의 다른 부분과 같은 위치를 타겟팅할 수 있다.
6. 컨트롤러 조립체는 특정 광 에너지 파라미터에 관한 전류 및 명령어를 하나 이상의 조사 유닛에 전달하며, 이는 바람직하게는 자동으로 EEG-기반 컴퓨터 분석에 기초하거나 또는 수동 입력에 기초한다. 바람직하게는, 컨트롤러 조립체는 입력 부품을 가지며, 이는 하나 이상의 조사 유닛을 수동으로 제어하는데 사용될 수 있다.
7. 충전식 전력 뱅크 또는 배터리와 같은 전류 공급원은 컨트롤러 조립체에 전류를 공급한다. 충전식 전력 뱅크는 시스템의 휴대성을 허용하기 때문에 바람직한 일 실시예이다. 대안적으로, 컨트롤러 조립체는 전력 어댑터를 통해 전력 그리드로부터 직류에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
이러한 임의의 부품 사이의 연결은 BLUETOOTHTM, Wi-Fi, 근거리 통신(NFC), 무선 주파수 식별(RFID), 3G, LTE(Long Term Evolution), 범용 직렬 버스(USB) 및 당업자에게 공지된 다른 프로토콜 및 기술과 같은 프로토콜을 통해 적절한 유선 또는 무선 통신을 사용하여 구현된다.
본 시스템은 바람직하게는 일반적으로 효과적인 광 에너지에 대한 일련의 디폴트 파라미터를 가질 수 있다. 이러한 디폴트 파라미터는 분석 데이터를 고려하여 자동으로 수정될 수 있다. 디폴트 파라미터는 또한 시스템 인터페이스를 통해 수동으로 수정될 수 있다. 본 시스템은 바람직하게는 선택된 시간 간격에서 네거티브 피드백 루프를 생성하여, 변조 파라미터의 전달을 촉발할 수 있다.
본 발명의 바람직한 시스템 및 장치 실시예:
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 경두개 광 치료 헤드셋 (102), 2차 광 치료 헤드셋(104) 및 비강 내 광 치료 유닛(106)을 결합한 장치 (100)의 바람직한 실시예를 제공한다. 휴대용 컨트롤러 조립체(108)는 경두개 헤드셋(102), 2차 헤드셋(104) 및 비강 내 유닛(106)을 위한 중앙 처리 유닛으로 기능한다.
헤드셋(102)은 하나 이상의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)을 포함하며, 이는 도 8에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120) 각각은 휴대용 중공 케이싱을 포함하며, 이는 두개골(200)에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가진다. 휴대용 중공 케이싱은 광 에너지 전달 물질을 포함하며, 이는 상기 중공 케이싱을 위한 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성한다. 적어도 하나의 광 생성 유닛은 상기 중공 케이싱의 상기 내부 공간 체적 내에 완전히 수용되고 포함되며, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있다. 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120) 각각은 또한 구동 회로(122)를 가지며, 이는 컨트롤러 조립체(106)와 통신하고, 광 생성 유닛(들)을 제어한다.
프레임(124)은 헤드셋(102)에 제공되어, 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)을 지지하고, 두개골(200) 상에 고정 위치 및 원하는 조사 방향에서 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)의 광 전달 외부 표면의 자유자재의 배치를 위해 헤드셋(102)에 적용한다. 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120) 각각은 프레임(124)을 따라 슬라이딩하여 이동될 수 있다. 이러한 방식으로, 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)은 두개골(200) 상의 많은 상이한 위치에 설정되어, 뇌의 많은 상이한 위치를 타겟팅할 수 있다. 지지 패드 (126)는 바람직하게 헤드셋(102)을 두개골(200)에 고정시키고, 헤드셋(102)을 환자가 착용하기에 보다 편안하게 만들도록 제공된다.
도 2 내지 도 4 및 도 8에 도시된 바람직한 실시예에서, 프레임(124)은 6개의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)을 지지하고, 각각의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)은 적어도 하나의 광 생성 유닛(들) 각각을 가진다. 6개의 유닛은 헤드셋(102)에 위치되어, 이들은 뇌의 특정 영역을 타겟팅한다. 도 2 내지 도 5 및 도 8에 도시된 바람직한 실시예에서, 상기 유닛은 위치되어, 뇌의 다음 부분을 타겟팅한다:
(i) 오른쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC);
(ii) 쐐기앞소엽(PCu);
(iii) 왼쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC);
(iv) 오른쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC);
(v) 후측 중간 전전두엽 피질(dmPFC); 및
(vi) 왼쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC).
도 2 내지 도 4에서 볼 수 있는 2차 헤드셋(104)은 추가 구성 조사 유닛(130)을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 구성 조사 유닛(130)은 또한 휴대용 중공 케이싱을 포함하며, 이는 두개골(200)에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가진다. 휴대용 중공 케이싱은 광 에너지 전달 물질을 포함하며, 이는 상기 중공 케이싱을 위한 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성한다. 적어도 하나의 광 생성 유닛은 상기 중공 케이싱의 상기 내부 공간 체적 내에 완전히 수용되고 포함되며, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있다.
2차 프레임(132)은 2차 헤드셋(104)에 제공되어, 구성 조사 유닛(130)을 지지하고, 두개골(200) 상의 서브-후두 영역 상의 고정 위치 및 원하는 조사 방향에서 구성 조사 유닛(130)의 광 전달 외부 표면의 배치를 위해 헤드셋(102)에 적용한다. 지지 패드(134)는 바람직하게 2차 헤드셋(104)을 두개골(200)에 고정시키고, 헤드셋(102)을 환자가 착용하기에 보다 편안하게 만들도록 제공된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바람직한 실시예에서, 구성 조사 유닛(130)은 서브-후두 영역 상의 2차 헤드셋(103)에 위치되어, 소뇌 및/또는 간뇌를 타겟팅한다.
도 2 내지 4에서 알 수 있는 바와 같이, 비강 내 광 치료 유닛(106)은 코 클립(140)을 포함한다. 코 클립(140)은 "L형"이고, 대상체의 콧구멍 중 하나의 내부에 구성 조사 렌즈(142)를 고정한다. 구성 조사 렌즈(142)는 휴대용 중공 케이싱을 포함하며, 이는 콧구멍의 내부에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적, 및 외부 표면 구성을 가진다. 휴대용 케이싱은 광 에너지 전송 물질을 포함하고, 이는 상기 중공 케이싱을 위한 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성한다. 적어도 하나의 광 생성 유닛은 상기 중공 케이싱의 상기 내부 공간 체적 내에 완전히 수용되고 포함되며, 코 조직을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있다. 비강 내 광 치료 유닛(104)은 내후각 피질(EC) 및 해마곁 영역(해마 포함)에 대해 후각 망울을 통해 직접 및 간접적으로 전내측 전전두엽 피질(vmPFC)과 같은 뇌의 내측 또는 하부의 영역을 타겟팅한다.
제 1 커넥터(150)는 구동 회로(122)를 통해 경두개 헤드셋(102)의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120)과 전기 통신한다. 제 2 커넥터(152)는 2차 헤드셋(104)의 구성 조사 유닛(130)과 전기 통신한다. 제 3 커넥터(154)는 비강 내 광 치료 유닛(106)의 구성 조사 렌즈(142)와 전기 통신한다. 이는 휴대용 컨트롤러 조립체(108)로부터 경두개 헤드셋(102)의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118 및 120) 내의 광 생성 유닛, 2차 헤드셋(104)의 구성 조사 렌즈(130) 내의 광 생성 유닛(들) 및 비강 내 치료 유닛(106)의 구성 조사 렌즈(142) 내의 광 생성 유닛(들)으로의 직접 전류의 주문형(on demand) 전달을 허용한다.
휴대용 전력 뱅크(160)는 본 장치(100)에 전류를 제공한다. 전력 뱅크(160)는 표준 전력 뱅크일 수 있으며, 이는 전력 흐름을 제어하기 위한 회로를 구비한 밀폐형 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 전력 뱅크(160)는 케이블을 통해 전기 그리드에 꽂음으로써 재충전이 가능하며, 전력 뱅크(160)는 전기 에너지를 끌어 들여 저장한다. 대안적으로, 전력 뱅크(160)는 내부 배터리를 태양 에너지로 충전하는 광기전 패널을 사용하는 것과 같은 다른 수단에 의해 재충전될 수 있다. 제 4 커넥터(162)는 전력 뱅크(160)와 컨트롤러 조립체(108) 사이의 전기 통신을 제공한다. 이와 같이, 전력 뱅크(160)는 컨트롤러 조립체(108)에 전류를 제공하고, 이는 결국 본 장치(100)의 광 생생 유닛에 전류를 제공한다.
도 2 및 도 9에 도시된 태블릿 컴퓨터(170)는 본 장치(100)를 위한 시스템 인터페이스(172)를 제공한다. 태블릿 컴퓨터(170)는 이에 PBM 파라미터 설정 컴퓨터 애플리케이션을 다운로드하여: (i) 컨트롤러 조립체 켜고 끄고; 및/또는 (ii) 각 개별 광 생성 유닛의 광 에너지 파라미터를 조정하며, 파라미터는 이에 한정되는 것은 아니지만, 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)로 측정), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)로 측정), 조도 (W/㎠), 복사 노출 또는 선량 또는 플루언스 밀도(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 듀티 사이클(백분율), 분수 프로토콜 (환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118, 120 및 130) 및 구성 조사 렌즈(142)를 선택적으로 켜고 끌 수 있으며, 이는 각각 자체 광 생성 유닛 및 자체 구동 회로(122)를 갖기 때문이다. 대안적인 실시예에서, 태블릿 컴퓨터(170)는 스마트 폰, 스마트 워치, 랩탑 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터로 대체될 수 있다.
또한, 태블릿 컴퓨터(170)는 시스템 인터페이스(172)로서 기능하고, 사용자가 터치 스크린 상의 아이콘을 선택하여 컨트롤러 조립체(108)를 켜고 끄거나 및/또는 각각의 개별 광 생성 유닛의 광 에너지 파라미터를 조정한다. 일단 사용자가 시스템 인터페이스(172)에 명령어를 입력하면, 명령어는 컨트롤러 조립체(108)로 전송되고, 광 생성 유닛에 의해 전달되는 광 에너지의 파라미터를 조정한다. 이 실시예에서, 태블릿 컴퓨터(170)는 무선 수단에 의해 컨트롤러 조립체(108)에 연결되고 통신한다. 그러나 BLUETOOTHTM, Wi-Fi, 근거리 통신(NFC), 무선 주파수 식별(RFID), 3G, LTE(Long Term Evolution), 범용 직렬 버스(USB) 및 당업자에게 공지된 기타 프로토콜 및 기술과 같은 프로토콜을 통한 적절한 유선 또는 무선 통신이 사용되어 태블릿 컴퓨터(170)를 컨트롤러 조립체(108)에 연결할 수 있다.
