RU2461397C2 - Устройство для биомиметической нейростимуляции - Google Patents

Устройство для биомиметической нейростимуляции Download PDF

Info

Publication number
RU2461397C2
RU2461397C2 RU2009128056/14A RU2009128056A RU2461397C2 RU 2461397 C2 RU2461397 C2 RU 2461397C2 RU 2009128056/14 A RU2009128056/14 A RU 2009128056/14A RU 2009128056 A RU2009128056 A RU 2009128056A RU 2461397 C2 RU2461397 C2 RU 2461397C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
input
region
nerve
efferent
Prior art date
Application number
RU2009128056/14A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009128056A (ru
Inventor
Мишель Марсель Жозе Гислен ДЕКР (NL)
Мишель Марсель Жозе Гислен ДЕКР
Хуберт Сесиль Франсуа МАРТЕНС (NL)
Хуберт Сесиль Франсуа МАРТЕНС
Юрий Викторович ПОНОМАРЕВ (BE)
Юрий Викторович ПОНОМАРЕВ
Original Assignee
Сапиенс Стиринг Брейн Стимьюлейшн Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сапиенс Стиринг Брейн Стимьюлейшн Б.В. filed Critical Сапиенс Стиринг Брейн Стимьюлейшн Б.В.
Publication of RU2009128056A publication Critical patent/RU2009128056A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2461397C2 publication Critical patent/RU2461397C2/ru

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128Control systems
    • A61N1/36135Control systems using physiological parameters
    • A61N1/36139Control systems using physiological parameters with automatic adjustment
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36014External stimulators, e.g. with patch electrodes
    • A61N1/36025External stimulators, e.g. with patch electrodes for treating a mental or cerebral condition
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/04Electrodes
    • A61N1/05Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526Head electrodes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/04Electrodes
    • A61N1/05Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526Head electrodes
    • A61N1/0529Electrodes for brain stimulation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/04Electrodes
    • A61N1/05Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526Head electrodes
    • A61N1/0529Electrodes for brain stimulation
    • A61N1/0534Electrodes for deep brain stimulation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36067Movement disorders, e.g. tremor or Parkinson disease
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36014External stimulators, e.g. with patch electrodes
    • A61N1/36021External stimulators, e.g. with patch electrodes for treatment of pain
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36082Cognitive or psychiatric applications, e.g. dementia or Alzheimer's disease
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00Magnetotherapy
    • A61N2/004Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy
    • A61N2/006Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy for magnetic stimulation of nerve tissue

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам для нейростимулирующей терапии. Нейромиметическое устройство включает первый и второй входы, выполненные с возможностью принимать нервные сигналы, при этом первый вход принимает сигналы, афферентные к подозрительной области, а второй вход - отличной от подозрительной области. Выход, выполненный с возможностью излучать нервные совместимые сигналы, эфферентные к подозрительной области. Блок обработки сигналов содержит канал прямой связи, расположенный между первым входом и выходом и канал модуляции, выполненный с возможностью принимать сигналы от второго входа и обеспечивать модулирующий сигнал в канал прямой связи. Канал прямой связи включает первый сенсор, процессор, выполненный с возможностью обучения и имитации функций подозрительной области, которая является второй нервной областью, и генератор стимулов, выполненный с возможностью подавать сигналы к эфферентной третьей нервной области, предполагаемой здоровой. Способ замены функционирования подозрительной нервной ткани содержит этапы имплантации нейромиметического устройства, излучения по меньшей мере одного стимула, основанного на функции обработки, контроля сигналов, принятых от первого и второго входов, сравнения образцов сигналов, принятых на первом и втором входах, и адаптации образца излучения на основе результата сравнения. Использование изобретения позволяет повысить адаптивность и гибкость при диагностике и лечении нейромоторных исходов, таких как болезнь Паркинсона. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к области устройств для биомиметической нейростимуляции.
Альтернативным лечением неврологических нарушений является нейростимулирующая терапия. Такая терапия применяет электрические или магнитные стимулы на нервную ткань посредством внешних или имплантированных устройств. Устройство биомиметической нейростимуляции описано Berger et аl., Proc. IEEE, Vol. 89, #7, июль 2001, с.993-1012. Этот документ описывает электронную модель трансформации ввода-вывода гиппокампом.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение адаптивного и гибкого устройства для биомиметической нейростимуляции.
Задачи и преимущества будут очевидны по прочтении нижеследующих описания и формулы изобретения. Из следующего описания будет очевидно, что более адаптивное и гибкое устройство может быть использовано в качестве протеза для поврежденной ткани и включает в себя по меньшей мере один блок обработки сигналов, который включает в себя канал прямой связи и канал модуляции. Канал прямой связи симулирует обработку неврологических сигналов между областями, афферентной и эфферентной к подозрительной области. Канал модуляции информирует канал прямой связи в ответ на сигналы, принятые из другого места. Канал модуляции может подавать обратно сигналы даже более эфферентные, чем выходной сигнал канала прямой связи.
