WO2011127917A2 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von erkrankungen des gehirns und/oder rückenmarks mittels neurofeedback - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur behandlung von erkrankungen des gehirns und/oder rückenmarks mittels neurofeedback Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the treatment of diseases of the brain and / or spinal cord by means of neurofeedback.
  • neurological or psychiatric disorders such as Parkinson's disease, essential tremor, dystonia or obsessive-compulsive disorder
  • neuron clusters in umschrie ⁇ enclosed areas of the brain including the thalamus and the basal ⁇ ganglia, morbid, for example excessively synchronous, active.
  • a large number of neurons synchronously action potentials, ie the participating neurons fire excessively synchronous.
  • the neurons in these brain areas fire qualitatively differently, for example in an uncorrelated way.
  • pathologically synchronous activity alters neuronal activity in other brain areas, for example, in areas of the cerebral cortex, such as the primary motor cortex.
  • the pathologically synchronous activity in the area of the thalamus and the basal ganglia forces the cerebral cortical areas to become rhythmic so that finally the muscles controlled by these areas develop pathological activity, eg a rhythmic trembling (tremor).
  • tremor rhythmic trembling
  • Neurological and psychiatric disorders with excessively pronounced neuronal synchronization have so far been treated by electrical brain stimulation in the case of failure of drug therapy.
  • Elect be ⁇ clearing in the brain of the patient and implanted so implanted by a likewise control unit with corresponding electrical stimuli supplied.
  • An electrical stimulation of the brain can lead to side effects for several reasons. For example, nen caused by the spread of stimulation current on the eigentli ⁇ che target area also unwanted side effects with ⁇ irritation of neighboring areas. In addition, excessive stimulation, for example, can damage the tissue. Therefore, it is of great benefit to the patient with as little as possible
  • Figure 1 is a schematic representation of a device with a stimulation unit, a neuro-feedback unit, a measuring unit and a control unit ⁇ according ei ⁇ nem embodiment during loading ⁇ drive.
  • Fig. 2 to 5 are schematic representations of procedures during the operation of in
  • Fig. 1 illustrated device
  • FIGS. 6 and 7 are schematic representations of Ausgestal ⁇ lines of the device shown in Figure 1.
  • FIG. 8A is a schematic representation of a neuro-feedback unit according to an execution example ⁇
  • FIG. 9 is a schematic representation of a new rofeedback unit according to a further embodiment
  • Figure 10 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of electrical stimuli in accordance with an embodiment.
  • 11 to 15 are schematic representations of electrical stimulation methods;
  • Fig. 16 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for the generation and application-of visual stimuli in accordance with a
  • Figure 17 is a schematic diagram of the Ge ⁇ field of view of a patient.
  • Figure 18 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of visual stimuli in accordance with another embodiment.
  • Figure 19 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of visual stimuli in accordance with another embodiment.
  • FIGS. 26 and 27 are schematic illustrations of eyeglasses
  • Fig. 28 is a schematic representation of generated by a light glasses optical
  • Fig. 29 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for the generation and application-of acoustic stimuli in accordance with a
  • Fig. 30 is an illustration of sine waves having different frequencies
  • FIG. 31 shows a representation of a sine oscillation amplitude-modulated with a rectangular function
  • FIG. Figure 32 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of acoustic stimuli according to another embodiment.
  • Figure 33 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of acoustic stimuli according to another embodiment.
  • Fig. 34 to 38 are schematic representations of akusti ⁇ rule stimulation process;
  • Figs. 39A and 39B are schematic diagrams of the generation of modulation signals
  • Fig. 40 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli- cation of tactile, vibratory
  • FIG. 41 is a schematic representation of a tak ⁇ tilen, vibrational and / or thermal stimulation process
  • FIGS. 42A to 42D are schematic representations of vibratory stimuli
  • FIG. 43 is a schematic representation of a tak ⁇ tilen stimulus.
  • FIGS. 44A to 44C are schematic diagrams of thermal stimuli;
  • Figure 45 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of tactile, vibratory and / or thermal stimuli, according to another embodiment.
  • Figures 46 to 48 are schematic representations of tactile, vibratory and / or thermal stimulation methods
  • 49 is a schematic representation of a Sti ⁇ mulationshim for generating and Appli ⁇ cation of tactile, vibratory and / or thermal stimuli, according to another embodiment.
  • Fig 50A to 52C are schematic representations of a Stimula ⁇ tion elements for generating and Applika ⁇ tion of tactile and / or vibrational stimuli.
  • Fig 53A to 54C are schematic representations of a Stimula ⁇ tion elements for generating and Applika ⁇ tion of thermal stimuli.
  • Figures 55 and 56 are schematic representations of tactile, vibratory and / or thermal stimulation methods.
  • FIG. 1 an apparatus 100 is shown for the treatment of diseases of the brain and / or spinal cord of a Pati ⁇ ducks schematically.
  • the device 100 consists of a control unit 10, a stimulation unit 11, a neuro-feedback unit 12 and a measuring unit 15.
  • the stimulation unit 11 generates first stimuli 21 which, when administered to a patient, suppress a pathologically synchronous activity of neurons in the brain and / or spinal cord of the patient.
  • the stimulation unit 11 is surgically implanted in the body of the patien ⁇ th.
  • the first stimuli 21 are electrical stimuli that are applied to the brain and / or spinal cord of the patient.
  • the stimulation unit 11 can be configured according to another embodiment as a non-invasive ⁇ unit, ie during operation of the device 100, the stimulation unit 11 is located outside the patient's body and will not be surgically implanted in the patient's body.
  • the first stimuli 21 may be stimuli in this case, from the group of opti ⁇ rule, acoustic, tactile, vibratory and thermal Stimuli.
  • the control unit 10 controls the stimulation unit 11 with control signals 23.
  • the measuring unit 15 receives one or more measurement signals 25 measured on the patient, converts these if necessary into electrical signals 26 and supplies them to the control unit 10.
  • the measurement signals 25 reflect the pathologically synchronous sectioni ⁇ ty of neurons in the brain and / or spinal cord of the patient.
  • the neuro-feedback unit (or neuro-feedback unit or Neurofeedback- transmitter) 12 generates second stimuli 22, illustrate the patient the severity of the pathological synchronous Akti ⁇ tivity of the neurons.
  • the second stimuli 22 are consciously perceptible by the patient and are, for example, optical, acoustic, tactile, vibratory and / or thermal stimuli.
  • the neurofeedback unit 12 may be designed as a non-invasive unit and is accordingly not implanted in the body of the patient, but is located during the operation of the device 100 outside the Kör ⁇ pers of the patient.
  • the control unit 10 controls the neuro-feedback unit 12 with control signals 24.
  • the New ⁇ rofeedback unit 12 to the patient can sensory veran- illustrate the strength of the expression of the pathological neuronal activity
  • the control signals include 24 Informatio ⁇ nen from the obtained by the measurement unit 25 signals 26.
  • the signals 26 are any of the control unit 10 still processed or further processed and then fed to the neurofeedback unit 12.
  • the individual components of the device 100 in particular the control unit 10, the stimulation unit 11, the neurofeedback unit 12 and / or the measuring unit 15, are structurally separated from one another.
  • the device 100 can therefore also be understood as a system consisting of the components shown in FIG.
  • the device 100 can be used in particular for the treatment of neurological or psychiatric disorders, for example Parkinson's disease, essential tremor, dystonia, epilepsy, tremor as a result of multiple sclerosis and other pathological tremors, depression, movement disorders, cerebellar diseases, obsessive-compulsive disorders, Tourette's syndrome, functional disorders after stroke, Spasticity, tinnitus, sleep disorders, schizophrenia, irritable bowel syndrome, addictions, personality disorders, attention deficit syndrome, attention deficit hyperactivity disorder, gambling addiction, neurosis, craving, burnout syndrome, fibromyalgia, migraine, cluster disorders Headache, generalized headache, neuralgia, ataxia, tic disorder or hypertension, but also other diseases.
  • neurological or psychiatric disorders for example Parkinson's disease, essential tremor, dystonia, epilepsy, tremor as a result of multiple sclerosis and other pathological tremors, depression, movement disorders, cerebellar diseases, obsessive-
  • the above-mentioned diseases can be caused by a disturbance of the bioelectrical communication of neuron assemblies that are connected in specific circuits.
  • a neuron population generated persistently abnormal neuronal activity and possibly an associated abnormal connectivity (network structure ⁇ ).
  • a large number of neurons synchronously form action potentials, ie the participating neurons fire excessively synchronously.
  • the sick ⁇ New ronen population oscillatory neuronal activity ⁇ has, ie the neurons fire rhythmically.
  • the mean frequency of the pathological rhythmic activity of the affected neuronal units is approximately in the range of 1 to 30 Hz, but may also lie outside this range. In healthy humans, however, the neurons fire qualitatively differently, eg in an uncorrelated way.
  • the device 100 is provided during its operation ⁇ .
  • at least one neuron population 30 has an as described above. described pathologically synchronous neuronal activity.
  • the stimulation unit 11 administers the first stimuli 21 to the patient in such a way that the first stimuli 21 are received via the eyes, ears or skin of the patient, depending on the modality, and from there via the nervous system to the pathological active neuron population 30 in the brain 29 and / or spinal cord 29 are forwarded.
  • the first electrical stimuli 21 of Neuronenpo- concerned are 30 either directly administered or applied to areas of the brain or spinal cord 29 which nenpopulation with neuro 30 connected pulation and the first stimuli 21 are forwarded to the neuron population 30.
  • the first stimuli 21 are designed such that they suppress the pathologically synchronous Akti ⁇ tivity of the neuron population 30.
  • a suppression of synchronous activity can mean that the coincidence rate of the neurons is lowered or that the neuron population ⁇ 30 is not desynchronized.
  • a reduction in the coincidence rate of the neurons caused by the stimulation can lead to a lowering of the synaptic weights and thus to a loss of the tendency to produce morbidly synchronous activity.
  • the second stimuli 22 generated by the neurofeedback unit 12 are likewise received via the eyes, the ears or the skin as well as deeper tissue of the patient and forwarded from there to the nervous system.
  • the second stimuli 22 are not therapeutically effective and therefore have little or no desynchronizing or coincidence-rate-reducing effect on the pathologically synchronous neuronal activity of the neuron population 30.
  • the second stimuli 22 illustrate the patient only the severity of the severity the pathological neuronal activity of the neuron population 30.
  • optical (or visual) or acoustic (or auditory) first or second stimuli 21, 22 are applied, they are recorded via at least one eye or at least one ear of the patient.
  • the tactile, vibratory and thermal first or second stimuli 21, 22 are taken up by in or under the skin receptors and forwarded to the nervous system.
  • These receptors include, for example, Merkel cells, Ruffini bodies, Meissner bodies and hair follicle receptors, which act in particular as receptors for the tactile stimuli 21, 22.
  • the vibratory stimuli 21, 22 are primarily aimed at sensitivity to depth.
  • the vibratory stimuli 21, 22 may be received by receptors located in the skin, muscles, subcutaneous tissue, and / or tendons of the patient.
  • receptors for the vibratory stimuli 21, 22 may be mentioned by way of example the father-Pacini bodies, which convey vibration sensations and accelerations.
  • thermoreceptors The thermal stimuli 21, 22 are absorbed by the thermoreceptors of the skin. These are warm receptors (also called heat receptors, warm sensors or heat sensors) and cold sensors (also called cold sensors, cold receptors or cold receptors). In the human skin, the cold sensors are more superficial, the warm receptors a little deeper.
  • the measuring unit 15 receives one or more measuring signals 25 measured on the patient, optionally converts these into electrical signals 26 and supplies them to the control unit 10.
  • the measuring unit 15 may be implanted in the form of one or more sensors in the body of the patient.
  • invasive sensors can, for example, epicortical electrodes, tie-fenhirnelektroden serve sub- or epidural brain electrodes, subcutaneous EEG electrodes and sub-or epidural counselmarkselekt ⁇ clear. Furthermore, electrodes to be attached to peripheral nerves can be used as sensors.
  • the measurement signals 25 can be recorded in permanent or breaks Zvi ⁇ rule administration of the first stimuli 21, or at predefined time points. If the neuronal activity of the target population 30 is measured, the measuring unit 15 measures the abnormally exaggerated synchronous neuronal activity, eg the beta-band activity in Parkinson's disease.
  • the extent of this morbidly synchronous neuronal activity can be represented, for example, by the amplitude of the power averaged in a time window in the associated frequency range of the local field potentials, ie, for example, in a-kinetic Parkinson patients in the beta frequency range between 10 and 30 Hz.
  • This measured value 26 is forwarded to the control unit 10 or else directly to the neuro-feedback unit 12.
  • the transmission can take place, for example, wirelessly via corresponding transmitters and receivers.
  • Non-invasive sensors include electroencephalography (EEG) electrodes, magnetic zephalography (MEG) sensors, and electromyography (EMG) electrodes.
  • EEG electroencephalography
  • MEG magnetic zephalography
  • EMG electromyography
  • the pathological oscillatory activity in the tremor frequency range or the lack of movement can be measured, for example, via an accelerometer.
  • the device 100 can be operated in two different operating modes. The respective operating mode can be given for example before ⁇ or can be selected by the control unit 10.
  • the control unit 10 controls the two stimulation ⁇ units 11 and 12 according to the selected operating mode.
  • a learning phase the patient learns under medical supervision, exclusively by neurofeedback, ie without any form of an applied by the stimulation unit 11 electrical or sensory neurostimulation, reliable morbid synchronous neuronal activity in the brain or Stud - To counteract ckenmark and thus counter symptoms that may occur.
  • neuro-feedback unit 12 By feedback of the expression level of pathologically synchronous neuronal activity by means of neuro-feedback unit 12, the patient learns to suppress this R ⁇ ty. This can be done for example by a form of thought control or relaxation and is individually different.
  • an assistive depending on the embodiment, invasive or non-invasive neurostimulation by means of the stimulation unit 11 is performed during the learning phase.
  • the activation of the stimulation unit 11 is communicated to the patient, for example, with ⁇ means of neuro-feedback unit 12th
  • the activation of the stimulation unit 11, ie, the through ⁇ guide an electrical, optical, acoustic, tactile, vibratory and / or thermal neurostimulation ( "Neuro modulation”) is carried out, for example, as soon as the severity determined by means of the measuring unit 15 of the morbidly syn neuronal activity exceeds a predetermined threshold.
  • the threshold value, beyond which the stimulation unit 11 is activated for example, relatively high ⁇ is set to intercept only particularly pronounced Symptomschü ⁇ be, but give the patient enough opportunity to learn the Neurofeedback.
  • the stimulation unit 11 can be activated even if the patient does not feel treated suffi ⁇ accordingly and an activation button of a patient-programmer, which is verbun to the control unit 10 ⁇ expresses.
  • the stimulation unit 11 can be deactivated and the neuro-modulation can be stopped accordingly as soon as the manifestation of the pathologically synchronous neuronal activity ascertained with the aid of the measuring unit 15 is below the predefined value
  • Threshold or other predetermined threshold falls and / or if the patient again feels sufficiently treated and depresses a deactivation button present on the patient programmer and / or after the expiration of a constant stimulation time preset by the physician.
  • the learning phase is ended and the device 100 is operated in the second operating mode, the actual neurofeedback phase.
  • the actual Neurofeedbackphase is exploited that at least some of the patients have now safely learned the Neurofeedback.
  • the stimulation unit 11 may be open during the second operating mode
  • Stand-by ie in a standby service
  • the implant then only switches on in the (unlikely) case of need if, for example, the expression of the pathologically synchronous neuronal activity determined with the aid of the measuring unit 15 exceeds a predetermined threshold value, which may differ, for example, from the corresponding threshold value in the first operating mode, and / or the PA- tient by pressing the activation key initiated.
  • a predetermined threshold value which may differ, for example, from the corresponding threshold value in the first operating mode, and / or the PA- tient by pressing the activation key initiated.
  • the sensory stimulator is not carried on by the patient during the actual neurofeedback phase, but reapplied only in the (unlikely) case of need.
  • the neuro-feedback unit 12 can communicate to the patient by means of the second stimuli 22 the expression of the pathologically synchronous neuronal activity determined with the aid of the measuring unit 15 or else transmit a warning signal to the patient only when a predetermined threshold value is exceeded the patient can apply the learned neurofeedback to reliably counteract morbid synchronous neuronal activity in the brain or spinal cord without any form of electrical or sensory neurostimulation performed by the stimulation unit 11.
  • the control unit 10 can, for example together with the measuring unit 15, which may for example be designed as epicortical electrode or animal fenelektrode be implanted in the body of the Pati ⁇ ducks.
  • the control unit 10 measures the thera Guideic effect ⁇ basis of information provided by the measuring unit 15 available signals 26 and determines the extent of the disease specific for the respective pathologic activi- ty.
  • the amplitude of the oscillations ⁇ pathological conditions is determined in typical frequency ranges of the local field potentials, eg at akinetic Parkinsonpatien-
  • the integral power in the beta frequency between 10 Hz and 30 Hz. With an effective neurofeedback or an effective neurostimulation this amplitude decreases.
  • the critical value can be set by the doctor individually for each patient.
  • typical values can be selected as the default value for the critical value, eg, the mean of the amplitude plus twice the standard deviation in ranges of the frequency spectrum without frequency peaks and above, for example, 70 Hz.
  • the device 100 allows a much gentler treatment of severe neurological and psychiatric disorders compared to conventional neuro-stimulation devices. It is crucial that in one embodiment, the applied by the stimulation unit 11 electrical or sensory neurostimulation in the second mode, the actual Neurofeedbackphase completely avoided in favor of Neurofeedback treatment or in another embodiment, the electrical or sensory neuro ⁇ stimulation in the second mode of operation only is activated when the therapeutic success of neurofeedback is insufficient. This avoids side effects and involves the patient as a mature partner in the treatment.
  • a further advantage of the device 100 is that the patient always falls back on the safe Neu rostimulationsà in case of failure of the Neurofeedback and thus apply the necessary for the performance of the Neurofeedback trust, insbesonde ⁇ ⁇ even in difficult situations such as stress, much easier and more legitimate can.
  • the resulting serenity of the patient improves thera ⁇ Terminator success of neurofeedback significantly.
  • an electrical neurostimulation leads to Mauwir ⁇ fluctuations due to the current entry.
  • the current input and thus the side effects are reduced by the device 100.
  • the sensory neurostimulation is often uncomfortable due to the stimulators and can be disruptive or even dangerous in the performance of everyday tasks and in particular when driving a vehicle in traffic.
  • FIGS. 2 to 5 the mode of operation of the device 100 is summarized schematically.
  • Fig. 2 shows a ⁇ The rapieschema with an electrical, applied via the stimulation unit 11 neurostimulation.
  • learning phase Neuro ⁇ Feed back the first operating mode
  • the second operating mode "learned Neuro Feedback”
  • the neurostimulator 11 is only activated to the relevant extent when the pathological neuronal activity reoccurs.
  • Fig. 3 shows a therapy scheme with a non-invasive
  • Stimulation unit 11 which applies optical, acoustic, tactile, vibratory and / or thermal first stimuli 21. After learning the neurofeedback by the patient, the patient no longer wears the sensory neurostimulator 11 and restores it only when symptoms recur, are persistently disrupted, and are no longer controllable by neurofeedback.
  • FIGS. 4 and 5 show flowcharts of the treatment procedure of a patient with the device 100 if it has an electrical stimulation unit 11.
  • the implanted stimulation unit 11 automatically switched on inadequate effect of the neurofeedback therapy, ie when the expression of the pathological feature is exceeded by a threshold value.
  • the implanted stimulation unit 11 is deactivated fourth when the expression of the pathological feature un ⁇ ter falls the threshold.
  • the patient activates the implanted electrical stimulation unit 11 by pressing the activation button if the patient does not feel well treated.
  • the stimulation unit 11 is then - depending on the embodiment - active for a specified period of time or remain active until the patient tivated the stimulation unit 11 via the deactivation button Deak, or the stimulation unit 11 turns be ⁇ must controlled from, ie as soon as the pathological feature ei ⁇ falls below a predetermined threshold.
  • Fig. 6 shows schematically an embodiment of the device 100, wherein the stimulation unit 11 is not implanted, but non-invasive, ie, optical, acoustic, tactical tile, vibrational and / or thermal first stimuli 21 he witnesses ⁇ (not shown).
  • the measuring unit is realized by depths ⁇ electrodes 15, which are connected via cable 16 with a likewise implanted control unit 10th.
  • Control unit 10 reports back, the extent of measured on the Tiefenelekt ⁇ roden 15 pathological neuronal activity via the neuro-feedback unit 12 to the patient, so that it can act against corresponds neurofeedback the pathological activity.
  • the control unit 10 and the neurofeedback unit 12 are connected via radio.
  • FIG. 7 shows schematically a further embodiment of the device 100, in which the stimulation unit 11 is implanted and generates electrical first stimuli 21.
  • the depths ⁇ electrodes act in the present embodiment both as a stimulation unit 11 as well as a measuring unit 15th
  • the depth electrodes 11, 15 are connected to the control unit 10 via cables 16 and a connector 17, which is not necessary in the embodiment shown in FIG. 6.
  • the control unit 10 reports the extent of the pathological neuronal activity measured via the depth electrodes 11, 15 back to the patient via the neurofeedback unit 12 so that the latter can counteract the pathological activity by neurofeedback.
  • the control unit 10 controls the depth electrodes 10 so that they apply the electrical first stimuli 21.
  • the first stimuli 21 may be electrical, optical, acoustic, tactile, vibratory and / or thermal stimuli which have a desynchronizing effect or at least cause a reduction in the coincidence rate of the diseased neurons. Is described below that it is possible to stimulate by means of the stimulation unit 11 different areas of the Ge ⁇ brain 29 or spinal cord 29 separately by the applied first stimuli 21 via nerves leads to different target areas in the brain 29 and / or back ⁇ mark 29 are forwarded. The target areas can be stimulated with possibly different and / or time-shifted first stimuli 21.
  • the neuron population 30, which has a pathologically synchronous and oscillatory activity, is administered first stimuli 21, which in the neuron population 30 cause a reset, a so-called reset, of the phase of the neuronal activity of the stimulated neurons.
  • the phase of the stimulated neurons is set to a particular phase value, eg 0 °, independent of the current phase value.
  • the phase of neuronal activity of the diseased Neuronenpopu ⁇ lation 30 is controlled by a targeted stimulation. Since it is also possible, the morbid neuron population
  • the phase of neuronal activity of the diseased neuron popula- be reset at 30 at the different stimulation sites at different times.
  • the diseased neuron population 30, whose neurons were previously synchronous and active with the same frequency and phase is split into a number of subpopulations, which in
  • Fig. 1 are shown schematically and are identified by the reference numerals 31, 32, 33 and 34 (for example, four subpopulations are shown here).
  • the neurons are for a Zuschset- the phase zen continue synchronously and firing continues with the same pathological rate, but each of the subpopulations 31 to 34 has with respect to their activity, the neural phase on to it by the Stimulation stimulus was imposed. This means that the neuronal activities of the individual subpopulations 31 to 34 after the resetting of their phases continue to have an approximately sinusoidal course with the same pathological frequency, but different phases.
  • the state generated by the stimulation is unstable with at least two subpopulations, and the entire neuro ⁇ nenpopulation 30 quickly approaches ren a state of complete desynchronization, in which the neuron-dip uncorrelated.
  • the desired state that is the complete Desynch ⁇ ronisation is, therefore after the application of the first stimuli 21 are not immediately available, but usually sets in within a few periods or even in less than one period of the pathological frequency.
  • One theory for explaining the stimulation success is based on the fact that the ultimately desired desynchronization is made possible by the morbidly increased interaction between the neurons.
  • a self-organization process is used, which is responsible for the morbid synchronization.
  • the same causes a Auftei ⁇ averaging a total population of 30 in subpopulations 31 to 34 with different phases a desynchronization follows.
  • no desynchronization would occur.
  • the reorganization of the connectivity of neural networks ge ⁇ disrupted can be obtained, so that sustained therapeutic effects can be caused by long the stimulation with the stimulation unit. 11
  • the achieved synaptic remodeling is of great importance for the effective treatment of neurological or psychiatric disorders.
  • FIGS. 8A, 8B and 9 Embodiments of the neurofeedback unit 12 for generating the second stimuli 22 are shown in FIGS. 8A, 8B and 9.
  • the neurofeedback unit 12 is implemented as a so-called "neurofeedback clock" which is convenient for the patient to wear.
  • FIG. 8A shows the front view
  • FIG. 8B the rear view of the neurofeedback clock 12.
  • the neuro-feedback watch 12 consists of a middle part 40, bracelets 41, a closure part 42 and associated holes 43. Alternatively, a hook-and-loop fastener or any other equivalent closure may be used.
  • the middle part 40 contains a loudspeaker 44 for generating acoustic second stimuli 22, for example a melody or a humming, warning or whistling sound, and a display 45 for generating a non-glaring optical second stimulus 22, for example one more depending on the expression of the pathological feature or less-opening flower or a concentric red "warning" disc having a diameter that correlates with the expression of the pathological neuronal activity, or a beam that increases with the expression of the pathological neuronal activity.
  • the neurofeedback clock 12 may be equipped with one or more vibrators 46 that generate "warning" tactile and / or vibratory second stimuli 22.
  • thermostimulator is arranged on the back of the neuro-feedback clock 12, with which "warning" thermal second stimuli 22 of the skin of the patient can be administered.
  • warning second stimuli 22 can not be applied until the expression of the pathological feature has exceeded a predefined threshold value.
  • the neurofeedback clock 12 may also be configured to include only a second stimulus 22 of a sensory modality, e.g. only an optical stimulus, generated.
  • the power supply of the neurofeedback clock 12 is provided by a battery and / or solar cells and / or a mechanical flywheel inside the neurofeedback clock 12.
  • the neurofeedback can watch 12 additionally include an accelerometer, which can be measured ducks morbid oscillatory activity, for example by krankhaf ⁇ tem tremor, or the average activity level of the Pati-.
  • the mean activity level of the patien ⁇ th reflects the slowdown or impoverishment of the movement or the immobility of the patient resist (ie Brady, hypo- and akinesia).
  • FIG. 9 Another embodiment of the neurofeedback unit 12 is shown schematically in FIG. 9. This is an example mobile-shaped device, which for example can be worn in a shirt pocket ⁇ or pocket of the patient and the acoustic means of a loudspeaker 47 generates second tire ze 22nd
  • an external programmer to the physician may be pre see ⁇ , can be set with which the parameters of the control unit 10, the stimulating unit 11, neuro-feedback unit 12 and / or the measuring unit 15 °.
  • an external Pro ⁇ programming device to the patient also will be provided with which the Patient can issue the stimulation devices or can modify parameters of the stimulation unit 11 in narrow limits dictated by the physician.
  • the particular for the patient programming unit may contain the above already described bene functionality by means of which the patient can independently acti fours for example by pressing an activation or deactivation key ⁇ neurostimulation operation ⁇ or off.
  • the programming devices can, for example, communicate via radio links with the respective components of the stimulation device.
  • Stimulation units for producing electrical first Rei ⁇ ze The following describes embodiments of the stimulation unit 11 for generating electrical stimuli first 21st Such stimulation units can also be found in German Patent Application No. 10 2008 052 078.0 entitled “Apparatus and Method for Conditioned Desynchronizing Stimulation", filed on 17 October 2008 with the German Patent and Trademark Office. The entire disclosure content of German Patent Application No. 10 2008 052 078.0 is hereby included in the disclosure of the present application.
  • the electrical stimuli first 21 desynchronized electrical stimulation signals are used or electrical stimulation signals that cause at least a reduction in the Koinzi ⁇ denzrate the diseased neurons.
  • the stimulation unit is designed as Stimulati ⁇ onselektrode 11, by means of which are transmitted to the brain Ü 29 or spinal cord 29 of patient 21, the first Rei ⁇ ze.
  • the stimulation electrode 11 can play, have one or two or more surfaces in StimulationsAuth- ⁇ standing and after implantation with the tissue of the brain or spinal cord 29 via the contact 29 in the first electrical stimuli are applied 21st In Fig. 10 a Stimulati ⁇ onselektrode 11 is schematically and exemplarily shown.
  • the stimulation electrode 11 be ⁇ is of an insulated electrode shaft 50 and at least one, for example two or more StimulationsWalletflä ⁇ surfaces that have been introduced into the electrode shaft 50th
  • the stimulation electrode 14 contains four stimulation contact surfaces 51, 52, 53 and 54.
  • the electrode shaft 50 and the stimulation contact surfaces 51 to 54 may be made of a biocompatible material.
  • the stimulation contact surfaces 51 to 54 are electrically conductive, for example, they are made of a metal ge ⁇ , and are located after implantation in direct electrical contact with the nerve tissue.
  • each of StimulationsWalletflä ⁇ chen 51 to 54 controlled by a separate lead 55 ⁇ the or it can display the recorded measurement signals are removed 26 via the leads 55, provided that the stimulation ⁇ electrode used 11 simultaneously as a measuring unit 15 becomes.
  • two or more stimulation pads 51 to 54 may be connected to the same lead 55.
  • the E may include a reference electrode 56 lektrode 11 whose upper ⁇ surface may be larger than that of the stimulation contact surfaces 51 to 54.
  • the reference electrode 56 is used in the stimulation tion of the nerve tissue used to generate a reference potential.
  • one of the stimulation pads 51 to 54 may be used for this purpose. That is, it can either be stimulated in a unipolar manner between a single stimulation contact area 51 to 54 and the reference electrode 56 (or the housing of the control unit 10) or bipolarly between different stimulation contact areas 51 to 54.
  • the electrode 11 can also be used as a measuring unit 15 within the device 100. In this case, measurement signals 25 are recorded via at least one of the contact surfaces 51 to 54.
  • the stimulation pads 51 to 54 may be connected to the control unit 10 via cables or via telemetric connections.
  • the plurality of stimulation contact surfaces 51 to 54 enables light to 51 to 54 to stimulate different regions of the brain 29 or ⁇ Scotland ckenmarks 29 via the individual stimulation contact surfaces separately.
  • each of the stimulation contact surfaces 51 to 54 can be connected to the control unit 10 via its own connecting line 55. This allows the control unit 10 to generate specific first stimuli 21 for each of the stimulation contact surfaces 51 to 54.