도 1은 EEG 장치(1000)를 도시하며, 이는 바람직하게는 본 발명의 시스템 및 장치의 일부로서 사용될 수 있다. EEG 장치(1000)는 캡(1010)을 포함하며, 이는 대상체의 전기 뇌 활동을 읽고 기록하는 하나 이상의 전극(1012)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시예는 19개의 전극(1012)을 갖는다. 그러나, EEG 장치는 전극의 수에 따라 매우 다양하며, 32개 및 64개의 전극이 또한 일반적인 구성이고, 128개 및 256개의 전극이 연구에 사용된다. 전극(1012)은 대상체의 전기 뇌 활동에 대한 데이터를 연결하고, EEG 분석 소프트웨어가 다운로드된 태블릿 컴퓨터(170) (또는 대안적으로 다른 컴퓨팅 장치)에 전송한다.
본 발명의 바람직한 치료적 처리 방법:
전술한 시스템 및 장치는 본 발명의 바람직한 방법에 사용될 수 있다. 바람직한 방법에서, 광 에너지는 바람직하게는 DMN의 피질 허브와 같은 뇌의 타겟팅 영역으로 전달된다. 전술한 바와 같이, 이 피질 허브의 병변은 알츠하이머 병 및 치매와 같은 많은 뇌 장애와 관련된다. 이들 손상된 부위로의 효과적인 광 전달은 치유를 자극하는 것을 목표로 하며, 바람직하게는 40Hz의 펄스(pulsing)를 통해 미세 아교 세포를 비염증성 표현형으로 변형시켜, 효능을 향상시킨다. 세포 수준에서, 광수용기 호흡 효소 시토크롬 옥시다제는 특히 광 스펙트럼의 가시적 적색 영역과 근적외선 영역의 광에 민감하고, 이러한 적색 및 근적외선 파장의 흡수 광을 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 세포 에너지 분자 내로 변환시킨다. 결과적으로 ATP 합성 및 산소 소비가 증가하여, 생체 내 미토콘드리아 대사를 개선시킨다. 이는 바람직하게는 뉴런 세포의 성장 및 치유를 촉진하고, 유전자 전사 과정을 통해 뇌 장애의 질환을 개선시키는 것을 목표로 한다.
비침습적 광 조사 요법의 수행 방법은 생존하는 포유류 대상체의 뇌 신경자극을 달성하며, 바람직하게는 하기 단계 및 행동을 포함한다:
단계 1: 본 발명의 광 에너지 방출 장치(100)를 수득한다.
단계 2: 하나 이상의 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118, 120 및 130)의 투명한 외부 표면을 대상체의 두개골(200)에 인접한 원하는 고정 위치에 배치하여, 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118, 120 및 130)에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 두개골(200)을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과하며; 및
구성 조사 렌즈(142)의 투명한 외부 표면을 대상체의 비강의 내부 라이닝에 인접한 원하는 고정 위치의 콧 구멍내에 배치하여, 구성 조사 유닛(142)에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 비강 조직을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과한다.
단계 3: 상기 배치된 구성 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118, 120 및 130)의 광 생성 유닛이 광 에너지를 생성하도록 유발하며, 이는 대상체의 두개골(200)을 관통하여 뇌로 통과하기에 충분한 파라미터를 가지며, 및
상기 배치된 구성 조사 렌즈(142)의 광 생성 유닛이 광 에너지를 생성하도록 유발하며, 이는 대상체의 비강 조직을 관통하여 뇌로 통과하기에 충분한 파라미터를 가진다.
하나의 바람직한 실시예에서, 조사 유닛(110, 112, 114, 116, 118, 120, 130 및 142)은 위치되어 다음을 타겟팅한다: (i) 오른쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC); (ii) 쐐기앞소엽(PCu); (iii) 왼쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC); (iv) 오른쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC); (v) 후측 전전두엽 피질(PFC); (vi) 왼쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC); (vii) 비강을 통해, 전내측 전전두엽 피질(vmPFC), 내후각 피질(EC) 및/또는 해마곁 영역(해마 포함); 및 (viii) 소뇌 및/또는 뇌간.
전술한 바와 같이, 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 또한 비정상적인 뇌 기능을 진단하기 위한 도구를 포함할 수 있다. 진단 도구는, 예를 들어, 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 장치, 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 장치, 자기 뇌파 검사(MEG) 장치 또는 뇌파 검사(EEG) 장치일 수 있다.
다음은 진단 도구로서 EEG 장치를 사용하는 본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 대한 설명이다.
1. 하나 이상의 전극(1012)을 갖는 EEG 캡(1010)과 같은 EEG 장치(1000)는 대상체의 두개골(200) 상에 배치된다. 뇌파는 대상체의 다양한 진동으로 검출된다.
2. 대상체의 뇌파에 관한 데이터는 태블릿 컴퓨터(170)(또는 대안적으로 다른 컴퓨팅 장치)로 전송되며, 이에 EEG 분석 소프트웨어가 다운로드된다. 대상체의 뇌파 데이터가 분석된다. 특히, 대상체의 뇌파 특성은 정상적인 뇌파 특성과 비교되고, 대상체의 뇌 활동에 대한 분석 데이터가 생성된다. 존재하는 경우, 비정상적인 뇌파 특성이 검출되고 바람직하게는 또한 뇌의 특정 영역으로 식별된다.
3. 임의의 비정상적인 뇌파 데이터를 포함하는 대상체의 뇌 활동의 분석 데이터는 PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션에 의해 전송되거나 검색되며, 바람직하게는 이는 동일한 태블릿 컴퓨터(170) 상에 다운로드된다. 분석 데이터에 기초하여, PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션은 각각의 구성 조사 유닛 (110, 112, 114, 116, 118, 120 및 130) 및 구성 조사 렌즈(142)에 대한 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(Hertz(Hz)), 듀티 사이(백분율), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적), 및 광선 침투(전달) 거리 중 하나 이상에 대한 적절한 광 에너지 파라미터를 선택한다.
4. 구체적으로 선택된 파라미터를 갖는 적절한 광 에너지에 관한 명령어는 태블릿 컴퓨터(170)로부터 컨트롤러 조립체(108)로 전송된다.
5. 컨트롤러 조립체(108)는 대상체의 두피, 목, 코, 눈, 귀 또는 대상체의 신체의 임의의 다른 부분에 전략적으로 배치된 하나 이상의 조사 유닛을 사용하여 구체적으로 선택된 파라미터를 갖는 광 에너지를 대상체로 지향시킨다. 바람직한 일 실시예에서, 조사 유닛은 위치되어 다음을 타겟팅한다: (i) 오른쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC); (ii) 쐐기앞소엽(PCu); (iii) 왼쪽 측두엽 피질(LPC) 및/또는 후방 대상 피질(PCC); (iv) 오른쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC); (v) 후측 전전두엽 피질(dmPFC); (vi) 왼쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC); (vii) 비강을 통해, 전내측 전전두엽 피질(vmPFC), 내후각 피질(EC) 및/또는 해마곁 영역(해마 포함); 및 (viii) 소뇌 및/또는 뇌간. 하나 이상의 조사 유닛이 추가되어, 목에 미주 신경, 귀 엽/관 및 눈 (바람직하게는 눈 고글 내부에 위치), 내장 또는 신체의 다른 부분과 같은 위치를 타겟팅할 수 있다.
내인성 뇌 연결성, 간섭성 및 동기화에 대한 진단과 PBM 개입의 결합:
기능 장애를 갖는 뇌 네트워크는 종종 뇌파 패턴의 비정상적인 연결성, 간섭성 또는 동기화와 관련이 있다. 퇴행성 질환과 활동저하는 이러한 특성의 부족과 관련이 있거나, 델타와 세타의 느린 진동에서 지속적인 초-간섭성/동기화를 가진다. 이는 뇌파 판독 값으로 표시될 수 있다. 네트워크를 통한 표준 진동 전력을 재설정하는 것은 신경 퇴화 또는 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD) 및 양극성 장애와 같은 다른 정신과적 질환의 증상을 완화할 수 있다. 이는 보다 정확한 위치에 적용할 수 있다. 예를 들어, EEG 진단은 초-간섭성(hyper-coherency)을 표시할 수 있으며, 이는 F3과 F4 사이 또는 내인성 세타 진동과 위상이 다른 펄스 주파수를 적용함으로써 파괴될 수 있는 (10-20 EEG 시스템에 따른) 상이한 위치 사이의 세타 진동에서 "고정(locked in)"될 수 있다. 마찬가지로, 두 위치 사이의 저 간섭성(hypo-coherency)을 위해, 내인성 진동과 동위 위상인 진동내로의 추가된 전력은 연결성을 강화할 수 있다. 이를 달성하기 위한 EEG와 같은 진단 방법과 결합된 PBM 개입을 사용하는 것은 신규하고 유용하다. 이 선택적 개입 방법의 버전은 사용되어, 정상적인 뇌 또는 변경된 정신 상태의 향상된 성능을 달성할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 본 발명의 방법은 EEG 장치를 사용하여 대상체의 뇌에서 두 개의 상이한 위치 사이의 신경 진동이 서로 간섭(동일한 위상 또는 동기화)되거나, 비-간섭(상이한 위상 또는 비동기화)하는지 검출한다. 이들은 또한 연결 수준을 나타낼 수 도 있다. 비정상적인 간섭성은 신경 질환을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 부주의 서브 타입인 ADHD에서, 뇌의 전두엽 또는 일부 영역은 델타 및 세타의 낮은 진동에서 초-간섭성 및 고전력으로 고정될 수 있으며, 이는 이들 영역에서 위상이 다른(out-of-phase) 진동을 적용함으로써 정정될 수 있다. 간섭성/동기화 데이터가 사용되어, 본 발명의 시스템 및 장치를 사용한 치료를 위한 동작 파라미터를 선택할 수 있다. 알츠하이머 병을 포함하여 많은 질환이 비정상적인 간섭성/동기화를 나타내므로, 펄스 PBM은 수차를 교정하여, 증상을 교정하는 데 사용되는 도구가 될 수 있다. 실시간 EEG 판독은 특정 시계열에서 선택된 뇌 위치에 대해 선택된 진동의 PBM을 지능적으로 요구할 수 있는데, 이는 내인성 뇌 진동과 위상이 달라 초-간섭성을 방해하거나, 위상이 같아서 간섭성을 강화할 수 있다.