Нарушения, потенциально излечимые этой терапией, включают двигательные нарушения, когнитивные нарушения или повреждение. Особенно есть надежда, что такое более адаптивное и гибкое устройство было бы полезно при неврологических нарушениях, таких как болезнь Паркинсона. Другие примеры неврологических нарушений, потенциально излечимых таким устройством, включают в себя рассеянный склероз, эпилепсию, боль и другие когнитивные нарушения, такие как болезнь Альцгеймера, депрессия, биполярное расстройство, синдром навязчивых состояний, зависимость и даже, возможно, ожирение. Более того, лечение может быть использовано в реабилитационной терапии, следующей после инсульта или травматического повреждения головного мозга.
Аспекты изобретения теперь будут описаны посредством неограничивающего примера со ссылкой на следующие фигуры:
Фиг.1А - схема устройства для биомиметической стимуляции в голове пациента и внешняя система управления.
Фиг.1В - схематизированный вид подобного цепи функционирования участка головного мозга.
Фиг.2 - более детальная схема части Фиг.1В.
Фиг.3 показывает схему биомиметического нейростимулятора, имплантированного в головной мозг или нервный путь.
Фиг.4 - блок-схема последовательности операций работы устройства Фиг.3.
Фиг.5 иллюстрирует функцию передачи.
Фиг.6 иллюстрирует функцию преобразования частоты.
Фиг.7 иллюстрирует последовательность импульсов.
Фиг.8 показывает альтернативный вариант осуществления Фиг.3.
Фиг.9А показывает входной сигнал.
Фиг.9В показывает другой входной сигнал, отсроченный относительно первого входного сигнала.
Фиг.9С показывает выход нейростимулятора.
Фиг.9D показывает альтернативный выход нейростимулятора.
Следующие дополнительные документы патента включены здесь ссылкой: US 5,913,882; WO 2005053787A1 и US 20050113744A1.
Фиг.1А - схема головы пациента 101, включающая в себя устройство 102 для биомиметической стимуляции, снабженное необязательной антенной 103 (показанной схематически) для внешней связи. Могли быть возможны другие типы внешней связи, такие как отведение, соединенное с внешней поверхностью черепа пациента. Устройство 102 показано внутри головного мозга, но оно могло бы быть помещено в другие нервные проводящие пути, такие как позвоночник.
Необязательная внешняя система 104 сообщается с устройством 102 посредством антенны 105. Внешняя система 104 обеспечивает данные устройству 102, например, когда медицинский работник определяет прогрессирование нарушения или от какого-либо сенсора. Внешняя система 104 может дополнительно или альтернативно обеспечивать вспомогательную обработку или управление для 102.
Как пример типичных цепей головного мозга, Фиг.1В показывает схематическое изображение цепей ганглии-таламокортикальных двигательных нервов (Y. Temel et al., Progress in Neurobiology volume 76, с. 393-413 (2005)). Эта фигура показывает кору 150 головного мозга, компактную часть 151 черного вещества (SNc), путамен 152, внешний сегмент 153 «бледного шара» (GPe), таламус 154, ствол головного мозга и спинной мозг 155, гипоталамическое ядро (STN) 156 и внутренний сегмент 157 «бледного шара» (GPi). Возбуждающие связи обозначены «+», ингибирующие связи обозначены «-» и модулирующие связи обозначены «m». Физиологические функции, схематизированные в этой цепи, поражены при заболеваниях двигательных нервов типа болезни Паркинсона, эссенциального тремора и дистонии, например. Предложенное устройство для биомиметической нейростимуляции хорошо адаптировано для коррекции патологических сигналов в таких цепях головного мозга.
Фиг.2 - более подробная схема подраздела цепи головного мозга, как показано на Фиг.1В. Изображенная область неврологической системы показывает поток сигналов преимущественно в одном направлении. Некоторые области регуляции моторики особенно способны иметь поток такого сорта. В общем поток будет переходить из афферентной (вверх по потоку) области к эфферентной (вниз по потоку) области. Подраздел цепи принимает афферентные сигналы
Figure 00000001
на его (синаптических) входах 202 и вырабатывает неврологические сигналы
Figure 00000002
на его выходах 203. Четыре линии показаны в качестве входов 202 и в качестве выходов 203. Четыре - это произвольное число. Фактически сигналы из других областей головного мозга или других нервных проводящих путей типично модулируют афферентные сигналы в соответствии с очень высокоразмерной функцией ввода-вывода
Figure 00000003
. В дополнение размер O и размер I в основном будут различны. Модулирующие сигналы могут быть ингибирующими 204 и/или возбуждающими 205 и в основном включают в себя сигналы как прямой связи, так и обратной связи. Как афферентные входные сигналы, так и модуляторные сигналы по сущности нестационарные, таким образом, выходной сигнал будет высоко динамичным. Обратите внимание, что как показано на Фиг.1В, двусторонний поток сигналов между областями (либо прямой, или через большие цепи) представляет собой другую общую тему в неврологических системах. Функционирование таких цепей может быть описано подобным образом.
