TW202015620A - 管理大腦睡眠模式的方法和設備 - Google Patents

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Abstract

公開了管理大腦睡眠模式的方法和裝置。該方法包括通過測量網狀結構對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的至少一部分的下行起到的阻尼/阻擋水平來測量在睡眠模式下大腦的睡眠深度以及睡眠階段。

Description

管理大腦睡眠模式的方法和設備
對於大腦睡眠模式管理系統，本申請總體涉及通過感測由運動皮質發射的從大腦下行到身體的一部分的空閒脈衝來感測大腦睡眠模式下的睡眠深度和所有睡眠階段的方法和裝置。
大腦由提供大腦的各種功能的多個功能部位組成，其中運動皮質功能部位通過經由神經系統向身體部分發射神經元電脉衝來驅動身體各部分的運動。運動皮質分為多個功能簇。每個簇驅動身體中的特定肌肉運動，並且經由神經系統不斷地發射具有或不具有從大腦到身體部分上的肌肉的運動起始信號的電脉衝，其中不具有運動起始信號的脉衝是導致用於身體部位姿勢的肌肉緊張度的“空閒脈衝”，並且具有運動起始信號的脉衝導致使身體部分運動的肌肉收縮。通過使用具有放大電路的電極，可以在大腦清醒時從身體任何部分的神經、肌肉或皮膚檢測到空閒脈衝。例如，當大腦清醒時，通過在左手腕的皮膚上放置帶有信號放大系統的電極，當身體的該部分不進行任何活動時可以檢測到與皮膚接觸的電極之間的電勢差隨時間變化。檢測到的電勢差的變化是從運動皮質的右上部簇向左手腕發出的空閒脈衝的結果。
大腦具有兩種工作模式：清醒模式和睡眠模式。在清醒模式下，從運動皮質的所有功能簇發射的空閒脈衝經由神經系統不斷地到達全身的所有身體部分，並且可以從身體的任何部分的神經或皮膚測得空閒脈衝。在睡眠模式下，在大腦中釋放睡眠激素，其抑制神經元活動。在睡眠激素釋放的影響下，在大腦網狀結構區域，特別是在下行網狀結構的網狀脊髓束中，由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體部分的下行受阻。
當大腦最初從其清醒模式轉變為初始睡眠模式-所謂的睡眠起始階段時，睡眠激素在網狀結構中輕微釋放，並且由運動皮質發射的空閒脈衝的下行輕微受阻。這可以被檢測為在身體部分上測量的電勢差變化幅度的减小。
當大腦進一步轉變為其NRAM（非快速眼動）睡眠階段時，睡眠激素進一步在網狀結構中釋放，並且由運動皮質發射的空閒脈衝的下行進一步受阻。這可以被檢測為在身體部分上測量的電勢差變化幅度的進一步减小。 在大腦轉變為其NRAM（非快速眼動）睡眠階段期間，大腦處於睡夢中並且可能發生睡眠麻痹，睡眠激素在網狀結構中大量釋放，使得由運動皮質發射的空閒脈衝的下行完全受阻。這可以被檢測為在身體部分上測量的電勢差變化的消失（直線而不是波形）。
本發明旨在提供一種管理大腦睡眠模式的方法和裝置，該方法和裝置可以通過測量在身體部分上的神經、肌肉或皮膚中測量的電勢差變化幅度來測量由運動皮質發射的空閒脈衝從網狀結構到所有身體部分的下行水平，從而可以感測在所有階段的相關大腦睡眠模式，進而能夠基於感測結果而借助睡眠調製設備進行對大腦睡眠模式的管理。
本發明的一方面提供一種管理大腦睡眠模式的方法，包括：通過測量大腦中的睡眠激素釋放水平來確定在所述睡眠模式下大腦的睡眠深度以及睡眠階段。
本發明的另一發明還提供一種用於管理大腦的睡眠模式的裝置，包括：信號採集單元，所述信號採集單元被配置為測量大腦中的睡眠激素釋放水平；信號處理單元，所述信號處理單元被配置為根據所述睡眠激素釋放水平，確定在所述睡眠模式下大腦的睡眠深度和睡眠階段，並進一步確定所述睡眠深度的變化趨勢；數據存儲單元，所述數據存儲單元被配置為接收和記錄所述睡眠深度、所述睡眠階段、所述睡眠深度的變化趨勢的結果，並將所述結果發送到外部數據庫；控制單元，所述控制單元被配置為從所述信號處理單元接收所述結果並控制協同工作的睡眠調製裝置；以及發送單元，所述發送單元被配置為從所述數據存儲單元和所述控制單元向外部數據庫和協同工作的睡眠調製設備發送數據和控制命令。
本領域技術人員將通過以下結合附圖的具體實施方式理解本發明的其它方面以及技術效果。