본 발명의 방법이 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 장치 또는 기능성 자기 공명 영상(fMRI)을 사용하는 바람직한 실시예에서, 뇌의 혈액 산소화에 관한 데이터가 수집된다. 이러한 수집된 데이터는 분석되며, 바람직하게는 정상 혈액 산소화 데이터와 비교하여 분석되고, 정상 또는 비정상인 것으로 결정된다. 이 데이터 분석에 기초하여, 적절한 광 에너지는 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(Hertz(Hz)), 듀티 사이(백분율), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 스팟(광선이 도달한 면적), 및 광선 침투(전달) 거리 중 하나 이상에 대한 특정 파라미터를 이용하여 선택된다. 특별히 선택된 매개 변수를 사용하여 적절한 광 에너지에 대한 명령어를 컨트롤러 조립체로 전송한다. 컨트롤러 조립체는 대상체의 두피, 목, 코, 눈, 귀 또는 대상체의 다른 부분에 전략적으로 배치된 하나 이상의 조사 유닛을 사용하여 구체적으로 선택된 파라미터를 갖는 광 에너지를 대상체로 지향시키도록 유발한다.
시스템/장치/방법의 파라미터 및 선량 측정:
본 발명에 따른 효과적이고 안전한 시스템 및 방법은 광범위한 동작 파라미터에 대한 선택 및 제어를 제공한다. 이러한 동작 파라미터는 이에 한정되는 것은 아니지만, 하기 선택(들)을 포함한다: 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(Hertz(Hz)), 듀티 사이(백분율), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 스팟(광선이 도달한 면적), 및 광선 침투(전달) 거리.
1. 치료 파장의 선택
살아있는 신경 세포에서 생체 내 유익한 효과를 유도하는데 가장 효과적인 것으로 나타난 파장은 일반적으로 스펙트럼의 적색 및 근적외선 적색 범위(NIR)의 광학 윈도우에 존재한다(즉, 620nm 내지 1400nm 파장). 뇌의 조사에 대한 성공적인 치료는 일반적으로 동물과 인간 모두에서 633-670nm 파장 또는 808-1072nm (근적외선) 파장에서 수행되었다. 따라서, 약 620-700 nm 내지 780-1400 nm 범위의 임의의 광 파장은 본 발명의 치료 용도에 허용되는 것으로 간주된다.
그러나, 일반적으로 광의 파장이 길수록, 성공적인 치료에 필요한 에너지는 낮아지고, 광의 파장이 길수록 살아있는 조직 내로 및 통해 통과하는 광의 침투 거리가 더 깊다는 것은 잘 확립되어 있다. 그러나, 살아있는 포유 동물 조직에서, 850 nm보다 긴 파장은 신체의 물에 의해 점점 기하 급수적으로 흡수된다. 살아있는 조직을 통한 광 에너지의 침투는 타겟팅된 조직의 선택된 파장뿐만 아니라 광학적 특성에 의존한다. 살아있는 포유 동물의 뇌의 경우, 뇌의 회백질 내에서 광 에너지의 최대 침투 거리는 NIR 광 영역에서 약 620 nm 내지 1400 nm의 파장에서 발생한다. 이러한 이유로, 또한 약 620 nm 내지 1400 nm 사이의 NIR 광 파장이 일반적으로 사용 및 침투하기에 바람직하고, 신경 조직 반응은 약 810 nm가 특히 바람직하다.
2. 연속파(
CW
) 대 펄스 주파수
일반적으로, PBM에서, 펄스는 고출력이 바람직하지 않은 열을 생성하지 않으면서 더 깊이 침투할 수 있다는 가정하에 고출력 레이저를 냉각시키기 위해 사용되어왔다. 이 원리는 LED에도 적용된다. 토끼에 대한 연구에서 입증된 것처럼 더 많은 세포 에너지(ATP)를 활성화시킬 수 있다. 다른 작용 기전은 광자를 포함하는 펄스의 제 1 부분이 상부 조직층의 모든 발색단 분자를 여기된 상태로 이동시키며, 다음 펄스 동안 조직 내의 더 많은 광자를 위해 길을 개방한다. 동물 연구에서 810nm 레이저로 테스트한 연구자들은 10 Hz에서의 펄스가 100 Hz보다 외상성 뇌 손상에서 더 큰 회복을 제공한다는 것을 확인하였다. 이들은 광 요법의 항우울제 활성이 기여 요인이었다고 제안하였다.
펄스형 가시 광선은 발작 사건이 촉발될 위험을 가진다. 본 발명은 바람직하게는 비가시성 근적외선만을 펄스화하여, 이 문제를 회피한다. 또한 발작은 단지 광의 시각 처리에서만 촉발된다. 즉, 눈이 광을 보고, 시각 피질에서 처리되어야 한다. 가시 파장의 광이 본 발명에서 사용되는 경우, 감광성 간질 사건의 잠재적 위험으로 인해 인간에게 펄스 모드를 사용하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명에서, 약 810 nm의 파장을 갖는 광과 같은 비가시성 근적외선 광을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 두피와 비강을 통한 광의 방향은 감광성 간질의 위험을 경감한다.
3. 펄스 주파수
알파 펄스 주파수는 외상성 뇌 손상(TBI)의 치료에 바람직하며. 바람직하게는 약 10Hz이다. 알파 펄스 주파수는 또한 우울증, 불안, 저산소증 및 뇌졸중과 같은 다른 질환의 치료에 바람직하며, 바람직하게는 약 10Hz이다.
알츠하이머 병(AD)은 종종 단기적이고 일시적인 기억의 감소 또는 비정상적인 처리 또는 인코딩을 나타낸다. 연구에 따르면 메모리 인코딩이 기능하지 않아, 중화 억제 효과를 가지는 것으로 보여지는 감마 진동의 존재 없이, 흥분독성(excitotoxicity)을 나타낸다. 이는 40Hz에서 PBM으로 적용될 수 있다. 또한, 40 Hz에서의 감마 진동에서의 광은 또한 미세 아교 세포(AD 관련 단백질 플라크를 제거하는 역할을 함)를 AD 병리를 다루는데 유용하고 안전한 비-염증성 유형으로 를 변형시킨다는 것이 밝혀졌다. 본 발명은 플라크가 축적된 병변에 대해 40 Hz에서의 PBM 개입을 지향시켜, 추가 축적을 제거하고 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 이 펄스의 특징은 펄스 속도(pulse rate)를 갖는 PBM이 신경 치유를 향상시킬 수 있다는 이론에 실질적으로 추가된다.
감마 펄스 주파수가 AD의 치료에 바람직하며, 약 40Hz에서 바람직하다. 또한, 감마 펄스 주파수는 파킨슨 병의 치료에 바람직하며,약 40Hz에서 바람직하고, 이는 뇌에 이물질을 삼킬 수 있는 비-염증성 식세포 미세 아교 세포를 활성화시키는 경향이 있기 때문이다. 또한, 감마 펄스 주파수는 내인성 감마 발진이 전형적으로 낮은 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 자폐증 및 정신 분열증과 같은 다른 질환의 치료에 바람직하다.
본 발명자와 그의 공동 연구자들은 LED로부터 40 Hz의 펄스 주파수에서 810 nm 광을 전달하여 최근의 테스트를 수행하였다. 이전에, 마우스 모델에서 네트워크 흥분성의 비정상적인 증가와 해마의 보상 억제 메커니즘이 Aβ-유도 신경학적 결손에 기여할 수 있음이 관찰되었다. 마우스 모델에서의 EEG 기록은 주로 감마 진동 활동이 감소되는 동안 네트워크 초동기화(hypersynchrony)를 나타내었다. 감마 진동을 복원하면 과잉 시냅스 활동을 억제하고, AD와 관련된 질환인 초동기화, 메모리 결손 및 조기 사망률을 줄일 수 있다. AD를 가진 개체에서, 이 현상은 AD와 관련된 Aβ 단백질의 형성 증가에 대한 위험과 관련된다. 40 Hz의 감마 펄스 주파수가 그 속도로 광 펄스로 조사된 환경에 있는 마우스의 시각 피질에서 Aβ 단백질 생성을 약화시키는 것으로 입증되었다. 40 Hz 펄스 속도는 미세 아교 세포를 원치 않는 Aβ 단백질 침착물을 삼키는 비-염증 상태로 변형시키는 것으로 이론화되었다. 해마에서 40 Hz 펄스 광이 광유전적으로 유도될 때, 그 위치의 Aβ 펩티드 수준 또한 상당히 약화되었다. 데이터로부터, 40 Hz에서의 펄스 광을 처리하는 뇌 영역에서 Aβ가 약화될 수 있고, 40 Hz에서의 펄스 광이 DMN과 관련된 정확한 영역으로 지향되면, 이는 AD에 대한 엄청난 치료일 수 있다.
본 발명의 시스템 및 장치는 또한 비-의학적 치료에 사용되어, 일반적으로 인지, 운동 수행 및 명상을 개선할 수 있다. 이러한 경우 펄스 주파수는 중요한 파라미터이다.
생각, 경험 및 감각을 통해 지식을 획득하고 이해하는 능력을 포함하여, 대상체의 인지 능력의 일반적인 개선과 관련하여, 베타 및/또는 감마 펄스 주파수가 바람직하고, 약 40 Hz에서 바람직하다.
운동 성능의 개선과 관련하여, 알파 펄스 주파수는 운동 선수가 정신 과제를 통해 집중하고 침착하게 생각하거나 수행해야 하는 상황에 바람직하며, 약 10Hz에서 바람직하다. 감마 펄스 주파수는 운동 선수가 시간의 압박 하에서 빠른 결정을 내려야하는 상황에 바람직하며, 약 40Hz에서 바람직하다.