Фиг.3 показывает схему биомиметического нейростимулятора, имплантированного в головной мозг или нервный проводящий путь. Проводящий путь включает в себя три области 306, 307 и 308. Предполагается, что области 306 и 308 остаются здоровыми, в то время как область 307 либо повреждена или может стать поврежденной. Предполагается, что согласно Фиг.2, первичный поток нервных сигналов идет в одном направлении, например от 306 к 307, к 308. Предполагаемая дисфункция 307 иллюстрирована иллюстрацией сигналов 325, вытекающих из нее, в виде пунктирной линии.
Имплантированный нейростимулятор включает в себя первый сенсор 309; процессор 310, включающий в себя процесс 310а обучения/записи и установившийся процесс 310b; генератор 311 стимулов, и второй сенсор 312. Первый сенсор 309 получает афферентный сигнал 313 от поврежденной области.
Генератор стимулов 311 является, например, генератором электрических импульсов. Генератор стимулов 311 обеспечивает имитированный ответ для области 308. Второй сенсор 312 получает эфферентный сигнал 314 от области 308.
Необязательный внешний узел или узлы 315 сообщаются (по беспроводной связи или иначе) с процессором. Внешний узел или узлы 315 могут иметь множество необязательных свойств, таких как дополнительный сенсор, который считывает некоторый входной сигнал, отличный от нервной активности (например, мышечную активность, движение, пищеварение, или некоторые другие физиологические или нефизиологические параметры), или дополнительный процессор, в случае некоторой функции, особенно обучения, требует еще процессор.
Элемент 316 является выходом нейромиметического протезного устройства, в то время как элементы 317 и 318 являются входами.
Сенсоры 309 и 312 могут быть многих типов, включая: электрические, оптические, химические, биохимические, электрохимические, магнитные или их комбинацию. Генератор 311 стимулов может излучать стимулы многих типов, включая электрические, магнитные, оптические, химические, биохимические или их комбинацию. Несмотря на то, что нарисован только один сенсор на позициях 309 и на 312, может быть использован более чем один сенсор. Несмотря на то, что нарисован только один генератор 311 стимулов, может быть использован более чем один генератор. Более того, мог бы также использоваться более чем один процессор 310 с более чем двумя подпроцессами.
В другом примерном варианте осуществления процессор 310 сконструирован таким образом, что он проходит через две стадии обучения, как показано на блок-схеме Фиг.4.
На первой стадии предполагается, что область 307 функционирует по меньшей мере до некоторой степени. В течение первой стадии процесс 310а просто контролирует сигналы 313 и 314 на этапе 401 и обучает себя на этапе 407 по образцу стимул/ответ реагирования областей 307 и 308 на сигналы на 313. Затем процессор 310 обнаруживает на этапе 402, что область 307 стала так повреждена, что ее функционирование должно быть заменено. Такое обнаружение может осуществляться в ответ на наблюдения изменений в эфферентном сигнале 314. Альтернативно такое обнаружение может осуществляться в ответ на сигнал 330 от внешнего узла 315, например, если доктор диагностирует достаточное ухудшение, требующее активацию протезного устройства.
На второй стадии обучения процесс 310b продолжает контролировать сигналы 313 и 314; однако, на этапе 403, он теперь активирует блок 311 генератора стимулов, предписывая ему обеспечить некоторую стимуляцию 316 области 308. Затем, на этапе 405, процессор сравнивает сигналы 313 и 314, следуют ли они образцам стимул/ответ, записанным в течение первой стадии обучения. Если наблюдаемые образцы отличаются от заученных образцов, на этапе 406 процессор должен адаптировать образцы 316 генератора стимулов, вернуться к этапу 403, контролировать еще на этапе 404 и затем на этапе 405 сравнить сигналы 313 и 314 снова.
Вторая стадия обучения может продолжаться неопределенно долго, продолжая адаптировать излучаемый стимул к продолжающемуся ухудшению области 307.
Альтернативно протезное устройство использует только вторую стадию обучения, со ссылкой на базу данных образцов стимул/ответ. Такое устройство хорошо подходит для применения следующему, например, при инсульте или травматическом повреждении головного мозга, где в отличие от постепенной деградации, обусловленной прогрессирующей болезнью, произошла внезапная деградация функции головного мозга.
Аспекты обучения процесса Фиг.4 могут быть представлены под управлением необязательного внешнего устройства 315. Благоприятно, если процесс обучения требует большого объема вычислений и требует больше средств, чем было бы легко вставить в имплантированное устройство.