  • the stimulation contact surfaces 51 to 54 may be implanted in the patient such that the first stimuli 21 applied to the tissue are transmitted via nerve leads to different target areas located in the brain 29 and / or spinal cord 29. Consequently, 100 different target areas in the brain 29 and / or spinal cord 29 can be stimulated with possibly different and / or delayed first stimuli 21 by means of the device.
  • the neuron population 30 which has a pathologically synchro ⁇ ne and oscillatory activity, by means of the Stimu ⁇ lationselektrode 11 first stimuli 21 administered, which in the neuron population 30 a reset, a so-called set, the phase of neuronal activity of cause stimulated neurons.
  • the phase of the stimulated neurons is set to a particular phase value, eg 0 °, independent of the current phase value.
  • the phase of neuronal activity of the diseased neuron population 30 is controlled by targeted stimulation. Furthermore, it is possible on the basis of the plurality of stimulation ⁇ contact surfaces 51 to 54 to stimulate the pathological Neuronenpo ⁇ pulation 30 at different locations. This allows you to reset the phase of the neuronal activity of the ill ⁇ liable neuron population 30 at different pacing sites at different times. As a result, thereby the pathological Neuronenpopula ⁇ tion 30, the neurons before frequency synchronously and with the same frequency and phase were active, split into several subpopulations, which are shown schematically in Fig. 1 and by the reference numerals 31, 32, 33 and 34 Marked are.
  • the stimulation contact surfaces 51 to 54 may be placed on or in the patient's brain or spinal cord tissue 29 such that the first stimuli 21 applied by the stimulation contact surface 51 irritate the subpopulation 31 and reset its neuronal phase and those applied by the stimulation contact surface 52 first stimuli 21 irritate the subpopulation 32 and reset its neuronal phase.
  • the stimulation contact surface 53 or 54 with respect to the subpopulation 33 or 34.
  • the condition created by the stimulation with at least two subpopulations is unstable, causing the entire neuron population 30 to rapidly approach a state of complete desynchronization in which the neurons fire uncorrected.
  • stimulation signals to cause ⁇ resetting the phase of neurons are submitted time offset the different types of stimulation contact surfaces 51 to 54 to each of stimulated nerve tissue.
  • out of phase with the stimulation signals for example, or applied with different polarity so that they perform as a result also to a time-shifted Zugurset ⁇ zen the phases of the different subpopulations 31 to 34.
  • the device 100 can be operated, for example, in a so-called "open loop” mode, in which the control unit 10 generates predetermined first stimuli 21 and these are delivered via the stimulation contact surfaces 51 to 54 to the nerve tissue. Furthermore, the device 100 can also be operated as a so-called "closed-loop" system this case, the measuring unit 15 placed on the patient ⁇ recessed measurement signals 26 provides and forwards them to the STEU ⁇ erritt 10 on. With the aid of the measurement signals 26 a demand-driven ⁇ Sti mulation can be performed. For this purpose, the control 10 detects ⁇ unit based on the power consumed by the measuring unit 15 measuring signals 26, the presence and / or the expression of one or more pathological features.
  • measuring signals 26 may be set to play, the thickness of the first stimuli 21 in the ⁇ ⁇ .
  • one or more threshold values can be specified, and when the amplitude or the magnitude of the measurement signals 26 exceeds a specific threshold value, a specific strength of the first stimuli 21 is set.
  • the measuring signals 26 recorded by the measuring unit 15 are used directly or optionally after one or more processing steps as first stimuli 21 and are fed by the control unit 10 into the stimulation electrode 11.
  • the measurement signals can be amplified 26 and, where ⁇ appropriate, according to mathematical clearing (for example, after mixing the measurement signals) having a time delay and linear and / or nonlinear combination steps and combinations of processed and concentrated be ⁇ supplied to the stimulation electrode.
  • the billing mode is chosen so that the pathological neuronal activity is counteracted and the stimulation signal also disappears with decreasing morbid neuronal activity or at least significantly reduced in its strength.
  • Stimulati ⁇ onsclar which can be carried out, for example, the device 100 is shown in Fig. 11 schematically. There are among each other via the stimulation tact surfaces 51 to 54 applied first stimuli 21 plotted against the time t.
  • each of the stimulation pads 51-54 periodically applies the first stimulus 21 to the respective area of tissue on which the stimulation pads 51-54 are placed.
  • the administration of the first stimuli 21 via the individual stimulation contact surfaces 51 to 54 takes place with a time delay between the individual stimulation contact surfaces 51 to 54. For example, the beginning of temporally successive and first applied by different stimulation contact surfaces 51 to 54 Stimuli 21 be shifted by a time ⁇ .
  • the frequency f st i m may for example be in the range of mittle ⁇ ren frequency of the pathological rhythmic activity of the target network.
  • ER- the average frequency is typically in the Be ⁇ rich 1-30 Hz, but can also be outside this range. It should be noted that the frequency, with which the affected neurons fire synchronously in neurological and psychiatric disorders, is usually not constant, but may well have variations and moreover shows individual deviations in each patient.
  • a first stimulus 21 may be a pulse train consisting of a plurality of individual pulses 60, as shown in FIG.
  • the pulse trains 21 may be made 60 each of 1 to 100, in particular 2 to 10, electrical charge-balanced ⁇ rule individual pulses.
  • the pulse trains 21 are applied, for example, as a sequence with up to 20 or more pulse trains. Within a sequence, the pulse trains 21 are repeated at the frequency f st m in the range of 1 to 30 Hz.
  • a pulse train 21 consisting of three individual pulses 60 is shown in FIG.
  • the individual pulses 60 are repeated at a frequency f eo in the range from 50 to 500 Hz, in particular in the range from 100 to 150 Hz.
  • the individual pulses 60 may be current- or voltage-controlled pulses which are composed of an initial pulse component 61 and a subsequent pulse component 62 flowing in the opposite direction, the polarity of the two pulse components 61 and 62 also being opposite to the polarity shown in FIG can be reversed.
  • the duration 63 of the pulse component 61 is in the range between 1 ⁇ and 450 3.
  • the Amp ⁇ litude 64 of the pulse component 61 in the case of stromkontrol- Herten pulses in the range between 0 mA and 25 mA, and in the case of voltage-gated pulses in the range 0 to 20 V.
  • the amplitude of the pulse portion 62 is less than the Ampli ⁇ tude 64 of the pulse portion 61.
  • the pulse components 61 and 62 are ideally sized such that the La ⁇ tion, which is transmitted by them, at both Pulsantei ⁇ len 61 and 62 is the same size, ie the in Fig. 13 Schraf- The marked areas are the same size.
  • the control unit can for example also produce differently configured Stimu ⁇ lationssignale 10, eg temporally continuous stimulus ⁇ pattern.
  • Stimu ⁇ lationssignale 10 eg temporally continuous stimulus ⁇ pattern.
  • the time delay ⁇ between two successive first stimuli 21 does not necessarily always have to be the same. It can certainly be provided that the time intervals between the individual first stimuli 21 are chosen differently. Furthermore, the delay times can also be varied during the treatment of a patient. The delay times with regard to the physiological signal propagation times can also be adjusted. Furthermore, during the application of the first stimuli 21
  • Breaks are provided during which there is no stimulation.
  • Such a pause is shown by way of example in FIG. 14.
  • the pauses can be maintained after any number of stimulations. For example, stimulation during N consecutive periods of ge Tgtim be performed and then currency ⁇ rend M periods of length T st i m are adhered without stimulation pause, where N and M are small integers, such as in the range of 1 to 10.
  • This scheme may be continued either periodically or stochastically and / or deterministically, eg chaotically, modified.
  • a further possibility to deviate from the one shown in Fig. 11 strictly periodic stimulation pattern is the time sequence of the individual first 21 stimuli sto ⁇ chastisch or deterministic or mixed stochastisch- to vary deterministic.
  • the order in which apply the stimulation ⁇ contact surfaces 51 to 54, the first stimuli 21 varies, as is exemplarily shown in Fig. 15.
  • This variation can be stochastic or deterministic or mixed stochastic-deterministic.
  • the randomization shown in FIG. 15 may be combined with the stimulation form shown in FIG.
  • a re-randomization may be performed or it is performed after each break, the length of M x T st i m randomization and within the following N stimulation periods remains the Erasmusnfol ⁇ ge, in which the stimulation contact surfaces 51 to 54 apply the first stimuli 21, constant.
  • the "closed loop" mode of the device 100 can be configured such that the measuring signals 26 received by the measuring unit 15 are converted by the control unit 10 directly or optionally after one or more processing steps into electrical first stimuli 21 and be applied by the stimulation electrode 11 appli ⁇ .
  • the device 100 does not necessarily have to contain at least two stimulation pads. This type of stimulation, in which the measured signals recorded on the patient are fed back into the body of the patient, could in principle also be carried out with only a single stimulation contact surface, however, it is also possible to provide any, larger number of stimulation contact surfaces.
  • the above-described "closed loop” mode can be used if just ⁇ tivity for desynchronizing a neuron population with a pathologically synchronous and oscillatory neural AK.
  • the measurement signals can 26, for example, amplified and optionally after mathematical ⁇ shear clearing (for example, after mixing the measurement signals) having a time delay and linear and / or non-linear
  • Allocation steps are used as first stimuli 21 for electrical stimulation.
  • the billing mode can be chosen so that the pathological neuronal activity is counteracted and the stimulation signal also disappears with decreasing morbid neuronal activity or at least significantly reduced in its strength.
  • Stimulation units for generating optical first stimuli :
  • Embodiments of the stimulation unit 11 for generating optical first stimuli 21 will be described below.
  • Such stimulation units can also be found in German patent application no. 10 2008 012 669.1 entitled “Device and method for visual stimulation", which was deposited with the German Patent and Trademark Office on March 5, 2008. The entire disclosure of the German patent application no. 10 2008 012 669.1 is incorporated into the ⁇ Of fenbarung the present application.
  • FIG. 16 schematically shows an embodiment of the stimulation unit 11, which contains a plurality of stimulation elements.
  • the stimulation unit 11 has two stimulation elements 112 and 113, which are actuated by the control unit 10.
  • FIG. 16 also shows an eye 114 of a patient.
  • the stimulation elements 112 and 113 During operation of the stimulation unit 11, the stimulation elements 112 and 113 generate optical first stimuli 115 and 116, respectively, which are received by the patient via one or both eyes 114 and transmitted via the optic nerves to neuron populations in the brain.
  • the control unit 10 controls the stimulation elements 112 and 113 in such a way that the optical first stimuli 115 and 116 are generated, for example, with a time delay. Instead of a time-shifted application of the optical first stimuli 115 and 116, these can also be applied with different phases or different polarities. Furthermore, mixed forms are also conceivable, ie the optical first stimuli 115 and 116 may, for example, be delayed in time and have different polarities.
  • the stimulation unit 11 can be designed such that it can be used to carry out, for example, only one of the above-mentioned stimulation variants, or the stimulation unit 11 can al ⁇ ternatively be designed so that more of the said stimulation variants can be performed with it.
  • the optical first stimuli 115 and 116 can be based on a luminance variation (or variation of the light intensity or light intensity), for example, they can be applied as pulses or as sequences of pulses with varying luminosity or brightness.
  • the optical first stimuli 115 and 116 may vary depending Ausgestal ⁇ tung the stimulation unit 11 as luminance modulation natural optical stimuli, for example by means of a homogeneous o- the segmented transmission glasses, as in addition to egg nem natural visual stimulus occurring, modulated visual stimulus, for example by means of a partially transparent light glasses, or as an artificial optical brightness stimulus, for example by means of an opaque spectacle, administered. If the patient receives the optical first stimuli 115, 116 over both eyes 114, the respective optical first stimuli 115, 116 of both eyes 114 may be correlated.
  • the optical first stimuli 115, 116 generated by the stimulation elements 112, 113 can be configured such that, when they are taken up by the retina and guided via the optic nerve to a neuron population with a pathologically synchronous and oscillatory activity, in FIG Neuron population to reset the phase of neuronal activity of the stimulated neurons.
  • the visual field 117 of a patient is shown schematically.
  • a visual field is the space that is surveyed by an eye without eye movements.
  • the field of view 117 is shown in a circle for simplicity.
  • the field of view has a more rounded oval shape.
  • the exact size and shape of the Ge ⁇ field of view is subject to individual variations and is also dependent on age.
  • Points in the visual field 117 can be described, for example, with the aid of their polar coordinates.
  • Fig. 17 are the spatial positions of the stimulation elements 112 and 113 are exemplified in the field of view Ge ⁇ 117th
  • one corner point of the stimulation elements 112 and 113 is marked with a vector 118 or 119.
  • the vectors 118 and 119 can be described in the polar coordinate system by their magnitude and the angle (us or (ng) they include with the x-axis.
  • Different points in the field of view 117 are ⁇ rank on the lens of the eye on different parts of the retina.
  • the different parts of the retina are in turn connected via the optic nerve with different neurons in the brain.
  • stimulation elements 112 and 113 each have different neurons are stimulated Kgs ⁇ NEN. Consequently, the stimulation elements can be 112 and 113 arranged so as ⁇ possibly more stimulation elements spatially in Ge ⁇ field of view 117 of the patient, that the recorded from the retina optical stimuli to different target regions in the brain.
  • ⁇ Ronen population with the stimulation elements 112 and 113 are specifically stimulated by different subpopulations of a pathological new, and it can be performed a time-shifted to ⁇ resetting the phases of these sub-population, as described above in connection with FIG. 1 described ,
  • the stimulation unit 11 can be operated, for example, in a so-called "open loop" mode, in which the
  • the stimulation unit 11 controls such that the stimulation elements 112, 113 predetermined optical generate first stimuli 115, 116. Furthermore, the Stimula ⁇ tion unit 11 may also be a schematically depicted in Fig 18 "closed ⁇ '' together with the control unit 10 and the measuring unit 15 - are trained system..
  • parameters of the optical first stimuli 115, 116 such as the strength (Ampli ⁇ tude) of the stimuli or the frequency of the stimulation or the intervals between the stimulation sequences set by the control unit 10 based on the severity of the pathological features.
  • the measurement signals recorded by the measuring unit 15 are converted directly or optionally after one or more processing steps into optical first stimuli and applied by the stimulation unit 11.
  • the measurement signals may be amplified and optionally after mathematical clearing (for example, after mixing the measurement signals) with a Zeitverzöge ⁇ tion and linear and / or nonlinear combination steps as control signals to the control inputs of the stimulation ⁇ elements 112, are fed 113th
  • the clearing mode is that the pathological neuronal Ak ⁇ tivity is counteracted and the stimulation signals also disappear with decreasing pathological neuronal activity or at least significantly reduced in their thickness so selected.
  • FIG. 19 schematically shows an embodiment of the stimulation unit 11 as transmission goggles, which consists of the following components: (i) two enclosure parts 121, each with one transmission-modulated lens 122 (for each eye individually), (ii) two earhooks 123, with which the goggles are mechanically held behind the patient's ear, and (iii) the control unit 10, which controls the transmission of the transmission modulated glasses 122 of the glasses controls.
  • the control unit 10 which controls the transmission of the transmission modulated glasses 122 of the glasses controls.
  • the control unit 10 which controls the transmission of the transmission modulated glasses 122 of the glasses controls.
  • the control unit 10 which controls the transmission of the transmission modulated glasses 122 of the glasses controls.
  • a battery or a battery for the power supply of the electrical components can be housed in the control unit 10 or structurally separate from the control unit 10 in or on the glasses.
  • the glasses can be switched on by the patient by means of a control unit 124 (eg button and / or knob).
  • the rotary control can be used, for example, to set the maximum stimulation intensity.
  • a control medium 125 may be provided, which is connected to the control unit 10, for example by telemetry or via a connection cable. In the case of a connection via a cable, connectors for connection or disconnection can be used.
  • physician control medium may be (not shown) provided wel ⁇ ches telemetrically or is connected via a connecting cable to the control unit 10th
  • plug connections can be used for connecting or disconnecting.
  • one or more sensors e.g. EEG electrodes or an accelerometer, for registration and / or documentation of the stimulation success and for examination by the physician.
  • Fig. 20 a as a stimulation unit ⁇ designed transmission glasses 11 is shown with homogeneous TRANSMISSI ⁇ onsgläsern 122 schematically.
  • the transmission glasses 11 environmentally further summarizes earhook 123 for mechanical attachment to the patent tientenkopf, a web 140, which connects the two TRANSMISSI ⁇ onsgläser 122 and enclosure portions 121, in which the transmission lenses are edged 122nd
  • the transmissi Onsgläser 122 are homogeneous, ie not divided into different segments.
  • the transmittance of the right and left transmission lens 122 may be controlled separately ⁇ to, ie, the transmission lenses 122 may onsetti as Stimulati- 112 and 113 are used in the sense of the embodiment shown in Fig. 16.
  • FIG. 21 shows a transmission goggle 11 with segmented transmission glasses.
  • the transmission glasses are each divided into different segments whose transmission can be controlled separately.
  • the Segmentie ⁇ tion may be, for example, radial and / or circular (the two is shown in Fig. 21).
  • the exporting ⁇ tion of a segmented transmission goggles 11 shown in Fig. 21 is only an example to understand. The number of segments as well as the geometric shapes of the individual segments can be chosen differently.
  • the segments of the transmission goggles 11 correspond to the stimulation elements shown in FIG. In FIG. 21, by way of example, four of the segments are designated by the reference symbols 141, 142, 143 and 144.
  • the segments 141 to 144 Based on the segments 141 to 144 will be explained below by way of example, as by a time-delayed resetting of the phases of subpopulations of a morbidly synchronous and oscillatory neuron population desynchronization of the entire population of neurons can be achieved.
  • the segments 141 to 144 have been selected such that the first optical stimuli they generate are each preferably taken up by a specific part of the retina of the patient, from where the stimuli are forwarded to specific areas of the brain, so that the above described splitting ⁇ tion of a diseased neuron population in subpopulations is made possible.
  • the optical first stimuli of the segments 141 to 144 can be generated, for example, with a time delay. Synonymous with the time-delayed generation of the stimuli is a phase-shifted generating the stimuli, which also leads to a delayed reset of the phases of the different subpopulations.
  • FIG. 22 A suitable for the purposes described above Stimulati ⁇ onsclar, which can be carried out for example with the above-described transmission eyeglasses 11 is illustrated in Fig. 22 schematically.
  • first stimuli 145 are mutually plotted against time t.
  • FIG. 22 it is assumed that only the segments 141 to 144 of the transmission goggles 11 generate optical first stimuli 145, ie only the transmission of these segments is modulated by the control unit 10.
  • segments 141 to 144 may be used to generate the optical stimuli. It is possible to use as in Fig. 22 only a selection of segments of the transmission 11 to the glasses Sti ⁇ mulation or all segments. In the example shown in FIG. 22 process each of the segments 141 to 144 periodically applied to the optical first stimulus 145. In each segment 141 to 144 of the stimulus is applied three times in the vorlie ⁇ constricting Example 145. Alternatively, the stimulus 145 per sequence could be repeated, for example, one to fifteen times.
  • the frequency f st i m may for example be in the range of mittle ⁇ ren frequency of the pathological rhythmic activity of the target network. In neurological and psychiatric disorders, the average frequency is typically in the loading ranging from 1 to 30 Hz, but may be outside this Be ⁇ kingdom. It should be noted that the frequency with which the diseased neurons fire synchronously is usually not constant, but may well have variations and, moreover, shows individual deviations for each patient.
  • the mean peak frequency of the pathological rhythmic activity of the patient can then be used as a stimulation frequency f st i m or even be va ⁇ riiert, for example, in a range of f st i m - 3 Hz to f st st m + 3 Hz.
  • a frequency f st i m in the range of 1 to 30 Hz can be used without previous measurement can be selected and these vari- example, during stimulation are ated until the frequency f st i m is found at which achieve the best stimulation success to let.
  • the stimulation frequency F St i m a Hérange for the disease known literature value ⁇ subjected. This value can possibly be varied until, for example, optimal stimulation results he is aiming ⁇ .
  • Segment 141 controlled by the control unit 10 such that the transmission, ie the light transmission of the segment 141 is minimal.
  • the control unit 10 switches the transmission of the segment 141 to the maximum value. In other words, this means that the segment 141 becomes less transparent when stimulated. Accordingly takes the patient perceives diminished brightness of ambient light in the region of segment 141 during stimulation.
  • the duration of a first optical stimulus 145 ie the time ⁇ margin between times ti and t2 can beispielswei ⁇ s T s tim / 2, respectively.
  • the time currency ⁇ rend is stimulated, and the subsequent stimulation break equal length.
  • Stimulati ⁇ onsdauern for example in the range of T st i m / 2 - Tstim / 10 to Tgtim / 2 + Tgtim / 10 min.
  • Other stimulation periods are possible and can be determined experimentally, for example.
  • the administration of the optical first stimuli 145 via the individual segments 141 to 144 of the transmission eyeglasses 11 takes place with a time delay between the individual segments 141 to 144.
  • the beginning of temporally successive and of different segments 141 until 144 applied stimuli 145 are shifted by a time ⁇ .
  • T st in / 4 The requirement that the time delay ⁇ between each two consecutive stimuli amounts to 145 T st m / N can be deviated to a certain extent.
  • the rectangular shape of the individual pulses 145 illustrated in FIG. 22 represents an ideal form. Depending on the quality of the individual pulse ⁇ 145 generating electronics and transmission glasses 122 is deviated from the ideal rectangular shape. However, it is also possible to use stimuli with less sharp edges, ie smoother progressions, for example depending on the underlying disease of the patient as well as on the individual psycho-physical nature, eg sensitivity to glare.
  • the control unit 10 may, for example, also produce differently configured optical first stimuli, as illustrated by way of example in FIGS. 23 to 25.
  • triangular optical first stimuli 146 are shown. At time ti, for example, is switched to minimum transmission and until the time t 2 , the transmission increases continuously to the maximum value. Alternatively it can be provided that the transmission at the beginning of the stimulus 146 is maximum and then falls to the minimum value.
  • triangular optical first stimuli 147 are shown with a rising and a falling edge. Beginning at time ti, the transmission is increased at ⁇ game as here and after reaching the maximum until the time t 2 is reduced again.
  • the rising and falling edges of the stimuli are "rounded off". This is shown in FIG. 25 on the basis of rounded rectangular optical first stimuli 148.
  • the stimuli can also be replaced by a simple sinusoidal shape.
  • the temporal Ver ⁇ delay ⁇ need not necessarily be always the same size between two consecutive stimuli 145, 146, 147 and 148th It can be provided that the time intervals between the individual stimuli 145, 146, 147 and 148 are selected differently. Furthermore, the delay times can also be varied during the treatment of a patient. The delay times with regard to the physiological signal propagation times can also be adjusted. Furthermore, pauses may be provided during the application of stimuli 145, 146, 147, and 148, respectively, during which no stimulation occurs. The pauses can be selected arbitrarily long and, in particular, be an integer multiple of the period T st m .
  • the breaks can be followed after any number of stimulations. For example, a stimulation during N consecutive periods of length T st i m are performed and then a Stimulation break during M periods of length T st i m Standing ⁇ th, where N and M are small integers, such as in the range of 1 to 15.
  • This scheme can either be continued periodically or stochastically and / or deterministic table, for example, chaotic to be modified.
  • a further possibility of deviating from the strictly periodic stimulation pattern shown in FIGS. 22 to 25 is to compare the time intervals between successive stimuli 145, 146, 147 and 148 per segment 141 to 144 stochastically or deterministically or mixed stochastically to vary deterministically.
  • the order in which the segments 141 to 144 apply the stimuli 145, 146, 147 and 148, respectively, can be varied per period T st m (or in other time steps).
  • This variation can be stochastic or deterministic or mixed stochastic-deterministic.
  • belonging together within N Sti ⁇ mulationsperioden the same order of the segments may in the stimulation pattern to be followed at the N stimulation periods of M periods break and as a cycle to be repeated, are 141 to 144 is selected, which, however, varies between different blocks with N stimulation periods.
  • This variation can be stochastic or deterministic or mixed stochastic-deterministic.
  • each of the segments 141 to 144 may generate a (eg, continuous) sinusoidal signal with the phases of the sinusoidal signals generated by different segments 141-144 shifted from one another.
  • the mean frequency of the sinusoidal signals can be the same.
  • the phase shifters ⁇ environments between the individual sine waves can be either predefined, such as may be the phase shift between any two of N stimulation signals 2 ⁇ / ⁇ , which corresponds to a time lag of T st i m / N, or the phase shifts may, for example, chaotic and / or stochastically be varied.
  • the optical stimuli may have different polarities.
  • the sinusoidal signal of two segments can be applied at the same time but with the opposite polarity (corresponds to a phase shift of ⁇ ).
  • one of the segments a sinusoidal ⁇ signal at 5 Hz and the other three segments can sine ⁇ signals 4 Hz, 3 Hz, or 2 Hz apply (ie, in the case of a transmission glasses, the transmission of the respective segment 141 is changed to 144 with corresponding frequency).
  • sinusoidal signals may also be other (oscillating) signal forms, for example square wave signals are used with the ent ⁇ speaking fundamental frequency.
  • the signals brewing chen not be applied time shift, but the Seg ⁇ elements 141 to 144, the optical stimuli can for example, also generate simultaneously.
  • the visual stimuli can be applied continuously over a longer period of time, but it is also possible to observe pauses during the application.
  • optical stimulation at different frequencies does not necessarily lead to a rapid To ⁇ resetting the phase of the neural activity in the stimulated subpopulations, but is mulation by the Stimulated with these signals to each stimulated subpopulations over a certain period of time, a certain, imposed by the respective stimulation frequency phase. Ultimately, this also leads to a desynchronization of the entire neuron population.
  • Fig. 26 is a partially see-through glasses light 11 is shown schematically ⁇ table as another embodiment of the stimulation ⁇ unit.
  • the partially transparent light glasses 11 no glass is used whose transmission can be varied. Rather, only a part 149 of each of the lenses is transparent, while the remaining part 150 of the glasses ⁇ glasses is opaque.
  • a light source is arranged.
  • the light source can be, for example, a light-emitting diode or a fiber optic cable, which, for example, forwards the light of a light-emitting diode or other light-emitting means fastened to another point to this point on the spectacle lens .
  • the eyeglasses 11 can also have any other number of light sources that can be arranged in any desired geometry.
  • the transparent part 149 may be configured differently than shown in Fig. 26. The patient can only through the transparent part 149 of the
  • the patient is forced to constantly positioned his eyes relative to the glasses to hal ⁇ th.
  • the light sources 151 to 154 only irritate the retina of the patient, while an observer on the other side of the eyeglass do not visually stimulate.
  • the different light sources 151 to 154 for example, stimulate certain Subareas of the patient's retina.
  • the space between the edge of the spectacle and the face can be closed in a light-tight manner (not shown).
  • an opaque light glasses 11 is schematically shown as another embodiment of the stimulation device is provided ⁇ ⁇ . In the case of the opaque light glasses 11, the spectacle lens 155 is completely opaque.
  • each of the lenses 155 is a light source accommodated arrival.
  • the light sources can be configured as the par ⁇ tially transparent light glasses as well, eg as light emitting diodes or fiber optic cable.
  • each of the lenses has nine light sources. Four of these light sources are provided with reference numerals 151 to 154.
  • the light glasses 11 may also have any other number of light sources, which may be arranged in any manner.
  • the patient can not look through the lenses, but is visually irritated only by the light sources.
  • the light sources irritate - as with partially transmissive spectacles - only the retina of the patient.
  • the different light sources irritate certain areas of the patient's retina.
  • the space between the edge of the spectacle and the face can be closed in a light-tight manner (not shown).
  • the opaque light goggles 11 may contain a fixation target, which the patient can comfortably fix (eg without glare effects). By the instruction to fix the fixation target during treatment, it is prevented that the patient eye movement follows the differing ⁇ Chen, flashing light sources. In the latter case would in particular the central part of the retina, the fovea, irritated, while using a fixation-target, the differing ⁇ chen parts of the retina can be stimulated.
  • a stimulation method that can be performed, for example, with the spectacles 11 shown in FIGS. 26 and 27 is shown schematically in FIG. In FIG. 28, the optical first stimuli 156 applied by the light sources 151 to 154 of the light glasses 11 are plotted against one another with respect to time t.
  • the method illustrated in Fig. 28 corresponds onsbrille in Wesentli ⁇ chen the method shown in Fig. 22 for the Transmissi-.
  • each of the light sources 151 to 154 periodically applies the stimulus 156.
  • the stimulation method is shown in FIG. 28 only for four light sources 151 to 154. However, this method can be similarly extended to any number of light sources.
  • the relevant light source is typically switched on at time ti and switched off at time t 2 .
  • the maxima ⁇ le amplitude (brightness) of the individual light stimuli is ⁇ play, in a range of 1 to 20 cd / m 2.
  • ⁇ play in a range of 1 to 20 cd / m 2.
  • Stimulation units for generating acoustic first stimuli Embodiments of the stimulation unit 11 for generating acoustic first stimuli 21 will be described below. Such stimulation units can also be found in the German patent application no. 10 2008 015 259.5 entitled “Device and method for auditory stimulation", which was deposited with the German Patent and Trademark Office on March 20, 2008. The entire Offenbarungsge ⁇ halt the German patent application no. 10 2008 015 259.5 is taken hereby listed in the disclosure of the present application.
  • FIG. 29 schematically shows an embodiment of the stimulation unit 11 for generating acoustic first stimuli 21.
  • the stimulation unit 11 is actuated by the control unit 10 with control signals 23.
  • Fig. 29 are further an ear
  • the frequency spectrum of the acoustic first stimuli 21 may be wholly or partly within the audible range for humans.
  • the acoustic first stimuli 21 are picked up by the patient via one or both ears 212 and relayed via the auditory nerve (s) 216 to neuronal populations in the brain.
  • the acoustic first stimuli 21 are designed such that they represent neuron populations in the auditory cortex
  • the acoustic stimuli 21 stimulate.
  • a first frequency fi and a two-th frequency ⁇ ⁇ 2 are available.
  • the first acoustic stimuli 21 may further still more frequencies or frequency mixtures contain, in the example shown in Fig. 30 embodiment, this is a third frequency f3 and a fourth frequency f 4.
  • the first acoustic stimuli 21 generated by the stimulation unit 11 are converted in the inner ear into nerve impulses and forwarded via the auditory nerve 216 to the auditory cortex 213.