명상은 사람이 정신적으로 명확하고 감정적으로 평온한 상태를 달성하는 연습이다. 높은 수준의 명상 상태에 도달하려면 장기 명상인도 몇 시간이 걸릴 수 있다. 장기 명상인의 경우, 높은 수준의 명상 상태에 빨리(일반적으로 5분 미만으로) 도달하는데, 감마 또는 더 높은 펄스 주파수가 도움이 되며, 약 40Hz 이상에서 바람직하며, 약 80, 120, 200Hz 이상에서 바람직하다.
본 발명의 시스템 및 장치는 0 내지 1000Hz 이상의 범위의 펄스 주파수를 전달할 수 있으며, 그 사이에 많은 펄스 주파수에서 실험을 허용한다.
4. 간섭 및 비간섭 방사선(레이저 vs 비-레이저 발광 다이오드) 중 선택
레이저는 단방향의 간섭 전자기 방사선을 제공하므로, 고 에너지 입력과 결합된 보다 집중된 에너지를 허용한다. 현대 레이저 광원은 일반적으로 안전을 허용되는 발산(divergence)을 하는 저 강도 반도체 형식으로 구성된다. 이러한 레이저 광원은 LED에 비해 다음과 같은 장점을 가질 수 있다: (i) 더 높은 정도의 조직 침투; (ii) 효율적인 광 커플링; 및 (iii) 높은 단색성. 파장, 에너지 용량 및 강도의 동일한 파라미터가 주어질 때, 생체 조직의 더 깊은 관통 거리가 필요한 경우, 레이저의 간섭 광이 발광 다이오드(LED)에 의해 생성된 비간섭 광보다 바람직할 수 있다.
그러나, 많은 치료적 적용에 있어서, 임상적 효능에는 그러한 광 간섭이 필요하지 않으며, 더 깊은 조직 침투 거리가 필요한 의학적 상황에서, 종종 발광 다이오드(LED)로부터 더 긴 파장의 비-간섭 광을 사용하는 것이 이를 더 잘 충족하는 것으로 여겨진다. 최근에, 발광 다이오드(LED)는 광원으로서 레이저에 대한 실용적인 치료 대안이 되었다. 세포의 광 수용체(특히 사이토크롬 옥시다제)는 수용된 광자 광의 간섭 또는 비-간섭을 식별하지 못한다고 상정한다. 임의의 경우에, 조직 내부에서 광이 산란한다. 따라서, 동일한 파장의 광이 주어지면, 발광 다이오드(LED)를 사용하여 세포의 광수용체 수용기에서 수신된 에너지 선량 및 세기 입력은 레이저 광원의 간섭 광에 의해 제공되는 것과 유사하거나 동일한 치료 결과를 산출할 것이다. LED 비-간섭 광의 침투는 전형적으로 더 얕지만, LED가 생성한 비-간섭 광은 광선이 도달한 더 넓은 면적의 스폿 커버리지를 제공하는 이점을 갖는다.
본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 레이저 원과 발광 다이오드 원으로부터의 광 사이에 존재하는 간섭 대(vs.) 비-간섭의 차이를 인식하고, 특정 적용 목적을 위해 최적의 조건에 기초하여 이들 사이에서 신중하게 선택함으로써 두 가능성을 제공한다 (즉, 치료상으로 치료될 특정 질병 상태 또는 장애는 더 나은 형식을 지시할 것이다).
따라서, 제 1 예시적인 예로서, 더 깊은 곳에 위치한 솔방울샘(pineal gland) 및 교차위핵(suprachiasmatic nucleus, SCN))에 조사하는 것과 같은, 뇌의 중간 영역에서 하나의 특정 영역만을 조사하여, 정상적인 일주기 리듬을 복원하고 수면 장애를 교정하는 것의 이점이 있을 때, 레이저 광원의 간섭 광은 더 깊은 조직 침투를 위해 바람직하다. 그러나 중요한 대안으로서, 더 긴 치료 시간과 함께 더 긴 파장(바람직하게는 NIR 범위)에서 비 간섭 LED 광의 사용은 레이저 원의 간섭 광에 의해 제공될 수 있는 최대 조직 침투 거리의 손실을 적절하게 보상할 수 있다. 그러나 레이저와 비교하여, LED는 눈 망막을 손상시킬 위험이 없다.
비-레이저 LED를 선호하는 제 2 예시적인 예로서, NIR 810 nm 레이저 원으로부터의 간섭 광이 더 깊은 조직 관통 능력으로 인해 선호되었을 수 있지만, 이의 비가시성(invisible) 특성은 더 큰 위험을 갖는다. 810 nm 레이저 광은 사람의 눈에는 보이지 않는다. 따라서, 가시성 레이저는 자율 방어 메커니즘으로서 눈 깜박임을 촉발했지만, 비가시성 레이저는 그렇지 않는다. 따라서 장기간 레이저 광원을 직접 보는 경우, 실수로 눈에 망막 손상을 유발할 수 있는 상당한 위험이 존재한다. 이것이 레이저 사용에 대한 규제 제한 이유이다. 따라서, 비-레이저 LED를 제공하는 본 발명은 안전하고, 규제 제한없이 가정에서 감독되지 않은 상태로 사용될 때 안전 위험을 제거한다. 이는 임상 또는 연구 환경에서 NIR 레이저를 사용하는 것을 배제하지 않는다. 동일한 주장하에, 저전력 가시 적색 레이저는 비가시성 레이저와 비교할 때 상대적으로 안전하다.
비-간섭 LED로 생성된 광의 다른 유리한 측면은 이러한 비-간섭 광의 사용이 레이저로 생성된 광에 비해 상대적으로 더 낮은 열을 생성한다는 것이다. 이는 상대적으로 낮은 전력 밀도에서 파장을 사용하여, 살아있는 뇌 조직이 비-간섭 LED로 생성된 광에 장기간 노출될 수 있도록 허용하여, 결국 신경 활동의 보다 효과적인 조절을 위한 시간을 허용한다. 따라서, 외상성 뇌 손상의 치료에 의해 예시되는 바와 같이 치료 시간이 의학적 효능을 위해 연장되는 경우, 비교적 낮은 전력 밀도에서 비-간섭 LED로 생성된 광의 파장이 바람직하게는 레이저로 생성된 광의 사용을 넘어, 이를 통해 뇌 조직에 원치 않는 열 손상을 일으킬 위험을 회피한다.
따라서, 일반적인 치료 용도의 목적으로, 본 발명은 바람직하게는 뇌 치료용 치료 및 예방 의학 적용을 위해 NIR LED 광원 및 비-간섭 파장을 사용할 수 있다. 이 선호는 일반적으로 인간 인지 기능, 신경 퇴행, 혈관성 치매, 편두통, 통증 및 인간 기억력 결핍과 관련된 의학적/임상/병리학적 질환을 포함하고 함유한다. 이는 또한 인지 향상 및 변경된 상태를 포함하는 비-의학적 용도도 포함한다.
5. 치료 에너지 및 기타 파라미터
광 에너지는 일반적으로 줄(J) = 전력(W) x 시간(초)으로 측정된다. 뇌를 자극하기 위한 목적으로, 미토콘드리아 활동을 자극하기 위해서는 매우 적은 광 에너지가 요구된다. 오늘날 사용되는 의학적 효능에 대한 하나의 기준점은 정맥에 직접 주입되는 광을 포함하는, 오랜 시간 동안 검증된 정맥 광 조사 기술(주로 러시아, 독일 및 세계 여러 나라에서 수십년 동안 사용되었지만, 미국 FDA(Food and Drug Administration)의 승인받지 못함))이고, 일반적으로 632.8 nm의 파장, 약 1.5 MW (또는 매우 낮은 수)의 전력 및 치료 세션 당 약 30 분의 시간을 갖는 레이저의 파라미터를 따른다. 이를 바탕으로, 공통 프로토콜에서, 환자는 일반적으로 처음 3 일 동안 하루에 한 번 치료된 다음 총 10 회의 환자 치료 세션에 도달할 때까지, 2 일마다 한 번씩 치료된다. 각각의 환자 치료 세션마다 약 2.7 줄(1.5/1000W x 30분 x 60초)의 광 에너지가 전달된다.
체외 연구에 따르면 가시 적색광을 갖는 1-3 J의 에너지는 페트리 접시의 세포에서 세포 회복을 위한 PBM 메커니즘을 활성화시키기에 충분하다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에서, 조직 층을 통한 침투를 설명하기 위해 훨씬 더 높은 전력(더 높은 선량 에너지를 초래함)이 고려되는 것이 바람직하다.
원격 측정:
추가 측면에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 원격 측정법을 사용하여 대상체의 치료와 관련된 데이터를 기록 및 모니터링한다. 예를 들어, 본 발명의 시스템 및 장치는 대상체를 치료하는데 사용되고 원격 측정기로서 작용한다. 시스템의 온/오프에 관한 데이터, 및 이에 한정되는 것은 아니지만, 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄(J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(헤르츠(Hz)), 듀티 사이클(백분율)), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리를 포함하는 본 발명의 시스템 및 장치에 의해 사용되는 동작 파라미터는 기저부에 전송된다. 기저부에서, 데이터는 기록되고, 모니터링될 수 있다.
데이터는 이에 한정되는 것은 아니지만 무선, 초음파 또는 적외선 시스템을 포함하는 무선 전송 메커니즘에 의해 텔레미터에서 기저부로 전송될 수 있다. 대안적으로, 데이터는 이에 한정되는 것은 아니지만 전화 네트워크, 컴퓨터 네트워크, 광 링크 및 기타 유선 통신 시스템을 포함하는 매체를 통해 전송될 수 있다. 또는 네트워크는 블록 체인 기술을 통해 연결되고 업데이트될 수 있다.
신경 원격 측정 분야에서, EEG 장치는 원격 측정기로서 사용되고, EEG 데이터가 EEG 장치에 의해 수집되고, 모니터링을 위해 기저부로 전송되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 환자의 질환에 대한 임의의 경감을 위해 즉각적인 도움이 필요한 경우, EEG 데이터는 지속적인 모니터링 또는 간헐적인 모니터링을 위해 등록 된 EEG 기술자에게 전송될 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 측면에서, 본 시스템 및 방법은 EEG 데이터 및 본 발명의 시스템 및 장치에 의해 사용되는 동작 파라미터에 관한 데이터 모두에 대해 기저부로의 수집 및 전송을 포함한다. 이 바람직한 실시예에서, 두 세트의 데이터로부터의 정보가 사용되어, 환자에 대한 개선된 치료를 제공할 수 있다. 대부분의 경우, 사용자 측 시스템의 파라미터는 바람직하게는 자동으로 조정되어, 수동 보조 장치(mannual override)의 옵션과 함께 의학적 질환에 대한 최적의 치료를 제공할 것이다.