Необязательно пациента можно попросить выполнить задания в течение первой и/или второй стадии обучения.
Процессор 310 включает функцию, которая позволяет извлекать из считанных сигналов выходной сигнал, который передается генератору 311 стимулов (например, генератору импульсов). Этот выходной сигнал может привести, например, к амплитудной, или частотной, или фазовой модуляции электрического стимула, генерируемого генератором стимулов 311. Функция, реализованная в 310, может быть усложнена, как, например, описано в статье Бергера. Альтернативно процессор может иметь более простые функции, такие как функцию передачи или функцию преобразования частоты.
Средства для считывания и анализа обнаруженных нервных сигналов хорошо известны в области техники. Например, путем использования алгоритмов обнаружения спайков (см., например, Zumsteg et al., IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2005, Книга 13, стр. 272-279) можно определять наличие нервных сигналов спайков, обнаруженных чувствительным элементом(ами). Из этого может быть получена временная последовательность потенциалов действия, которая может дополнительно обрабатываться, например, для задавания частоты.
Фиг.5 иллюстрирует функцию передачи, подходящую для использования процессором 310. Эта фигура показывает считанный нервный сигнал 501 и выходной сигнал 502 стимула, имеющий фиксированную задержку в отношении считанного нервного сигнала. После того как нервный сигнал обнаружен (например, используя вышеупомянутые способы сортировки спайков), стимулятором генерируется выброс стимулов после заданной задержки. Оба сигнала иллюстрированы по величине напряжения в зависимости от времени. Типичная величина d задержки составляет 0,1-10 мс. Особая последовательность импульсов является только примерной иллюстрацией. Могут быть использованы другие последовательности. Могут быть использованы модулирующие входные сигналы, чтобы увеличить/уменьшить эту задержку d.
Фиг.6 иллюстрирует функцию преобразования частоты альтернативно подходящей для использования процессором 310. На этой фигуре частота считанного сигнала (действие-потенциал-серия, или потенциал поля), показанная на горизонтальной оси, соединена с частотой выходной серии импульсов, показанной на вертикальной оси. На этой фигуре F0 показывает пересечение с горизонтальной осью и «а» показывает угол, с которым функция пересекает горизонтальную ось. «F0» и «а» могут быть модулированы другими входными сигналами, например, сигналами обратной связи, или другими сигналами. Функция показана здесь как линейная, но может принимать другие формы.
Фиг.7 иллюстрирует серию импульсов, производимых генератором стимулов 311. Фигура показывает импульсное напряжение или ток в зависимости от времени. Фигура показывает выброс амплитуды А, задержку d' и ширину w. Типичными пределами является амплитуда от 0,1 до 4 Вольт (или 0,1-4 мА, в зависимости от сопротивления электрода) и длительность импульса 10-1000 мкс.
Особенно предполагается, что дискинезия, особенно та, что связана с болезнью Паркинсона, будет реагировать на протез вида, иллюстрированного на Фиг.3, потому что полагается, что дискинезия обусловлена избыточной стимуляцией, некомпенсированной обратной связью, и не настроена на точное намерение прямой связью.
Фиг.8 показывает альтернативный вариант осуществления Фиг.3. На Фиг.8 последние два числа в номерах позиций в клетках и эллипсах показывают соотношение с теми клетками и эллипсами, имеющими те же самые последние два числа на Фиг.3. В варианте осуществления Фиг.8 пораженная область 807 имеет двусторонний поток сигналов 813, 823, 824, 825 с афферентными и эфферентными областями. Выходные сигналы 823 и 825 от 807 снова проиллюстрированы пунктирными линиями, показывающими, что они подразумеваются нарушенными, когда область 807 становится нарушенной. Фиг.8 включает два дополнительных канала 820 и 821 обратной связи, неиллюстрированных на Фиг.3.
Фиг.9А-D иллюстрируют вариант осуществления модуляции выходного сигнала нейростимулятора, основанной на считываемых сигналах. Фиг.9А и 9В показывают два считанных сигнала, вход 1 и вход 2. Каждый считанный сигнал включает в себя входной импульс 901 и 902, соответственно. Здесь выходная характеристика модулирована в соответствии со считанными сигналами от двух сенсоров. Амплитуда модуляции на временной шаг обозначена как δ, и в этом примере она связана с временной задержкой dt между обнаруженными сигналами на сенсорах 1 и 2. Модулируемый выходной сигнал может быть например непрерывной серией импульсов, как показано на Фиг.7, модуляция которой применена к одному или более параметрам (например, амплитуда импульсов, ширина импульсов или частота импульсов). Величина и знак δ в этом примере зависят от dt, как показано на двух эскизах Фиг.9С и Фиг.9D. В первом случае (Фиг.9С) для небольшой положительной dt модуляция строго положительна и опускается для более положительных величин dt; для небольшой отрицательной dt модуляция строго отрицательна, становясь менее отрицательной для более отрицательных величин dt. Второй пример (Фиг.9D) показывает альтернативную зависимость модуляции от dt; она близка к нулю для небольших величин dt и имеет строго положительную (отрицательную) величину около специфической отрицательной (положительной) величины dt и снова снижается до нуля для больших отрицательных и положительных величин dt. В конечном итоге модуляция, использованию которой обучается биомиметический протез, будет зависеть от того, какую неврологическую функцию следует заменить.