  • the tonotopic arrangement of the auditory Cortex 213 activates a specific part of the auditory cortex 213 during the acoustic stimulation of the inner ear at a specific frequency.
  • the tonotopic arrangement of the auditory cortex is described, for example, in the following articles: "Tonotopic Organization of the human auditory cortex as detected by BOLD-FMRI" by D. Bilecen, K. Scheffler, N. Schmid, K. Tschopp and J.
  • the acoustic first stimuli 21 are designed in such a way that they stimulate a neuron population of the auditory cortex 213 with a pathologically synchronous and oscillatory activity.
  • This neuronal population can be before the start of the stimulation, at least conceptually in different subpopulations glie ⁇ countries, inter alia in those shown in Fig. 29 subpopulations 217, 218, 219 and 220.
  • the neurons of all subpopulations 217-220 fire substantially synchronous, and Means with the same pathological frequency. Due to the tonotopic organization of the auditory cortex 213, the fi rst frequency fi becomes the first subpopulation
  • the stimulation with the acoustic first stimuli 21 causes in the respective subpopulations 217 to 220 a reset, a so-called reset, the phase of the neuronal activity of the stimulated neurons.
  • a reset a so-called reset
  • the phase of the stimulated neurons is set to a particular phase value, eg 0 °, independent of the current phase value.
  • the phase of neuronal controlled activity of the morbid subpopulations 217 to 220 by means of a targeted stimulation.
  • the auditory cortex 213 Due to the tonotopic arrangement of the auditory cortex 213 as well as the plurality of frequencies fi to f 4 contained in the acoustic first stimuli 21, it is possible to purposefully stimulate the diseased neuron population at the different locations 217 to 220. This allows the phase of the neuronal activity of the pathological neuronal population at the different pacing sites 217-220 reset at different times by the frequencies fi are applied to f 4 at different times. As a result, the diseased neuron population whose neurons were previously synchronous and active at the same frequency and phase is split into the subpopulations 217 to 220.
  • each of the subpopulations 217 to 220 the neurons continue to be in sync and continue to fire on average at the same pathological frequency, but each of the subpopulations 217 to 220 has the phase of their neuronal activity given by the stimulation stimulus with the associated frequency fi to f 4 was imposed.
  • the state generated by the stimulation with min ⁇ least two subpopulations is unstable, and the entire neuro ⁇ nenpopulation rapidly approaches a state of complete desynchronization in which the neurons fire uncorrelated.
  • the desired state ie the complete desynchronization, is thus not immediately available after the application of the acoustic first stimuli 21, but usually occurs within a few periods or even less than one period of the pathological activity.
  • pure tones In order to focal-stimulate the auditory cortex 213 at different points, for example the points or sub-populations 217 to 220 shown in FIG. 29, pure tones must be added to the auditory cortex 213.
  • the Staer ⁇ ke the irritation produced by the respective sine wave of the respective area in the auditory cortex 213 corresponds to the amplitude of each sine wave.
  • the generation of the pulsed sinusoidal oscillations shown in FIG. 30 is shown by way of example in FIG. 31.
  • There is a sine wave 221 with a rectangular function 222 which may assume, for example, the values 0 or 1, multiply ⁇ liziert. At the times when the rectangular function 222 has the value 0, the associated stimulus is turned off, and during the time in which the rectangular function 222 is equal to 1, the stimulus is turned on.
  • the sine wave 221 may be multiplied by any other function. As a result, this multiplication corresponds to an amplitude modulation of the sine wave 221.
  • the square function 222 provides a smoother comparison run are selected, for example, by multiplying the sinusoidal wave 221 with a half sinewave of appropriate duration, eg the duration of a stimulus.
  • oscillating signals with another signal form, such as square-wave signals, which oscillate with the corresponding fundamental frequency to generate the acoustic first stimuli 21.
  • the larger parts of the audito- step Cortex enabled 213 so frequency mixtures are at ⁇ place of individual frequencies, for example pulsed applied.
  • frequency mixtures are at ⁇ place of individual frequencies, for example pulsed applied.
  • all the parts of the auditory cortex 213 stimulated by the frequencies between f down U nd f above due to the tonotopic arrangement are stimulated.
  • the stimulation unit 11 can be operated for example in a so- ⁇ called "open loop” mode in which the control unit 10, the stimulation unit 11 controls such that this predetermined acoustic first stimuli generated 21 during egg ⁇ ner specific stimulation time (eg, several hours) , Furthermore, the stimulation unit 11, together with the control unit 10 and the measuring unit 15, can also be further developed into a "closed loop" system shown schematically in FIG. 32.
  • control unit 10 With regard to the interaction of the control unit 10 with the measuring unit 15, various embodiments are conceivable.
  • the control unit 10 based on the expression of the pathological features parameters of the acoustic first stimuli 21, such as the amplitudes of the sinusoids jewei ⁇ time or the pause between stimulation sequences to be set.
  • the measurement signals recorded by the measuring unit 15 are converted directly or optionally after one or more processing steps into acoustic first stimuli 21 and are applied by the stimulation unit 11.
  • the measurement signals may be amplified and optionally after mathematical Ver ⁇ bill (for example, after mixing the measurement signals) having a time delay and linear and / or nonlinear combination steps are fed as control signals 23 to the control input of the stimulation unit.
  • the clearing mode is that the pathological neuronal Ak ⁇ tivity is counteracted and the acoustic stimuli first 21 also disappear with decreasing pathological neuronal activity or at least significantly reduced in their thickness so selected.
  • Fig. 33 an embodiment of the stimulation unit 11 is schematically shown, which uses a sound generator (loudspeaker ⁇ cher), which is enclosed in an earplug 230th
  • the earplug 230 is inserted into the external auditory canal of an ear 212 of the patient and attached with or without wire or egg ⁇ ner other suitable mechanical aid to the ear 212th
  • the control unit 10 which controls the sound generator to ⁇ , and a battery or a battery for Stromversor ⁇ supply of the electrical components may be housed in one or several separate units ren 231st
  • the unit 10 which controls the sound generator to ⁇ , and a battery or a battery for Stromversor ⁇ supply of the electrical components may be housed in one or several separate units ren 231st
  • connection ⁇ cable 232 connects the earplugs 230 to the control unit 10 or the battery.
  • a headset may be used including the control unit 10 and the battery contains.
  • the device shown in FIG. 33 can be switched on by the patient by means of a control unit (eg switch-on button and / or rotary control) which is attached either to the unit 231 or directly to the earplug 230. By turning the knob as the maximum stimulation intensity can be ⁇ provides.
  • a control medium 233 may be provided, which is connected, for example, by telemetry (eg, via radio) or via a connecting cable to the control unit 10. In the case of a connection via a cable plug connections can be used for the connection or disconnection.
  • doctor e.g. be provided by the doctor to be operated control medium (not shown), which telemetrisch or via a connecting cable with the
  • Control unit 10 is connected.
  • plug connections can be used for connecting or disconnecting.
  • the four frequencies fi to f 4 are merely exemplary to be understood, that it may be any other number of frequencies or frequency mixtures are used for stimulation purposes.
  • the frequencies fi to f 4 have been selected so that each specific areas 217 to 220 of the auditori ⁇ rule Cortex 213 stimulated with them.
  • the frequencies fi to f 4 can be applied, for example, with a time delay.
  • a suitable for the purposes described above Stimulati ⁇ ons vide is shown schematically in Fig. 34.
  • FIG. 34 four sinusoidal oscillations having the frequencies fi, f_ 2, f3 and f 4 , respectively, are plotted against time t in the upper four lines. From the sinusoids shown, the acoustic first stimuli 21 are formed. To generate pulsed sinusoids, the four sinusoids have been multiplied by rectangular functions.
  • Each sinusoidal pulse repeats periodically at a frequency f st i m -
  • Such sequences of pulsed sinusoids when applied as acoustic first stimuli 21, are capable of resetting the neuronal phase of the respectively stimulated, diseased neuron subpopulation 217, 218, 219 and 220, respectively.
  • phase reset is thus not based not ⁇ sarily already after one or a few pulses, but it may require a certain number of in Fig. Sinewave pulses shown 34
  • the frequency f st i m may for example be in the range of mittle ⁇ ren frequency of the pathological rhythmic activity of the target network.
  • ER- the average frequency is typically in the Be ⁇ rich 1-30 Hz, but can also be outside this range.
  • tinnitus for example excessively synchronous neural sectioni ⁇ ty place in Frequency Ranges ⁇ rich from 1.5 to 4 Hz.
  • the frequency with which the diseased neurons fire synchronously is usually not constant, but may well have variations and In addition, each patient shows individual deviations.
  • f st m it is possible, for example, to determine the mean peak frequency of the pathological rhythmic activity of the patient. This peak frequency can then be used as a stimulation frequency f st i m or else be va ⁇ riiert, for example in a range of f st i m - 3 Hz to fstim + 3 Hz. Alternatively, however, a frequency f st i m in the range of 1 to 30 Hz can also be selected and these are, for example, during stimulation vari ⁇ ated until the frequency f st i m is found at which achieve the best stimulation success without prior measurement to let.
  • the stimulation frequency F St i m a Hérange for the disease known literature value ⁇ subjected. Eventually, this value can still be varied until, for example, optimum stimulation results are achieved.
  • the duration of a sinusoidal oscillation pulse ie the period of time in which the rectangular function assumes the value 1 in the present embodiment, can be, for example, T st m / 2. In this case, the time span during which the respective frequency contributes to the stimulation and the subsequent stimulation pause are the same. However, it is also possible to choose other stimulation durations, for example in the range of Tstim / 2 - Tstim / 10 to Tgtim / 2 + Tgtim / 10.
  • the stimulation durations can be determined experimentally, for example.
  • the administration of the individual frequencies fi to f 4 takes place with a time delay between the individual frequencies fi to f 4 .
  • the beginning of temporally successive pulses having different frequencies can be shifted by a time ⁇ .
  • the time delay ⁇ is accordingly T st m / 4.
  • the time delay ⁇ between each two consecutive sinusoidal pulses T st m / N is, can be deviated to some extent. For example, it is possible to deviate from the value T st i m / N for the time delay ⁇ by up to ⁇ 3%, ⁇ 5%, ⁇ 10%, ⁇ 20% or ⁇ 30%. In the case of such a deviation, stimulation successes were still achieved, ie a desynchronizing effect could still be observed.
  • the first acoustic stimulus 21 is formed by superposition.
  • the individual sinusoidal oscillation pulses can be combined, for example, linearly or non-linearly with each other. This means that the sinusoids of the individual frequencies fi to f 4 need not necessarily be combined with the same amplitudes to the first acoustic stimulus 21.
  • the frequency spectrum of the acoustic first stimulus 21 is shown by way of example at four different times ti, t 2 , t3 and t 4 .
  • the frequency spectra shown there, insbesonde ⁇ re the height and shape of the frequency peaks are to be understood only in ⁇ way of example and can also completely different? ⁇ che shapes. In detail, the following statements can be taken from the illustrated frequency spectra:
  • the frequency fi occurs in the acoustically ⁇ tables first stimulus 21st At time t 2, these are the frequencies f3 and f4, to the time t3, the frequencies f 2 to f 4, and at time t 4, the frequencies f2 and f3.
  • ⁇ j may be mixed down to f 3 0ben any number of frequencies in the range of f. 3
  • other functions for amplitude modulation of the sinusoidal oscillations will be used instead of the rectangular features, such as half sine waves whose frequency is less than fi to f. 4
  • triangular pulses are used as modulation functions.
  • Such a pulse may have a jump-like onset (from 0 to 1) and then a drop to 0, wherein the drop in ⁇ example, may be given by a linear or exponential function.
  • the modulation function ultimately determines the shape of the envelope of the individual pulses.
  • FIG. 35 shows the stimulation already shown in FIG. 34 over an extended period of time.
  • FIG. 35 shows a measurement signal 26 recorded, for example, by the measuring unit 15, which represents the neuronal activity in the auditory cortex before and during the stimulation.
  • the stimulation is started at time t start .
  • the measuring ⁇ signal 26 which has been band-pass filtered in the present example is to be found that the neurons in the auditory cortex have a synchronous and oscillatory activity before the beginning of stimulation. Shortly after the beginning of the stimulation, the pathologically synchronous neuronal activity in the target area is already suppressed.
  • the time delay Ver ⁇ needs ⁇ between two successive sine wave pulses not necessarily always be the same. It can be provided that the time intervals between see the individual sinusoidal pulses are chosen differently. Furthermore, the delay times can also be varied during the treatment of a patient. The delay times with regard to the physiological signal propagation times can also be adjusted.
  • 21 pauses may be provided during the application of the acoustic first stimuli, during which no stimulation takes place.
  • the pauses can be chosen arbitrarily long and in particular amount to an integer multiple of the period Tgtim.
  • the pauses can be followed after any number of stimulations. For example, a stimulation during N consecutive periods of length gtim be performed and then a Stimulati ⁇ on break during M periods of length T st m m be observed, where N and M are small integers, eg in the range of 1 to 15
  • This scheme can either be continued periodically or modified stochastically and / or deterministically, eg chaotically.
  • the above-described stimulation signals cause the phase of neuronal activity of the diseased neuron population at the different stimulation sites to be reset at different times.
  • the diseased neuron population whose neurons were previously synchronous and active with the same frequency and phase, split into several subpopulations, which ultimately leads to desynchronization.
  • the measuring signal 26 recorded by the measuring unit 15 can be used to generate a control signal 23 with which the stimulation unit 11 is activated.
  • the measuring signal 26 can be implemented in the acoustic stimuli first 21 and are applied by the pacing unit 11 either directly or gege ⁇ appropriate, to one or more processing steps.
  • the Verticiansmo- dus can be selected here so that the morbid new ⁇ ronalen activity is counteracted and the acoustic stimuli first 21 with decreasing pathological neuronal activated They also disappear or are at least significantly reduced in their strength.
  • the measuring signal 26 can be processed linearly or non-linearly.
  • the measurement signal 26 can be filtered and / or amplified and / or acted upon by a time delay and / or mixed with another measurement signal 26.
  • the amplitude of a sinusoidal oscillation having a frequency in the audible range can be modulated with the measurement signal 26 or the processed measurement signal 26, and the amplitude-modulated sinusoidal oscillation can then be applied by means of the sound generator as an acoustic ers ⁇ ter stimulus 21 or as part thereof.
  • the complete measurement signal 26 does not necessarily have to be used. It can be provided for example, that, only a part of the measurement signal 26 or the processed measuring signal 26 is used in game ⁇ , the part that is above or below a ⁇ be agreed threshold.
  • Such Amplitudenmodula ⁇ tion is shown in Fig. 37 by way of example.
  • the band-pass filtered measurement signal 26 is plotted against time t, and the start time t start of the stimulation is also indicated.
  • the modulation signal 250 obtained from the measurement signal 26 is shown. To generate the modulation signal 250, the measurement signal 26 has been processed non-linearly and all negative values of the measurement signal 26 and the processed
  • the modulation signal 250 represents the envelope of the sine wave, as shown in the lowermost graph of FIG. 37 for a small time excerpt.
  • the thus obtained amplitude-modulated sine wave is in ⁇ closing in the stimulation unit 11 is fed back wor ⁇ , to be converted from the sound generator in the first acoustic stimuli 21st
  • the modulation signal 250 (or other vibration) may be multiplied in the audible frequency range and with an arbitrary Ge ⁇ mixture of sinusoids, depending on where in the auditory cortex, the Desynchronisati- is to take place on.
  • the course of the measurement signal 26 shown in FIG. 37 shows that the acoustic non-linear time-delayed half-wave stimulation leads to a robust suppression of the pathologically synchronous neuronal activity.
  • the Wirkme ⁇ mechanism of this stimulation is different from the operation of the example in Fig. 34 shown ⁇ stimulation procedure.
  • the phase of neuronal activity in the respective stimulated subpopulations is not reset but the synchronization in the diseased active neuron population is suppressed by affecting the saturation process of the synchronization.
  • Equation (1) K is a gain that can be suitably chosen, and z (t) is a mean state variable the measuring signal 26.
  • Z (t) is a complex variable and can be represented as follows:
  • the auditory cortex can also be selectively stimulated at various points.
  • such a stimulation is shown by way of example.
  • the modulation signals 251, 252, 253 and 254 have been obtained here by linear processing steps, with which amplitude modulations of the frequencies fi to f 4 have been performed.
  • the control signal 23 has been generated, which is generated by the
  • Sound generator 11 has been converted into the acoustic first stimuli 21.
  • certain delay times Xi, ⁇ 2 , X3 and X4 are calculated, for example, by the following equation:
  • the modulation signals 251 to 254 can be obtained, for example, from the measurement signal 26 by delaying the measurement signal 26 in each case by the delay times Xi, ⁇ 2 , X 3 or x 4 :
  • S i (t), S 2 (t), S 3 (t) and S 4 (t) represent the modulation signals 251 to 254 and Z (t) the measurement signal 26.
  • K is a gain factor that can be chosen appropriately. Further, all negative values are set to zero (or all values o- BER or below a certain threshold) of the modu ⁇ lationssignale Si (t) to S 4 (t).
  • the modulation signals Si (t) to S 4 (t) is calculated only from the delay times Xi and X2, the Modula ⁇ tion signals Si (t) and S2 (t) or S 3 (t) and S 4 (t) each have different polarities:
  • Stimulation units for producing tactile, vibratory and / or thermal first stimuli :
  • Such stimulation units can also be found in the German Patent Application No. 10 2010 000 390.5 entitled "Apparatus and method for treating a patient with vibration, tactile and / or Thermeizenizen", the February 11, 2010 at the German Patent and Trademark Office has been deposited.
  • the TOTAL ⁇ te disclosure of the German patent application no. 10 2010 000 390.5 is incorporated the registration in the disclosure of the present ⁇ .
  • FIG. 40 schematically shows an embodiment of the stimulation unit 11, which contains a plurality of stimulation elements.
  • the stimulation unit 11 four stimulation elements 311, 312, 313, 314, which controlled by the control unit 10 the ⁇ .
  • the embodiment shown in FIG. 40 is merely an example.
  • the stimulation elements 311 to 314 are manufactured ⁇ tet, that they can be placed on the skin of the patient. Depending on the disease or parts of the body affected the stimulation elements 311 to 314 fixed in a geeigne ⁇ th arrangement on the patient's skin, wherein ⁇ play as the arm, leg, hand and / or the patient's foot. Tactile, vibratory and thermal first stimuli 21 can be administered either individually or in combination on the skin depending on the clinical picture.
  • the plurality of stimulation elements 311 to 314 makes it possible to stimulate different receptive areas of the skin over the individual stimulation elements 311 to 314 in a temporally and spatially coordinated manner.
  • the stimulation elements 311 to 314 can be arranged on the skin of the patient in such a way that the stimuli applied to the skin tissue are transmitted via nerves. lines to different target areas, for example, in Rü ⁇ ckenmark and / or in the brain are forwarded. Consequently, different target areas in the spinal cord and / or brain can be stimulated with significantly different and / or delayed stimuli during the same stimulation period.
  • FIG. 41 A stimulation method that can be performed with the stimulation unit 11 shown in FIG. 40 is shown schematically in FIG. 41.
  • the first stimuli 21 applied via the stimulation elements 311 to 314 are plotted against the time t.
  • the duration D st i m a single first stimulus 21 may, in particular depend on the nature of the stimulus.
  • the ordinate shown in FIG. 41 also depends on the nature of the first stimuli 21.
  • a vibratory or tactile stimulus for example, the deflection of a 1 Stimulationsele ⁇ ments can be plotted against time t, at a thermal stimulus can be presented a temperature T.
  • the first stimuli 21 applied via the various stimulation elements 311 to 314 may be identical or different.
  • FIGS. 42A, 42B, 42C and 42D Various configurations of individual vibratory first stimuli 21 are shown in FIGS. 42A, 42B, 42C and 42D.
  • the deflection 1 of a stimulation element is plotted against the time t.
  • the stimulation element becomes at the time ti deflected from its rest position and pressed into the skin of the patient.
  • the location of the skin surface is shown by a dashed line 321.
  • the stimulating element can exert a force of about 2 N.
  • the duration D st i m of the vibration stimulus 21 may be in the range of 10 to 500 ms.
  • the Stimu ⁇ lationsdauer D is st in the range of where N is the number of stimulation elements.
  • N the number of stimulation elements.
  • temporally overlapping stimuli can also be used.
  • the stimulating element is moved back to its Ru ⁇ heposition where it has no contact with the skin. As shown in Fig.
  • the vibratory first stimulus 21 may be a rectangular or sinusoidal stimulus, but may have other shapes.
  • the deflection Ii shown in Fig. 42A for indenting the stimulation element into the skin may be in the range of 0.5 to 3 mm.
  • the deflection 1 2 of the stimulation element during the vibration can be between 0.1 and 0.5 mm.
  • Fig. 42B a variation of the vibratory first stimulus 21 shown in Fig. 42A is shown.
  • the stimulation element is always in contact with the skin of the patient.
  • Sti ⁇ mulationszeitraums Dgtim one as described above vibratory first stimulus 21 is applied.
  • Another variation of the vibratory first stimulus 21 is shown in FIG. 42C.
  • the Stimulationsele ⁇ ment has already been moved back again during the stimulation period D st i m, so that the vibrations with increasing duration less pressed into the skin and the stimulation element finally completely from the skin solves.
  • the retraction of the stimulation element may be along a linear or non-linear, such as exponential len, curve 322, which the vibrations V f i b of the stimulation element are superimposed.
  • the falling edge of each pulse until the cam 322 reaches down.
  • the subsequent pulse has a fixed height 1 2 , that is, the rising edge of each pulse has the height 1 2 .
  • FIG. 1 An embodiment of a tactile first stimulus 21 is shown in FIG.
  • the stimulation element is pressed at time t in the patient's skin, remains there for the duration of stimulation D st i m and at time t 2 again Retired ⁇ go.
  • the stimulation duration D st i m is in a tactile first stimulus 21 in the range of 10 to 500 ms.
  • the stimulus duration D st i m in the angege ⁇ surrounded above in (12) region but it can also be used temporally overlapping Stimulated muli.
  • FIGS. 44A, 44B, and 44C Various embodiments of individual thermal first stimuli 21 are shown in FIGS. 44A, 44B, and 44C.
  • a stimulation element is heated or cooled to a temperature T temp .
  • the temperature T temp can not be reached until shortly before the application of the thermal first stimulus 21. be witnesses.
  • the stimulating element has currency ⁇ rend the stimulation pause a temperature To, which for example corresponds to the room temperature.
  • the stimulation element can be kept at a constant temperature T te mp.
  • the heated or cooled stimulating element at the time is brought ti to the skin of Pa ⁇ tienten and remains there for the entire Stimula- tion duration D st i m -
  • the thermal first stimulus 21 shown in FIG. 44C substantially corresponds to the thermal stimulus 21 of FIG. 44B.
  • the thermal record 21 of FIG. 44C is generated without contact.
  • the stimulation temperature T te mp is generated by electromagnetic radiation, such as infrared light.
  • the stimulation duration Dgtim is in the range of 10 to 500 ms.
  • the stimulation duration D s tim is ⁇ rich in the above in (12) Be, but it can be turned comparable temporally overlapping stimuli.
  • the temperature T te mp can be from 22 to 42 ° C.
  • the temperature To is usually the body temperature of the patient ⁇ Tempe.
  • the frequency f t hermo can be between 1 and 10 Hz, but may lie ⁇ gene outside of this range.
  • first stimulus 21 comprises several types of stimuli.
  • the one shown in FIG. vibratory first stimulus 21 was at the same time a thermo-stimulus provided that the stimulation element exerting the stimulus was correspondingly heated or cooled.
  • the vibra ⁇ toric first stimulus 21 is shown in FIG. 42A at the same time (to the skin touch receptors are activated by the impact of the stimulating element) is a tactile stimulus.
  • the first stimuli 21 applied by the stimulation units 311 to 314 are received by in or under the skin receptors and forwarded to the nervous system.
  • These receptors include, for example, Merkel cells, Ruffini bodies, Meissner bodies and Haarfollikelrezeptoren, acting in particular as receptors for the tactile first stimuli 21.
  • the vibratory first stimuli 21 are aimed primarily at the depth sensitivity.
  • the vibratory first stimuli 21 may be received by receptors located in the skin, muscles, subcutaneous tissue, and / or tendons of the patient. Examples of the receptors for the vibratory first stimuli 21 are the Father Pacini bodies, which convey vibration sensations and accelerations.
  • the thermal first stimuli 21 are absorbed by the thermoreceptors of the skin. These are warm receptors (also called heat receptors, warm sensors or heat sensors) and cold sensors (also called cold sensors, cold receptors or cold receptors). In the human skin, the cold sensors are more superficial, the warm receptors a little deeper.
  • the first stimuli 21 generated by the stimulation elements 311 to 314 are designed in such a way that, if they are received by the corresponding receptors and are conducted via the nerve leads to a neuron population in the brain or spinal cord with a pathologically synchronous and oscillatory activity cause the neuron population to reset the phase of neuronal activity of the stimulated neurons.
  • the phase of the stimulated neurons becomes independent of the current one Phase value set to a specific phase value, eg 0 °.
  • the phase of neuronal activity of the diseased neuron population is controlled by targeted stimulation.
  • the diseased neuron population whose neurons were previously synchronous and active at the same frequency and phase, is split into several subpopulations. Within a subpopulation, the neurons continue to be in sync and continue to fire at the same pathological frequency, but each of the subpopulations has the phase imposed by the stimulus on their neuronal activity.
  • the state generated by the stimulation with min- least two subpopulations is unstable, and the entire neuro ⁇ nenpopulation rapidly approaches a state of complete desynchronization in which the neurons fire uncorrelated.
  • the desired state, ie the complete Desynchroni ⁇ sation is thus not immediately available after the application of the first stimuli 21, but usually sets in within a few periods or even in less than one period of the pathological activity one.
  • Stimulation unit 11 shown in Fig. 45.
  • About the Sti ⁇ mulations institute 311 to 314 of the stimulation unit 11 advertising at different points of the skin 315 stimulates the respective receptors with tactile and / or vibratory and / or thermal first stimuli 21.
  • the first stimuli 21 applied by the stimulation elements 311, 312, 313 and 314 are applied to different subpopulations 331, 332,
  • the neuron population 330 forwarded (stimuli of stimulating element 311 to sub-population of 331 stimuli stimulation element 312 to sub-population of 332 stimuli of Sti ⁇ mulationselement 313 to subpopulation 333 and stimuli of stimulating element 314 subpopulation 334) and reset the phases of these Subpopulations at different times, whereby a desynchronization of the entire neuron population 330 is achieved.
  • the targeted stimulation of certain areas of the brain or spinal cord is made possible by the somatotopic assignment ofreassurere ⁇ regions to these areas.
  • the stimulation elements 311 to 314 may be attached to the foot, lower leg and thigh or to the patient's hand, lower back and upper.
  • the first stimuli 21, which cause the phase of neurons to be reset can be transmitted to the respective receptive fields of the skin in a time-delayed manner via the different stimulation elements 311 to 314. are given.
  • the stimuli can be applied, for example, out of phase or with different polarity, so that, as a result, they also lead to a time-delayed resetting of the phases of the different subpopulations 331 to 334.
  • FIG. 46 A suitable for the purposes described above Stimulati ⁇ onsclar is shown schematically in Fig. 46.
  • the first stimuli 21 applied via the stimulation elements 311 to 314 are plotted against the time t.
  • first stimuli 21 for example, the vibration, tactile and thermal stimuli shown in FIGS. 42A to 44C can be used.
  • the diagram shown in FIG. 46 is divided into periodically repeating first time segments of length T st m .
  • the first time intervals of length T st i m are further divided into two ⁇ te periods of length T st i m / 4.
  • the first time periods could be divided into N second time periods of length T st i m / N.
  • each of the stimulation elements 311 to 314 applies a first stimulus 21 strictly periodically at the frequency f st i m - the administration
  • the first stimulus 21 via different stimulation elements 311 to 314 takes place with a time delay between the individual stimulation elements 311 to 314
  • the frequency f st in the example can be in the range of mittle ⁇ ren frequency of the pathological rhythmic activity of the target network.
  • the mean frequency is typically in the range of 1 to 30 Hz, but may be outside this range.
  • beach ⁇ th that the frequency at which fire up the neurons affected synchronously, usually is not constant, but may well have variations in each patient and shows individual deviations beyond.
  • the temporal delay T st m between successive first stimuli 21 generated by the same stimulation element need not always be the same, but may vary in the range of ⁇ 10% or ⁇ 5% or ⁇ 3% by T st .
  • the time interval between two consecutive first stimuli 21 generated by different stimulation elements may also vary in the range of + 10% or + 5% or + 3-6 ⁇ m gtim / N. It can certainly be provided that the time intervals between the individual first stimuli 21 are chosen differently.
  • the delay times can also be varied during the treatment of a patient. Also the delay times can be adjusted with regard to the physiological signal propagation times.
  • pauses can be provided during which no stimulation takes place.
  • Such a pause is exemplified ge ⁇ shows in Fig. 47.
  • the pauses can be selected arbitrarily long and, in particular, be an integer multiple of the period T st m .
  • the pauses can be maintained after any number of stimulations. For example, one can
  • a further possibility to deviate from the one shown in Fig. 46 strictly periodic stimulation pattern is the time sequence of the individual first 21 stimuli sto ⁇ chastisch or deterministic or mixed stochastisch- to vary deterministic.
  • the randomization shown in Fig. 48 may be combined with the stimulation form shown in Fig. 47.
  • a new randomization can be carried out in each of the N consecutive stimulation time segments of length T st i m , or else, after each pause Length M x T st i m randomization and remains within the following N stimulation periods the Erasmusnfol ⁇ ge in which the stimulation elements 311 to 314 apply the ers ⁇ th stimuli 21, constant.
  • stimulation elements 311 to 314 can be used only a specified number of stimulation elements 311 to 314 for the stimulation and the stimulation elements involved in the stimulation can be varied in each time interval per period T st i m (or in another Zeitin ⁇ interval). This variation can also be done stochastically or deterministically or mixed stochastically-deterministically.