PBM 개입과 자동 개입 진단의 결합:
뇌가 뇌-컴퓨터 인터페이스(brain-computer interface, BCI)를 통하고 및 EEG 진단을 기반으로 다양한 PBM 파라미터에 근본적으로 반응할 수 있다고 가정하면, PBM 파라미터의 조정을 자동화할 수 있으며, 보다 표준적인 뇌 패턴을 달성할 수 있다. 정상적인 뇌의 경우, 정신 능력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 내인성 감마 진동이 성공적인 메모리 인코딩 및 인식에 존재한다는 것을 인식한다. 감마를 적용함으로써, 더 나은 품질의 내인성 감마 진동을 위한 뇌를 동반할 수 있으며, 따라서 정신적 성능을 향상시킬 수 있다.
개선된 뇌 기능을 위한 비-침습성 뇌 자극에 대한 기술의 양상은 경두개 직류 자극(transcranial direct current stimulation, tDCS) 및 경두개 교류 자극 (transcranial alternating current stimulation, tACS)과 같은 일부 형태의 전기 자극; 또는 경두개 자기 자극(transcranial magnetic stimulation, TMS)과 같은 자기 자극 또는 이들 방법의 일부 변형의 일부 형태로 사용되어 왔다. 전기 및 자기 자극 방법의 본질은, 본질적으로 불편한 부작용 없이 통계적으로 유의미한 변화를 일으키지 않은 기구를 포함한다. PBM은 본질적으로 사용자에게 기계적 또는 열적 영향을 미치지 않지만, 뇌 패턴에서 상당한 변조를 증명하였다. 따라서 이는 쉬운 자극을 위한 훨씬 더 적절한 방법이며, 소위 EEG 판독 값 기반의 개입의 빠른 맞춤형 시스템을 설계하는 플랫폼으로서 우수하다. 원하는 결과를 달성하기 위한 맞춤형 PBM 개입을 위한 주요 파라미터의 조정을 가능하게 하는 본 발명의 시스템의 설계는 새롭고 유용하다. 많은 신경 및 정신 질환을 해결하는 도구를 제공하는 것 외에도, 정신적 기능도 향상시킬 수 있다. 파라미터는 각각의 선택된 발광 다이오드(LED)에 대해, 펄스 주파수, 전력 출력, 펄스, 듀티 사이클의 변화를 수반할 것이다. 이들은 또한 LED 대 LED 또는 서브 네트워크 대 서브 네트워크 펄스 간섭성/동기화를 포함하여, 내인성 진동과 같은 위상 또는 다른 위상의 진동을 달성한다.
PBM 시스템의 유용성은 파라미터의 선택 및 실행을 자동화할 수 있는 폐쇄형 루프 시스템을 위한 컴퓨터 데이터베이와 결합되어, 비정상 뇌 진동을 교정할 수 있다. 데이터베이스는 지속적으로 업데이트하는 정보의 사용자 커뮤니티 공유를 기반으로 유기적으로 증가할 것이다. 전체 프로세스를 자동화할 수 있다. 이러한 시스템의 자동화, 특히 표준 데이터베이스의 유기적으로 성장하는 데이터베이스를 활용하는 개입 또한 신규하고 유용하다.
또한, 시스템의 사용자 측은 내장형 무선 원격 측정 시스템에서 원격으로 추적하여 사용을 모니터링하는 옵션을 가지며, 장치의 사용 여부, 사용 시간, 위치 및 적절하게 기능하지 여부에 대한 정보를 제공한다. 본 연결을 통해 파라미터를 원격으로 조정하여, 개입을 향상시키거나 실험하여, 결과를 개선한다. 안전상의 이유 및 치료 프로토콜 준수와는 별도로, 본 정보는 개선된 이해를 제공하여, 치료의 맞춤화 및 치료 결과의 개선을 이끈다. 이 시스템의 가용성은 또한 집에서 장치를 사용할 수 있는 임상 시험의 품질을 향상시킨다. 또 다른 사용 영역은 외상 후 스트레스 증후군(PTSD)을 위함이다. PTSD를 가진 재향 군인은 자살 위험이 높으므로, PBM 시스템이 PTSD 증상을 완화시키는 데 효과적이라는 가정하에서, 이 원격 측정 기능은 유용함을 증명할 수 있다. 이 시스템은 의료 센터에서 멀리 떨어진 시골 지역이나 외딴 지역에 사는 재향 군인에게 특히 유용하다. 사용자가 긴급하게 도움이 필요하다고 느끼면, 본 시스템은 또한 패닉 버튼을 포함할 것이다. PBM 파라미터의 원격 조정(자동일 수 있음)을 통합한 이러한 방식의 원격 추적은 신규하고 유용하다.
본 발명의 속성 및 능력:
본 발명은 다수의 긍정적인 속성, 특성 및 능력을 제공한다. 그 중에는 다음이 있다.
1. 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 파장, 간섭성/동기화, 에너지(줄 (J)), 전력(와트(W) 또는 밀리 와트(mW)) 또는 조도(W/㎠), 복사 노출(J/㎠), 노출 시간(초), 파형(연속 또는 펄스), 주파수(Hertz(Hz)), 듀티 사이클(백분율), 분수 프로토콜(환자 치료 세션 수), 광선 크기(광선이 도달한 면적) 및 광선 침투(전달) 거리와 같은, 많은 상이한 파라미터에 대해 넓은 범위에 걸쳐 광 에너지를 전달하여, 뇌 및 신경계에 대한 치료 결과를 달성할 수 있다.
2. 본 발명은 광선 및 광 파장을 지향함으로써 뇌의 다양한 타겟팅 부위를 조명할 수 있다. 이와 관련하여, 광 파장은 미리 선택되어, 뇌 물질로의 원하는 침투를 달성한다. 이는 각각의 신경 질환 및 장애에 대한 개선된 결과를 초래한다.
3. 본 발명은 바람직하게는 디폴트 모드 네트워크(DMN) 또는 기타 네트워크의 특정 피질 허브를 타겟팅하여, 알츠하이머 병, 치매 및 DMN 또는 기타 네트워크의 기능 장애가 요인인 기타 질환과 같은 뇌 장애와 관련된 허브의 병변을 치유하는 것을 목표로 한다.
4. 본 발명은 바람직하게는 경두개 및 비강 내 치료를 결합하며: (i) 경두개 헤드셋은 뇌의 신피질 영역의 후측/상부 영역으로 광 에너지를 지향시키며; 및 (ii) 비강 내 유닛은 뇌의 전측 또는 하부로 광 에너지를 지향시킨다. 2차 모듈은 바람직하게는 후두부 아래의 영역에 추가되어, 소뇌 및 뇌간에 도달한다. 본 조합은 개별적인 현재의 경두개 방법 및 개별적인 현재의 비강 내 방법보다 더 포괄적인 적용 범위를 제공한다.
5. 본 발명은 다른 경두개 광생체조절 방법에 사용되는 풀 헬멧(full helmet)보다 사용하기에 더 가벼운 경량 경두개 헤드셋을 제공한다.
6. 본 발명은 비강 내에 봉입된 (발광 다이오드 또는 저수준 레이저 다이오드와 같은) 고체 전자 광원을 동시에 삽입하면서, 콧 구멍의 외벽에 클립핑될 수 있는 사용하기 쉬운 비강 내 애플리케이터를 제공하여 광치료를 전달할 수 있다.
7. 본 발명은 전력 요구가 비교적 낮다.
8. 본 발명은 위생 및 비용 절감 목적을 위해, 처리 및 전력 컨트롤러 조립체로부터 광 에너지의 전달을 분리하고, 또한 상이한 광 발생 유닛을 단일 처리 컨트롤러 조립체로 교환 및 교체하고, 이러한 목적을 위하여 적절한 전력 용량을 제공하며, 또한 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 기타 컴퓨팅 장치와 인터페이스로 연결된다.
9. 본 발명은 EEG와 같은 진단 도구를 사용하여 대상체의 뇌 데이터를 검출한다. 이러한 데이터는 사용되어, 대상체의 PBM 치료를 위한 특정 파라미터를 선택하며, 특히, 대상체의 특정 비정상을 치료하는데 가장 효과적일 PBM 치료의 특정 파라미터를 선택하여, 개인별 치료를 제공한다.
10. 본 발명은 (i) 대상체의 뇌 데이터를 정상인 것으로 간주되는 뇌 데이터와 비교; (ii) 대상체의 뇌 데이터에 임의의 비정상이 있는지 평가; 및 (iii) 비정상을 고려하여 대상체의 PBM 치료를 위한 특정 파라미터를 선택함에 의해, 진단 도구로 검출된 대상체의 뇌 데이터를 지능적으로 처리한다.
11. 본 발명은 사용자 측의 파라미터를 자동으로 조정하여, 수동 보조 장치의 옵션과 함께 지능적으로 처리된 최적의 개입을 구현한다.
12. 본 발명은 원격 측정법을 사용하여 시스템의 온/오프 여부에 관한 데이터 및 본 발명의 시스템에 의해 사용되는 동작 파라미터를 수집하고, 그러한 데이터를 기록 및 모니터링 될 수 있는 기저부로 전송할 수 있다.
연구 #1:
연구 #1은 본 발명의 바람직한 장치를 사용하여 경증 내지 중증의 치매 또는 잠재적 AD를 갖는 5명의 환자에 대한 근적외선 PBM의 효과를 평가하는 것을 목표로 하였다.
사례 시리즈는 참가자들에 대해 다음과 같이 진행되었다: (i) 12주간의 활성 치료; 및 (ii) 치료없이 4주간의 추적 관찰 기간. 환자는 매일 집에서 비강 내 장치를 사용하여 PBM을 투여받았으며, 매주 임상 부위에 경두개-비강 내 PBM을 투여하였다. 근적외선(810nm)은 발광 다이오드(LED)를 통해 10Hz 주파수로 펄싱되어, 디폴드 모드 네트워크(DMN)의 허브로 전달되었다.