В основном функция, выполняемая процессорами 310 и 810, большей частью будет изучена на основе экспериментальных данных и поэтому не обязательно является предсказуемой заранее.
Из настоящего раскрытия специалистам в данной области техники будут очевидны другие модификации. Такие модификации могут включать в себя другие свойства, которые уже известны в разработке, производстве и используют неврологические протезные устройства и которые могут быть использованы вместо или в дополнение к свойствам, уже описанным здесь. Хотя формула изобретения была сформулирована в этой заявке в особенных комбинациях свойств, следует понимать, что область раскрытия настоящей заявки также включает любое новое свойство или новую комбинацию свойств, разглашенных здесь либо прямо или косвенно, или любое обобщение этого, не зависимо от того, уменьшает ли оно какую-либо или все одинаковые технические проблемы, как осуществляется в настоящем изобретении. Заявители таким образом уведомляют, что к таким свойствам может быть сформулирована новая формула изобретения в течение рассмотрения настоящей заявки или какой-либо дальнейшей заявке, производной от этой.
Используемые здесь слова «включающий», «включают» или «включает» не следует рассматривать как исключающие дополнительные элементы. Используемое здесь единственное число не следует рассматривать как исключение наличия множества элементов.

Claims (12)

1. Нейромиметическое устройство, включающее:
по меньшей мере первый и второй входы (317, 318), выполненные с возможностью принимать нервные сигналы, при этом первый вход (317) выполнен с возможностью принимать сигналы, афферентные к подозрительной области (307), а второй вход (318) выполнен с возможностью принимать сигналы от нервной области (308), отличной от подозрительной области;
по меньшей мере, один выход (316), выполненный с возможностью
излучать нервные совместимые сигналы, эфферентные к подозрительной области; и
по меньшей мере, один блок обработки сигналов, содержащий канал (309, 310, 311) прямой связи, расположенный между первым входом и выходом, и канал (312) модуляции, выполненный с возможностью принимать сигналы от второго входа и обеспечивать модулирующий сигнал в канал прямой связи,
причем канал прямой связи включает в себя:
первый сенсор (309), выполненный с возможностью принимать первые сигналы, выходящие от афферентной первой нервной области (306), предполагаемой здоровой;
процессор (310), выполненный с возможностью обучения и имитации функций подозрительной области (307), которая является второй нервной областью; и
генератор (311) стимулов, выполненный с возможностью подавать сигналы к эфферентной третьей нервной области (308), предполагаемой здоровой.
2. Устройство п.1, в котором второй вход (318) выполнен с возможностью принимать сигналы от нервной области (308), эфферентной к подозрительной области (307).
3. Устройство п.1, в котором канал прямой связи включает в себя, по меньшей мере, один процессор для выполнения операций, при этом операции включают в себя:
контролирование (401) сигналов, принятых от первого и второго входов в течение первого периода времени;
обучение (407) процессора в течение первого периода времени производить функции обработки, чтобы производить сигналы, принимаемые от второго входа, в ответ на сигналы, принятые от первого входа; обнаружение (402), что подозрительная область стала дисфункциональной после первого периода времени;
выполнение (403) заученных функций обработки в течение второго периода времени;
контролирование (404) сигналов, принятых от первого и второго входов в течение второго периода времени; и
изменение (406) функций обработки в течение второго периода времени в ответ на определение (405), что сигналы, принятые на втором входе, не согласуются с сигналами, заученными в течение процесса обучения.
4. Устройство п.3, дополнительно включающее в себя, по меньшей мере, один третий вход (330) для приема сигналов, сгенерированных извне (315), к телу пациента, и при этом обнаружение осуществляется в ответ на сигналы, принятые на третьем входе.
5. Устройство п.1, в котором канал прямой связи включает в себя узел генератора стимулов, соединенный с выходом.
6. Устройство п.1, в котором второй вход выполнен с возможностью принимать сигналы, эфферентные к выходу, и при этом модуляция включает в себя обратную связь, осуществляемую в ответ на эти эфферентные сигналы.
7. Устройство п.1, дополнительно включающее в себя, по меньшей мере, один третий вход (330) для приема сигналов, сгенерированных извне (315), к телу пациента.