  • the stimulation unit 11 can be operated, for example, in an "open loop” mode, in which the control unit 10 controls the stimulation elements 311 to 314 such that they generate predetermined first stimuli 21 which are delivered to the skin tissue. Furthermore, the stimulation unit 11, together with the control unit 10 and the measuring unit 15, can also be further developed into a "closed ⁇ " system shown schematically in FIG. 49.
  • control unit 10 With regard to the interaction of the control unit 10 with the measuring unit 15, various embodiments are conceivable.
  • a certain frequency f V i b or indentation depth 1 2 in the case of vibration stimuli are adjusted based on the severity of the pathological features of parameters of the first stimuli 21, for example by the control unit 10th
  • the measurement signals 26 recorded by the measuring unit 15 are converted directly into the tactile, vibratory and / or thermal first stimuli 21, and optionally after one or more processing steps, and are applied by the stimulation unit 11.
  • the measured signals can be amplified and, if necessary, mathematically calculated (eg according to tion of the measurement signals) with a time delay and linear and / or nonlinear computation steps as control signals 23 are fed into the control input of the stimulation unit 11.
  • the clearing mode is in this case selected so-that the abnormal neuronal activity
  • the tactile, vibratory and / or thermal first stimuli 21 also disappear with decreasing pathological neuronal activity or at least significantly reduced in strength.
  • FIG. 50A to 50C schematically illustrate various possible answer ⁇ th to implement a stimulation element to produce tactile and / or vibratory first stimuli 21, as shown in FIGS. 42A to 43.
  • the stimulating element may be a rod 340 (or other Kör ⁇ per) designed to be, with one end of the skin 315 of the patient is stimulated.
  • the Stimula ⁇ tion element 340 is driven by an electromechanical transducer 341 (or actuator or actuator), the electrical energy into a movement of the stimulation member 340 translates.
  • Suitable electromechanical converters 341 are, for example, direct current motors, voice coils, piezoelectric transducers or converters constructed from electroactive polymers (EAP) which change their shape when an electrical voltage is applied.
  • EAP electroactive polymers
  • the electromechanical transducers 341 may be designed so that the stimulation element 340 is deflected perpendicular to the skin surface (see Fig. 50A) or parallel thereto (see Fig. 50B). The movement of the stimulation element 340 can also take place on any other paths. As an example in Fig. 50C pendeiförmige a deflection of the Stimu ⁇ lationselements 340 is illustrated.
  • the end of the stimulation element 340 which comes into contact with the skin surface and ultimately generates the stimuli, can be essentially in the shape of a hemisphere have (see Fig. 51A) or have a knob-like surface (see Fig. 51B) or have another suitable shape.
  • 52A to 52C show an embodiment of a stimulation element for the application of tactile and / or vibratory first stimuli 21 (see FIG.
  • the present stimulation element contains a piezo actuator 341 as an electromechanical transducer. Since the deflection of the piezo actuator 341 for beab ⁇ schreibten purposes is not sufficient, a mechanism for amplifying the displacement of the piezo actuator can be provided 341st By way of example, a lever arm 342 is shown here, which amplifies the movement of the piezoactuator 341.
  • the lever arm is present an elongated bending spring 342, which is saturated with buildin ⁇ ih ⁇ rem one end to the housing 343 of the stimulation element and is attached to the other end of the stimulation element 340th
  • the piezoactuator 341 presses on the upper side of the bending spring 342 and the stimulation element 340 attached to the underside of the bending spring 342 follows the deflection of the piezoactuator 341 with an amplified amplitude due to the geo ⁇ metric arrangement and applies the vibration and / or tactile stimuli on the Skin of the patient.
  • the underside of the stimulation member 340 that comes in contact with skin may have various geometries and dimen ⁇ solutions.
  • the stimulation element 340 may be flat, round or non-uniform on its underside.
  • a space 344 may be further provided for electronics and connection terminals.
  • an adjusting ring 345 is attached to the underside of the housing 343, which is connected to the housing 343 via a thread and the adjustment of the
  • FIGS. 53A to 53C schematically show differently configured stimulation elements for generating thermal first stimuli 21, as shown in FIGS. 44A to 44C.
  • the stimulation unit shown in Fig. 53A operates without contact and causes heating of the skin by the light of an infrared LED 350.
  • Stimulation elements that apply by touching the skin surface thermal stimuli are shown in Figs. 53B and 53C ge shows ⁇ .
  • the stimulation element shown in FIG. 53B contains, with an electromechanical transducer 341 and a rod-shaped stimulation element 340, substantially the same components as the stimulation element from FIG. 53A. Zusharm ⁇ Lich, the stimulating element shown in Fig. 53B, a heating and / or cooling element (for example in the form of a heating loop) which heats the stimulation element or cools.
  • the thermi ⁇ 's first 21 stimuli are generated by the movements of the stimulation element 340, in which the Stimulationsele ⁇ element 340 repeatedly comes into contact with the skin 315 and is removed again.
  • the temperature of the stimulation element 340 may be constant throughout the stimulation.
  • the heatable or coolable Stimulationsele ⁇ ment can stand 340 as shown in Fig. 53C during the entire Stimu ⁇ lationszeitraums in contact with the skin 315 of the patient.
  • the thermoreize in this case are due to a temporal variation of the temperature of the stimulation element 340 generated.
  • An electromechanical transducer is not absolutely necessary in this embodiment.
  • FIGS. 54A to 54C show an embodiment of a stimulation element for applying thermal first stimuli 21 in a perspective view (see FIG. 54A), a top view from below (compare FIG. 54B) and in cross-section (compare FIGS ).
  • the stimulation element contains a rod-shaped stimulation element 340, the lower end of which can be heated and / or cooled. At its upper end, the stimulation element 340 is driven by a cam plate 351.
  • a DC motor 352 rotates the cam 351 in rotation.
  • the stimulation element 340 is deflected downwards.
  • a return spring 354 ensures that the stimulation element 340 then returns to its original position.
  • the rotating movement of the cam plate 351 in a linear BEWE ⁇ supply of the stimulation element 340 is converted.
  • the stimulation element 340 for a certain time with the patient's skin are either in contact o- but in which the stimulation member 340 is brought by rotation of the cam plate 351 cyclically to the skin and how ⁇ the center.
  • the components of the stimulation element can be introduced into a housing 355.
  • a space 356 may be provided for electronics and connection terminals.
  • an adjusting ring 357 may be attached, which is connected to the housing 355 via a thread and which allows an adjustment of the height by which the stimulation element 340 protrudes in its rest position ⁇ from the bottom of the stimulation unit ⁇ stands (the stimulation element 340 may also lie completely above the underside of the adjusting ring in its rest position due to the adjusting ring).
  • the stimulating element sits with its bottom on the skin of the patient and is attached, for example with a suitable cuff on the body of the patient.
  • the Stimu ⁇ lationselement could be still attached to a single- or double-sided adhesive tape medi- zinischen to the skin of the patient.
  • the housing 355 protects the patient from potential hazards, such as electrical voltage.
  • a module may include a cuff with a plurality of pacing elements attached thereto.
  • the cuff can then be attached to an arm or leg of the patient.
  • Fig. 55 shows stimulation methods described can be performed with a total of N modules, each containing for example, four stimulation elements by ⁇ .
  • all stimulation elements apply at the beginning of a stimulation period T st i m a tactical tilen, vibratory or thermal first stimulus 21.
  • T st i m a tactical tilen
  • vibratory or thermal first stimulus 21 In the example shown in the middle of FIG.
  • the first stimuli are 21 of the four different stimulation elements of a module in each case by T st i m / 4 against each other ver ⁇ pushed.
  • exactly one stimulation element of each module applies a first stimulus 21 in each time segment of the length T st m / 4.
  • the four stimulation elements of a module generate their first stimuli 21 at the same time, however first stimuli 21 different modules against each other.
  • any pauses during the pacing can also be maintained.
  • pacing pauses are the length of one or more stimulation periods T st i m - as shown in FIG. 56 by way of example.
  • Sti ⁇ mulations mentor stimulation while two will alsein- other following stimulation periods T st i m performed because ⁇ is adhered to a Stimu ⁇ lationspause during a stimulation period T st i m after. This pattern is repeated peri ⁇ dically.
  • a sequence is Festge sets ⁇ in which the stimulation elements, the first stimuli 21 overall nerieren (eg the order forehead. # 4, forehead. # 2, forehead. # 3, forehead. # 1) and this sequence applies for all modules for the stimulation block until the next break.
  • Randomization of the stimulus sequences varies not coherent across all modules, but only coherently over a subset of all Mo ⁇ modules, that is, only for a specific module (for example, the module # 2), a randomization according to the above numbers 1 or 2. performed the remaining modules behave as shown in FIG. 55.
  • Randomization of the stimulus sequences is not coherent across all modules, but coherent over more than one subset of all Modules varies, ie, only for two or more modules (for example, the Module # 2 and # 4) is 1. or 2. performed in accordance with the randomization vorste ⁇ Henden numerals, the remaining modules behave as shown in Fig. 55.
  • randomization of the stimulus sequences is uncorrelated between different modules, that is, for each stimulation period T st i m or for each block of consecutive stimulation periods T st i m between two breaks independently for each module a sequence of the other modules, in which Stimulation elements generate the first stimuli 21, Festge ⁇ sets.
  • FIG. 57 schematically shows the block diagram of a device for producing tactile, vibratory and / or thermal first stimuli 21.
  • the device contains n modules each with n stimulation elements and n sensors.
  • the modules and sensors are on kauslei ⁇ obligations or wireless (eg, WPAN (Wireless Personal Area Network) network) with a connecting module 360 in combination, which in turn can be connected to a computer 361, such as a laptop, and external devices 362 , It need not necessarily all modules and sensors are used simultaneously, it can also only a subset thereof are used depending on Stimulati ⁇ onsart.
  • the modules and / or sensors can be powered by batteries or rechargeable batteries so that they are independent of a central power supply.
  • the user for example a physician, can select a stimulation method by means of a suitable software stored on the computer 361 and set the parameters of this stimulation method.
  • control of the integrated into the modules stimulation units can be done via the computer 361.
  • a control unit 10 may be integrated into each module
  • Fig. 58A which is responsible for the control of the stimulation elements of the respective module. This makes possible a largely independent operation of the modules.
  • a separate control unit 10 may be provided for each stimulation element (see FIG. 58B). This allows the greatest versatility in the operation of the stimulation elements, but increases the weight and dimensions of the modules.
  • the control unit 10 may be placed centrally in the connection module 360 (see Fig. 58C). An advantage of this are the low weight and size of the modules and cost-effective production. However, in this embodiment, the modules can not be operated independently of the connection module 360.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) mit einer Stimulationseinheit (11) zur Erzeugung von ersten Reizen (21), die bei einer Verabreichung an einen Patienten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken, einer Messeinheit (15) zum Aufnehmen von Messsignalen (25), welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wiedergeben, und einer Neurofeedback-Einheit (12) zur Erzeugung von zweiten Reizen (22), welche dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuronen veranschaulichen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns und/oder Rückenmarks mittels Neurofeedback
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns und/oder Rückenmarks mittels Neurofeedback . Bei Patienten mit neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen, z.B. Morbus Parkinson, essentiellem Tremor, Dystonie oder Zwangserkrankungen, sind Nervenzellverbände in umschrie¬ benen Bereichen des Gehirns, z.B. des Thalamus und der Basal¬ ganglien, krankhaft, z.B. übersteigert synchron, aktiv. In diesem Fall bildet eine große Anzahl von Neuronen synchron Aktionspotentiale aus, d.h. die beteiligten Neuronen feuern übermäßig synchron. Beim Gesunden hingegen feuern die Neuronen in diesen Hirngebieten qualitativ anders, z.B. auf unkor- relierte Weise.
Beim Morbus Parkinson verändert die pathologisch synchrone Aktivität die neuronale Aktivität in anderen Hirngebieten, z.B. in Arealen der Großhirnrinde wie dem primär motorischen Cortex. Dabei zwingt die pathologisch synchrone Aktivität im Bereich des Thalamus und der Basalganglien beispielsweise den Großhirnrindenarealen ihren Rhythmus auf, so dass schließlich die von diesen Arealen gesteuerten Muskeln pathologische Aktivität, z.B. ein rhythmisches Zittern (Tremor), entfalten. Neurologische und psychiatrische Erkrankungen mit übermäßig stark ausgeprägter neuronaler Synchronisation werden bis jetzt - bei Versagen einer medikamentösen Therapie - durch elektrische Hirnstimulation behandelt. Hierbei werden Elekt¬ roden im Gehirn des Patienten implantiert und von einer eben- so implantierten Steuereinheit mit entsprechenden elektrischen Reizen versorgt. Eine elektrische Reizung des Gehirns kann aus mehreren Gründen zu Nebenwirkungen führen. Z.B. kön- nen durch eine Ausbreitung des Reizstroms über das eigentli¬ che Zielareal hinaus ungewünschte Nebenwirkungen durch Mit¬ reizung von Nachbararealen auftreten. Des Weiteren kann z.B. eine zu starke Dauerreizung das Gewebe schädigen. Daher ist es von großem Nutzen, den Patienten mit möglichst wenig
Strom- und Ladungseintrag zu behandeln.
Vor diesem Hintergrund werden eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weitere Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 15, 16 und 17 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 18 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Stimulationseinheit, einer Neurofeedback-Einheit , einer Mess¬ einheit und einer Steuereinheit gemäß ei¬ nem Ausführungsbeispiel während des Be¬ triebs ;
Fig. 2 bis 5 schematische Darstellungen von Verfahrensabläufen während des Betriebs der in
Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen von Ausgestal¬ tungen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 8A und schematische Darstellungen einer Neuro- feedback-Einheit gemäß einem Ausführungs¬ beispiel; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Neu- rofeedback-Einheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von elektrischen Reizen gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 11 bis 15 schematische Darstellungen von elektrischen Stimulationsverfahren;
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli- kation von optischen Reizen gemäß einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 17 eine schematische Darstellung des Ge¬ sichtsfelds eines Patienten;
Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von optischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 19 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von optischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 20 und 21 schematische Darstellungen von Transmis¬ sionsbrillen;
Fig. 22 bis 25 schematische Darstellungen von mittels einer Transmissionsbrille erzeugten opti¬ schen Reizen; Fig. 26 und 27 schematische Darstellungen von Lichtbrillen;
Fig. 28 eine schematische Darstellung von mittels einer Lichtbrille erzeugten optischen
Reizen;
Fig. 29 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli- kation von akustischen Reizen gemäß einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 30 eine Darstellung von Sinusschwingungen mit verschiedenen Frequenzen;
Fig. 31 eine Darstellung einer mit einer Rechteckfunktion amplitudenmodulierten Sinusschwingung; Fig. 32 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von akustischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; Fig. 33 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von akustischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; Fig. 34 bis 38 schematische Darstellungen von akusti¬ schen Stimulationsverfahren;
Fig. 39A und 39B schematische Darstellungen der Generierung von Modulationssignalen;
Fig. 40 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli- kation von taktilen, vibratorischen
und/oder thermischen Reizen gemäß einem Ausführungsbeispiel ; Fig. 41 eine schematische Darstellung eines tak¬ tilen, vibratorischen und/oder thermischen Stimulationsverfahrens;
Fig. 42A bis 42D schematische Darstellungen von vibratorischen Reizen;
Fig. 43 eine schematische Darstellung eines tak¬ tilen Reizes; Fig. 44A bis 44C schematische Darstellungen von thermischen Reizen; Fig. 45 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 46 bis 48 schematische Darstellungen von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Stimulationsverfahren;
Fig. 49 eine schematische Darstellung einer Sti¬ mulationseinheit zur Erzeugung und Appli¬ kation von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 50A bis 52C schematische Darstellungen eines Stimula¬ tionselements zur Erzeugung und Applika¬ tion von taktilen und/oder vibratorischen Reizen; Fig. 53A bis 54C schematische Darstellungen eines Stimula¬ tionselements zur Erzeugung und Applika¬ tion von thermischen Reizen;
Fig. 55 und 56 schematische Darstellungen von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Stimulationsverfahren; und
Fig. 57 bis schematische Darstellungen einer Stimula¬ tionseinheit zur Erzeugung und Applikati¬ on von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Reizen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 100 zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns und/oder Rückenmarks eines Pati¬ enten dargestellt. Die Vorrichtung 100 besteht aus einer Steuereinheit 10, einer Stimulationseinheit 11, einer Neuro- feedback-Einheit 12 und einer Messeinheit 15.
Die Stimulationseinheit 11 erzeugt erste Reize 21, die bei einer Verabreichung an einen Patienten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken. Gemäß einer Ausgestaltung wird die Stimulationseinheit 11 operativ in den Körper des Patien¬ ten implantiert. In diesem Fall sind die ersten Reize 21 e- lektrische Reize, die an das Gehirn und/oder Rückenmark des Patienten appliziert werden. Alternativ kann die Stimulati- onseinheit 11 gemäß einer weiteren Ausgestaltung als nicht¬ invasive Einheit ausgestaltet sein, d.h. während des Betriebs der Vorrichtung 100 befindet sich die Stimulationseinheit 11 außerhalb des Körpers des Patienten und wird nicht operativ in den Körper des Patienten implantiert. Die ersten Reize 21 können in diesem Fall Reize sein aus der Gruppe von opti¬ schen, akustischen, taktilen, vibratorischen und thermischen Reizen. Die Steuereinheit 10 steuert die Stimulationseinheit 11 mit Steuersignalen 23 an.
Die Messeinheit 15 nimmt ein oder mehrere am Patienten gemes- sene Messsignale 25 auf, wandelt diese gegebenenfalls in e- lektrische Signale 26 um und führt diese der Steuereinheit 10 zu. Die Messsignale 25 geben die krankhaft synchrone Aktivi¬ tät von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark des Patienten wieder .
Die Neurofeedback-Einheit (oder Neurorückkopplungseinheit o- der Neurofeedback-Sender) 12 erzeugt zweite Reize 22, die dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Akti¬ vität der Neuronen veranschaulichen. Die zweiten Reize 22 sind vom Patienten bewusst wahrnehmbar und sind z.B. optische, akustische, taktile, vibratorische und/oder thermische Reize. Die Neurofeedback-Einheit 12 kann als nicht-invasive Einheit ausgestaltet sein und wird dementsprechend nicht in den Körper des Patienten implantiert, sondern befindet sich während des Betriebs der Vorrichtung 100 außerhalb des Kör¬ pers des Patienten. Die Steuereinheit 10 steuert die Neuro- feedback-Einheit 12 mit Steuersignalen 24 an. Damit die Neu¬ rofeedback-Einheit 12 dem Patienten die Stärke der Ausprägung der pathologischen neuronalen Aktivität sensorisch veran- schaulichen kann, beinhalten die Steuersignale 24 Informatio¬ nen aus den von der Messeinheit 25 gewonnenen Signalen 26. Die Signale 26 werden von der Steuereinheit 10 eventuell noch aufbereitet oder weiterverarbeitet und dann der Neurofeed- back-Einheit 12 zugeführt.
Es kann durchaus vorgesehen sein, dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung 100, insbesondere die Steuereinheit 10, die Stimulationseinheit 11, die Neurofeedback-Einheit 12 und/oder die Messeinheit 15, baulich voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung 100 kann daher auch als System aufge- fasst werden, das aus den in Fig. 1 dargestellten Komponenten besteht . Die Vorrichtung 100 kann insbesondere zur Behandlung von neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen, z.B. Morbus Parkinson, essentiellem Tremor, Dystonie, Epilepsie, Tremor infolge von Multipler Sklerose sowie anderen pathologischen Tremores, Depression, Bewegungsstörungen, Kleinhirnerkrankungen, Zwangserkrankungen, Tourette-Syndrom, Funktionsstörungen nach Schlaganfall, Spastik, Tinnitus, Schlafstörungen, Schizophrenie, Reizdarm-Syndrom, Suchterkrankungen, Persönlich- keitsstörungen, Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom, Aufmerksam- keits-Defizit-Hyperaktivitäts-Syndrom, Spielsucht, Neurosen, Fresssucht, Burnout-Syndrom, Fibromyalgie, Migräne, Cluster- Kopfschmerz, allgemeiner Kopfschmerz, Neuralgie, Ataxie, Tie- Störung oder Hypertonie, aber auch anderen Krankheiten ver- wendet werden.
Die vorstehend genannten Krankheiten können durch eine Störung der bioelektrischen Kommunikation von Neuronenverbänden, die in spezifischen Schaltkreisen zusammengeschlossen sind, verursacht werden. Hierbei generiert eine Neuronenpopulation anhaltend krankhafte neuronale Aktivität und möglicherweise eine damit verbundene krankhafte Konnektivität (Netzwerk¬ struktur) . Dabei bilden eine große Anzahl von Neuronen synchron Aktionspotentiale aus, d.h. die beteiligten Neuronen feuern übermäßig synchron. Hinzu kommt, dass die kranke Neu¬ ronenpopulation eine oszillatorische neuronale Aktivität auf¬ weist, d.h. die Neuronen feuern rhythmisch. Im Fall von neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen liegt die mittlere Frequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität der be- troffenen Neuronenverbände etwa im Bereich von 1 bis 30 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Bei gesunden Menschen feuern die Neuronen hingegen qualitativ anders, z.B. auf unkorrelierte Weise. In Fig. 1 ist die Vorrichtung 100 während ihres Betriebs dar¬ gestellt. Im Gehirn 29 oder Rückenmark 29 des Patienten weist mindestens eine Neuronenpopulation 30 eine wie vorstehend be- schriebene krankhaft synchrone neuronale Aktivität auf. Bei einer nicht-invasiven Stimulation verabreicht die Stimulationseinheit 11 dem Patienten die ersten Reize 21 derart, dass die ersten Reize 21 je nach Modalität über die Augen, die Oh- ren oder die Haut des Patienten aufgenommen werden und von dort über das Nervensystem an die krankhaft aktive Neuronen- population 30 im Gehirn 29 und/oder Rückenmark 29 weitergeleitet werden. Sofern die Stimulationseinheit 11 in das Ge¬ hirn oder Rückenmark des Patienten implantiert ist, werden die elektrischen ersten Reize 21 der betroffenen Neuronenpo- pulation 30 entweder direkt verabreicht oder aber an Bereiche im Gehirn oder Rückenmark 29 appliziert, die mit der Neuro- nenpopulation 30 verbunden sind und die ersten Reize 21 an die Neuronenpopulation 30 weiterleiten. Die ersten Reize 21 sind so ausgestaltet, dass sie die krankhaft synchrone Akti¬ vität der Neuronenpopulation 30 unterdrücken. Eine Unterdrückung der synchronen Aktivität kann bedeuten, dass die Koinzidenzrate der Neuronen gesenkt wird oder dass die Neuronen¬ population 30 gar desynchronisiert wird. Eine durch die Sti- mulation bewirkte Senkung der Koinzidenzrate der Neuronen kann zu einer Senkung der synaptischen Gewichte und somit zu einem Verlernen der Tendenz zur Produktion krankhaft synchroner Aktivität führen. Die von der Neurofeedback-Einheit 12 erzeugten zweiten Reize 22 werden je nach Modalität ebenfalls über die Augen, die Oh¬ ren oder die Haut sowie tiefer liegende Gewebe des Patienten aufgenommen und von dort an das Nervensystem weitergeleitet. Im Unterschied zu den ersten Reizen 21 sind die zweiten Reize 22 nicht therapeutisch wirksam und haben demnach keine oder kaum eine desynchronisierende oder Koinzidenzraten-senkende Wirkung auf die krankhaft synchrone neuronale Aktivität der Neuronenpopulation 30. Die zweiten Reize 22 veranschaulichen dem Patienten lediglich die Stärke der Ausprägung der patho- logischen neuronalen Aktivität der Neuronenpopulation 30. Bei der Applikation von optischen (bzw. visuellen) oder akustischen (bzw. auditorischen) ersten oder zweiten Reizen 21, 22 werden diese über mindestens ein Auge bzw. mindestens ein Ohr des Patienten aufgenommen. Die taktilen, vibratorischen und thermischen ersten oder zweiten Reize 21, 22 (bzw. Tast-, Vibrations- und Thermoreize) werden von in oder unter der Haut gelegenen Rezeptoren aufgenommen und an das Nervensystem weitergeleitet. Zu diesen Rezeptoren zählen beispielsweise Merkel-Zellen, Ruffini-Körperchen, Meissner-Körperchen und Haarfollikelrezeptoren, die insbesondere als Rezeptoren für die taktilen Reize 21, 22 wirken. Die vibratorischen Reize 21, 22 zielen vorwiegend auf die Tiefensensibilität ab. Die vibratorischen Reize 21, 22 können von in der Haut, den Muskeln, dem Subkutangewebe und/oder den Sehnen des Patienten gelegenen Rezeptoren aufgenommen werden. Als Rezeptoren für die vibratorischen Reize 21, 22 seien beispielhaft die Vater- Pacini-Körperchen genannt, die Vibrationsempfindungen und Beschleunigungen vermitteln. Die thermischen Reize 21, 22 werden von den Thermorezeptoren der Haut aufgenommen. Dies sind Warmrezeptoren (auch Wärmerezeptoren, Warmsensoren oder Wärmesensoren genannt) und Kaltsensoren (auch Kältesensoren, Kaltrezeptoren oder Kälterezeptoren genannt) . In der Haut des Menschen liegen die Kaltsensoren mehr oberflächlich, die Warmrezeptoren etwas tiefer.
Um es der Neurofeedback-Einheit 12 zu ermöglichen, dem Pati¬ enten die Stärke der Ausprägung der pathologischen neuronalen Aktivität der Neuronenpopulation 30 zu übermitteln, und insbesondere auch um den mit der Vorrichtung 100 erzielten Sti- mulationseffekt zu kontrollieren, misst die Messeinheit 15 die neuronale Aktivität in dem stimulierten Zielgebiet, d.h. z.B. die neuronale Aktivität der in Fig. 1 schematisch darge¬ stellten Neuronenpopulation 30, oder in einem mit der Neuronenpopulation 30 verbundenen Gebiet. Die Messeinheit 15 nimmt dazu ein oder mehrere am Patienten gemessene Messsignale 25 auf, wandelt diese gegebenenfalls in elektrische Signale 26 um und führt diese der Steuereinheit 10 zu. Die Messeinheit 15 kann in Form eines oder mehrerer Sensoren in den Körper des Patienten implantiert sein. Als invasive Sensoren können beispielsweise epikortikale Elektroden, Tie- fenhirnelektroden, sub- oder epidurale Hirnelektroden, subkutane EEG-Elektroden und sub- oder epidurale Rückenmarkselekt¬ roden dienen. Des Weiteren können an peripheren Nerven zu befestigende Elektroden als Sensoren eingesetzt werden. Die Messsignale 25 können dauerhaft oder in den Pausen zwi¬ schen der Verabreichung der ersten Reize 21 oder auch zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten aufgenommen werden. Sofern die neuronale Aktivität der Zielpopulation 30 gemessen wird, misst die Messeinheit 15 die krankhaft übersteigert synchrone neuronale Aktivität, z.B. die Betaband-Aktivität bei der Par- kinsonschen Erkrankung. Das Ausmaß dieser krankhaft synchronen neuronalen Aktivität kann z.B. durch die in einem Zeitfenster gemittelte Amplitude der Leistung in dem zugehörigen Frequenzbereich der lokalen Feldpotentiale, also z.B. bei a- kinetischen Parkinsonpatienten im Beta-Frequenzbereich zwischen 10 und 30 Hz, dargestellt werden. Dieser Messwert 26 wird an die Steuereinheit 10 oder aber direkt an die Neuro- feedback-Einheit 12 weitergeleitet. Die Übermittlung kann beispielsweise drahtlos über entsprechende Sender und Empfän- ger erfolgen.
Als Alternative zu den invasiven Sensoren oder auch zusätzlich dazu können ein oder mehrere nicht-invasive Sensoren als Messeinheit 15 eingesetzt werden. Nicht-invasive Sensoren sind z.B. Elektroenzephalographie (EEG) -Elektroden, Magneten- zephalographie (MEG) -Sensoren und Elektromyographie (EMG) - Elektroden. Ferner kann z.B. über ein Akzelerometer die krankhaft oszillatorische Aktivität im Tremor-Frequenzbereich oder die Bewegungsarmut (im Sinne einer Verminderung der Ge- samtbewegungen) gemessen werden. Zur Applikation der ersten und zweiten Reize 21, 22 kann die Vorrichtung 100 in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Der jeweilige Betriebsmodus kann beispielsweise vor¬ gegeben sein oder kann von der Steuereinheit 10 ausgewählt werden. Die Steuereinheit 10 steuert die beiden Stimulations¬ einheiten 11 und 12 entsprechend dem ausgewählten Betriebsmodus .
In einem ersten Betriebsmodus, der auch als Lernphase be- zeichnet wird, lernt der Patient unter ärztlicher Aufsicht, ausschließlich durch Neurofeedback, d.h. ohne irgendeine Form einer von der Stimulationseinheit 11 applizierten elektrischen oder sensorischen Neurostimulation, verlässlich der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität im Gehirn oder Rü- ckenmark entgegenzuwirken und somit allfällig auftretenden Symptomen zu entgegnen. Durch Rückmeldung des Ausprägungsgrads der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität mittels der Neurofeedback-Einheit 12 lernt der Patient, diese Aktivi¬ tät zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise durch eine Form von Gedankensteuerung oder Entspannung geschehen und ist individuell verschieden.
Um Therapie-gefährdende Frustrationserlebnissen vorzubeugen, wird in der Lernphase eine assistierende je nach Ausführungs- form invasive oder nicht-invasive Neurostimulation mittels der Stimulationseinheit 11 durchgeführt. Die Aktivierung der Stimulationseinheit 11 wird dem Patienten beispielsweise mit¬ tels der Neurofeedback-Einheit 12 mitgeteilt. Die Aktivierung der Stimulationseinheit 11, d.h. die Durch¬ führung einer elektrischen, optischen, akustischen, taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Neurostimulation ("Neuro- modulation" ) , erfolgt beispielsweise, sobald die mit Hilfe der Messeinheit 15 ermittelte Ausprägung der krankhaft syn- chronen neuronalen Aktivität einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Im ersten Betriebsmodus, d.h. der Lernphase, wird der Schwellwert, bei dessen Überschreiten die Stimulations- einheit 11 aktiviert wird, beispielsweise relativ hoch einge¬ stellt, um lediglich besonders stark ausgeprägte Symptomschü¬ be abzufangen, dem Patienten aber genügend Möglichkeit zum Erlernen des Neurofeedback zu geben.