인지 장애는 MMSE 및 ADAS-cog 스케일을 사용하여 평가되었다. PBM으로 12주간 치료한 후, MMSE(p<0.003) 및 ADAS-cog(p<0.023)를 사용하여 평가한 바와 같이, 인지의 현저한 개선이 관찰되었다. MMSE 점수는 도 10을 참조한다. 12주간의 치료는 또한 기능 증가, 수면 개선, 불안 감소 및 분노 폭발 감소를 이끌었다. 부작용은 보고되지 않았다. 또한, 4주간의 비치료 기간 동안 인지 기능의 현저한 감소가 관찰되었으며, 이는 유지 치료가 중요할 것임을 시사한다. 이 연구는 PBM이 경증 내지 중증의 치매 및 잠재적 AD를 갖는 환자에서 인지에 대한 유의미한 개선을 형성할 수 있음을 입증하였다.
연구 #2:
연구 #2의 경우, 이전 연구 #1의 프로토콜이 일부 수정되었으며, 이는: (i) 펄스 속도를 10Hz(알파)에서 40Hz(감마)로 변경하고; (ii) 중증 알츠하이머 병을 가진 무작위로 선택된 환자에게 헤드셋이 제공되었으며, 일주일에 6일 밤, 밤마다 한 번씩 집에서 사용하였으며, (iii) 더 적은 수의 LED가 사용되었지만 더 많은 전력을 사용하여 DMN의 허브를 보다 정확하게 타겟팅한 것을 포함한다.
그 결과는 연구 #1의 참가자에게서 관찰한 것보다 훨씬 더 중요하였다. 눈 접촉이 1/10 에서 9.2/10으로 개선되는 등 치료 후 두 번째 날부터 상당한 행동 변화가 이미 관찰되었다. 둘째 날에, 환자는 침묵에서 벗어나, 의미있는 대화를 시작하였고 글을 쓸 수 있었다. 셋째 주에, 환자는 의사 소통 능력이 크게 향상되어, 삶의 질을 대부분 회복하였다(도 11 참조).
이 연구의 연구자는 총 17주 동안의 데이터를 보고하였다. 도 12에서 도시한 바와 같이, 간이 정신 상태 검사(Mini Mental Status Examination, MMSE)는 기준선에서의 21으로부터 17주에서의 26으로 증가하였으며, 알츠하이머 병 평가 스케일-인지 하위 스케일(Alzheimer's disease Assessment Scale-cognitive subscale, ADAS-cog)는 35에서 25로 향상되었다. 이들은 ADCS-ADL 점수에 대해 3주 동안의 데이터를 다루었으며 43에서 58로 개선되었다.
신경 진동을 측정하기 위해 EEG를 사용하는 각각의 PBM 치료 동안, 감마, 베타 및 알파에서 고주파 진동의 전력 스펙트럼의 상당한 상승이 관찰되었다. 한편, 세타 및 델타 진동의 전력 스펙트럼은 감소되었다(도 13 참조). 이 연구는 5주차 측정에서 허위 장치(sham device)를 사용했으며, 감마 및 베타 전력 스펙트럼 밀도에는 변화가 없었으며, 이는 뇌가 (허위 장치가 아닌) 활성 장치에 반응한다는 이론을 뒷받침한다. 알파 진동의 변화는 세션 동안 대상체가 휴식 상태에서 눈을 감았기 때문에 부분적으로 표현되었다.
연구 #2에서, 810nm의 근적외선을 DMN의 허브로 전달하고 40Hz로 펄싱하여, 다음과 같이 상당한 개선점을 제공하였다:
- 인지 (17주 이상 측정)
- 일상 생활 및 삶의 질 요소(3주 이상 측정)
- 모든 진동에서 3주에 걸친 전기생리학적 기준점 전력
- 각 치료 후 감마, 베타 및 알파 진동의 전력을 증강; 및 세타 및 델타 진동의 전력을 감쇠시키는 급성 단기 동반.
결과는 빠르고 중요하며 연속적이였으며, 3주 이상 유지되었다. 17주의 본 연구 동안 통계는 계속 향상되었다. 부작용은 관찰되지 않았다.
요약하면, 40Hz에서 810nm 펄스를 전달할 때, 연구자는 AD와 관련된 EEG 시그니처를 크게 개선하고, MMSE와 ADAS-cog 측정에 의해 제공된 인지 측정에서 상당한 개선을 제공할 수 있었다.
연구 #3:
연구 #3에서, 즉각적인 치료(IM) 그룹의 랜덤 환자는 집에서 사용하기 위한 본 발명의 바람직한 장치가 제공되었다. 대기자 명단(WL) 그룹의 랜덤 환자는 12주 동안 평범한 (PBM이 아닌) 치료를 받았다. 치매 환자 8명은 파일럿 시험을 완료했으며 4명은 IM 그룹에서, 4명은 WL에서 랜덤으로 선정되었다. 두 그룹은 기준선에서 인구 통계학적 변수 또는 MMSE에서 크게 다르지 않았다. 이전 연구와 달리, PBM 치료의 빈도는 12주 동안 격일로 1회였다.
12주 후, IM 그룹의 랜덤 환자는 인지 기능(ADAS-cog 사용) 및 신경정신과적 증상(Neuropsychiatric Inventory (NPI) 사용)에서 상당한 개선을 경험하였다(도 14 참조). 대조적으로, WL 대상체에서 인지 및 행동 증상이 감소하였다. 대상체간 측정으로서 그룹(IM 대 WL)에 대한 반복된 측정 ANCOVA, 대상체 내 측정으로서 시간(기준선 6주 및 12주) 및 나이, 교육 및 공변량으로서 기준선 MMSE는 ADAS-cog(F1,3=33.35, p=0.01) 및 NPI(F1,3=18.01, p=0.02)에 대한 시간 상호 작용에 의해 중요한 그룹을 나타냈다.
WL 대상체는 12주의 통상적인 치료를 완료한 후 12주의 PBM 치료를 받을 수있는 선택권을 가졌다. 인지 및 행동 평가는 18주 및 24주에 재평가되었지만, 이들 대상체는 추가 MRI를 받지 않았다. 도 15는 12주 동안의 통상적인 치료 동안 감소된 2명의 WL 대상체가 본 발명의 장치를 사용하기 시작한 후 인지 및 행동이 개선되었음을 보여준다(도 15에 나타냄). 이들 2명의 WL 대상체에서, 쌍을 이룬 t-실험은 기준선 및 12주(t=-15.0, df=1, p=0.04), 12주 및 24주(t=15.0, df=1, p=0.04)에서 NPI 점수에서 상당한 차이를 나타내었으나, 기준선 및 24주(t=0.0, df=1, p=1.0)에서는 그러하지 아니하였음을 밝혀냈다. 쌍을 이룬 t-실험에서 기준선으로부터 12주, 12주로부터 내지 24주 또는 기준선으로부터 24주의 ADAS-cog 스코어에 큰 차이가 없음을 밝혀냈음에도 불구하고, 도 15는 이것이 여성 WL 대상체의 ADAS-cog 스코어가 24주 동안 최소로 변경되었기 때문임을 제시한다. 그럼에도 불구하고, 12주 동안 장치를 사용한 후 ADAS-cog 점수(24주에 30.67)는 기준선에서 보다 낮았다(즉, 더 우수함).
12주간의 PBM 치료 후, 후방 대상 및 양측 두정 피질 아래 측두(bilateral parietal cortex inferior temporal) 및 왼쪽 전두엽 피질에서 관류가 증가하였다. 4명의 IM 환자에서 DMN 내에서 기능적 연결성이 또한 증가되었다. 구체적으로, 기준선과 비교하여 12주차에 IM 그룹에서 해마, 측두엽 피질 및 후방 대상 피질 사이의 더 큰 연결성이 있었다. 도 16a 및 16b는 12주간의 규칙적인 PBM 치료 전후의 치매 환자에 대한 기능성 자기 공명 영상(fMRI)을 포함한다.
연구 #4:
전기생리학적 변화가 건강한 뇌에서 복제되는지 여부를 관찰하고, 따라서 본 발명의 개입 품질을 확인하기 위해, 본 발명의 바람직한 장치를 사용하여 20명의 건강한 대상체에 대해 이중-맹검 EEG 연구를 수행하였다. 활성 및 허위 버전의 장치를 20분 세션 동안 사용하였다. 전력 스펙트럼 및 연결성 분석을 수행하여, 활성 및 허위 개입 사이의 유도된 변화의 차이를 평가하였다.
도 17은 단일 세션 후 PBM 치료를 받기 전과 후의 건강한 대상체에 대한 전력 스펙트럼의 변화의 요약을 포함한다. 도 18은 허위 장치와 비교하여, 뇌 지도에 나타난 건강한 대상체에 대한 전력 스펙트럼의 변화를 보여준다. 도 19는 연구 #4의 다양한 희소성 수준(sparsity level)에 대한 군집 계수(clustering coefficient)를 측정하는 그래프 이론을 사용하여, 연결성의 중요도에 대한 변화를 구성한다.
이러한 분석은 본 장치에 의해 전달된 PBM이 내인성 뇌 활동에 주파수 의존적 효과를 생성함을 밝혀냈다. 능동적 자극 후에 저주파 전력(즉, 델타 및 세타)의 감소 및 고주파 전력(즉, 알파, 베타 및 감마)의 증가가 관찰되었다. 활성 그룹과 허위 그룹의 비교를 통해 델타(1-4Hz; t=-2.53 p=0.0203), 세타(4-7Hz; t=-3.18 p=0.0049), 알파(8-12Hz; t=4.26 p=0.0004), 베타(12-30Hz; t=3.02 p=0.0070), 및 감마(30-50Hz; t=3.84, p=0.0011)에서 상당한 차이를 증명하였다.
가중치 위상차 지수(wPLI) 및 그래프 이론 측정은 알파 및 감마 주파수로 제한되는 활성 및 허위 자극 사이에 유의한 변화(p <0.001)를 나타내었다. 이 연구 결과는 PBM이 펄스 주파수 의존 방식으로 뇌 연결에 영향을 미치는 피질의 진동을 조절한다는 증거를 제공한다. 이 연구는 적절한 파라미터를 갖는 근적외선이 뇌를 충분히 관통하여, 상당한 전기생리학적 변화를 일으킬 수 있음을 확인한다.