8. Устройство п.1, в котором канал модуляции включает в себя второй сенсор (312), выполненный с возможностью принимать сигналы от четвертой области, эфферентной к выходу генератора (311) стимулов, и подавать модулирующий сигнал на процессор (310).
9. Устройство п.1, в котором:
подозрительная область (807) сообщается двунаправлено (813, 823, 824, 825) с первой и третьей нервными областями (806, 808);
первый сенсор (809) дополнительно выполнен с возможностью приема вторых сигналов, эфферентных к подозрительной области, но афферентных к выходу (816) узла (811) генератора стимулов; и
устройство дополнительно включает в себя канал (821) обратной связи от узла (811) генератора стимулов к зоне, афферентной к первому входу, к первому сенсору.
10. Устройство п.1, в котором предполагается, что подозрительная область (807) сообщается двунаправлено (813, 823, 824, 825) с прилежащей тканью, и устройство дополнительно включает в себя:
первое соединение (820) с первым сенсором (809) от области, расположенной между подозрительной областью и выходом узла генератора стимулов; и
второе соединение (821) с первой нервной областью (806) от узла генератора стимулов.
11. Способ замены функционирования подозрительной нервной ткани, при этом способ содержит этапы, на которых:
имплантируют нейромиметическое устройство, при этом устройство включает в себя, по меньшей мере, один выход (316), выполненный с возможностью излучать нервные совместимые сигналы, эфферентные к подозрительной области (307), по меньшей мере первый (317) и второй (318) входы выполнены с возможностью принимать нервные сигналы, первый вход (317) выполнен с возможностью принимать сигналы, афферентные к подозрительной области (307), и второй вход выполнен с возможностью принимать сигналы, эфферентные к выходу (316), и по меньшей мере один блок обработки сигналов содержит канал (309, 310, 311) прямой связи, соединяющий первый вход и выход, и канал (312) обратной связи, выполненный с возможностью принимать сигналы от второго входа и обеспечивать сигнал обратной связи в канал прямой связи, причем канал прямой связи включает в себя:
первый сенсор (309), выполненный с возможностью принимать первые сигналы, выходящие от афферентной первой нервной области (306), предполагаемой здоровой;
процессор (310), выполненный с возможностью обучения и имитации функций подозрительной области (307), которая является второй нервной областью; и
генератор (311) стимулов, выполненный с возможностью подавать сигналы к эфферентной третьей нервной области (308), предполагаемой здоровой;
излучают (403) по меньшей мере один стимул, основанный на функции обработки;
контролируют (404) сигналы, принятые от первого и второго входов;
сравнивают (405) образцы сигналов, принятых на первом и втором входах; и
адаптируют (406) образец излучения на основе результата сравнения.
12. Способ п.11, дополнительно содержащий этапы, на которых:
принимают (401) сигналы, принятые от первого и второго входов в течение первого периода времени;
обучают (407) функциям обработки в течение первого периода времени, чтобы обеспечивать сигналы, принимаемые на втором входе (318), в ответ на сигналы, принятые на первом входе (317);
обнаруживают (402), что подозрительная область стала дисфункциональной после первого периода времени; и выполняют этапы излучения (403), контролирования (404), сравнения (405) и адаптации (406) в течение второго периода времени.
RU2009128056/14A 2006-12-21 2007-12-18 Устройство для биомиметической нейростимуляции RU2461397C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US87122706P 2006-12-21 2006-12-21
US60/871,227 2006-12-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009128056A RU2009128056A (ru) 2011-01-27
RU2461397C2 true RU2461397C2 (ru) 2012-09-20

Family

ID=39323862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128056/14A RU2461397C2 (ru) 2006-12-21 2007-12-18 Устройство для биомиметической нейростимуляции

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8923977B2 (ru)
EP (1) EP2097134B1 (ru)
JP (1) JP2010512926A (ru)
CN (1) CN101636196A (ru)
RU (1) RU2461397C2 (ru)
WO (1) WO2008075294A1 (ru)

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8923977B2 (en) * 2006-12-21 2014-12-30 Sapiens Steering Brain Stimulation B.V. Biomimetic neurostimulation device
WO2010014686A1 (en) 2008-07-30 2010-02-04 Aleva Neurotherapeutics, S.A. Apparatus and method for optimized stimulation of a neurological target
EP2604313B1 (en) 2008-11-12 2014-09-17 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne Microfabricated neurostimulation device