Alternativ oder zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Schwellwert-Kriterium kann die Stimulationseinheit 11 auch dann aktiviert werden, wenn der Patient sich nicht ausrei¬ chend behandelt fühlt und eine Aktivierungstaste eines Pati- entenprogrammiergeräts , das mit der Steuereinheit 10 verbun¬ den ist, drückt.
Die Stimulationseinheit 11 kann deaktiviert und die Neuromo- dulation dementsprechend gestoppt werden, sobald die mit Hil- fe der Messeinheit 15 ermittelte Ausprägung der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität unter den vorgegebenen
Schwellwert oder einen anderen vorgegebenen Schwellwert fällt und/oder falls der Patient sich wieder ausreichend behandelt fühlt und eine an dem Patientenprogrammiergerät vorhandene Deaktivierungstaste drückt und/oder nach Ablauf einer vom Arzt voreingestellten konstanten Stimulationszeit.
Sobald der Patient genügend Erfahrung und Sicherheit mit dem Neurofeedback-Verfahren gewonnen hat, wird die Lernphase be- endet und die Vorrichtung 100 wird im zweiten Betriebsmodus, der eigentlichen Neurofeedbackphase, betrieben. In der eigentlichen Neurofeedbackphase wird ausgenutzt, dass zumindest ein Teil der Patienten nun sicher das Neurofeedback erlernt hat. Im Fall der elektrischen Neurostimulation kann die Sti- mulationseinheit 11 während des zweiten Betriebsmodus auf
Stand-by, d.h. in einen Bereitschaftsdienst, gesetzt werden. Das Implantat schaltet sich dann nur noch im (unwahrscheinlichen) Bedarfsfall ein, falls beispielsweise die mit Hilfe der Messeinheit 15 ermittelte Ausprägung der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der sich z.B. von dem entsprechenden Schwellwert im ersten Betriebsmodus unterscheiden kann, und/oder der Pa- tient durch Drücken der Aktivierungstaste dies initiiert. Im Fall der sensorischen Neurostimulation mittels einer optischen, akustischen, taktilen, vibratorischen und/oder thermischen Stimulationseinheit 11 wird der sensorische Stimulator vom Patienten während der eigentlichen Neurofeedbackphase nicht weiter getragen, sondern nur im (unwahrscheinlichen) Bedarfsfall wieder angelegt.
Während der eigentlichen Neurofeedbackphase kann die Neuro- feedback-Einheit 12 dem Patienten mittels der zweiten Reize 22 die mit Hilfe der Messeinheit 15 ermittelte Ausprägung der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität mitteilen oder aber auch nur beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts dem Patienten ein Warnsignal übermitteln, so dass der Patient das erlernte Neurofeedback anwenden kann, um ohne irgendeine Form einer von der Stimulationseinheit 11 vorgenommenen e- lektrischen oder sensorischen Neurostimulation verlässlich der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität im Gehirn oder Rückenmark entgegenzuwirken.
Ein Teil der Patienten benötigt zur erfolgreichen Ausführung des Neurofeedbacks die Neurofeedback-Einheit 12 nicht mehr oder nur noch - quasi zum Auffrischen des Neurofeedback - selten, da nach der Lernphase entsprechende körperliche Kor¬ relate der pathologischen neuronalen Aktivität hinreichend sensibel wahrgenommen werden.
Die Steuereinheit 10 kann z.B. zusammen mit der Messeinheit 15, die beispielsweise als epikortikale Elektrode oder Tie- fenelektrode ausgestaltet sein kann, in den Körper des Pati¬ enten implantiert sein. Die Steuereinheit 10 misst den thera¬ peutischen Effekt anhand der von der Messeinheit 15 zur Verfügung gestellten Signale 26 und ermittelt das Ausmaß der für die jeweilige Erkrankung spezifischen pathologischen Aktivi- tät. Insbesondere wird die Amplitude der krankhaften Schwin¬ gungen in typischen Frequenzbereichen der lokalen Feldpotentiale ermittelt, also z.B. bei akinetischen Parkinsonpatien- ten die integrale Power im Beta-Frequenzbereich zwischen 10 Hz und 30 Hz. Bei einem effektivem Neurofeedback bzw. einer effektiven Neurostimulation sinkt diese Amplitude ab. Lässt die Wirkung des Neurofeedback nach, d.h. steigt die Amplitude über einen kritischen Wert, so erfolgt die nächste Neurosti- mulationsphase . Der kritische Wert kann vom Arzt individuell für den jeweiligen Patienten eingestellt werden. Alternativ können typische Werte als Voreinstellung für den kritischen Wert gewählt werden, z.B. der Mittelwert der Amplitude plus zweimal die Standardabweichung in Bereichen des Frequenzspektrums ohne Frequenzpeaks und oberhalb von z.B. 70 Hz.
Die Vorrichtung 100 ermöglicht gegenüber herkömmlichen Neuro- stimulationsvorrichtungen eine deutlich schonendere Behand- lung schwerer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen. Entscheidend ist, dass bei einer Ausführungsform die mittels der Stimulationseinheit 11 applizierte elektrische oder sensorische Neurostimulation im zweiten Betriebsmodus, der eigentlichen Neurofeedbackphase, komplett zugunsten einer Neurofeedback-Behandlung vermieden wird oder bei einer anderen Ausführungsform die elektrische oder sensorische Neuro¬ stimulation im zweiten Betriebsmodus nur dann aktiviert wird, wenn der Therapieerfolg durch Neurofeedback unzureichend ist. Hierdurch werden Nebenwirkungen vermieden, und der Patient wird als mündiger Partner in die Behandlung mit einbezogen.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 100 ist, dass der Patient bei Versagen des Neurofeedback immer auf die sichere Neu- rostimulationsbehandlung zurückfällt und somit das für die Durchführung des Neurofeedbacks nötige Vertrauen, insbesonde¬ re auch in schwierigen Situation wie z.B. Stress, deutlich einfacher und berechtigter aufbringen kann. Die hieraus resultierende Gelassenheit des Patienten verbessert den thera¬ peutischen Erfolg des Neurofeedback erheblich.
Generell führt eine elektrische Neurostimulation zu Nebenwir¬ kungen aufgrund des Stromeintrags. Der Stromeintrag und damit die Nebenwirkungen werden durch die Vorrichtung 100 vermindert. Die sensorische Neurostimulation ist bedingt durch die Stimulatoren häufig unkomfortabel und kann bei der Verrichtung alltäglicher Aufgaben und insbesondere beim Führen eines Fahrzeugs im Straßenverkehr störend oder sogar gefährdend sein .
Durch die geringeren Nebenwirkungen sowie den gesteigerten Komfort bei der Durchführung der Therapie kann die Bereit- schaff des Patienten zur Durchführung der Therapie (Compliance) und somit der therapeutische Erfolg insgesamt erhöht wer¬ den .
In den Fig. 2 bis 5 ist die Funktionsweise der Vorrichtung 100 schematisch zusammengefasst . Fig. 2 zeigt dabei ein The¬ rapieschema mit einer elektrischen, über die Stimulationseinheit 11 applizierten Neurostimulation. Nach Erlernen des Neurofeedbacks im ersten Betriebsmodus ("Lernphase Neurofeed¬ back") wird der implantierte Neurostimulator 11 im zweiten Betriebsmodus ("erlerntes Neurofeedback" ) auf Stand-by ge¬ setzt. Der Neurostimulator 11 wird nur bei Wiederauftreten der pathologisch neuronalen Aktivität in relevantem Ausmaß aktiviert . Fig. 3 zeigt ein Therapieschema mit einer nicht-invasiven
Stimulationseinheit 11, welche optische, akustische, taktile, vibratorische und/oder thermische erste Reize 21 appliziert. Nach Erlernen des Neurofeedback durch den Patienten trägt der Patient den sensorischen Neurostimulator 11 nicht mehr und legt ihn erst wieder an, wenn Symptome erneut auftreten, nachhaltig stören und mittels Neurofeedback nicht mehr kontrollierbar sind.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Flussdiagramme des Behandlungsablaufs eines Patienten mit der Vorrichtung 100, falls diese eine e- lektrische Stimulationseinheit 11 aufweist. Gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung wird die implantierte Stimulations- einheit 11 bei unzureichendem Effekt der Neurofeedback- Therapie automatisch angeschaltet, d.h. bei Überschreiten der Ausprägung des pathologischen Merkmals über einen Schwellwert. Die implantierte Stimulationseinheit 11 wird deakti- viert, sobald die Ausprägung des pathologischen Merkmals un¬ ter den Schwellwert fällt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung aktiviert der Patient die implantierte elektrische Stimulationseinheit 11 durch Drücken der Aktivierungstaste, wenn der Patient sich nicht hinreichend gut behandelt fühlt. Die Stimulationseinheit 11 ist dann - je nach Ausführungsform - während einer voreingestellten Zeitdauer aktiv oder so lange aktiv, bis der Patient die Stimulationseinheit 11 über die Deaktivierungstaste deak- tiviert, oder die Stimulationseinheit 11 schaltet sich be¬ darfsgesteuert ab, d.h. sobald das pathologische Merkmal ei¬ nen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Vorrichtung 100, bei der die Stimulationseinheit 11 nicht implantiert ist, sondern nicht-invasive, d.h. optische, akustische, tak- tile, vibratorische und/oder thermische erste Reize 21 er¬ zeugt (nicht dargestellt) . Die Messeinheit ist durch Tiefen¬ elektroden 15 realisiert, die über Kabel 16 mit einer eben- falls implantierten Steuereinheit 10 verbunden sind. Die
Steuereinheit 10 meldet das Ausmaß der über die Tiefenelekt¬ roden 15 gemessenen pathologischen neuronalen Aktivität über die Neurofeedback-Einheit 12 an den Patienten zurück, damit dieser durch Neurofeedback der pathologischen Aktivität ent- gegenwirken kann. Die Steuereinheit 10 und die Neurofeedback- Einheit 12 sind über Funk verbunden.
Fig. 7 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 100, bei der die Stimulationseinheit 11 implantiert ist und elektrische erste Reize 21 generiert. Die Tiefen¬ elektroden fungieren bei der vorliegenden Ausgestaltung sowohl als Stimulationseinheit 11 als auch als Messeinheit 15. Die Tiefenelektroden 11, 15 sind über Kabel 16 und einen Kon- nektor 17, der bei der in Fig. 6 gezeigten Ausgestaltung nicht notwendig ist, mit der Steuereinheit 10 verbunden. Die Steuereinheit 10 meldet das Ausmaß der über die Tiefenelekt- roden 11, 15 gemessenen pathologischen neuronalen Aktivität über die Neurofeedback-Einheit 12 an den Patienten zurück, damit dieser durch Neurofeedback der pathologischen Aktivität entgegenwirken kann. Ferner steuert die Steuereinheit 10 die Tiefenelektroden 10 an, damit diese die elektrischen ersten Reize 21 applizieren.
Als erste Reize 21 können elektrische, optische, akustische, taktile, vibratorische und/oder thermische Reize verwendet, die eine desynchronisierende Wirkung haben oder zumindest ei- ne Senkung der Koinzidenzrate der kranken Neuronen bewirken. Weiter unten wird beschrieben, dass es möglich ist, mittels der Stimulationseinheit 11 unterschiedliche Bereiche der Ge¬ hirns 29 oder Rückenmarks 29 separat zu stimulieren, indem die applizierten ersten Reize 21 über Nervenleitungen an un- terschiedliche Zielgebiete, die im Gehirn 29 und/oder Rücken¬ mark 29 liegen, weitergeleitet werden. Die Zielgebiete können mit eventuell unterschiedlichen und/oder zeitversetzten ersten Reizen 21 stimuliert werden. Gemäß einer Ausgestaltung werden der Neuronenpopulation 30, die eine krankhaft synchrone und oszillatorische Aktivität aufweist, erste Reize 21 verabreicht, welche in der Neuronen¬ population 30 ein Zurücksetzen, einen sogenannten Reset, der Phase der neuronalen Aktivität der stimulierten Neuronen be- wirken. Durch das Zurücksetzen wird die Phase der stimulierten Neuronen unabhängig von dem aktuellen Phasenwert auf einen bestimmten Phasenwert, z.B. 0°, gesetzt. Somit wird die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronenpopu¬ lation 30 mittels einer gezielten Stimulation kontrolliert. Da es ferner möglich ist, die krankhafte Neuronenpopulation
30 an unterschiedlichen Stellen zu stimulieren, kann die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronenpopulati- on 30 an den unterschiedlichen Stimulationsstellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zurückgesetzt werden. Im Ergebnis wird dadurch die krankhafte Neuronenpopulation 30, deren Neuronen zuvor synchron und mit gleicher Frequenz und Phase ak- tiv waren, in mehrere Subpopulationen aufgespalten, die in
Fig. 1 schematisch dargestellt sind und mit den Bezugszeichen 31, 32, 33 und 34 gekennzeichnet sind (beispielhaft sind hier vier Subpopulationen dargestellt) . Innerhalb einer der Subpo¬ pulationen 31 bis 34 sind die Neuronen nach einem Zurückset- zen der Phase weiterhin synchron und feuern auch weiterhin mit derselben pathologischen Frequenz, aber jede der Subpopulationen 31 bis 34 weist bezüglich ihrer neuronalen Aktivität die Phase auf, die ihr durch den Stimulationsreiz aufgezwungen wurde. Dies bedeutet, dass die neuronalen Aktivitäten der einzelnen Subpopulationen 31 bis 34 nach dem Zurücksetzen ihrer Phasen weiterhin einen in etwa sinusförmigen Verlauf mit derselben pathologischen Frequenz haben, aber unterschiedliche Phasen. Bedingt durch die krankhafte Interaktion zwischen den Neuro¬ nen ist der durch die Stimulation erzeugte Zustand mit mindestens zwei Subpopulationen instabil, und die gesamte Neuro¬ nenpopulation 30 nähert sich schnell einem Zustand kompletter Desynchronisation, in welchem die Neuronen unkorreliert feu- ern. Der gewünschte Zustand, das heißt die komplette Desynch¬ ronisation, ist somit nach der Applikation der ersten Reize 21 nicht sofort vorhanden, sondern stellt sich meist innerhalb weniger Perioden oder gar in weniger als einer Periode der pathologischen Frequenz ein.
Eine Theorie zur Erklärung des Stimulationserfolgs basiert darauf, dass die letztlich gewünschte Desynchronisation durch die krankhaft gesteigerte Interaktion zwischen den Neuronen erst ermöglicht wird. Hierbei wird ein Selbstorganisations- prozess ausgenutzt, der für die krankhafte Synchronisation verantwortlich ist. Derselbe bewirkt, dass auf eine Auftei¬ lung einer Gesamtpopulation 30 in Subpopulationen 31 bis 34 mit unterschiedlichen Phasen eine Desynchronisation folgt. Im Gegensatz dazu würde ohne krankhaft gesteigerte Interaktion der Neuronen keine Desynchronisation erfolgen. Darüber hinaus kann durch die Stimulation mit der Stimulationseinheit 11 eine Neuorganisation der Konnektivität der ge¬ störten neuronalen Netzwerke erzielt werden, sodass lang anhaltende therapeutische Effekte bewirkt werden können. Der erzielte synaptische Umbau ist von großer Bedeutung für die wirksame Behandlung neurologischer oder psychiatrischer Erkrankungen .
In den Fig. 8A, 8B und 9 sind Ausgestaltungen der Neurofeed- back-Einheit 12 zur Erzeugung der zweiten Reize 22 darge- stellt. In dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Neurofeedback-Einheit 12 als sogenannte "Neurofeedback-Uhr" ausgeführt, die für den Patienten bequem zu tragen ist. In Fig. 8A ist die Vorderansicht, in Fig. 8B die Rückansicht der Neurofeedback-Uhr 12 gezeigt. Die Neuro- feedback-Uhr 12 besteht aus einem Mittelteil 40, Armbändern 41, einem Verschlussteil 42 und zugehörigen Löchern 43. Alternativ kann auch ein Klettverschluss oder jeder andere gleichwertige Verschluss verwendet werden. Der Mittelteil 40 enthält einen Lautsprecher 44 zur Generierung von akustischen zweiten Reizen 22, z.B. einer Melodie oder einem Summ-, Warnoder Pfeifton, sowie ein Display 45 zur Generierung eines nicht blendenden optischen zweiten Reizes 22, z.B. einer sich je nach Ausprägung des pathologischen Merkmals mehr oder weniger stark öffnenden Blume oder einer konzentrischen roten "Warnscheibe" mit einem Durchmesser, der mit der Ausprägung des pathologischen neuronalen Aktivität korreliert, oder einem Balken, der mit der Ausprägung der pathologischen neuronalen Aktivität anwächst. Ferner kann die Neurofeedback-Uhr 12 mit einem oder mehreren Vibratoren 46 ausgestattet sein, die "warnende" taktile und/oder vibratorische zweite Reize 22 generieren . Gemäß einer Ausführungsform ist auf der Rückseite der Neuro- feedback-Uhr 12 ein Thermostimulator angeordnet, mit dem "warnende" thermische zweite Reize 22 der Haut des Patienten verabreicht werden können. Warnende zweite Reize 22 können z.B. erst dann appliziert werden, wenn die Ausprägung des pathologischen Merkmals einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat.
Die Neurofeedback-Uhr 12 kann auch so ausgestaltet sein, dass sie nur einen zweiten Reiz 22 einer Sinnesmodalität, z.B. nur einen optischen Reiz, generiert. Die Stromversorgung der Neurofeedback-Uhr 12 erfolgt durch eine Batterie und/oder Solarzellen und/oder ein mechanisches Schwungrad im Inneren der Neurofeedback-Uhr 12.
Zur Kontrolle des Stimulationseffekts kann die Neurofeedback- Uhr 12 zusätzlich ein Akzelerometer beinhalten, mit dem sich die krankhafte oszillatorische Aktivität, z.B. von krankhaf¬ tem Tremor, oder aber das mittlere Aktivitätsniveau des Pati- enten messen lässt. Das mittlere Aktivitätsniveau des Patien¬ ten spiegelt die Verlangsamung bzw. Verarmung der Bewegungen bzw. der Bewegungsunfähigkeit des Patienten wider (d.h. die Brady-, Hypo- und Akinese) . Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Neurofeedback-Einheit 12 ist Fig. 9 schematisch dargestellt. Dabei handelt es sich um ein beispielsweise handyförmiges Gerät, das z.B. in der Hemd¬ tasche oder Hosentasche des Patienten getragen werden kann und das mittels eines Lautsprechers 47 akustische zweite Rei- ze 22 generiert.
Ferner kann ein externes Programmiergerät für den Arzt vorge¬ sehen sein, mit welchem die Parameter der Steuereinheit 10, der Stimulationseinheit 11, der Neurofeedback-Einheit 12 und/oder der Messeinheit 15 eingestellt werden können. Darüber hinaus kann dem Patienten ebenfalls ein externes Pro¬ grammiergerät zur Verfügung gestellt werden, mit welchem der Patient die Stimulationsgeräte ausstellen kann bzw. Parameter der Stimulationseinheit 11 in engen, vom Arzt vorgegebenen Grenzen modifizieren kann. Ferner kann das für den Patienten bestimmte Programmiergerät die weiter oben bereits beschrie- bene Funktionalität enthalten, mittels welcher der Patient selbstständig, z.B. durch das Betätigen einer Aktivierungs¬ bzw. Deaktivierungstaste den Neurostimulationsbetrieb akti¬ vieren bzw. deaktivieren kann. Die Programmiergeräte können beispielsweise über Funkverbindungen mit den jeweiligen Kom- ponenten des Stimulationsgeräts kommunizieren.
Stimulationseinheiten zur Erzeugung elektrischer erster Rei¬ ze : Im Folgenden werden Ausgestaltungen der Stimulationseinheit 11 zur Erzeugung elektrischer erster Reize 21 beschrieben. Derartige Stimulationseinheiten lassen sich auch der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 052 078.0 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur konditionierten desynchroni- sierenden Stimulation" entnehmen, die am 17. Oktober 2008 beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegt worden ist. Der gesamte Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 052 078.0 wird hiermit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Als elektrische erste Reize 21 werden desynchronisierende e- lektrische Stimulationssignale verwendet oder elektrische Stimulationssignale, die zumindest eine Senkung der Koinzi¬ denzrate der kranken Neuronen bewirken. Bei der elektrischen Neurostimulation ist die Stimulationseinheit als Stimulati¬ onselektrode 11 ausgestaltet, mittels welcher die ersten Rei¬ ze 21 auf das Gehirn 29 oder Rückenmark 29 des Patienten ü- bertragen werden. Die Stimulationselektrode 11 kann bei¬ spielsweise eine oder zwei oder mehrere Stimulationskontakt- flächen aufweisen, die nach der Implantation mit dem Gewebe des Gehirns 29 oder Rückenmarks 29 in Kontakt stehen und über die die elektrischen ersten Reize 21 appliziert werden. In Fig. 10 ist schematisch und beispielhaft eine Stimulati¬ onselektrode 11 dargestellt. Die Stimulationselektrode 11 be¬ steht aus einem isolierten Elektrodenschaft 50 und mindestens einer, beispielsweise zwei oder mehr Stimulationskontaktflä¬ chen, die in den Elektrodenschaft 50 eingebracht worden sind. In dem vorliegenden Beispiel enthält die Stimulationselektro¬ de 14 vier Stimulationskontaktflächen 51, 52, 53 und 54. Der Elektrodenschaft 50 und die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 können aus einem biokompatiblen Material hergestellt sein. Ferner sind die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 elektrisch leitfähig, beispielsweise sind sie aus einem Metall ge¬ fertigt, und befinden sich nach der Implantation in direktem elektrischen Kontakt mit dem Nervengewebe. In dem vorliegen- den Ausführungsbeispiel kann jede der Stimulationskontaktflä¬ chen 51 bis 54 über eine eigene Zuleitung 55 angesteuert wer¬ den bzw. es können über die Zuleitungen 55 die aufgenommenen Messsignale 26 abgeführt werden, sofern die Stimulations¬ elektrode 11 gleichzeitig als Messeinheit 15 genutzt wird. Als Alternative können auch zwei oder mehr Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 an dieselbe Zuleitung 55 angeschlossen sein .
In Fig. 10 sind die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 in Reihen und Spalten angeordnet. Ferner sind die Stimulations¬ kontaktflächen 51 bis 54 als Rechtecke ausgestaltet. Diese Ausgestaltungen sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Alternativ zu diesen Ausgestaltungen kann die Stimulationselektrode 11 eine beliebige Anzahl N (N = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12...) von Stimulationskontaktflächen enthalten, die beliebig zueinander angeordnet sein können und beliebige Formen aufweisen können.
Neben den Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 kann die E- lektrode 11 eine Referenzelektrode 56 aufweisen, deren Ober¬ fläche größer als die der Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 sein kann. Die Referenzelektrode 56 wird bei der Stimula- tion des Nervengewebes zur Erzeugung eines Referenzpotentials eingesetzt. Alternativ kann auch eine der Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 zu diesem Zweck verwendet werden. D.h., es kann entweder unipolar zwischen einer einzelnen Stimulati- onskontaktflache 51 bis 54 und der Referenzelektrode 56 (oder dem Gehäuse der Steuereinheit 10) oder bipolar zwischen verschiedenen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 stimuliert werden . Neben ihrer Funktion als Stimulationselektrode kann die E- lektrode 11 auch als Messeinheit 15 innerhalb der Vorrichtung 100 eingesetzt werden. In diesem Fall werden über mindestens eine der Kontaktflächen 51 bis 54 Messsignale 25 aufgenommen. Die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 können mit der Steuereinheit 10 über Kabel oder über telemetrische Verbindungen verbunden sein.
Die Mehrzahl von Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 ermög- licht es, unterschiedliche Bereiche der Gehirns 29 oder Rü¬ ckenmarks 29 über die einzelnen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 separat zu stimulieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise jede der Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 ü- ber eine eigene Verbindungsleitung 55 mit der Steuereinheit 10 verbunden sein. Dies ermöglicht es der Steuereinheit 10, für jede einzelne der Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 bestimmte erste Reize 21 zu erzeugen. Die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 können so in den Patienten implantiert sein, dass die auf das Gewebe applizierten ersten Reize 21 über Nervenleitungen an unterschiedliche Zielgebiete, die im Gehirn 29 und/oder Rückenmark 29 liegen, weitergeleitet werden. Folglich können mittels der Vorrichtung 100 verschiedene Zielgebiete im Gehirn 29 und/oder Rückenmark 29 mit eventuell unterschiedlichen und/oder zeitversetzten ersten Reizen 21 stimuliert werden. Aufgrund der Mehrzahl von Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 können nicht nur unterschiedliche Bereiche des Gehirns 29 und/oder Rückenmarks 29 stimuliert werden, sondern es können auch andere Stimulationsformen eingesetzt werden, als dies bei der Verwendung beispielsweise nur einer einzigen Stimulationskontaktfläche möglich wäre. Gemäß einer Ausgestaltung werden der Neuronenpopulation 30, die eine krankhaft synchro¬ ne und oszillatorische Aktivität aufweist, mittels der Stimu¬ lationselektrode 11 erste Reize 21 verabreicht, welche in der Neuronenpopulation 30 ein Zurücksetzen, einen sogenannten Re- set, der Phase der neuronalen Aktivität der stimulierten Neuronen bewirken. Durch das Zurücksetzen wird die Phase der stimulierten Neuronen unabhängig von dem aktuellen Phasenwert auf einen bestimmten Phasenwert, z.B. 0°, gesetzt. Somit wird die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronenpopulation 30 mittels einer gezielten Stimulation kontrolliert. Ferner ist es aufgrund der Mehrzahl von Stimulations¬ kontaktflächen 51 bis 54 möglich, die krankhafte Neuronenpo¬ pulation 30 an unterschiedlichen Stellen zu stimulieren. Dies ermöglicht es, die Phase der neuronalen Aktivität der krank¬ haften Neuronenpopulation 30 an den unterschiedlichen Stimulationsstellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zurückzusetzen. Im Ergebnis wird dadurch die krankhafte Neuronenpopula¬ tion 30, deren Neuronen zuvor synchron und mit gleicher Fre- quenz und Phase aktiv waren, in mehrere Subpopulationen aufgespalten, die in Fig. 1 schematisch dargestellt sind und mit den Bezugszeichen 31, 32, 33 und 34 gekennzeichnet sind. In¬ nerhalb einer der Subpopulationen 31 bis 34 sind die Neuronen nach einem Zurücksetzen der Phase weiterhin synchron und feu- ern auch weiterhin mit derselben pathologischen Frequenz, a- ber jede der Subpopulationen 31 bis 34 weist bezüglich ihrer neuronalen Aktivität die Phase auf, die ihr durch den Stimu¬ lationsreiz aufgezwungen wurde. Dies bedeutet, dass die neu¬ ronalen Aktivitäten der einzelnen Subpopulationen 31 bis 34 nach dem Zurücksetzen ihrer Phasen weiterhin einen in etwa sinusförmigen Verlauf mit derselben pathologischen Frequenz haben, aber unterschiedliche Phasen. Beispielsweise können die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 derart auf oder in dem Hirn- oder Rückenmarkgewebe 29 des Patienten platziert sein, dass die von der Stimulationskon- taktfläche 51 applizierten ersten Reize 21 die Subpopulation 31 reizen und deren neuronale Phase zurücksetzen und die von der Stimulationskontaktfläche 52 applizierten ersten Reize 21 die Subpopulation 32 reizen und deren neuronale Phase zurücksetzen. Analoges gilt für die Stimulationskontaktfläche 53 bzw. 54 in Bezug auf die Subpopulation 33 bzw. 34.
Der durch die Stimulation erzeugte Zustand mit mindestens zwei Subpopulationen ist instabil, wodurch sich die gesamte Neuronenpopulation 30 sich schnell einem Zustand kompletter Desynchronisation nähert, in welchem die Neuronen unkorre- liert feuern.
Um durch zeitversetztes Zurücksetzen der Phasen der Subpopulationen 31 bis 34 der krankhaft synchronen Neuronenpopulati- on 30 eine Desynchronisation der gesamten Neuronenpopulation 30 zu erzielen, kann auf verschiedene Arten vorgegangen werden. Beispielsweise können Stimulationssignale, die ein Zu¬ rücksetzen der Phase von Neuronen bewirken, zeitversetzt über die unterschiedlichen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 an das jeweils stimulierte Nervengewebe abgegeben werden. Des Weiteren können die Stimulationssignale z.B. phasenversetzt oder mit unterschiedlicher Polarität appliziert werden, so dass sie im Ergebnis auch zu einem zeitversetzten Zurückset¬ zen der Phasen der unterschiedlichen Subpopulationen 31 bis 34 führen.
Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise in einem sogenannten "open loop"-Modus betrieben werden, bei welchem die Steuereinheit 10 vorgegebene erste Reize 21 erzeugt und diese über die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 an das Nervengewebe abgegeben werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung 100 auch als sogenanntes "closed Ιοορ''-System betrieben werden. In diesem Fall stellt die Messeinheit 15 die am Patienten aufge¬ nommenen Messsignale 26 bereit und leitet diese an die Steu¬ ereinheit 10 weiter. Mit Hilfe der Messsignale 26 kann eine bedarfsgesteuerte Sti¬ mulation durchgeführt werden. Hierzu detektiert die Steuer¬ einheit 10 anhand der von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale 26 das Vorhandensein und/oder die Ausprägung eines oder mehrerer krankhafter Merkmale. Ferner kann anhand der von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale 26 bei¬ spielsweise die Stärke der ersten Reize 21 eingestellt wer¬ den. Z.B. können ein oder mehrere Schwellwerte vorgegeben werden, und bei einem Überschreiten der Amplitude oder des Betrags der Messsignale 26 über einen bestimmten Schwellwert wird eine bestimmte Stärke der ersten Reize 21 eingestellt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale 26 direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten als erste Reize 21 eingesetzt werden und von der Steuereinheit 10 in die Stimulationselektrode 11 eingespeist werden. Bei¬ spielsweise können die Messsignale 26 verstärkt und gegebe¬ nenfalls nach mathematischer Verrechnung (z.B. nach Mischung der Messsignale) mit einer Zeitverzögerung und linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten und Kombinationen prozessiert und in die Stimulationselektrode 11 einge¬ speist werden. Der Verrechnungsmodus wird hierbei so gewählt, dass der krankhaften neuronalen Aktivität entgegengewirkt wird und das Stimulationssignal mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwindet oder zumindest deutlich in seiner Stärke reduziert wird.