作為一個實施方式，大腦在其睡眠模式下的睡眠深度以及所有睡眠階段可通過如下來確定：測量網狀結構、尤其是下行網狀結構的網狀脊髓束在睡眠激素釋放的影響下對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的所有部分的下行起到的阻尼/阻擋水平。
作為一個實施方式，用於通過測量網狀結構、尤其是下行網狀結構的網狀脊髓束在睡眠激素釋放的影響下對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的所有部分的下行起到的阻尼/阻擋水平來確定大腦在其睡眠模式下的睡眠深度以及所有睡眠階段的方法之一可以是測量從大腦網狀結構下行到身體的部分的由運動皮質發射的空閒脈衝。
作為一個實施方式，用於測量從大腦網狀結構下行至身體的部分的由運動皮質發射的空閒脈衝以測量大腦在其睡眠模式下的睡眠深度以及所有睡眠階段的方法之一可以是測量在身體的一部分（例如，身體的左手腕）上測量的電勢差的變化幅度。
特別地，提供了一種可通過如下在三個階段-睡眠開始階段、NREM睡眠階段和REM睡眠階段-管理大腦睡眠模式的方法：感測與網狀結構、尤其是下行網狀結構的網狀脊髓束在睡眠激素釋放的影響下對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的所有部分的下行起到的阻尼/阻擋水平相關的睡眠深度，其中睡眠深度通過使用在大腦從其清醒模式轉換到睡眠模式之前（即在網狀結構、尤其是下行的網狀結構的網狀脊髓束對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的所有部分的下行起到的阻尼/阻擋水平接近於零時）在身體左手腕上測量的電勢差的變化幅度的基線測量值來定義，其中睡眠深度以及所有睡眠階段使用以下比值來定義和感測：
睡眠深度=測量的幅度/基線值
其中，睡眠深度值越小，睡眠程度越深，並且睡眠模式的三個階段在睡眠深度值方面的順序為：
REM ＜NREM ＜睡眠開始
也就是說，REM睡眠是最深的睡眠。
作為一個實施方式，提供了一種可通過感測從大腦網狀結構下行至身體的部分的由運動皮質發射的空閒脈衝來管理大腦睡眠模式的裝置，其可包括：1）信號採集單元，其具有與到身體部分的肌肉上的皮膚附接的電極，用於測量皮膚上兩個位置之間的電勢差；2）信號處理單元，其計算所有階段的感測的睡眠深度以及大腦睡眠模式；3）數據存儲單元，其存儲經處理的結果；4）控制單元，其對接通或斷開與該裝置配對工作的睡眠調製裝置作出決定並採取動作；5）發送單元，其向外部設備發送數據和控制命令。該裝置通過附接到肌肉上的皮膚的其電極（其接收來自皮膚的電勢信號）感測來自身體部分肌肉中的神經的由運動皮質發射的空閒脈衝；以及通過其信號處理單元收集來自電極的電勢信號；將睡眠時間間隔內的電勢的平均幅度計算為當前的睡眠深度，並將該值記錄在其存儲單元中，並根據變化斜率計算睡眠深度的變化趨勢，其中正斜率和負斜率分別表示進入深度睡眠和進入非深度睡眠；並基於所計算的睡眠深度變化斜率進一步作出對睡眠干預的決定，以獲得更深入的睡眠、保持睡眠深度或從睡眠中喚醒大腦；並且更進一步發送命令以控制協同工作的設備以使睡眠者獲得更深的睡眠、維持睡眠深度或清醒。
作為一示例，上述裝置可以是腕帶，其包含具有多個電極的信號獲取單元、信號處理單元、數據存儲單元、控制單元和無線發送單元，其中電極附接到左腕帶的皮膚，接收從大腦中的運動皮質的右上部發射的空閒脈衝，接收到的空閒脈衝信號被在信號處理單元中處理以用於整個睡眠持續時間內的睡眠深度以及睡眠深度的變化斜率，其中睡眠者在睡眠期間的特定時刻i的睡眠深度為SD(i)，按以下步驟計算： SD(i) =
Figure 02_image002
其中
Figure 02_image005
是在時刻i處的採樣電勢差的平均值，並且
Figure 02_image008
是基線電勢差，並且是當大腦仍處於其清醒模式下在睡眠開始時的採樣電勢差的平均值。
在睡眠期間特定時刻i的睡眠深度的變化趨勢（斜率）h i 按以下步驟計算：h i =
Figure 02_image009
其中
Figure 02_image011
和