JP2013512062A (ja) 2009-12-01 2013-04-11 エコーレ ポリテクニーク フェデラーレ デ ローザンヌ 微細加工表面神経刺激デバイスならびにそれを作製および使用する方法
AU2011234422B2 (en) 2010-04-01 2015-11-05 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Device for interacting with neurological tissue and methods of making and using the same
EP4201475A1 (en) 2011-01-03 2023-06-28 The Regents of the University of California High density epidural stimulation for facilitation of locomotion, posture, voluntary movement, and recovery of autonomic, sexual, vasomotor, and cognitive function after neurological injury
AU2012230699A1 (en) 2011-03-24 2013-05-23 California Institute Of Technology Neurostimulator
EP2736468B1 (fr) 2011-07-27 2016-04-27 Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) Dispositif de traitement de la capacite sensorielle d'une personne
CA2856202C (en) 2011-11-11 2020-02-18 Victor Reggie EDGERTON Non invasive neuromodulation device for enabling recovery of motor, sensory, autonomic, sexual, vasomotor and cognitive function
US10092750B2 (en) 2011-11-11 2018-10-09 Neuroenabling Technologies, Inc. Transcutaneous neuromodulation system and methods of using same
AU2014207265B2 (en) * 2013-01-21 2017-04-20 Cala Health, Inc. Devices and methods for controlling tremor
DE102013105010B4 (de) * 2013-05-15 2020-09-10 Bildungszentrum für informationsverarbeitende Berufe gGmbH Messsystem, Anordnung und Verfahren zur Auswertung von Nervensignalen
WO2015106286A1 (en) 2014-01-13 2015-07-16 California Institute Of Technology Neuromodulation systems and methods of using same
CN106455985B (zh) 2014-05-16 2019-09-17 阿莱瓦神经治疗股份有限公司 与神经组织相互作用的装置及其制造和使用方法
US11311718B2 (en) 2014-05-16 2022-04-26 Aleva Neurotherapeutics Sa Device for interacting with neurological tissue and methods of making and using the same
CN106413805A (zh) 2014-06-02 2017-02-15 卡拉健康公司 用于外周神经刺激来治疗震颤的系统和方法
US9474894B2 (en) 2014-08-27 2016-10-25 Aleva Neurotherapeutics Deep brain stimulation lead
US9403011B2 (en) 2014-08-27 2016-08-02 Aleva Neurotherapeutics Leadless neurostimulator
US20190030374A1 (en) 2014-12-19 2019-01-31 Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6) Implantable ultrasound generating treating device for brain treatment, apparatus comprising such device and method implementing such device
CN112914514A (zh) 2015-06-10 2021-06-08 卡拉健康公司 用于外周神经刺激以利用可拆卸治疗和监测单元治疗震颤的系统和方法
CN108348746B (zh) 2015-09-23 2021-10-12 卡拉健康公司 用于手指或手中的周围神经刺激以治疗手震颤的系统和方法
IL286747B1 (en) 2016-01-21 2024-01-01 Cala Health Inc A wearable device for the treatment of symptoms related to the urinary system
CN109069824B (zh) 2016-02-02 2022-09-16 阿莱瓦神经治疗股份有限公司 使用深部脑刺激治疗自身免疫疾病
CA3017916C (en) 2016-03-11 2023-11-07 Sorbonne Universite External ultrasound generating treating device for spinal cord and spinal nerves treatment, apparatus comprising such device and method implementing such device
CA3016001C (en) 2016-03-11 2023-08-15 Sorbonne Universite Implantable ultrasound generating treating device for spinal cord and/or spinal nerve treatment, apparatus comprising such device and method
WO2017165410A1 (en) 2016-03-21 2017-09-28 Nalu Medical, Inc. Devices and methods for positioning external devices in relation to implanted devices
EP3484577A4 (en) 2016-07-18 2020-03-25 Nalu Medical, Inc. METHODS AND SYSTEMS FOR THE TREATMENT OF PELVIC DISORDERS AND PAINFUL CONDITIONS
WO2018101986A1 (en) 2016-12-01 2018-06-07 Thimble Bioelectronics, Inc. d/b/a Enso Neuromodulation device and method for use
WO2018156953A1 (en) 2017-02-24 2018-08-30 Nalu Medical, Inc. Apparatus with sequentially implanted stimulators
CN110809486A (zh) 2017-04-03 2020-02-18 卡拉健康公司 用于治疗与膀胱过度活动症相关的疾病的周围神经调节系统、方法和装置
EP3974021B1 (en) 2017-06-30 2023-06-14 ONWARD Medical N.V. A system for neuromodulation
KR102495358B1 (ko) 2017-09-25 2023-02-02 삼성전자주식회사 신경모방 자극 장치 및 그 방법
US11857778B2 (en) 2018-01-17 2024-01-02 Cala Health, Inc. Systems and methods for treating inflammatory bowel disease through peripheral nerve stimulation
US10702692B2 (en) 2018-03-02 2020-07-07 Aleva Neurotherapeutics Neurostimulation device
DE18205821T1 (de) 2018-11-13 2020-12-24 Gtx Medical B.V. Steuerungssystem zur bewegungsrekonstruktion und/oder wiederherstellung für einen patienten
EP3653260A1 (en) 2018-11-13 2020-05-20 GTX medical B.V. Sensor in clothing of limbs or footwear
EP3695878B1 (en) 2019-02-12 2023-04-19 ONWARD Medical N.V. A system for neuromodulation
EP3744385A1 (en) 2019-05-20 2020-12-02 Biopro Scientific Co., Ltd. System for treating neural disorders