Ein für die oben beschriebenen Zwecke geeignetes Stimulati¬ onsverfahren, das beispielsweise mit der Vorrichtung 100 durchgeführt werden kann, ist in Fig. 11 schematisch dargestellt. Dort sind untereinander die über die Stimulationskon- taktflächen 51 bis 54 applizierten ersten Reize 21 gegen die Zeit t aufgetragen.
Bei dem in Fig. 11 dargestellten Verfahren verabreicht jede der Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 den ersten Reiz 21 periodisch an den jeweiligen Bereich des Gewebes, auf dem die Stimulationskontaktfläche 51 bis 54 platziert ist. Die Fre¬ quenz fstim = 1/Tstim/ mit welcher die ersten Reize 21 pro Sti¬ mulationskontaktfläche 51 bis 54 wiederholt werden, kann im Bereich von 1 bis 30 Hz und insbesondere im Bereich von 1 bis 20 Hz oder im Bereich von 5 bis 20 Hz oder im Bereich von 10 bis 30 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen . Gemäß der in Fig. 11 gezeigten Ausgestaltung erfolgt die Verabreichung der ersten Reize 21 über die einzelnen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 mit einer zeitlichen Verzögerung zwischen den einzelnen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54. Beispielsweise kann der Beginn zeitlich aufeinander folgender und von unterschiedlichen Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 applizierten ersten Reizen 21 um eine Zeit τ verschoben sein .
Im Fall von N Stimulationskontaktflächen kann die zeitliche Verzögerung τ zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden ersten Reizen 21 beispielsweise im Bereich eines N-tels der Periode l/fstim liegen. In dem in Fig. 11 gezeigten Ausfüh¬ rungsbeispiel (N = 4) beträgt die Verzögerung τ dann 1/ (4 x fstim) · Von dem Wert Tstim/N für die zeitliche Verzögerung τ kann auch um bis zu ±3% oder ±5% oder ±10% abgewichen werden.
Die Frequenz fstim kann beispielsweise im Bereich der mittle¬ ren Frequenz der krankhaft rhythmischen Aktivität des Ziel- Netzwerks liegen. Bei neurologischen und psychiatrischen Er- krankungen liegt die mittlere Frequenz typischerweise im Be¬ reich von 1 bis 30 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Hierbei ist zu beachten, dass die Frequenz, mit welcher die betroffenen Neuronen bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen synchron feuern, üblicherweise nicht konstant ist, sondern durchaus Variationen aufweisen kann und darüber hinaus bei jedem Patienten individuelle Ab- weichungen zeigt.
Als erste Reize 21 können beispielsweise ström- oder span- nungskontrollierte Pulse verwendet werden. Ferner kann ein erster Reiz 21 ein wie in Fig. 12 dargestellter aus mehreren Einzelpulsen 60 bestehender Pulszug sein. Die Pulszüge 21 können jeweils aus 1 bis 100, insbesondere 2 bis 10, elektri¬ schen ladungsbalancierten Einzelpulsen 60 bestehen. Die Pulszüge 21 werden z.B. als Sequenz mit bis zu 20 oder auch mehr Pulszügen appliziert. Innerhalb einer Sequenz werden die Pulszüge 21 mit der Frequenz fstim im Bereich von 1 bis 30 Hz wiederholt .
Beispielhaft ist ein Pulszug 21, der aus drei Einzelpulsen 60 besteht, in Fig. 13 gezeigt. Die Einzelpulse 60 werden mit einer Frequenz f eo im Bereich von 50 bis 500 Hz, insbesondere im Bereich von 100 bis 150 Hz, wiederholt. Die Einzelpulse 60 können ström- oder spannungskontrollierte Pulse sein, die sich aus einem anfänglichen Pulsanteil 61 und einem sich daran anschließenden, in entgegengesetzter Richtung fließenden Pulsanteil 62 zusammensetzen, wobei die Polarität der beiden Pulsanteile 61 und 62 gegenüber der in Fig. 13 gezeigten Polarität auch vertauscht werden kann. Die Dauer 63 des Pulsanteils 61 liegt im Bereich zwischen 1 μβ und 450 3. Die Amp¬ litude 64 des Pulsanteils 61 liegt im Falle von stromkontrol- Herten Pulsen im Bereich zwischen 0 mA und 25 mA und im Fall von spannungskontrollierten Pulsen im Bereich von 0 bis 20 V. Die Amplitude des Pulsanteils 62 ist geringer als die Ampli¬ tude 64 des Pulsanteils 61. Dafür ist die Dauer des Pulsan¬ teils 62 länger als die des Pulsanteils 61. Die Pulsanteile 61 und 62 sind idealerweise so dimensioniert, dass die La¬ dung, welche durch sie übertragen wird, bei beiden Pulsantei¬ len 61 und 62 gleich groß ist, d.h. die in Fig. 13 schraf- fiert eingezeichneten Flächen sind gleich groß. Im Ergebnis wird dadurch durch einen Einzelpuls 60 genauso viel Ladung in das Gewebe eingebracht, wie aus dem Gewebe entnommen wird. Die in Fig. 13 dargestellte Rechteckform der Einzelpulse 60 stellt eine ideale Form dar. Je nach der Güte der die Einzel¬ pulse 60 erzeugenden Elektronik wird von der idealen Rechteckform abgewichen. Anstelle von pulsförmigen Stimulationssignalen kann die Steuereinheit 10 beispielsweise auch anders ausgestaltete Stimu¬ lationssignale erzeugen, z.B. zeitlich kontinuierliche Reiz¬ muster. Die oben beschriebenen Signalformen und deren Parameter sind nur beispielhaft zu verstehen. Es kann durchaus vor- gesehen sein, dass von den oben angegebenen Signalformen und deren Parametern abgewichen wird.
Von dem in Fig. 11 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewichen werden. Beispielsweise braucht die zeitliche Verzögerung τ zwischen zwei aufeinander folgenden ersten Reizen 21 nicht notwendigerweise stets gleich groß zu sein. Es kann durchaus vorgesehen sein, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen ersten Reizen 21 unterschiedlich gewählt werden. Ferner können die Verzögerungszeiten auch während der Behandlung eines Patienten variiert werden. Auch können die Verzögerungszeiten hinsichtlich der physiologischen Signallaufzeiten adjustiert werden. Ferner können während der Applikation der ersten Reize 21
Pausen vorgesehen werden, während derer keine Stimulation erfolgt. Eine solche Pause ist beispielhaft in Fig. 14 gezeigt. Die Pausen können beliebig lang gewählt werden und insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches der Periode Tstim ( = l/fstim) betragen. Ferner können die Pausen nach einer beliebigen Anzahl von Stimulationen eingehalten werden. Z.B. kann eine Stimulation während N aufeinander folgender Perioden der Län- ge Tgtim durchgeführt werden und anschließend eine Pause wäh¬ rend M Perioden der Länge Tstim ohne Stimulation eingehalten werden, wobei N und M kleine ganzen Zahlen sind, z.B. im Bereich von 1 bis 10. Dieses Schema kann entweder periodisch fortgesetzt werden oder stochastisch und/oder deterministisch, z.B. chaotisch, modifiziert werden.
Eine weitere Möglichkeit, von dem in Fig. 11 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster abzuweichen, besteht darin, die zeitliche Abfolge der einzelnen ersten Reize 21 sto¬ chastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch- deterministisch zu variieren.
Des Weiteren kann pro Periode Tstim (oder auch in anderen Zeitschritten) die Reihenfolge, in welcher die Stimulations¬ kontaktflächen 51 bis 54 die ersten Reize 21 applizieren, variiert werden, wie dies beispielhaft in Fig. 15 gezeigt ist. Diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen.
Die in Fig. 15 gezeigte Randomisierung kann mit der in Fig. 14 gezeigten Stimulationsform kombiniert werden. Beispielsweise kann in jedem der N aufeinander folgenden Stimulationszeitabschnitte der Länge Tstim eine erneute Randomisierung durchgeführt werden oder aber es erfolgt nach jeder Pause der Länge M x Tstim eine Randomisierung und innerhalb der darauf folgenden N Stimulationszeitabschnitte bleibt die Reihenfol¬ ge, in welcher die Stimulationskontaktflächen 51 bis 54 die ersten Reize 21 applizieren, konstant.
Ferner kann pro Periode Tstim (oder in einem anderen Zeitin¬ tervall) nur eine bestimmte Anzahl von Stimulationskontakt¬ flächen 51 bis 54 zur Stimulation herangezogen werden und die an der Stimulation beteiligten Stimulationskontaktflächen können in jedem Zeitintervall variiert werden. Auch diese Va¬ riation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen . Wie bereits oben beschrieben wurde, kann der "closed loop"- Modus der Vorrichtung 100 derart ausgestaltet sein, dass die von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale 26 von der Steuereinheit 10 direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten in elektrische erste Reize 21 umgesetzt werden und von der Stimulationselektrode 11 appli¬ ziert werden. In diesem Fall muss die Vorrichtung 100 nicht notwendigerweise mindestens zwei Stimulationskontaktflächen enthalten. Diese Art der Stimulation, bei welcher die am Patienten aufgenommenen Messsignale wieder in den Körper des Patienten eingespeist werden, könnte grundsätzlich auch mit nur einer einzigen Stimulationskontaktfläche durchgeführt werden, es kann jedoch auch eine beliebige, größere Anzahl von Stimulationskontaktflächen vorgesehen sein.
Der vorstehend beschriebene "closed loop"-Modus kann eben¬ falls zur Desynchronisation einer Neuronenpopulation mit einer krankhaft synchronen und oszillatorischen neuronalen Ak- tivität eingesetzt werden.
Zur Erzeugung der ersten Reize 21 können die Messsignale 26 beispielsweise verstärkt und gegebenenfalls nach mathemati¬ scher Verrechnung (z.B. nach Mischung der Messsignale) mit einer Zeitverzögerung und linearen und/oder nicht-linearen
Verrechnungsschritten als erste Reize 21 für die elektrische Stimulation verwendet werden. Der Verrechnungsmodus kann hierbei so gewählt werden, dass der krankhaften neuronalen Aktivität entgegengewirkt wird und das Stimulationssignal mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwindet oder zumindest deutlich in seiner Stärke reduziert wird .
Stimulationseinheiten zur Erzeugung optischer erster Reize:
Im Folgenden werden Ausgestaltungen der Stimulationseinheit 11 zur Erzeugung optischer erster Reize 21 beschrieben. Der- artige Stimulationseinheiten lassen sich auch der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 012 669.1 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur visuellen Stimulation" entnehmen, die am 5. März 2008 beim Deutschen Patent- und Markenamt hinter- legt worden ist. Der gesamte Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 012 669.1 wird hiermit in die Of¬ fenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Fig. 16 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Stimulati- onseinheit 11, die eine Mehrzahl von Stimulationselementen beinhaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Stimulationseinheit 11 zwei Stimulationselemente 112 und 113 auf, die von der Steuereinheit 10 angesteuert werden. In Fig. 16 ist ferner ein Auge 114 eines Patienten dargestellt.
Während des Betriebs der Stimulationseinheit 11 erzeugen die Stimulationselemente 112 und 113 optische erste Reize 115 bzw. 116, die vom Patienten über ein oder beide Augen 114 aufgenommen werden und über die Sehnerven an Neuronenpopula- tionen im Gehirn weitergeleitet werden. Die Steuereinheit 10 steuert die Stimulationselemente 112 und 113 dabei derart an, dass die optischen ersten Reize 115 und 116 beispielsweise zeitversetzt generiert werden. Anstelle einer zeitversetzten Applikation der optischen ersten Reize 115 und 116 können diese auch mit unterschiedlichen Phasen oder unterschiedlichen Polaritäten appliziert werden. Ferner sind auch Mischformen denkbar, d.h. die optischen ersten Reize 115 und 116 können z.B. zeitversetzt sein und un- terschiedliche Polaritäten aufweisen. Die Stimulationseinheit 11 kann so ausgestaltet sein, dass mit ihr beispielsweise nur eine der vorstehend genannten Stimulationsvarianten ausgeführt werden kann, oder die Stimulationseinheit 11 kann al¬ ternativ so ausgestaltet sein, dass mit ihr mehrere der ge- nannten Stimulationsvarianten ausgeführt werden können. Den optischen ersten Reizen 115 und 116 kann eine Leuchtstärken- bzw. Helligkeitsvariation (bzw. Variation der Lichtintensität oder Lichtstärke) zugrunde liegen, beispielsweise können sie als Pulse oder als Sequenzen von Pulsen mit vari- ierter Leuchtstärke bzw. Helligkeit appliziert werden. Die optischen ersten Reize 115 und 116 können je nach Ausgestal¬ tung der Stimulationseinheit 11 als Leuchtstärkenmodulation natürlicher optischer Reize, z.B. mittels einer homogenen o- der segmentierten Transmissionsbrille, als zusätzlich zu ei- nem natürlichen optischen Reiz auftretender, modulierter optischer Reiz, z.B. mittels einer partiell durchsichtigen Lichtbrille, oder als künstlicher optischer Helligkeitsreiz, z.B. mittels einer undurchsichtigen Lichtbrille, verabreicht werden. Falls der Patient die optischen ersten Reize 115, 116 über beide Augen 114 aufnimmt, können die jeweiligen optischen ersten Reize 115, 116 beider Augen 114 korreliert bzw. koordiniert werden.
Die von den Stimulationselementen 112, 113 erzeugten opti- sehen ersten Reize 115, 116 können derart ausgestaltet sein, dass sie, wenn sie von der Retina aufgenommen werden und über den Sehnerv zu einer Neuronenpopulation mit einer krankhaft synchronen und oszillatorischen Aktivität geleitet werden, in der Neuronenpopulation ein Zurücksetzen der Phase der neuro- nalen Aktivität der stimulierten Neuronen bewirken.
In Fig. 17 ist schematisch das Gesichtsfeld 117 eines Patienten dargestellt. Als Gesichtsfeld wird der Raum bezeichnet, der mit einem Auge ohne Augenbewegungen überblickt wird. In Fig. 17 ist das Gesichtsfeld 117 zur Vereinfachung kreisförmig dargestellt. Typischerweise hat das Gesichtsfeld eine e- her gewölbte ovale Form. Die genaue Größe und Form des Ge¬ sichtsfelds unterliegt dabei individuellen Schwankungen und ist zudem altersabhängig.
Punkte im Gesichtsfeld 117 lassen sich beispielsweise mit Hilfe ihrer Polarkoordinaten beschreiben. In Fig. 17 sind die räumlichen Lagen der Stimulationselemente 112 und 113 im Ge¬ sichtsfeld 117 beispielhaft dargestellt. Zur Veranschauli¬ chung ist jeweils ein Eckpunkt der Stimulationselemente 112 und 113 mit einem Vektor 118 bzw. 119 gekennzeichnet. Die Vektoren 118 und 119 lassen sich im Polarkoordinatensystem über ihren Betrag und den Winkel ( u s bzw. ( n g , den sie mit der x-Achse einschließen beschreiben.
Unterschiedliche Stellen im Gesichtsfeld 117 werden über die Linse des Auges auf unterschiedliche Stellen der Retina abge¬ bildet. Die unterschiedlichen Stellen der Retina sind wiederum über den Sehnerv mit unterschiedlichen Neuronen im Gehirn verbunden. Dies bedeutet, dass mit den an unterschiedlichen räumlichen Orten angeordneten Stimulationselementen 112 und 113 jeweils unterschiedliche Neuronen stimuliert werden kön¬ nen. Folglich können die Stimulationselemente 112 und 113 so¬ wie evtl. weitere Stimulationselemente räumlich so im Ge¬ sichtsfeld 117 des Patienten angeordnet sein, dass die von der Retina aufgenommenen optischen Reize an unterschiedliche Zielgebiete im Gehirn weitergeleitet werden. Es können dem¬ nach unterschiedliche Subpopulationen einer krankhaften Neu- ronenpopulation mit den Stimulationselementen 112 und 113 gezielt stimuliert werden, und es kann ein zeitversetztes Zu¬ rücksetzen der Phasen dieser Subpopulation durchgeführt wer- den, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist .
Die Zuordnung der Bereiche des Gesichtsfelds zu entsprechen¬ den Bereichen des Gehirns ist beispielsweise in dem Artikel "Visual Field Maps in Human Cortex" von B. A. Wandeil, S. 0. Dumoulin und A. A. Brewer, erschienen in Neuron 56, Oktober 2007, Seiten 366 bis 383, beschrieben.
Die Stimulationseinheit 11 kann beispielsweise in einem soge- nannten "open loop"-Modus betrieben werden, bei welchem die
Steuereinheit 10 die Stimulationseinheit 11 derart ansteuert, dass die Stimulationselemente 112, 113 vorgegebene optische erste Reize 115, 116 erzeugen. Des Weiteren kann die Stimula¬ tionseinheit 11 zusammen mit der Steuereinheit 10 und der Messeinheit 15 auch zu einem in Fig. 18 schematisch dargestellten "closed Ιοορ''-System weitergebildet werden.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Steuereinheit 10 mit der Messeinheit 15 sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise können von der Steuereinheit 10 anhand der Ausprägung der krankhaften Merkmale Parameter der optischen ersten Reize 115, 116, wie beispielsweise die Stärke (Ampli¬ tude) der Reize oder die Frequenz der Stimulation oder die Pausen zwischen den Stimulationssequenzen, eingestellt werden . Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten in optische erste Reize umgesetzt werden und von der Stimulationseinheit 11 appliziert werden. Beispielsweise können die Messsignale verstärkt und gegebenenfalls nach mathematischer Verrechnung (z.B. nach Mischung der Messsignale) mit einer Zeitverzöge¬ rung und linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten als Steuersignale in die Steuereingänge der Stimulations¬ elemente 112, 113 eingespeist werden. Der Verrechnungsmodus wird hierbei so gewählt, dass der krankhaften neuronalen Ak¬ tivität entgegengewirkt wird und die Stimulationssignale mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwinden oder zumindest deutlich in ihrer Stärke reduziert werden .
In Fig. 19 ist schematisch eine Ausgestaltung der Stimulationseinheit 11 als Transmissionsbrille gezeigt, die aus den folgenden Komponenten besteht: (i) zwei Einfassungsteilen 121 mit je einem transmissionsmodulierten Brillenglas 122 (für jedes Auge einzeln), (ii) zwei Ohrbügeln 123, mit welchen die Brille hinter dem Ohr des Patienten mechanisch gehalten wird, und (iii) der Steuereinheit 10, welche die Transmission der transmissionsmodulierten Gläser 122 der Brille steuert. Anstelle einer Transmissionsbrille könnte auch eine der weiter unten beschriebenen Brillen, wie z.B. eine partiell durchsichtige oder undurchsichtige Lichtbrille, als Stimulations- brille verwendet werden. Eine Batterie oder ein Akku zur Stromversorgung der elektrischen Bauelemente können in der Steuereinheit 10 oder auch baulich getrennt von der Steuereinheit 10 in oder an der Brille untergebracht sein. Die Brille kann vom Patienten mittels einer Bedieneinheit 124 (z.B. Anschaltknopf und/oder Drehregler) angeschaltet werden. Mit dem Drehregler kann z.B. die maximale Stimulationsstärke eingestellt werden. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann ein Steuermedium 125 vorgesehen sein, welches beispielsweise telemetrisch oder über ein Verbindungska- bei mit der Steuereinheit 10 verbunden ist. Im Falle einer Verbindung über ein Kabel können Steckverbindungen zur Kon- nektierung bzw. Dekonnektierung verwendet werden.
Ferner kann auch ein weiteres, z.B. vom Arzt zu bedienendes Steuermedium (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, wel¬ ches telemetrisch oder über ein Verbindungskabel mit der Steuereinheit 10 verbunden ist. Im Falle einer Verbindung ü- ber ein Kabel können Steckverbindungen zur Konnektierung bzw. Dekonnektierung verwendet werden.
Des Weiteren können ein oder mehrere Sensoren, z.B. EEG- Elektroden oder ein Akzelerometer, zur Registrierung und/oder Dokumentation des Stimulationserfolgs und zur Untersuchung durch den Arzt vorgesehen sein.
In Fig. 20 ist schematisch eine als Stimulationseinheit aus¬ gestaltete Transmissionsbrille 11 mit homogenen Transmissi¬ onsgläsern 122 dargestellt. Die Transmissionsbrille 11 um- fasst ferner Ohrbügel 123 zur mechanischen Befestigung am Pa- tientenkopf, einen Steg 140, welcher die beiden Transmissi¬ onsgläser 122 verbindet, und Einfassungsteile 121, in welche die Transmissionsgläser 122 eingefasst sind. Die Transmissi- onsgläser 122 sind homogen, d.h. nicht in unterschiedliche Segmente unterteilt. Die Transmission des rechten und des linken Transmissionsglases 122 können separat geregelt wer¬ den, d.h. die Transmissionsgläser 122 können als Stimulati- onselemente 112 und 113 im Sinne der in Fig. 16 dargestellten Ausgestaltung verwendet werden. Mittels der Transmissions¬ brille 11 können beide Augen des Patienten mit jeweils unter¬ schiedlichen optischen ersten Reizen stimuliert werden. In Fig. 21 ist eine Transmissionsbrille 11 mit segmentierten Transmissionsgläsern dargestellt. Die Transmissionsgläser sind jeweils in unterschiedliche Segmente unterteilt, deren Transmission getrennt gesteuert werden kann. Die Segmentie¬ rung kann beispielsweise radial und/oder zirkulär sein (bei- des ist in Fig. 21 gezeigt) . Die in Fig. 21 gezeigte Ausfüh¬ rung einer segmentierten Transmissionsbrille 11 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Die Anzahl der Segmente sowie die geometrischen Formen der einzelnen Segmente können anders gewählt werden.
Die Segmente der Transmissionsbrille 11 entsprechen den in Fig. 10 gezeigten Stimulationselementen. In Fig. 21 sind beispielhaft vier der Segmente mit den Bezugszeichen 141, 142, 143 und 144 gekennzeichnet.
Anhand der Segmente 141 bis 144 soll nachfolgend beispielhaft erläutert werden, wie durch zeitversetztes Zurücksetzen der Phasen von Subpopulationen einer krankhaft synchronen und oszillatorischen Neuronenpopulation eine Desynchronisation der gesamten Neuronenpopulation erzielt werden kann. Die Segmente 141 bis 144 sind so ausgewählt worden, dass die von ihnen er¬ zeugten optischen ersten Reize jeweils vorzugsweise von einem bestimmten Teil der Netzhaut des Patienten aufgenommen werden, von wo aus die Reize zu bestimmten Bereichen des Gehirns weitergeleitet werden, so dass die oben beschriebene Aufspal¬ tung einer krankhaften Neuronenpopulation in Subpopulationen ermöglicht wird. Damit Subpopulationen mit unterschiedlichen Phasen gebildet werden, können die optischen ersten Reize von den Segmenten 141 bis 144 beispielsweise zeitversetzt erzeugt werden. Gleichbedeutend mit dem zeitversetzten Erzeugen der Reize ist ein phasenversetztes Erzeugen der Reize, welches im Ergebnis ebenfalls zu einem zeitversetzten Zurücksetzen der Phasen der unterschiedlichen Subpopulationen führt.
Ein für die oben beschriebenen Zwecke geeignetes Stimulati¬ onsverfahren, das beispielsweise mit der vorstehend beschrie- benen Transmissionsbrillen 11 durchgeführt werden kann, ist in Fig. 22 schematisch dargestellt. In Fig. 22 sind untereinander die mittels der Segmente 141 bis 144 applizierten opti¬ schen ersten Reize 145 gegen die Zeit t aufgetragen. Bei der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass nur die Segmente 141 bis 144 der Transmissionsbrille 11 optische erste Reize 145 erzeugen, d.h. nur die Transmission dieser Segmente wird von der Steuereinheit 10 moduliert.
Selbstverständlich ist dies nur beispielhaft zu verstehen. Bei alternativen Ausgestaltungen können anstelle der Segmente 141 bis 144 andere Segmente zum Generieren der optischen Reize herangezogen werden. Es ist möglich, wie in Fig. 22 nur eine Auswahl der Segmente der Transmissionsbrille 11 zur Sti¬ mulation zu verwenden oder auch sämtliche Segmente. Bei dem in Fig. 22 dargestellten Verfahren appliziert jedes der Segmente 141 bis 144 periodisch den optischen ersten Reiz 145. Pro Segment 141 bis 144 wird der Reiz 145 in dem vorlie¬ genden Beispiel dreimal appliziert. Alternativ könnte der Reiz 145 pro Sequenz beispielsweise auch ein- bis fünfzehnmal wiederholt werden. Die Frequenz fstim = 1/Tstim, mit welcher die Reize 145 pro Segment 141 bis 144 wiederholt werden, kann im Bereich von 1 bis 30 Hz und insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen. Derartige Sequenzen von optischen Reizen sind ge- eignet, die neuronale Phase einer stimulierten krankhaften Subpopulation von Neuronen zurückzusetzen. Die Frequenz fstim kann beispielsweise im Bereich der mittle¬ ren Frequenz der krankhaft rhythmischen Aktivität des Ziel- Netzwerks liegen. Bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen liegt die mittlere Frequenz typischerweise im Be- reich von 1 bis 30 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Be¬ reichs liegen. Hierbei ist zu beachten, dass die Frequenz, mit welcher die krankhaften Neuronen synchron feuern, üblicherweise nicht konstant ist, sondern durchaus Variationen aufweisen kann und darüber hinaus bei jedem Patienten indivi- duelle Abweichungen zeigt.
Zur Ermittlung der Frequenz fstim kann beispielsweise die mittlere Peakfrequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität des Patienten bestimmt werden. Diese Peakfrequenz kann dann als Stimulationsfrequenz fstim verwendet werden oder auch va¬ riiert werden, beispielsweise in einem Bereich von fstim - 3 Hz bis fstim + 3 Hz . Alternativ kann aber auch ohne vorherige Messung eine Frequenz fstim im Bereich von 1 bis 30 Hz gewählt werden und diese beispielsweise während der Stimulation vari- iert werden, bis die Frequenz fstim gefunden wird, mit der sich die besten Stimulationserfolge erzielen lassen. Als wei¬ tere Alternative kann für die Stimulationsfrequenz fstim ein für die jeweilige Krankheit bekannter Literaturwert herange¬ zogen werden. Eventuell kann dieser Wert noch variiert wer- den, bis beispielsweise optimale Stimulationsergebnisse er¬ zielt werden.
Die Struktur eines einzelnen optischen ersten Reizes 145 soll nachfolgend anhand des ersten von dem Segment 141 generierten Reizes 145 erläutert werden. Hier wird zum Zeitpunkt ti das
Segment 141 von der Steuereinheit 10 derart angesteuert, dass die Transmission, d.h. die Lichtdurchlässigkeit des Segments 141 minimal wird. Zum Zeitpunkt t2 schaltet die Steuereinheit 10 die Transmission des Segments 141 auf den maximalen Wert. In anderen Worten bedeutet dies, dass das Segment 141 weniger transparent wird, wenn stimuliert wird. Dementsprechend nimmt der Patient eine verringerte Helligkeit des Umgebungslichts im Bereich des Segments 141 während der Stimulation wahr.
Alternativ ist es auch möglich, die Transmission des Segments 141 zum Zeitpunkt ti maximal zu schalten und zum Zeitpunkt t2 minimal, sodass das Segment 141 während der Stimulation stär¬ ker transparent wird.
Grundsätzlich ist es denkbar, als maximale Transmission 100% zu wählen, d.h. in diesem Fall wird das Umgebungslicht durch das jeweilige Segment überhaupt nicht abgeschwächt. Eine der¬ art hohe Transmission lässt sich jedoch aufgrund technischer Beschränkungen häufig nicht erreichen, sodass kleinere Trans¬ missionswerte für die maximale Transmission im Bereich von 60% bis 100% gewählt werden können. Die minimale Transmission kann einen Wert in dem Bereich von 0% bis 30% annehmen. Es können aber auch noch Stimulationserfolge mit Transmissions¬ werten, die außerhalb der angegebenen Bereiche liegen, erzielt werden.
Die Dauer eines optischen ersten Reizes 145, d.h. die Zeit¬ spanne zwischen den Zeitpunkten ti und t2, kann beispielswei¬ se Tstim/2 betragen. In diesem Fall sind die Zeitspanne, wäh¬ rend der stimuliert wird, und die nachfolgende Stimulations- pause gleich lang. Es ist aber auch möglich andere Stimulati¬ onsdauern zu wählen, beispielsweise im Bereich von Tstim/2 - Tstim/10 bis Tgtim/2 + Tgtim/10. Auch andere Stimulationsdauern sind möglich und können beispielsweise experimentell bestimmt werden .
Gemäß der in Fig. 22 gezeigten Ausgestaltung erfolgt die Verabreichung der optischen ersten Reize 145 über die einzelnen Segmente 141 bis 144 der Transmissionsbrille 11 mit einer zeitlichen Verzögerung zwischen den einzelnen Segmenten 141 bis 144. Beispielsweise kann der Beginn zeitlich aufeinander folgender und von unterschiedlichen Segmenten 141 bis 144 applizierten Reizen 145 um eine Zeit τ verschoben sein. Im Fall von N Stimulationselementen bzw. Segmenten, die zur Stimulation eingesetzt werden, kann die zeitliche Verzögerung τ zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Reizen 145 bei- spielsweise im Bereich eines N-tels der Periode Tstim = l/fstim liegen. In dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel (N = 4) beträgt die zeitliche Verzögerung τ dementsprechend
Tstim/4. Von der Vorgabe, dass die zeitliche Verzögerung τ zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Reizen 145 Tstim/N beträgt, kann bis zu einem gewissen Grad abgewichen werden. Beispielsweise kann von dem Wert Tstim/N für die zeitliche Verzögerung τ um bis zu ±3%, ±5%, ±10%, ±20% oder ±30% abge¬ wichen werden. Bei derartigen Abweichung wurden noch Stimulationserfolge erzielt, d.h. es konnte noch ein desynchronisie- render Effekt beobachtet werden.