전술한 컴퓨터 애플리케이션을 개별적으로 설명하였지만, 본 명세서에 개시된 임의의 둘 이상의 애플리케이션은 임의의 조합으로 조합될 수 있음을 이해해야한다. 본 명세서에 기술된 임의의 애플리케이션은 (a) 프로세서, (b) 컨트롤러 및/또는 (c) 임의의 다른 적절한 처리 장치에 의해 실행하기 위한 기계-판독 가능한 명령어를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 애플리케이션, 알고리즘 또는 소프트웨어는 예를 들어, 플래시 메모리, CD-ROM, 플로피 디스크, 하드 드라이브, 디지털 다용도 디스크(DVD) 또는 기타 메모리 장치와 같은 비-일시적 유형 매체에 저장된 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 당업자라면 전체 애플리케이션 및/또는 그 일부가 대안적으로 컨트롤러 이외의 장치에 의해 실행될 수 있으며 및/또는 공지된 방식(예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit), PLC (programmable logic device), FPGA(Field Programmable Logic Device), 이산 논리(discrete logic) 등)으로 펌웨어 또는 전용 하드웨어로 구현될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 또한, 당업자는 예시적인 기계 판독 가능한 명령어를 구현하는 많은 다른 방법이 대안적으로 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
청구항의 범위는 예시에 제시된 바람직한 실시예에 의해 제한되지 않아야하고, 그 설명 전체와 일치하는 가장 넓은 해석이 제공되어야 한다.
Claims (44)
- 대상체의 생존하는 인간 뇌의 비침습성 신경자극 요법의 수행 시스템으로서, 비침습성 신경자극 시스템은:
(A) 하나 이상의 구성 조사 유닛의 각각은:
대상체의 두개골에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전달 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및
각각의 구성 조사 유닛의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 두개골에 조사하여, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며,
두개골에 적용한 후에 광 에너지를 방출하고, 두개골 내로 및 두개골을 통해 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 하나 이상의 구성 조사 유닛;
(B) 하나 이상의 구성 조사 유닛을 지지하고, 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전송 외부 표면을 두개골 상의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 프레임;
(C) 호흡하는 대상체의 능력에 대해 실질적인 장애를 유발하지 않고, 대상체의 비강 조직을 침범하지 않으면서, 콧구멍의 비강 공간 내로의 생체 내 삽입에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전송 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및
휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 비강 조직을 관통하고 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며,
생체 내 삽입 후에 비강 내로 임의의 원하는 방향으로 광 에너지를 방출하고, 비강으로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 구성 조사 렌즈;
(D) 구성 조사 렌즈를 지지하고, 구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 광 에너지 전송 외부 표면을 대상체의 비강의 내부 라이닝(lining)에 인접한 콧구멍 내의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 자가-조사가능한 애플리케이터 수단;
(E) 재충전 가능한 직류 전원; 및
(F) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 구성 조사 렌즈로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로의 광 에너지 전달을 제어할 수 있는 휴대용 컨트롤러 조립체;를 포함하고,
휴대용 컨트롤러 조립체는:
(i) 전원으로부터 휴대용 컨트롤러 조립체로 전달되는 직류 전류를 수신하는 수신 회로;
(ii) 수신 회로에 의해 수신되는 상기 직류 전류의 흐름을 제어하고 지향시키는 중앙 처리 유닛;
(iii) 컨트롤러 조립체로부터 상기 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 상기 직류 전류를 전달하는 전달 회로;
(iv) 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 직류 전류를 중앙 처리 유닛으로 전달하는 적어도 하나의 커넥터; 및
(v) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 전기 통신하여, 상기 직류 전류를 상기 중앙 처리 유닛으로부터 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 상기 구성 조사 렌즈로 전달하는 적어도 하나의 커넥터를 포함하며,
휴대용 컨트롤러 조립체는 파장, 간섭, 에너지, 전력, 복사 노출, 노출 시간, 파장 유형, 펄스 주파수, 분수 프로토콜(fraction protocol), 듀티 사이클(duty cycle), 광선 스폿 및 광선 투과 거리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 구성 조사 렌즈로부터 방출된 광 에너지를 제어하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 구성 유닛은 위치되어, 전내측 전전두엽 피질(vmPFC), 후측 중간 전전두엽 피질(dmPFC), 후방 대상 피질(PCC), 쐐기앞소엽(PCu), 측두엽 피질(LPC) 및 내후각 피질(EC), 오른쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC), 왼쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC), 소뇌 및 뇌간으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 뇌의 하나 이상의 영역으로 광 에너지를 지향시키며; 및
구성 조사 렌즈는 위치되어, 비강을 통해, 내측 전전두엽 피질, 쐐기앞소엽 및 해마곁(parahippocampal) 영역으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 뇌의 하나 이상의 영역으로 광 에너지를 지향시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
사용자가 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어를 휴대용 컨트롤러 조립체에 전송하는 시스템 인터페이스를 추가로 포함하고,
시스템 인터페이스는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 컴퓨팅 장치에 의해 제공되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
대상체로부터 뇌 활동 데이터를 수집하는 진단 도구; 및
진단 도구에 통신 가능하게 결합되고, 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 제 1 컴퓨팅 장치를 추가로 포함하고, 컴퓨팅 장치는 이에 설치된 분석 소프트웨어 애플리케이션을 가지고;
진단 도구는 수집된 뇌 활동 데이터를 제 1 컴퓨팅 장치로 전송하며; 및
분석 소프트웨어 애플리케이션은 수집된 뇌 활동 데이터를 정상 대상체의 뇌 활동 데이터와 비교하여 분석하고, 이 비교에 기초하여, 대상체의 뇌 활동에 대한 분석 데이터를 생성하는 시스템. - 제 4 항에 있어서,
제 1 컴퓨팅 장치 또는 제 1 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 연결되고, 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제 2 컴퓨팅 장치에 설치되는 광생체조절(PBM) 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션을 추가로 포함하고;
대상체의 뇌 활동의 분석 데이터는 PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션으로 전송되거나 검색되며;
대상체의 뇌 활동의 분석 데이터에 기초하여, PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션은 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하고; 및
광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어는 휴대용 컨트롤러 조립체로 전송되는 시스템. - 제 5 항에 있어서,
PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션에 의한 분석 데이터의 전송 또는 검색, PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션에 의한 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터의 조정, 및 휴대용 컨트롤러 조립체에 대한 광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어의 전송은 자동화되어 대상체에게 맞춤형 신경 자극 요법을 제공하는 시스템. - 제 6 항에 있어서,
사용자가 휴대용 컨트롤러 조립체에 명령어를 전송할 수 있는 시스템 인터페이스를 추가로 포함하여, 광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션의 명령어를 수동으로 중단시킬 수 있으며,
시스템 인터페이스는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 컴퓨팅 장치에 의해 제공되는 시스템. - 제 5 항에 있어서,
제 1 컴퓨팅 장치 또는 제 2 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 연결된 데이터베이스를 추가로 포함하고,
데이터베이스는 수집된 뇌 활동 데이터, 대상체의 뇌 활동 분석 데이터 및 광 에너지의 조정된 하나 이상의 작동 파라미터에 관한 데이터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 데이터를 저장하는 시스템. - 제 4 항에 있어서,
진단 도구는 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 장치, 기능성 근적외선 분광법 (fNIRS) 장치, 자기 뇌파 검사(MEG) 장치 및 뇌파 검사(EEG) 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템. - 제 9 항에 있어서,
진단 도구는 EEG 장치이며;
EEG 장치는, 대상체의 뇌파가 뇌의 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 비정산적인 정위상(in phase)이라는 것을 감지하면, 하나 이상의 구성 조사 유닛은 위치되어, 뇌의 이들 두 개의 위치 중 적어도 하나 또는 이들 두 개의 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크 중 적어도 하나를 타겟팅하고, 휴대용 컨트롤러 조립체는 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하여, 대상체의 뇌파가 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 서로 역위상(out of phase)을 유발하는 시스템. - 제 9 항에 있어서,
진단 도구는 EEG 장치이며;
EEG 장치는, 대상체의 뇌파가 뇌의 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 비정산적인 역위상(out of phase)이라는 것을 감지하면, 하나 이상의 구성 조사 유닛은 위치되어, 뇌의 이들 두 개의 위치 중 적어도 하나 또는 이들 두 개의 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크 중 적어도 하나를 타겟팅하고, 휴대용 컨트롤러 조립체는 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하여, 대상체의 뇌파가 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 서로 정위상(in phase)에 근접하도록 유발하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 알파 펄스 주파수로 제어하여, 외상성 뇌 손상(TBI), 우울증, 불안, 저산소증, 뇌졸중 및 알파 진동의 증가된 전력 및 연결성에 반응하는 질환으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질환의 치료하는 시스템. - 제 12 항에 있어서,
알파 펄스 주파수는 약 10Hz인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 감마 펄스 주파수로 제어하여, 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 자폐증 및 정신 분열증으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질환의 치료하는 시스템. - 제 14 항에 있어서,
감마 펄스 주파수는 약 40Hz인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 알파 펄스 주파수로 제어하여, 대상체의 운동 능력을 개선하는 시스템. - 제 16 항에 있어서,
알파 펄스 주파수는 약 10Hz인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 감마 펄스 주파수로 제어하여, 대상체의 인지 능력 또는 대상체의 운동 능력을 개선하는 시스템. - 제 18 항에 있어서,
감마 펄스 주파수는 약 40Hz인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 대상체가 고-수준의 명상 상태에 도달하도록 돕는 펄스 주파수로 제어하는 시스템. - 제 20 항에 있어서,
펄스 주파수는 약 40Hz 내지 1000Hz 이상인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 텔레미터(telemeter)로서 작용하여, 광 에너지의 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 데이터가 베이스에 전송, 기록 및 모니터링되는 시스템. - 대상체의 생존하는 인간 뇌의 비침습성 신경자극 요법의 수행 방법으로서, 비침습성 신경자극 방법은:
(A) 하나 이상의 구성 조사 유닛의 각각은:
대상체의 두개골에 적용하기에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전달 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및
각각의 구성 조사 유닛의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 두개골에 조사하여, 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며,
두개골에 적용한 후에 광 에너지를 방출하고, 두개골 내로 및 두개골을 통해 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 하나 이상의 구성 조사 유닛;
(B) 하나 이상의 구성 조사 유닛을 지지하고, 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전송 외부 표면을 두개골 상의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 프레임;
(C) 호흡하는 대상체의 능력에 대해 실질적인 장애를 유발하지 않고, 대상체의 비강 조직을 침범하지 않으면서, 콧구멍의 비강 공간 내로 생체 내 삽입에 적합한 고정 치수, 크기를 가지는 내부 공간 체적 및 외부 표면 구성을 가지며, 구성 외부 표면의 적어도 일 부분을 형성하는 광 에너지 전송 물질로 구성된 휴대용 중공 케이싱; 및
구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 크기를 가지는 내부 공간 체적 내에 수용되고 포함되며, 비강 조직을 관통하고 뇌로 통과하기에 충분한 광 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광 생성 유닛;을 포함하며,
생체 내 삽입 후에 비강 내로 임의의 원하는 방향으로 광 에너지를 방출하고, 비강으로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 방출된 광 에너지의 통과를 달성하는 구성 조사 렌즈;
(D) 구성 조사 렌즈를 지지하고, 구성 조사 렌즈의 휴대용 중공 케이싱의 광 에너지 전송 외부 표면을 대상체의 비강의 내부 라이닝(lining)에 인접한 콧구멍 내의 고정된 위치 및 원하는 조사 방향으로 자유자재로 배치하기에 적합한 자가-조사 가능한 애플리케이터 수단;
(E) 재충전 가능한 직류 전원; 및
(D) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 구성 조사 렌즈로부터 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로의 광 에너지 전달을 제어할 수 있는 휴대용 컨트롤러 조립체;를 포함하고,
휴대용 컨트롤러 조립체는:
(i) 전원으로부터 휴대용 컨트롤러 조립체로 전달되는 직류 전류를 수신하는 수신 회로;
(ii) 수신 회로에 의해 수신되는 상기 직류 전류의 흐름을 제어하고 지시하는 중앙 처리 유닛;
(iii) 컨트롤러 조립체로부터 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 구성 조사 렌즈로 상기 직류 전류를 전달하는 전달 회로;
(iv) 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 직류 전류를 중앙 처리 유닛으로 전달하는 적어도 하나의 커넥터; 및
(v) 하나 이상의 구성 조사 유닛과 전기 통신하여, 상기 직류 전류를 상기 중앙 처리 유닛으로부터 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 구성 조사 렌즈로 전달하는 적어도 하나의 커넥터를 포함하며,
휴대용 컨트롤러 조립체는 파장, 간섭, 에너지, 전력, 복사 노출, 노출 시간, 파장 유형, 펄스 주파수, 분수 프로토콜, 듀티 사이클, 광선 스폿 및 광선 투과 거리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 하나 이상의 구성 조사 유닛 및 구성 조사 렌즈로부터 방출된 광 에너지를 제어하는 광 에너지-방출 시스템을 수득하는 단계;
대상체의 두개골에 인접한 원하는 고정 위치에 하나 이상의 구성 조사 유닛의 광 에너지 전달 외부 표면을 위치시켜, 하나 이상의 구성 조사 유닛에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 두개골에 조사되고, 대상체의 두개골을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과하는 단계;
대상체의 비강의 내부 라이닝에 인접한 원하는 고정 위치에서 콧 구멍 내에 구성 조사 렌즈의 광 에너지 전달 외부 표면을 위치시켜, 구성 조사 렌즈에 의해 방출된 광 에너지가 대상체의 비강 조직을 관통하여, 생체 내 뇌의 적어도 일 부분으로 통과하는 단계;
휴대용 컨트롤러 조립체에 의해, 위치된 구성 조사 유닛의 광 생성 유닛을 제어하여, 두개골에 조사하고, 대상체의 두개골을 관통하여, 뇌로 통과하는데 충분한 광 에너지를 생성하는 단계; 및
휴대용 컨트롤러 조립체에 의해, 위치된 구성 조사 렌즈의 광 생성 유닛을 제어하여, 비강 조직을 관통하여, 뇌로 통과하는데 충분한 광 에너지를 생성하는 단계를 포함하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
하나 이상의 구성 유닛은 위치되어, 전내측 전전두엽 피질(vmPFC), 후측 중간 전전두엽 피질(dmPFC), 후방 대상 피질(PCC), 쐐기앞소엽(PCu), 측두엽 피질(LPC) 및 내후각 피질(EC), 오른쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC), 왼쪽 후측-측면 전전두엽 피질(DLPC), 소뇌 및 뇌간으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 뇌의 하나 이상의 영역으로 광 에너지를 지향시키며, 및
구성 조사 렌즈는 위치되어, 비강을 통해, 전측 전전두엽 피질, 내후각 피질 및 해마곁(parahippocampal) 영역으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 뇌의 하나 이상의 영역으로 광 에너지를 지향시키는 방법. - 제 23 항에 있어서,
광 에너지-방출 시스템은 시스템 인터페이스를 추가로 포함하여, 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어를 휴대용 컨트롤러 조립체에 전송하도록 사용되며,
시스템 인터페이스는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 컴퓨팅 장치에 의해 제공되는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 시스템은 추가로:
대상체로부터 뇌 활동 데이터를 수집하는 진단 도구; 및
진단 도구에 통신 가능하게 결합되고, 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 제 1 컴퓨팅 장치를 포함하고, 컴퓨팅 장치는 이에 설치된 분석 소프트웨어 애플리케이션을 가지고;
상기 방법은 추가로:
진단 도구가 수집된 뇌 활동 데이터를 제 1 컴퓨팅 장치로 전송하는 단계; 및
분석 소프트웨어 애플리케이션이 수집된 뇌 활동 데이터를 정상 대상체의 뇌 활동 데이터와 비교하여 분석하고, 이 비교에 기초하여, 대상체의 뇌 활동에 대한 분석 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 시스템은 추가로 제 1 컴퓨팅 장치 또는 제 1 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 연결되고, 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제 2 컴퓨팅 장치에 설치된 광생체조절(PBM) 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션을 포함하고;
상기 방법은 추가로:
대상체의 뇌 활동의 분석 데이터는 PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션으로 전송되거나 검색되는 단계;
대상체의 뇌 활동의 분석 데이터에 기초하여, PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션은 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 단계; 및
광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어는 휴대용 컨트롤러 조립체로 전송되는 단계를 포함하는 방법. - 제 27 항에 있어서,
PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션에 의한 분석 데이터의 전송 또는 검색, PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션에 의한 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터의 조정, 및 휴대용 컨트롤러 조립체에 대한 광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 명령어의 전송이 자동화되어 대상체에게 맞춤형 신경 자극 요법을 제공하는 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 시스템은 추가로 사용자가 휴대용 컨트롤러 조립체에 명령어를 전송할 수 있는 시스템 인터페이스를 포함하여, 광 에너지의 조정된 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 PBM 파라미터 설정 소프트웨어 애플리케이션의 명령어를 수동으로 중단시킬 수 있으며,
시스템 인터페이스는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 및 데스크탑 컴퓨터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 컴퓨팅 장치에 의해 제공되는 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 시스템은 추가로 제 1 컴퓨팅 장치 또는 제 2 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 연결된 데이터베이스를 포함하고,
상기 방법은 추가로 데이터베이스가 수집된 뇌 활동 데이터, 대상체의 뇌 활동 분석 데이터 및 광 에너지의 조정된 하나 이상의 작동 파라미터에 관한 데이터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
진단 도구는 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 장치, 기능성 근적외선 분광법 (fNIRS) 장치, 자기 뇌파 검사(MEG) 장치 및 뇌파 검사(EEG) 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법. - 제 31 항에 있어서,
진단 도구는 EEG 장치이며;
상기 방법은 추가로:
EEG 장치는, 대상체의 뇌파가 뇌의 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 비정산적인 정위상이라는 것을 감지하면, 하나 이상의 구성 조사 유닛이 위치되어, 뇌의 이들 두 개의 위치 중 적어도 하나 또는 이들 두 개의 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크 중 적어도 하나를 타겟팅하는 단계; 및
휴대용 컨트롤러 조립체는 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하여, 대상체의 뇌파가 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 서로 역위상을 유발하는 단계를 포함하는 방법. - 제 31 항에 있어서,
진단 도구는 EEG 장치이며;
상기 방법은 추가로:
EEG 장치는 대상체의 뇌파가 뇌의 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 비정상적인 역위상이라는 것을 감지하면, 하나 이상의 구성 조사 유닛이 위치되어, 뇌의 이들 두 개의 위치 중 적어도 하나 또는 이들 두 개의 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크 중 적어도 하나를 타겟팅하는 단계; 및
휴대용 컨트롤러 조립체는 광 에너지의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하여, 대상체의 뇌파가 두 개의 다른 위치 또는 두 개의 다른 뇌 네트워크 또는 서브-네트워크에서 서로 정위상에 근접하도록 유발하는 단계를 포함하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 알파 펄스 주파수로 제어하여, 외상성 뇌 손상(TBI), 우울증, 불안, 저산소증, 뇌졸중 및 알파 진동의 증가된 전력 및 연결성에 반응하는 질환으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질환의 치료하는 방법. - 제 34 항에 있어서,
알파 펄스 주파수는 약 10Hz인 방법. - 제 23 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 감마 펄스 주파수로 제어하여, 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 자폐증 및 정신 분열증으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질환의 치료하는 방법. - 제 36 항에 있어서,
감마 펄스 주파수는 약 40Hz인 방법. - 제 23 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 알파 펄스 주파수로 제어하여, 대상체의 운동 능력을 개선하는 방법. - 제 38 항에 있어서,
알파 펄스 주파수는 약 10Hz인 방법. - 제 23 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 감마 펄스 주파수로 제어하여, 대상체의 인지 능력 또는 대상체의 운동 능력을 개선하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
감마 펄스 주파수는 약 40Hz인 방법. - 제 23 항에 있어서,
휴대용 컨트롤러 조립체는 펄스 주파수를 대상체가 고-수준의 명상 상태에 도달하도록 돕는 펄스 주파수로 제어하는 방법. - 제 42 항에 있어서,
펄스 주파수는 약 40Hz 내지 1000Hz 이상인 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 시스템은 텔레미터(telemeter)로서 작용하며, 광 에너지의 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 데이터는 베이스에서 전송, 기록 및 모니터링되는 방법.
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