US11745013B2 (en) 2019-05-20 2023-09-05 Biopro Scientific Co., Ltd. Method and system for treating movement disorders
US11890468B1 (en) 2019-10-03 2024-02-06 Cala Health, Inc. Neurostimulation systems with event pattern detection and classification
EP3827871A1 (en) 2019-11-27 2021-06-02 ONWARD Medical B.V. Neuromodulation system
US11745902B1 (en) * 2019-12-11 2023-09-05 Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Systems, methods and apparatus for multifunctional central pattern generator
WO2021151050A1 (en) * 2020-01-25 2021-07-29 The Regents Of The University Of California Biomimetic stimulator system for neural implant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2081637C1 (ru) * 1996-06-25 1997-06-20 Хворостов Сергей Александрович Способ воздействия на психиатрические и психоневрологические способности организма
EP0959942A1 (en) * 1996-04-25 1999-12-01 Medtronic, Inc. Apparatus for treating movement disorders by closed loop brain stimulation
EP1191972A1 (en) * 1999-06-11 2002-04-03 Cornell Research Foundation, Inc. Feedback mechanism for deep brain stimulation
RU2214842C1 (ru) * 2002-10-29 2003-10-27 Лебедев Валерий Павлович Способ лечения нейросенсорной тугоухости и устройство для его осуществления
WO2005053787A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und vorrichtung zur desynchronisation neuronaler hirnaktivität

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5702429A (en) * 1996-04-04 1997-12-30 Medtronic, Inc. Neural stimulation techniques with feedback
US20050113744A1 (en) * 2003-11-21 2005-05-26 Cyberkinetics, Inc. Agent delivery systems and related methods under control of biological electrical signals
US8923977B2 (en) * 2006-12-21 2014-12-30 Sapiens Steering Brain Stimulation B.V. Biomimetic neurostimulation device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0959942A1 (en) * 1996-04-25 1999-12-01 Medtronic, Inc. Apparatus for treating movement disorders by closed loop brain stimulation
RU2081637C1 (ru) * 1996-06-25 1997-06-20 Хворостов Сергей Александрович Способ воздействия на психиатрические и психоневрологические способности организма
EP1191972A1 (en) * 1999-06-11 2002-04-03 Cornell Research Foundation, Inc. Feedback mechanism for deep brain stimulation
RU2214842C1 (ru) * 2002-10-29 2003-10-27 Лебедев Валерий Павлович Способ лечения нейросенсорной тугоухости и устройство для его осуществления
WO2005053787A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und vorrichtung zur desynchronisation neuronaler hirnaktivität

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BERGER W.T. et al. "Brain-Implantable Biomimetic Electronics as the Next Era in Neural Prosthetics", PROCEEDINGS OF THE IEEE, vol.89, №7, July 2001, p.p.993-1012. WENTAI LIU et al. "Implantable biomimetic microelectronic systems design". Engineering in Medicine and Biology Society, v.24, Issue 5, p.p.66-74, 26.09.2005, реферат. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008075294A1 (en) 2008-06-26
JP2010512926A (ja) 2010-04-30
US8923977B2 (en) 2014-12-30
CN101636196A (zh) 2010-01-27
RU2009128056A (ru) 2011-01-27
EP2097134B1 (en) 2014-02-12
EP2097134A1 (en) 2009-09-09
US20100145414A1 (en) 2010-06-10
WO2008075294A9 (en) 2009-02-19
US20150080987A1 (en) 2015-03-19
US9144681B2 (en) 2015-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2461397C2 (ru) Устройство для биомиметической нейростимуляции
US11730962B2 (en) Combination of tonic and burst stimulations to treat neurological disorders
CN106714897B (zh) 用于校准背角刺激的系统
US8311634B2 (en) Apparatus and method for electrical stimulation of human retina
CA2702326C (en) Neurostimulator and method for regulating the same
EP3824372B1 (en) Neuronal communication system
US8626306B2 (en) Visual prosthesis for control of spatiotemporal interactions
US20190167998A1 (en) Method of treating a neurological disorder using network stimulation
US20160367812A1 (en) Methods of neuromodulation
Ward et al. A flexible platform for biofeedback-driven control and personalization of electrical nerve stimulation therapy
KR20190034867A (ko) 신경모방 자극 장치 및 그 방법
US10549099B2 (en) Electronic peripheral nerve stimulation
WO2008142027A1 (en) Method and apparatus for stimulating activity in the peripheral nervous system
Baker et al. Regulation of arousal and performance of a healthy non-human primate using closed-loop central thalamic deep brain stimulation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151219