Die in Fig. 22 dargestellte Rechteckform der Einzelpulse 145 stellt eine ideale Form dar. Je nach der Güte der die Einzel¬ pulse 145 erzeugenden Elektronik und der Transmissionsgläser 122 wird von der idealen Rechteckform abgewichen. Es können aber auch - z.B. je nach Grunderkrankung des Patienten sowie individueller psycho-physischer Beschaffenheit, z.B. Blendempfindlichkeit - Reize mit weniger scharfen Flanken, also glatteren Verläufen verwendet werden.
Anstelle von rechteckförmigen Reize 145 kann die Steuereinheit 10 beispielsweise auch anders ausgestaltete optische erste Reize erzeugen, wie sie beispielhaft in den Fig. 23 bis 25 dargestellt sind. In Fig. 23 sind dreieckförmige optische erste Reize 146 gezeigt. Zum Zeitpunkt ti wird beispielsweise auf minimale Transmission geschaltet und bis zum Zeitpunkt t2 steigt die Transmission kontinuierlich auf den maximalen Wert an. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Transmission zu Beginn des Reizes 146 maximal ist und anschließend auf den minimalen Wert fällt. In Fig. 24 sind dreieckförmige optische erste Reize 147 mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke gezeigt. Beginnend mit dem Zeitpunkt ti wird hier die Transmission bei¬ spielsweise erhöht und nach Erreichen des Maximums bis zum Zeitpunkt t2 wieder erniedrigt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die ansteigenden und abfallenden Flanken der Reize (z.B. exponentiell ) "abgerundet" sind. Dies ist in Fig. 25 anhand abgerundeter rechteckförmi- ger optischer erster Reize 148 gezeigt. Darüber hinaus können die Reize auch durch eine einfache Sinusform ersetzt werden.
Die oben beschriebenen Signalformen und deren Parameter sind nur beispielhaft zu verstehen. Es ist durchaus möglich, von den oben angegebenen Signalformen und deren Parametern abzuweichen .
Von dem in den Fig. 22 bis 25 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewichen werden. Beispielsweise braucht die zeitliche Ver¬ zögerung τ zwischen zwei aufeinander folgenden Reizen 145, 146, 147 bzw. 148 nicht notwendigerweise stets gleich groß zu sein. Es kann vorgesehen sein, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Reizen 145, 146, 147 bzw. 148 unter- schiedlich gewählt werden. Ferner können die Verzögerungszeiten auch während der Behandlung eines Patienten variiert werden. Auch können die Verzögerungszeiten hinsichtlich der physiologischen Signallaufzeiten adjustiert werden. Des Weiteren können während der Applikation der Reize 145, 146, 147 bzw. 148 Pausen vorgesehen werden, während derer keine Stimulation erfolgt. Die Pausen können beliebig lang gewählt werden und insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches der Periode Tstim betragen. Die Pausen können nach einer be- liebigen Anzahl von Stimulationen eingehalten werden. Z.B. kann eine Stimulation während N aufeinander folgender Perioden der Länge Tstim durchgeführt werden und anschließend eine Stimulationspause während M Perioden der Länge Tstim eingehal¬ ten werden, wobei N und M kleine ganze Zahlen sind, z.B. im Bereich von 1 bis 15. Dieses Schema kann entweder periodisch fortgesetzt werden oder stochastisch und/oder determinis- tisch, z.B. chaotisch, modifiziert werden.
Eine weitere Möglichkeit, von dem in den Fig. 22 bis 25 ge¬ zeigten streng periodischen Stimulationsmuster abzuweichen, besteht darin, die zeitlichen Abstände zwischen aufeinander folgenden Reizen 145, 146, 147 bzw. 148 pro Segment 141 bis 144 stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch zu variieren.
Des Weiteren kann pro Periode Tstim (oder in anderen Zeit- schritten) die Reihenfolge, in welcher die Segmente 141 bis 144 die Reize 145, 146, 147 bzw. 148 applizieren, variiert werden. Diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen. Außerdem kann bei dem Stimulationsmuster, bei dem N Stimulationsperioden von M Perioden Pause gefolgt werden und als Zyklus wiederholt werden, innerhalb N zusammengehöriger Sti¬ mulationsperioden dieselbe Reihenfolge der Segmente 141 bis 144 gewählt werden, welche aber zwischen unterschiedlichen Blöcken mit N Stimulationsperioden variiert wird. Diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen .
Ferner kann pro Periode Tstim (oder in einem anderen Zeitin- tervall) nur eine bestimmte Anzahl von den Segmenten 141 bis 144 zur Stimulation herangezogen werden und die an der Stimulation beteiligten Segmente können in jedem Zeitintervall variiert werden. Auch diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen. Anstelle der in den Fig. 22 bis 25 gezeigten pulsförmigen und gegeneinander zeitverschobenen Reize 145 bis 148 können auch optische Reize mit anderen Signalformen eingesetzt werden. Beispielsweise kann jedes der Segmente 141 bis 144 ein (z.B. kontinuierliches) Sinussignal erzeugen, wobei die Phasen der von unterschiedlichen Segmenten 141 bis 144 erzeugten Sinussignale gegeneinander verschoben sind. Die mittlere Frequenz der Sinussignale kann dabei gleich sein. Die Phasenverschie¬ bungen zwischen den einzelnen Sinussignalen können entweder vorgegeben sein, z.B. kann die Phasenverschiebung zwischen jeweils zwei von N Stimulationssignalen 2π/Ν betragen, was einem Zeitversatz von Tstim/N entspricht, oder die Phasenverschiebungen können z.B. chaotisch und/oder stochastisch variiert werden. Ferner können die optischen Reize unterschiedli- che Polaritäten aufweisen. Im Falle eines Sinussignals als optischer Reiz kann beispielsweise das Sinussignal von zwei Segmenten zeitgleich, aber mit umgekehrter Polarität appliziert werden (entspricht einer Phasenverschiebung von π) . Des Weiteren ist es möglich, dass jedes der Segmente 141 bis 144 ein Sinussignal mit jeweils unterschiedlicher Frequenz appliziert. Beispielsweise kann eines der Segmente ein Sinus¬ signal mit 5 Hz und die anderen drei Segmente können Sinus¬ signale mit 4 Hz, 3 Hz bzw. 2 Hz applizieren (d.h. im Falle einer Transmissionsbrille ändert sich die Transmission des jeweiligen Segments 141 bis 144 mit der entsprechenden Frequenz) . Anstelle von Sinussignalen können auch andere (oszillierende) Signalformen, z.B. Rechtecksignale, mit der ent¬ sprechenden Grundfrequenz verwendet werden. Die Signale brau- chen nicht zeitversetzt appliziert werden, sondern die Seg¬ mente 141 bis 144 können die optischen Reize beispielsweise auch gleichzeitig erzeugen. Die optischen Reize können kontinuierlich über einen längeren Zeitraum hinweg appliziert werden, es können aber auch Pausen während der Applikation ein- gehalten werden. Die Applikation von optischen Reizen mit unterschiedlichen Frequenzen führt nicht notwendigerweise zu einem raschen Zu¬ rücksetzen der Phase der neuronalen Aktivität in den jeweiligen stimulierten Subpopulationen, jedoch wird durch die Sti- mulation mit diesen Signalen den jeweils stimulierten Subpopulationen über einen gewissen Zeitraum hinweg eine bestimmte, von der jeweiligen Stimulationsfrequenz abhängige Phase aufgezwungen. Letztlich führt auch dies zu einer Desynchroni- sation der gesamten Neuronenpopulation .
In Fig. 26 ist als weitere Ausführungsform der Stimulations¬ einheit eine partiell durchsichtige Lichtbrille 11 schema¬ tisch dargestellt. Bei der partiell durchsichtigen Lichtbrille 11 wird kein Glas verwendet, dessen Transmission variiert werden kann. Vielmehr ist nur ein Teil 149 jedes der Brillengläser durchsichtig, während der übrige Teil 150 der Brillen¬ gläser undurchsichtig ist. An mindestens einem Ort ist pro Brillenglas eine Lichtquelle angeordnet. Die Lichtquelle kann z.B. eine Leuchtdiode oder ein Glasfaserkabel sein, das z.B. das Licht einer an anderer Stelle befestigten Leuchtdiode o- der eines anderen Leuchtmittels zu dieser Stelle am Brillen¬ glas weiterleitet. Die in Fig. 26 gezeigte Lichtbrille 11 verfügt pro Brillenglas über vier Lichtquellen 151, 152, 153 und 154. Die Lichtbrille 11 kann aber auch über jede andere Anzahl von Lichtquellen verfügen, die in einer beliebigen Geometrie angeordnet sein können. Ferner kann auch der durchsichtige Teil 149 anders ausgestaltet sein als in Fig. 26 dargestellt . Der Patient kann nur durch den durchsichtigen Teil 149 der
Brillengläser schauen. Wenn dieser Teil im Vergleich zum gesamten Brillenglas klein ist, wird der Patient gezwungen, seine Augen relativ zur Brille konstant positioniert zu hal¬ ten. Die Lichtquellen 151 bis 154 reizen nur die Netzhaut des Patienten, während sie einen Betrachter auf der anderen Seite der Brille nicht visuell stimulieren. Die unterschiedlichen Lichtquellen 151 bis 154 reizen beispielsweise bestimmte Teilgebiete der Retina des Patienten. Der Zwischenraum zwischen Brillenrand und Gesicht kann lichtdicht abgeschlossen sein (nicht dargestellt) . In Fig. 27 ist als weitere Ausführungsform der Stimulations¬ einheit eine undurchsichtige Lichtbrille 11 schematisch dar¬ gestellt. Bei der undurchsichtigen Lichtbrille 11 ist das Brillenglas 155 vollständig undurchsichtig. An mindestens ei¬ nem Ort jedes der Brillengläser 155 ist eine Lichtquelle an- gebracht. Die Lichtquellen können genauso wie bei der par¬ tiell durchsichtigen Lichtbrille ausgestaltet sein, also z.B. als Leuchtdioden oder Glasfaserkabel. Bei dem in Fig. 27 gezeigten Beispiel weist jedes der Brillengläser neun Lichtquellen auf. Vier dieser Lichtquellen sind mit den Bezugszei- chen 151 bis 154 versehen. Die Lichtbrille 11 kann aber auch jede andere Anzahl von Lichtquellen aufweisen, die in einer beliebigen Art angeordnet sein können.
Der Patient kann nicht durch die Brillengläser schauen, son- dern er wird ausschließlich durch die Lichtquellen visuell gereizt. Die Lichtquellen reizen - wie bei der partiell durchlässigen Lichtbrille - nur die Netzhaut des Patienten. Die unterschiedlichen Lichtquellen reizen bestimmte Teilgebiete der Retina des Patienten. Der Zwischenraum zwischen Brillenrand und Gesicht kann lichtdicht abgeschlossen sein (nicht dargestellt) .
Die undurchsichtige Lichtbrille 11 kann ein Fixation-Target enthalten, welches der Patient angenehm (z.B. ohne Blendungs- effekte) fixieren kann. Durch die Instruktion, während der Therapie das Fixation-Target zu fixieren, wird verhindert, dass der Patient mit Augenfolgebewegungen den unterschiedli¬ chen, aufleuchtenden Lichtquellen folgt. In letzterem Falle würde vor allem der zentrale Teil der Retina, die Fovea, ge- reizt, während mit einem Fixation-Target die unterschiedli¬ chen Teile der Retina gereizt werden können. Ein Stimulationsverfahren, das beispielsweise mit den in den Fig. 26 und 27 gezeigten Lichtbrillen 11 durchgeführt werden kann, ist in Fig. 28 schematisch dargestellt. In Fig. 28 sind untereinander die von den Lichtquellen 151 bis 154 der Licht- brille 11 applizierten optischen ersten Reize 156 gegen die Zeit t aufgetragen.
Das in Fig. 28 dargestellte Verfahren entspricht im Wesentli¬ chen dem in Fig. 22 gezeigten Verfahren für die Transmissi- onsbrille. Bei dem in Fig. 28 dargestellten Verfahren appliziert jede der Lichtquellen 151 bis 154 periodisch den Reiz 156. Die Frequenz fstim = 1/Tstim, mit welcher die Reize 156 pro Lichtquelle 151 bis 154 wiederholt werden, kann im Be¬ reich von 1 bis 30 Hz und insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen .
Zur einfacheren Darstellung ist in Fig. 28 das Stimulationsverfahren nur für vier Lichtquellen 151 bis 154 dargestellt. Dieses Verfahren kann jedoch in entsprechender Weise auf eine beliebige Anzahl von Lichtquellen erweitert werden.
Bei der Erzeugung der Reize 156 mittels Lichtquellen wird typischerweise die betreffende Lichtquelle zum Zeitpunkt ti eingeschaltet und zum Zeitpunkt t2 ausgeschaltet. Die maxima¬ le Amplitude (Helligkeit) der einzelnen Lichtreize liegt bei¬ spielsweise in einem Bereich von 1 bis 20 cd/m2. Während der Stimulation, d.h. während der Zeitspanne zwischen ti und t2, können auch kleinere Helligkeitswerte verwendet werden.
Alle im Zusammenhang mit den Fig. 22 bis 25 beschriebenen Ausgestaltungen können in entsprechender Weise auch auf die Stimulation mittels der in den Fig. 26 und 27 dargestellten Lichtbrillen 11 übertragen werden.
Stimulationseinheiten zur Erzeugung akustischer erster Reize: Im Folgenden werden Ausgestaltungen der Stimulationseinheit 11 zur Erzeugung akustischer erster Reize 21 beschrieben. Derartige Stimulationseinheiten lassen sich auch der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 015 259.5 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur auditorischen Stimulation" entnehmen, die am 20. März 2008 beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegt worden ist. Der gesamte Offenbarungsge¬ halt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 015 259.5 wird hiermit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufge- nommen.
Fig. 29 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Stimulationseinheit 11 zur Erzeugung akustischer erster Reize 21. Die Stimulationseinheit 11 wird von der Steuereinheit 10 mit Steuersignalen 23 angesteuert. In Fig. 29 sind ferner ein Ohr
212 eines Patienten sowie der auditorische Cortex 213 im Ge¬ hirn des Patienten schematisch dargestellt.
Das Frequenzspektrum der akustischen ersten Reize 21 kann ganz oder teilweise im für den Menschen hörbaren Bereich liegen. Die akustischen ersten Reize 21 werden von dem Patienten über ein oder beide Ohren 212 aufgenommen und über den oder die Hörnerven 216 an Neuronenpopulationen im Gehirn weitergeleitet. Die akustischen ersten Reize 21 sind derart ausges- taltet, dass sie Neuronenpopulationen im auditorischen Cortex
213 stimulieren. Im Frequenzspektrum der akustischen ersten Reize 21 sind zumindest eine erste Frequenz fi und eine zwei¬ te Frequenz ±2 vorhanden. Die akustischen ersten Reize 21 können ferner noch weitere Frequenzen oder Frequenzgemische enthalten, in dem in Fig. 30 gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies eine dritte Frequenz f3 und eine vierte Frequenz f4.
Die von der Stimulationseinheit 11 erzeugten akustischen ers- ten Reize 21 werden im Innenohr in Nervenimpulse umgesetzt und über den Hörnerv 216 zu dem auditorischen Cortex 213 weitergeleitet. Durch die tonotope Anordnung des auditorischen Cortex 213 wird bei der akustischen Stimulation des Innenohres mit einer bestimmten Frequenz ein bestimmter Teil des auditorischen Cortex 213 aktiviert. Die tonotope Anordnung des auditorischen Cortex ist z.B. in den folgenden Artikeln be- schrieben: "Tonotopic Organization of the human auditory cortex as detected by BOLD-FMRI " von D. Bilecen, K. Scheffler, N. Schmid, K. Tschopp und J. Seelig (erschienen in Hearing Research 126, 1998, Seiten 19 bis 27), "Representation of la- teralization and tonotopy in primary versus secondary human auditory cortex" von D. R. M. Langers, W. H. Backes und P. van Dijk (erschienen in Neurolmage 34, 2007, Seiten 264 bis 273) und "Reorganization of auditory cortex in tinnitus" von W. Mühlnickel, T. Elbert, E. Taub und H. Flor (erschienen in Proc. Natl. Acad. Sei. USA 95, 1998, Seiten 10340 bis 10343).
In dem Beispiel gemäß Fig. 29 sind die akustischen ersten Reize 21 so ausgestaltet, dass mit ihnen eine Neuronenpopula- tion des auditorischen Cortex 213 mit einer krankhaft synchronen und oszillatorischen Aktivität stimuliert wird. Diese Neuronenpopulation lässt sich vor Beginn der Stimulation zumindest gedanklich in verschiedene Subpopulationen unterglie¬ dern, u.a. in die in Fig. 29 gezeigten Subpopulationen 217, 218, 219 und 220. Vor Beginn der Stimulation feuern die Neuronen aller Subpopulationen 217 bis 220 weitgehend synchron und im Mittel mit der gleichen pathologischen Frequenz. Aufgrund der tonotopen Organisation des auditorischen Cortex 213 werden mittels der ersten Frequenz fi die erste Subpopulation
217, mittels der zweiten Frequenz ±2 die zweite Subpopulation
218, mittels der dritten Frequenz f3 die dritte Subpopulation 219 und mittels der vierten Frequenz f4 die vierte Subpopula¬ tion 220 stimuliert. Die Stimulation mit den akustischen ersten Reizen 21 bewirkt in den jeweiligen Subpopulationen 217 bis 220 ein Zurücksetzen, einen sogenannten Reset, der Phase der neuronalen Aktivität der stimulierten Neuronen. Durch das Zurücksetzen wird die Phase der stimulierten Neuronen unabhängig von dem aktuellen Phasenwert auf einen bestimmten Phasenwert, z.B. 0°, gesetzt. Somit wird die Phase der neurona- len Aktivität der krankhaften Subpopulationen 217 bis 220 mittels einer gezielten Stimulation kontrolliert.
Aufgrund der tonotopen Anordnung des auditorischen Cortex 213 sowie der Mehrzahl von Frequenzen fi bis f4, die in den akustischen ersten Reizen 21 enthalten sind, ist es möglich, die krankhafte Neuronenpopulation an den unterschiedlichen Stellen 217 bis 220 gezielt zu stimulieren. Dies ermöglicht es, die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronen- population an den unterschiedlichen Stimulationsstellen 217 bis 220 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zurückzusetzen, indem die Frequenzen fi bis f4 zu unterschiedlichen Zeitpunkten appliziert werden. Im Ergebnis wird dadurch die krankhafte Neuronenpopulation, deren Neuronen zuvor synchron und mit gleicher Frequenz und Phase aktiv waren, in die Subpopulationen 217 bis 220 aufgespalten. Innerhalb jeder der Subpopulationen 217 bis 220 sind die Neuronen weiterhin synchron und feuern auch weiterhin im Mittel mit derselben pathologischen Frequenz, aber jede der Subpopulationen 217 bis 220 weist be- züglich ihrer neuronalen Aktivität die Phase auf, die ihr durch den Stimulationsreiz mit der zugehörigen Frequenz fi bis f4 aufgezwungen wurde.
Bedingt durch die krankhafte Interaktion zwischen den Neuro- nen ist der durch die Stimulation erzeugte Zustand mit min¬ destens zwei Subpopulationen instabil, und die gesamte Neuro¬ nenpopulation nähert sich schnell einem Zustand kompletter Desynchronisation, in welchem die Neuronen unkorreliert feuern. Der gewünschte Zustand, d.h. die komplette Desynchroni- sation, ist somit nach der Applikation der akustischen ersten Reize 21 nicht sofort vorhanden, sondern stellt sich meist innerhalb weniger Perioden oder gar in weniger als einer Periode der pathologischen Aktivität ein. Um den auditorischen Cortex 213 an unterschiedlichen Stellen, z.B. den in Fig. 29 gezeigten Stellen bzw. Subpopulationen 217 bis 220, fokal zu stimulieren, müssen reine Töne der zu- gehörigen Frequenzen fi, f2, f3 und f4 (mit geeigneter Einhül¬ lender zur Vermeidung von Klickgeräuschen) verabreicht werden. Infolge der tonotopen Anordnung des auditorischen Cortex 213 werden unterschiedliche Teile des Gehirns durch die gleichzeitige Verabreichung der zugehörigen unterschiedlichen reinen Töne fi bis f4, d.h. durch die Superposition verschiedener Sinusschwingungen stimuliert. Sollen die vier unterschiedlichen Orte 217 bis 220 z.B. zu unterschiedlichen Zeiten gereizt werden, werden die vier verschiedenen Frequenzen fi bis f4 zu den jeweiligen Zeiten appliziert. Beispielhaft ist dies in Fig. 30 gezeigt. Hier werden Sinusschwingungen mit den Frequenzen f 1 = 1000 Hz, f2 = 800 Hz, f3 = 600 Hz und f4 = 400 Hz sukzessive und pulsförmig appliziert, was zu ei¬ ner sukzessiven fokalen Reizung an den vier verschiedenen Or- ten 217 bis 220 des auditorischen Cortex 213 führt. Die Stär¬ ke der durch die jeweilige Sinusschwingung erzeugten Reizung des jeweiligen Areals im auditorischen Cortex 213 entspricht der Amplitude der jeweiligen Sinusschwingung. Die Generierung der in Fig. 30 gezeigten pulsförmigen Sinusschwingungen ist in Fig. 31 beispielhaft dargestellt. Dort wird eine Sinusschwingung 221 mit einer Rechteckfunktion 222, die beispielsweise die Werte 0 oder 1 annehmen kann, multip¬ liziert. Zu den Zeitpunkten, zu denen die Rechteckfunktion 222 den Wert 0 hat, ist der zugehörige Reiz abgeschaltet und während der Zeit, in der die Rechteckfunktion 222 gleich 1 ist, ist der Reiz angeschaltet.
Anstelle der Rechteckfunktion 222 kann die Sinusschwingung 221 mit einer beliebigen anderen Funktion multipliziert werden. Im Ergebnis entspricht diese Multiplikation einer Amplitudenmodulation der Sinusschwingung 221. Um Klickgeräusche aufgrund eines scharfen Beginns und Endes der Töne zu vermei¬ den, kann statt der Rechteckfunktion 222 ein glatterer Ver- lauf gewählt werden, z.B. durch Multiplikation der Sinusschwingung 221 mit einer Sinus-Halbschwingung von geeigneter Dauer, z.B. der Dauer eines Reizes. Anstelle der vorstehend beschriebenen Sinusschwingungen können auch oszillierende Signale mit einer anderen Signalform, wie z.B. Rechtecksignale, die mit der entsprechenden Grund- frequenz oszillieren, zur Generierung der akustischen ersten Reize 21 herangezogen werden.
Sofern statt einer fokalen Reizung eine weniger fokale Reizung durchgeführt werden soll, die größere Teile des audito- rischen Cortex 213 aktiviert, so werden Frequenzgemische an¬ stelle von einzelnen Frequenzen, beispielsweise pulsförmig appliziert. Mittels eines Frequenzgemisches in den Grenzen zwischen einer unteren Frequenz funten Und einer höheren Frequenz foben werden all die Teile des auditorischen Cortex 213 gereizt, die durch die Frequenzen zwischen funten Und foben aufgrund der tonotopen Anordnung stimuliert werden. Sollen z.B. vier unterschiedliche größere Bereiche des auditorischen Cor¬ tex 213 zu unterschiedlichen Zeiten stimuliert werden, so werden die vier zugehörigen Frequenzgemische mit den Grenzen f3™ten und f] oben (^ = ^ 4) zu den gewünschten Zeiten appliziert .
Die Stimulationseinheit 11 kann beispielsweise in einem soge¬ nannten "open loop"-Modus betrieben werden, bei welchem die Steuereinheit 10 die Stimulationseinheit 11 derart ansteuert, dass diese vorgegebene akustische erste Reize 21 während ei¬ ner bestimmten Stimulationszeit (z.B. während mehrerer Stunden) erzeugt. Des Weiteren kann die Stimulationseinheit 11 zusammen mit der Steuereinheit 10 und der Messeinheit 15 auch zu einem in Fig. 32 schematisch dargestellten "closed loop"- System weitergebildet werden.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Steuereinheit 10 mit der Messeinheit 15 sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar.
Beispielsweise können von der Steuereinheit 10 anhand der Ausprägung der krankhaften Merkmale Parameter der akustischen ersten Reize 21, wie beispielsweise die Amplituden der jewei¬ ligen Sinusschwingungen oder die Pausen zwischen Stimulationssequenzen, eingestellt werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten in akustische erste Reize 21 umgesetzt werden und von der Stimulationseinheit 11 appliziert werden. Beispielsweise können die Messsig- nale verstärkt und gegebenenfalls nach mathematischer Ver¬ rechnung (z.B. nach Mischung der Messsignale) mit einer Zeitverzögerung und linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten als Steuersignale 23 in den Steuereingang der Stimulationseinheit 11 eingespeist werden. Der Verrechnungsmodus wird hierbei so gewählt, dass der krankhaften neuronalen Ak¬ tivität entgegengewirkt wird und die akustischen ersten Reize 21 mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwinden oder zumindest deutlich in ihrer Stärke reduziert werden.
In Fig. 33 ist schematisch eine Ausgestaltung der Stimulationseinheit 11 gezeigt, die einen Schallgenerator (Lautspre¬ cher) verwendet, der in einen Ohrstöpsel 230 eingefasst ist. Der Ohrstöpsel 230 wird in den äußeren Gehörgang eines Ohrs 212 des Patienten eingefügt und mit oder ohne Bügel bzw. ei¬ ner anderen geeigneten mechanischen Hilfe am Ohr 212 befestigt. Die Steuereinheit 10, welche den Schallgenerator an¬ steuert, sowie eine Batterie oder ein Akku zur Stromversor¬ gung der elektrischen Bauelemente können in einer oder mehre- ren separaten Einheiten 231 untergebracht sein. Die Einheit
231 kann mittels einer mechanischen Halterung, z.B. einem Bügel, mit dem Ohrstöpsel 230 verbunden sein. Ein Verbindungs¬ kabel 232 verbindet den Ohrstöpsel 230 mit der Steuereinheit 10 bzw. der Batterie.
Alternativ kann statt des Ohrstöpsels 230 auch ein Kopfhörer verwendet werden, der die Steuereinheit 10 und die Batterie enthält. Die in Fig. 33 gezeigte Vorrichtung kann vom Patienten mittels einer Bedieneinheit (z.B. Anschaltknopf und/oder Drehregler) angeschaltet werden, die entweder an der Einheit 231 oder direkt am Ohrstöpsel 230 angebracht ist. Mit dem Drehregler kann z.B. die maximale Stimulationsstärke einge¬ stellt werden. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann ein Steuermedium 233 vorgesehen sein, welches beispielsweise telemetrisch (z.B. über Funk) oder über ein Verbindungskabel mit der Steuereinheit 10 verbunden ist. Im Falle einer Verbindung über ein Kabel können Steckverbindungen zur Konnektierung bzw. Dekonnektierung verwendet werden.
Ferner kann auch ein weiteres, z.B. vom Arzt zu bedienendes Steuermedium (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, wel- ches telemetrisch oder über ein Verbindungskabel mit der
Steuereinheit 10 verbunden ist. Im Falle einer Verbindung ü- ber ein Kabel können Steckverbindungen zur Konnektierung bzw. Dekonnektierung verwendet werden. Anhand der oben bereits erwähnten vier Frequenzen fi bis f4 soll nachfolgend beispielhaft erläutert werden, wie durch zeitversetztes Zurücksetzen der Phasen der neuronalen Aktivität von Subpopulationen einer krankhaft synchronen und oszillatorischen Neuronenpopulation eine Desynchronisation der ge- samten Neuronenpopulation erzielt werden kann. Die vier Frequenzen fi bis f4 sind lediglich beispielhaft zu verstehen, d.h. es kann eine beliebige andere Zahl von Frequenzen oder Frequenzgemischen zu Stimulationszwecken eingesetzt werden. Die Frequenzen fi bis f4 sind so ausgewählt worden, dass mit ihnen jeweils bestimmte Bereiche 217 bis 220 des auditori¬ schen Cortex 213 stimuliert werden. Dies ermöglicht die oben beschriebene Aufspaltung einer krankhaften Neuronenpopulation in Subpopulationen 217 bis 220. Damit die Subpopulationen 217 bis 220 nach der Stimulation unterschiedliche Phasen aufwei- sen, können die Frequenzen fi bis f4 beispielsweise zeitversetzt appliziert werden. Ein für die oben beschriebenen Zwecke geeignetes Stimulati¬ onsverfahren ist in Fig. 34 schematisch dargestellt. In Fig. 34 sind in den oberen vier Zeilen untereinander vier Sinusschwingungen mit den Frequenzen fi, f_ 2 , f3 bzw. f4 gegen die Zeit t aufgetragen. Aus den dargestellten Sinusschwingungen werden die akustischen ersten Reize 21 gebildet. Zur Erzeugung von pulsförmigen Sinusschwingungen sind die vier Sinusschwingungen mit Rechteckfunktionen multipliziert worden. Wie oben bereits erläutert wurde, können statt der Rechteckfunk- tionen auch glattere Funktionen, wie z.B. Sinus- Halbschwingungen, verwendet werden, um Klickgeräusche zu vermeiden. Jeder Sinusschwingungspuls wiederholt sich periodisch mit einer Frequenz fstim - Die Frequenz fstim = 1/Tstim kann im Bereich von 1 bis 30 Hz und insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen. Derartige Sequenzen von pulsförmigen Sinusschwingungen sind, wenn sie als akustische erste Reize 21 appliziert werden, geeignet, die neuronale Phase der jeweils stimulier¬ ten krankhaften Neuronen-Subpopulation 217, 218, 219 bzw. 220 zurückzusetzen. Der Phasenreset ergibt sich dabei nicht not¬ wendigerweise bereits nach einem oder wenigen Pulsen, sondern es können eine gewisse Anzahl der in Fig. 34 gezeigten Sinusschwingungspulse erforderlich sein, um die neuronale Phase der jeweiligen Subpopulation 217, 218, 219 bzw. 220 zurückzu- setzen.