Figure 02_image013
分別是在Ti 時刻之前測量的睡眠深度值和在Ti 時刻測量的睡眠深度值，
Figure 02_image015
和
Figure 02_image017
分別是Ti 時刻之前的時間和在Ti 時刻的時間。
作為一個實施方式，睡眠深度、睡眠階段和睡眠深度的變化趨勢的處理結果可被保存在數據存儲單元中以被上傳到外部數據庫。此外，對於趨於清醒的睡眠干預，當h i 為負時，控制單元將觸發以打開協同工作的睡眠調製裝置以進行喚醒，然後當h i 變為正持續一段時間時將其關閉；對於趨於深度睡眠的睡眠感應，當h i 從正變為零並且保持為零持續一段時間時，控制單元將觸發以關閉協同工作的睡眠調製設備以進行深度睡眠，並且當h i 從零變為負時，控制單元將觸發以打開協同工作的睡眠調製設備以進行深度睡眠。
在下文中將參考附圖描述本發明的一些具體實施方式。
在一個具體實施方式中，如圖1所示，感知大腦1中的睡眠深度和大腦睡眠模式的所有睡眠階段的方法是用睡眠模式管理裝置10，通過感測通過網狀結構4下行到左手腕12的由運動皮質2的右上部簇3發射的空閒脈衝11，來感測大腦1中的網狀結構4在大腦1中的睡眠激素釋放的影響下對由運動皮質2的右上部簇3發射的空閒脈衝11的下行起到的阻尼/阻擋水平，睡眠模式管理裝置10具有附接到左手腕12的電極8和9，以收集由運動皮質2的右上部簇3發射的空閒脈衝11所産生的電勢信號，利用其信號處理單元16處理所收集的數據，並用於將處理結果傳送到數據存儲單元14和控制單元15，控制單元15用於通過發送單元7將結果發送到外部設備，外部設備包括通過接收單元6從控制單元15接收命令的協同工作睡眠調製設備5。
在另一個具體實施方式中，如圖2所示，通過感測通過網狀結構下行到身體部分的由運動皮質發射的空閒脈衝來管理大腦睡眠模式的裝置的功能塊，具有電勢信號獲取單元17、信號處理單元16、數據存儲單元14、控制單元15和發送單元7。信號獲取單元17具有附接到身體的部分的皮膚上的電極8和9，以收集經網狀結構下行的由運動皮質發射的空閒脈衝所産生的電勢信號，以確定電勢差，並將結果傳送給信號處理單元16。信號處理單元16處理電勢差隨時間的變化以用於獲得睡眠深度的結果、睡眠深度斜率（睡眠深度的變化趨勢），並將結果傳送給數據存儲單元14和控制單元15，控制單元15用於通過發送單元7向外部數據庫發送並控制協同工作睡眠調製設備。
以上所述，僅為本申請的具體實施方式，但本申請的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本申請揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本申請的保護範圍之內。因此，本申請的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為准。
1:大腦 2:運動皮質 3:右上部簇 4:網狀結構 5:協同工作睡眠調製設備 6:接收單元 7:發送單元 8、9:電極 10:睡眠模式管理裝置 11:空閒脈衝 12:左手腕 14:數據存儲單元 15:控制單元 16:信號處理單元
僅通過示例的方式，在本文中參考附圖描述了本發明的一些實施方式。現在詳細地具體參考附圖，要强調的是，所示的細節是作為示例並且出於說明性討論本發明的實施方式的目的。在這方面，通過附圖進行的描述使得本領域技術人員清楚如何實施本發明的實施方式。 在附圖中： 【圖1】是示出通過感測通過網狀結構下行到身體部分的由運動皮質發射的空閒脈衝來管理大腦睡眠模式的方法的示意圖，其中裝備有電極的裝置被附接到左手腕，測量由於從網狀結構下行到左手腕的右上部運動皮質簇發射的空閒脈衝所産生的電勢差變化。 【圖2】是示出通過感測通過網狀結構下行到身體部分的由運動皮質發射的空閒脈衝來管理大腦睡眠模式的裝置的示意圖，該裝置具有電勢信號獲取單元、信號處理單元、數據存儲單元、控制單元和發送單元。
1:大腦
2:運動皮質
3:右上部簇
4:網狀結構
5:協同工作睡眠調製設備
6:接收單元
7:發送單元
8、9:電極
10:睡眠模式管理裝置
11:空閒脈衝
12:左手腕
14:數據存儲單元
15:控制單元
16:信號處理單元

Claims (20)

  1. 一種管理大腦睡眠模式的方法，包括： 通過測量大腦中的睡眠激素釋放水平來確定在所述睡眠模式下大腦的睡眠深度以及睡眠階段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中測量大腦中的睡眠激素釋放水平包括測量網狀結構對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的至少一部分的下行起到的阻尼/阻擋水平，其中在清醒模式下，所述阻尼/阻擋水平接近於零。
  3. 如申請專利範圍第2項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中所述大腦的網狀結構是所述大腦的網狀結構的網狀脊髓束。
  4. 如申請專利範圍第2項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中測量所述阻尼/阻擋水平包括測量從所述大腦網狀結構下行至所述身體的所述至少一部分的所述由運動皮質發射的空閒脈衝。
  5. 如申請專利範圍第4項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中測量所述由運動皮質發射的空閒脈衝包括測量在所述身體的所述至少一部分上測量的至少一個電勢差的變化幅度。
  6. 如申請專利範圍第2項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中所述身體的所述至少一部分是所述身體的左手腕。
  7. 如申請專利範圍第1項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中所述睡眠階段是包括睡眠開始階段，NREM睡眠階段和REM睡眠階段的階段中的一者。
  8. 如申請專利範圍第7項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中通過測量所述睡眠深度來測量所述睡眠階段。
  9. 如申請專利範圍第5項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中通過使用在大腦從清醒模式轉換到睡眠模式之前在所述身體的一部分上測量的所述電勢差的所述變化幅度的基線測量值來定義所述睡眠深度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中所述睡眠深度如下：所述睡眠深度=所測量的幅度/所述基線測量值，其中所述睡眠深度值越小，睡眠程度越深。
  11. 如申請專利範圍第7項所述管理大腦睡眠模式的方法，其中所述階段在所述睡眠深度值方面的大小順序如下：所述睡眠開始階段＞ 所述NREM睡眠階段＞ 所述REM睡眠階段，其中所述REM睡眠階段對應於最深睡眠。
  12. 如申請專利範圍第1項所述管理大腦睡眠模式的方法，還包括：確定所述睡眠深度的變化趨勢；基於所確定的所述睡眠深度的變化趨勢來控制睡眠調製設備。
  13. 一種用於管理大腦的睡眠模式的裝置，包括： 信號採集單元，所述信號採集單元被配置為測量大腦中的睡眠激素釋放水平； 信號處理單元，所述信號處理單元被配置為根據所述睡眠激素釋放水平，確定在所述睡眠模式下大腦的睡眠深度和睡眠階段，並進一步確定所述睡眠深度的變化趨勢； 數據存儲單元，所述數據存儲單元被配置為接收和記錄所述睡眠深度、所述睡眠階段、所述睡眠深度的變化趨勢的結果，並將所述結果發送到外部數據庫； 控制單元，所述控制單元被配置為從所述信號處理單元接收所述結果並控制協同工作的睡眠調製裝置；以及 發送單元，所述發送單元被配置為從所述數據存儲單元和所述控制單元向外部數據庫和協同工作的睡眠調製設備發送數據和控制命令。
  14. 如申請專利範圍第13項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述信號採集單元被配置為通過測量網狀結構對由運動皮質發射的空閒脈衝朝向身體的至少一部分的下行起到的阻尼/阻擋水平來測量所述睡眠激素釋放水平。
  15. 如申請專利範圍第14項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述信號採集單元被配置為通過測量從所述腦網狀結構下行到所述身體的所述至少一部分的所述由運動皮質發射的空閒脈衝來測量所述阻尼/阻擋水平。
  16. 如申請專利範圍第15項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述信號採集單元包括電勢感測電路，所述電勢感測電路具有與所述身體的所述至少一部分的肌肉上的皮膚附接的電極，所述電勢感測電路被配置為測量在所述身體的所述至少一部分上測量的至少一個電勢差的變化幅度，所述信號採集單元被配置為根據所測量的變化幅度測量所述由運動皮質發射的空閒脈衝。
  17. 如申請專利範圍第16項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述信號處理單元被配置為通過使用在大腦從清醒模式轉換到睡眠模式之前在所述身體的一部分上測量的所述電勢差的所述變化幅度的基線測量值來定義所述睡眠深度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述睡眠深度如下：所述睡眠深度=所測量的幅度/所述基線測量值，其中所述睡眠深度值越小，睡眠程度越深。
  19. 如申請專利範圍第13項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述信號處理單元被配置為進一步確定所述睡眠深度的變化趨勢，並且所述裝置還包括控制單元，所述控制單元被配置為基於所確定的所述睡眠深度的變化趨勢經由所述發送單元控制成對協同工作的所述睡眠調製設備。
  20. 如申請專利範圍第13項所述管理大腦睡眠模式的裝置，其中，所述數據存儲單元被配置為接收並記錄經所述信號處理單元處理的所述睡眠深度、所述睡眠階段和所述睡眠深度的變化趨勢的結果，並通過發送單元將所述結果發送到外部數據庫。
TW108114961A 2017-10-29 2019-04-29 管理大腦睡眠模式的方法和設備 TWI789517B (zh)

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