Die Frequenz fstim kann beispielsweise im Bereich der mittle¬ ren Frequenz der krankhaft rhythmischen Aktivität des Ziel- Netzwerks liegen. Bei neurologischen und psychiatrischen Er- krankungen liegt die mittlere Frequenz typischerweise im Be¬ reich von 1 bis 30 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Beim Tinnitus findet sich z.B. im Frequenzbe¬ reich von 1,5 bis 4 Hz übermäßig synchrone neuronale Aktivi¬ tät. Hierbei ist zu beachten, dass die Frequenz, mit welcher die krankhaften Neuronen synchron feuern, üblicherweise nicht konstant ist, sondern durchaus Variationen aufweisen kann und darüber hinaus bei jedem Patienten individuelle Abweichungen zeigt .
Zur Ermittlung der Frequenz fstim kann beispielsweise die mittlere Peakfrequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität des Patienten bestimmt werden. Diese Peakfrequenz kann dann als Stimulationsfrequenz fstim verwendet werden oder auch va¬ riiert werden, beispielsweise in einem Bereich von fstim - 3 Hz bis fstim + 3 Hz . Alternativ kann aber auch ohne vorherige Messung eine Frequenz fstim im Bereich von 1 bis 30 Hz gewählt werden und diese beispielsweise während der Stimulation vari¬ iert werden, bis die Frequenz fstim gefunden wird, mit der sich die besten Stimulationserfolge erzielen lassen. Als wei¬ tere Alternative kann für die Stimulationsfrequenz fstim ein für die jeweilige Krankheit bekannter Literaturwert herange¬ zogen werden. Eventuell kann dieser Wert noch variiert werden, bis beispielsweise optimale Stimulationsergebnisse er¬ zielt werden. Die Dauer eines Sinusschwingungspulses, d.h. die Zeitspanne, in dem in der vorliegenden Ausgestaltung die Rechteckfunktion den Wert 1 annimmt, kann beispielsweise Tstim/2 betragen. In diesem Fall sind die Zeitspanne, während der die jeweilige Frequenz zur Stimulation beiträgt, und die nachfolgende Sti- mulationspause gleich lang. Es ist aber auch möglich andere Stimulationsdauern zu wählen, beispielsweise im Bereich von Tstim/2 - Tstim/10 bis Tgtim/2 + Tgtim/10. Die Stimulationsdauern können beispielsweise experimentell bestimmt werden. Gemäß der in Fig. 34 gezeigten Ausgestaltung erfolgt die Verabreichung der einzelnen Frequenzen fi bis f4 mit einer zeitlichen Verzögerung zwischen den einzelnen Frequenzen fi bis f4. Beispielsweise kann der Beginn zeitlich aufeinander folgender und unterschiedliche Frequenzen aufweisender Pulse um eine Zeit τ verschoben sein. Im Fall von N Frequenzen, die zur Stimulation eingesetzt werden, kann die zeitliche Verzögerung τ zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Pulsen beispielsweise im Bereich eines N-tels der Periode Tstim = l/fstim liegen. In dem in Fig. 34 gezeigten Ausführungsbeispiel (N = 4) beträgt die zeitliche Verzögerung τ dementsprechend Tstim/4. Von der Vorgabe, dass die zeitliche Verzögerung τ zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Sinusschwingungspulsen Tstim/N beträgt, kann bis zu einem gewissen Grad abgewichen werden. Beispielsweise kann von dem Wert Tstim/N für die zeitliche Verzögerung τ um bis zu ±3%, ±5%, ±10%, ±20% oder ±30% abgewichen werden. Bei derartigen Abweichung wurden noch Stimulationserfolge erzielt, d.h. es konnte noch ein desynchronisierender Effekt beobachtet werden.
Aus den periodischen Sinusschwingungspulsen mit den Frequenzen fi bis f4 wird durch Superposition der akustische erste Reiz 21 gebildet. Die einzelnen Sinusschwingungspulse können dabei beispielsweise linear oder nicht-linear miteinander kombiniert werden. Dies bedeutet, dass die Sinusschwingungen der einzelnen Frequenzen fi bis f4 nicht notwendigerweise mit den gleichen Amplituden zu dem akustischen ersten Reiz 21 kombiniert werden müssen. In der untersten Zeile von Fig. 34 ist beispielhaft das Frequenzspektrum des akustischen ersten Reizes 21 zu vier verschiedenen Zeitpunkten ti, t2, t3 und t4 dargestellt. Die dort gezeigten Frequenzspektren, insbesonde¬ re die Höhe und Form der Frequenzpeaks , sind lediglich bei¬ spielhaft zu verstehen und können auch völlig unterschiedli¬ che Formen aufweisen. Im Einzelnen lassen sich den darge- stellten Frequenzspektren die folgenden Aussagen entnehmen:
Zum Zeitpunkt ti tritt lediglich die Frequenz fi in dem akus¬ tischen ersten Reiz 21 auf. Zum Zeitpunkt t2 sind dies die Frequenzen f3 sowie f4, zum Zeitpunkt t3 die Frequenzen f2 bis f4 und zum Zeitpunkt t4 die Frequenzen f2 sowie f3.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung werden statt der Frequenzen fi bis f4 vier Frequenzgemische mit den Grenzen fjunten und fj° en (j = 1, 2, 3, 4) verwendet. In einem Frequenzge¬ misch j kann eine beliebige Anzahl von Frequenzen im Bereich von f3 unten bis f3 0ben vorliegen. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung werden anstelle der Rechteckfunktionen andere Funktionen zur Amplitudenmodulation der Sinusschwingungen eingesetzt werden, z.B. Sinushalbwellen, deren Frequenz kleiner als fi bis f4 ist. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass dreieckförmige Pulse als Modulationsfunktionen eingesetzt werden. Ein solcher Puls kann eine sprungförmigen Onset (von 0 auf 1) aufweisen und danach einen Abfall auf 0, wobei der Abfall bei¬ spielsweise durch eine lineare oder exponentielle Funktion gegeben sein kann. Durch die Modulationsfunktion wird letzt- lieh die Form der Einhüllenden der einzelnen Pulse bestimmt.
In Fig. 35 ist die bereits in Fig. 34 gezeigte Stimulation über einen längeren Zeitraum hinweg dargestellt. Die einzel¬ nen Sinusschwingungen mit den Frequenzen fi = 1000 Hz, ±2 = 800 Hz, f3 = 600 Hz und f4 = 400 Hz sind in Fig. 35 nicht ge¬ zeigt, sondern nur die jeweiligen rechteckförmigen Einhüllenden. Ferner ist in Fig. 35 ein beispielsweise von der Messeinheit 15 aufgenommenes Messsignal 26 dargestellt, das die neuronale Aktivität im auditorischen Cortex vor und während der Stimulation wiedergibt. Die Periode Tstim beträgt vorlie¬ gend 1/(3,5 Hz) = 0,29 s .
Die Stimulation wird zum Zeitpunkt tstart gestartet. Dem Mess¬ signal 26, das in dem vorliegenden Beispiel bandpassgefiltert worden ist, ist zu entnehmen, dass die Neuronen im auditorischen Cortex vor Beginn der Stimulation eine synchrone und oszillatorische Aktivität aufweisen. Kurz nach Beginn der Stimulation wird die krankhaft synchrone neuronale Aktivität im Zielgebiet bereits unterdrückt.
Von dem in den Fig. 34 und 35 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewichen werden. Beispielsweise braucht die zeitliche Ver¬ zögerung τ zwischen zwei aufeinander folgenden Sinusschwingungspulsen nicht notwendigerweise stets gleich groß zu sein. Es kann vorgesehen sein, dass die zeitlichen Abstände zwi- sehen den einzelnen Sinusschwingungspulsen unterschiedlich gewählt werden. Ferner können die Verzögerungszeiten auch während der Behandlung eines Patienten variiert werden. Auch können die Verzögerungszeiten hinsichtlich der physiologischen Signallaufzeiten adjustiert werden.
Des Weiteren können während der Applikation der akustischen ersten Reize 21 Pausen vorgesehen werden, während denen keine Stimulation erfolgt. Die Pausen können beliebig lang gewählt werden und insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches der Peri- ode Tgtim betragen. Die Pausen können nach einer beliebigen Anzahl von Stimulationen eingehalten werden. Z.B. kann eine Stimulation während N aufeinander folgender Perioden der Länge gtim durchgeführt werden und anschließend eine Stimulati¬ onspause während M Perioden der Länge Tstim eingehalten wer- den, wobei N und M kleine ganze Zahlen sind, z.B. im Bereich von 1 bis 15. Dieses Schema kann entweder periodisch fortgesetzt werden oder stochastisch und/oder deterministisch, z.B. chaotisch, modifiziert werden. In Fig. 36 ist eine derartige Stimulation gezeigt. Hier gel¬ ten N = 2 und M = 1. Ansonsten entspricht die Stimulation der in Fig. 35 gezeigten Stimulation.
Eine weitere Möglichkeit, von dem in Fig. 34 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster abzuweichen, besteht darin, die zeitlichen Abstände zwischen aufeinander folgenden Pulsen einer Frequenz fj oder eines Frequenzgemisches mit den Grenzen f3 unten Und f3 0ben (j = 1, 2, 3, 4) stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch zu va- riieren. Des Weiteren kann pro Periode Tstim (oder in anderen Zeit¬ schritten) die Reihenfolge, in welcher die beteiligten Frequenzen f oder Frequenzgemische mit den Grenzen fj unten und fj 0ben appliziert werden, variiert werden. Diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt sto- chastisch-deterministisch erfolgen .
Ferner kann pro Periode Tstim (oder in einem anderen Zeitin¬ tervall) nur eine bestimmte Anzahl der Frequenzen f oder Frequenzgemische mit den Grenzen fj unten und fj 0ben appliziert werden und die an der Stimulation beteiligten Frequenzen f oder Frequenzgemische mit den Grenzen fj unten und fj 0ben können in jedem Zeitintervall variiert werden. Auch diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt sto- chastisch-deterministisch erfolgen.
Die vorstehend beschriebenen Stimulationssignale bewirken, dass die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neu- ronenpopulation an den unterschiedlichen Stimulationsstellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zurückgesetzt wird. Dadurch wird die krankhafte Neuronenpopulation, deren Neuronen zuvor synchron und mit gleicher Frequenz und Phase aktiv waren, in mehrere Subpopulationen aufgespalten, was letztlich zu einer Desynchronisation führt.
Im Folgenden werden weitere Ausgestaltungen der "closed
Ιοορ''-Stimulation beschrieben. Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, kann das von der Messeinheit 15 aufgenommene Messsignal 26 dazu verwendet werden, ein Steuersignal 23 zu generieren, mit dem die Stimulationseinheit 11 angesteuert wird. Dabei kann das Messsignal 26 entweder direkt oder gege¬ benenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten in die akustischen ersten Reize 21 umgesetzt werden und von der Stimulationseinheit 11 appliziert werden. Der Verrechnungsmo- dus kann hierbei so gewählt werden, dass der krankhaften neu¬ ronalen Aktivität entgegengewirkt wird und die akustischen ersten Reize 21 mit abnehmender krankhafter neuronaler Akti- vität ebenfalls verschwinden oder zumindest deutlich in ihrer Stärke reduziert werden.
Bevor das Messsignal 26 in den Steuereingang der Stimulati- onseinheit 11 eingespeist wird, kann das Messsignal 26 linear oder nicht-linear verarbeitet werden. Beispielsweise kann das Messsignal 26 gefiltert und/oder verstärkt und/oder mit einer Zeitverzögerung beaufschlagt werden und/oder mit einem anderen Messsignal 26 gemischt werden. Ferner kann mit dem Mess- signal 26 oder dem verarbeiteten Messsignal 26 die Amplitude einer Sinusschwingung mit einer Frequenz im hörbaren Bereich moduliert werden und die amplitudenmodulierte Sinusschwingung kann danach mittels des Schallgenerators als akustischer ers¬ ter Reiz 21 oder als Teil davon appliziert werden.
Zur Amplitudenmodulation einer Sinusschwingung oder einer anderen oszillierenden Schwingung muss nicht notwendigerweise das komplette Messsignal 26 herangezogen werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass dazu nur ein Teil des Messsignals 26 oder des verarbeiteten Messsignals 26 verwendet wird, bei¬ spielsweise der Teil, der oberhalb oder unterhalb eines be¬ stimmten Schwellwerts liegt. Eine derartige Amplitudenmodula¬ tion ist in Fig. 37 beispielhaft dargestellt. In dem obersten Graph von Fig. 37 ist das bandpassgefilterte Messsignal 26 gegen die Zeit t aufgetragen, ferner ist der StartZeitpunkt tstart der Stimulation angegeben. In dem mittleren Graph ist das aus dem Messsignal 26 gewonnene Modulationssignal 250 dargestellt. Zur Generierung des Modulationssignals 250 ist das Messsignal 26 nicht-linear verarbeitet worden und alle negativen Werte des Messsignals 26 bzw. des verarbeiteten
Messsignals 26 sind auf Null gesetzt worden. Ferner ist das Modulationssignal 250 gegenüber dem Messsignal 26 zeitverzö¬ gert worden. Anschließend ist das so gewonnene Halbwellensig- nal 250 mit einer Sinusschwingungen der Frequenz fi = 1000 Hz multipliziert worden. Das Modulationssignal 250 stellt die Einhüllende der Sinusschwingung dar, wie im untersten Graph von Fig. 37 für einen kleinen Zeitausschnitt gezeigt ist. Die so gewonnene amplitudenmodulierte Sinusschwingung ist an¬ schließend in die Stimulationseinheit 11 rückgekoppelt wor¬ den, um von dem Schallgenerator in die akustischen ersten Reize 21 umgesetzt zu werden.
Anstelle einer Sinusschwingung mit einer einzigen Frequenz kann das Modulationssignal 250 auch mit einem beliebigen Ge¬ misch von Sinusschwingungen (oder anderen Schwingungen) im hörbaren Frequenzbereich multipliziert werden, je nachdem, an welchen Stellen des auditorischen Cortex die Desynchronisati- on erfolgen soll.
Am Verlauf des in Fig. 37 dargestellten Messsignals 26 lässt sich ablesen, dass die akustische nicht-lineare zeitverzöger- te Halbwellenstimulation zu einer robusten Unterdrückung der krankhaft synchronen neuronalen Aktivität führt. Der Wirkme¬ chanismus dieser Stimulation unterscheidet sich jedoch von der Wirkungsweise des z.B. in Fig. 34 gezeigten Stimulations¬ verfahrens. Bei der in Fig. 37 dargestellten Stimulation wird nicht die Phase der neuronalen Aktivität in den jeweiligen stimulierten Subpopulationen zurückgesetzt, sondern die Synchronisation in der krankhaft aktiven Neuronenpopulation wird unterdrückt, indem der Sättigungsprozess der Synchronisation beeinflusst wird.
Im Folgenden wird anhand eines Beispiels erläutert, wie ein von der Messeinheit 15 gewonnenes Messsignal 26 einer nicht¬ linearen Prozessierung unterworfen werden kann, bevor es als Ansteuerungssignal der Stimulationseinheit 11 verwendet wird.
Ausgangspunkt ist eine Gleichung für das Ansteuerungssignal S (t) : s(t) = K · z2(t) · z*(t - τ) (1)
In Gleichung (1) sind K ein Verstärkungsfaktor, der geeignet gewählt werden kann, und z(t) eine mittlere Zustandsvariable des Messsignals 26 . Z(t) ist eine komplexe Variable und kann folgendermaßen dargestellt werden:
Z(t) = x(t) + iY(t), ( 2 ) wobei X(t) z.B. dem neurologischen Messsignal 26 entsprechen kann. Da die betrachteten Frequenzen im Bereich von 10 Hz = 1 / 100ms = 1/Ta liegen, kann der Imaginärteil Y(t) durch X(t - τα) angenähert werden, wobei beispielsweise τα = Τα/4 gilt. Damit ergibt sich: s(t) = K · [x(t) + ix(t - τα )]2 · [x(t - τ) - ix(t - τ - τα )]
( 3 ) Gleichung ( 3 ) kann folgendermaßen umgeformt werden: s(t) = K . f(t)r • x(t - τ) + i2x(t) · x(t - τα ) · x(t - τ) - x(t - τα ) · x(t - τ)
- ix(t - τ - xj ■ x(t)2 + 2x(t)■ x(t - τα ) ■ x(t - τ - τα ) + ix(t - τ - τα ) ■ x(t - τα )]
( 4 )
Als Ansteuerungssignal für die Stimulationseinheit 11 wird der Realteil aus Gleichung ( 4 ) verwendet: real[s(t)] = κ · [x(t)2 · x(t - τ) - x(t - τα) · x(t - τ)
+ 2X(t) · x(t - τα) · x(t - τ - τα)] ( 5 )
Mit dem rückgekoppelten und eventuell weiterverarbeiteten Messsignal 26 kann der auditorische Cortex ferner gezielt an verschiedenen Stellen stimuliert werden. Im Falle von den o- ben beschriebenen vier verschiedenen Frequenzen fi bis f4 wird das eventuell weiterverarbeitete Messsignal 26 mit einer entsprechenden Zeitverzögerung beaufschlagt und mit den Frequenzen fi bis f4 multipliziert. Sofern die Stimulation weni- ger fokal sein soll, sondern ausgedehnter erfolgen soll, werden statt der reinen Sinusschwingungen der Frequenzen fi bis f4 vier verschiedene Frequenzgemische mit den Grenzen f un en und f3 0ben (j = 1, 2, 3, 4) verwendet.
In Fig. 38 ist eine derartige Stimulation beispielhaft darge- stellt. Aus dem bandpassgefilterten Messsignal 26 sind hier durch lineare Verarbeitungsschritte die Modulationssignale 251, 252, 253 und 254 gewonnen worden, mit denen Amplitudenmodulationen der Frequenzen f i bis f4 durchgeführt worden sind. Durch Superposition der modulierten Sinusschwingungen ist das Steuersignal 23 erzeugt worden, welches von dem
Schallgenerator 11 in die akustischen ersten Reize 21 umgesetzt worden ist.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 39A und 39B beispielhaft erläutert, wie aus dem Messsignal 26 die Modulationssignale 251 bis 254 gewonnen werden können. Dazu wird zunächst eine Verzögerungszeit τ festgelegt, die in dem vorliegenden Beispiel zu τ = Tstim/2 gesetzt worden ist (andere Werte wie z.B. τ = T gtim oder τ = 3Ts tim/2 sind ebenfalls möglich) . Die Fre- quenz fs tim = 1/Ts tim kann beispielsweise im Bereich der mittleren Frequenz des Messsignals 26 liegen, z.B. im Bereich von 1 bis 30 Hz, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Hz. Anhand der Verzögerungszeit τ können für jedes der Modulationssignale 251 bis 254 bestimmte Verzögerungszeiten Xi , τ2 , X3 und X4 errechnet werden, beispielsweise anhand folgender Gleichung:
X . = τ · 11 ~ 2 · (j ~ 1) mit j = i, 2, 3, 4 (6)
3 8
Die Modulationssignale 251 bis 254 können beispielsweise aus dem Messsignal 26 gewonnen werden, indem das Messsignal 26 jeweils um die Verzögerungszeiten Xi , τ2 , X3 bzw. x4 verzögert wird :
Sj(t) = K · z(t — xj (7)
In Gleichung (7) stehen S i (t) , S 2 (t) , S 3 (t) und S 4 (t) für die Modulationssignale 251 bis 254 und Z (t) für das Messsignal 26. K ist ein Verstärkungsfaktor, der geeignet gewählt werden kann. Ferner können alle negativen Werte (oder alle Werte o- ber- oder unterhalb eines bestimmten Schwellwerts) der Modu¬ lationssignale Si (t) bis S4 (t) auf Null gesetzt werden.
Gemäß einer in den Fig. 39A und 39B dargestellten Ausgestaltung werden die Modulationssignale Si (t) bis S4 (t) nur aus den Verzögerungszeiten Xi und X2 errechnet, wobei die Modula¬ tionssignale Si (t) und S2 (t) bzw. S3 (t) und S4 (t) jeweils un- terschiedliche Polaritäten aufweisen:
S^t) = K · z(t - x (8)
S2(t) = -K · Z(t - x (9)
S3(t) = K · Z(t - X2) (10)
S4(t) = -K · z(t - X2) (11) Zur klareren Darstellung sind in den Fig. 39A und 39B die Modulationssignale Si (t) und S3 (t) um den Wert 0,5 nach oben und die Modulationssignale S2 (t) und S4 (t) um den Wert 0,5 nach unten verschoben worden. Wie in Fig. 39B gezeigt ist, können alle negativen Werte Co¬ der alle Werte ober- oder unterhalb eines bestimmten Schwell¬ werts) der Modulationssignale Si (t) bis S4 (t) auf Null ge¬ setzt werden. Die Generierung der in Fig. 38 gezeigten Modulationssignale 251 bis 254 entspricht der in den Fig. 39A und 39B gezeigten Generierung der Modulationssignale Si (t) bis S4 (t) .
Stimulationseinheiten zur Erzeugung taktiler, vibratorischer und/oder thermischer erster Reize:
Im Folgenden werden Ausgestaltungen der Stimulationseinheit 11 zur Erzeugung taktiler, vibratorischer und/oder thermi- scher erster Reize 21 beschrieben. Derartige Stimulationseinheiten lassen sich auch der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 000 390.5 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung eines Patienten mit Vibrations-, Tast- und/oder Thermoreizen" entnehmen, die am 11. Februar 2010 beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegt worden ist. Der gesam¬ te Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 000 390.5 wird hiermit in die Offenbarung der vorliegen¬ den Anmeldung aufgenommen.
Fig. 40 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Stimulationseinheit 11, die eine Mehrzahl von Stimulationselementen beinhaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Stimulationseinheit 11 vier Stimulationselemente 311, 312, 313, 314 auf, die von der Steuereinheit 10 angesteuert wer¬ den. Die in Fig. 40 gezeigte Ausgestaltung ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann die Stimulationseinheit 11 eine beliebige Anzahl N (N = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12,...) von Stimulationsele- menten enthalten.
Die Stimulationselemente 311 bis 314 sind derart ausgestal¬ tet, dass sie auf die Haut des Patienten aufgesetzt werden können. Je nach Erkrankung bzw. betroffenen Körperpartien werden die Stimulationselemente 311 bis 314 in einer geeigne¬ ten Anordnung auf der Haut des Patienten befestigt, bei¬ spielsweise am Arm, am Bein, an der Hand und/oder am Fuß des Patienten. Taktile, vibratorische und thermische erste Reize 21 können je nach Krankheitsbild entweder einzeln oder in Kombination auf der Haut verabreicht werden.
Die Mehrzahl von Stimulationselementen 311 bis 314 ermöglicht es, unterschiedliche rezeptive Bereiche der Haut über die einzelnen Stimulationselemente 311 bis 314 zeitlich und räum- lieh koordiniert zu stimulieren. Die Stimulationselemente 311 bis 314 können so auf der Haut des Patienten angeordnet sein, dass die auf das Hautgewebe applizierten Reize über Nerven- leitungen an unterschiedliche Zielgebiete, die z.B. im Rü¬ ckenmark und/oder im Gehirn liegen, weitergeleitet werden. Folglich können verschiedene Zielgebiete im Rückenmark und/oder Hirn während desselben Stimulationszeitraums mit e- ventuell unterschiedlichen und/oder zeitversetzten Reizen stimuliert werden.
Ein Stimulationsverfahren, das mit der in Fig. 40 gezeigten Stimulationseinheit 11 durchgeführt werden kann, ist in Fig. 41 schematisch dargestellt. In Fig. 41 sind untereinander die über die Stimulationselemente 311 bis 314 applizierten ersten Reize 21 gegen die Zeit t aufgetragen.
Bei dem in Fig. 41 dargestellten Verfahren appliziert jedes der Stimulationselemente 311 bis 314 den ersten Reiz 21 peri¬ odisch an den jeweiligen rezeptiven Bereich der Haut, auf dem das Stimulationselement 311 bis 314 angebracht ist. Die Fre¬ quenz fstim = 1/Tstim (Tstim = Periodendauer) , mit welcher die von jedem der Stimulationselemente 311 bis 314 erzeugten ers- ten Reize 21 wiederholt werden, kann im Bereich von 1 bis 60 Hz und insbesondere im Bereich von 30 bis 60 Hz oder im Be¬ reich von 1 bis 30 Hz oder im Bereich 1 bis 20 Hz oder im Bereich von 5 bis 20 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen. Die Dauer Dstim eines einzelnen ersten Reizes 21 kann insbesondere von der Art des Reizes abhängen. Die in Fig. 41 gezeigte Ordinate hängt ebenfalls von der Art der ersten Reize 21 ab. Bei einem Vibrations- oder Tastreiz kann beispielsweise die Auslenkung 1 eines Stimulationsele¬ ments gegen die Zeit t aufgetragen werden, bei einem Thermo- reiz kann eine Temperatur T dargestellt werden. Die über die verschiedenen Stimulationselemente 311 bis 314 applizierten ersten Reize 21 können identisch oder aber verschieden sein.
Verschiedene Ausgestaltungen einzelner vibratorischer erster Reize 21 sind in Fig. 42A, 42B, 42C und 42D dargestellt. Dort ist die Auslenkung 1 eines Stimulationselements gegen die Zeit t aufgetragen. In Fig. 42A wird das Stimulationselement zur Zeit ti aus seiner Ruheposition ausgelenkt und in die Haut des Patienten eingedrückt. Die Lage der Hautoberfläche ist durch eine gestrichelte Linie 321 dargestellt. Nachdem das Stimulationselement in Kontakt mit der Haut getreten ist, wird ein periodischer Vibrationsreiz mit einer Frequenz fVib = l/TVib im Bereich von 30 bis 300 Hz appliziert (TVib = Periodendauer des Vibrationsreizes) . Bei einer Frequenz fVib von 300 Hz kann das Stimulationselement eine Kraft von etwa 2 N ausüben. Die Dauer Dstim des Vibrationsreizes 21 kann im Be- reich von 10 bis 500 ms liegen. Insbesondere liegt die Stimu¬ lationsdauer Dstim im Bereich von
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wobei N die Anzahl der Stimulationselemente ist. Z.B. ergibt sich für Tgtim = 1 Hz und N = 4 ein Bereich von 10 bis 250 ms für die Stimulationsdauer Dstim- Es können aber auch zeitlich überlappende Stimuli verwendet werden. Zur Zeit t2 wird das Stimulationselement wieder in seine Ru¬ heposition verbracht, wo es keinen Kontakt zur Haut hat. Wie in Fig. 42A gezeigt kann der vibratorische erste Reiz 21 ein rechteckförmiger oder sinusförmiger Reiz sein, er kann aber auch andere Formen haben. Die in Fig. 42A gezeigte Auslenkung Ii zur Eindrückung des Stimulationselements in die Haut kann im Bereich von 0,5 bis 3 mm liegen. Die Auslenkung 12 des Stimulationselements während der Vibration kann zwischen 0,1 und 0,5 mm betragen. In Fig. 42B ist eine Variation des in Fig. 42A gezeigten vibratorischen ersten Reizes 21 dargestellt. Bei der in Fig. 42B gezeigten Ausgestaltung steht das Stimulationselement stets in Kontakt mit der Haut des Patienten. Während des Sti¬ mulationszeitraums Dgtim wird ein wie oben beschriebener vibratorischer erster Reiz 21 appliziert. Eine weitere Variation des vibratorischen ersten Reizes 21 ist in Fig. 42C dargestellt. Im Unterschied zum vibratori¬ schen ersten Reiz 21 aus Fig. 42A wird das Stimulationsele¬ ment bereits während des Stimulationszeitraums Dstim wieder zurückgefahren, so dass die Vibrationen mit zunehmender Zeitdauer weniger in die Haut eindrücken und sich das Stimulationselement schließlich vollständig von der Haut löst. Bei¬ spielsweise kann das Zurückfahren des Stimulationselements entlang einer linearen oder nicht-linearen, z.B. exponentiel- len, Kurve 322 erfolgen, welcher die Vibrationen fVib des Stimulationselements überlagert sind. In dem in Fig. 42C gezeig¬ ten Beispiel reicht die abfallende Flanke eines jeden Pulses bis auf die Kurve 322 herunter. Der sich daran anschließende Puls hat eine fest vorgegebene Höhe 12, d.h. die ansteigende Flanke eines jeden Pulses hat die Höhe 12.
Eine Variation des vibratorischen ersten Reizes 21 aus Fig. 42C ist in Fig. 42D gezeigt. Dort geht die Kurve 322 nicht bis auf die Nulllinie (1 = 0) zurück, sondern hat einen fest vorgegebenen Offset ÄL von der Nulllinie.
Eine Ausführungsform eines taktilen ersten Reizes 21 ist in Fig. 43 gezeigt. Das Stimulationselement wird zur Zeit ti in die Haut des Patienten eingedrückt, verweilt dort für die Stimulationsdauer Dstim und wird zur Zeit t2 wieder zurückge¬ fahren. Die Stimulationsdauer Dstim liegt bei einem taktilen ersten Reiz 21 im Bereich von 10 bis 500 ms. Insbesondere liegt die Stimulationsdauer Dstim in dem oben in (12) angege¬ benen Bereich, es können aber auch zeitlich überlappende Sti- muli verwendet werden.
Verschiedene Ausführungsformen einzelner thermischer erster Reize 21 sind in Fig. 44A, 44B und 44C dargestellt. Bei den in Fig. 44A und 44B gezeigten Ausgestaltungen wird ein Stimu- lationselement auf eine Temperatur Ttemp erhitzt oder gekühlt. Wie in Fig. 44B gezeigt ist, kann die Temperatur Ttemp erst kurz vor der Applikation des thermischen ersten Reizes 21 er- zeugt werden. In diesem Fall hat das Stimulationselement wäh¬ rend der Stimulationspausen eine Temperatur To, welche z.B. der Raumtemperatur entspricht. Alternativ kann das Stimulationselement auf einer konstanten Temperatur Ttemp gehalten wer- den .
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 44A wird das erhitzte oder gekühlte Stimulationselement zur Zeit ti auf die Haut des Pa¬ tienten gebracht und verbleibt dort für die gesamte Stimula- tionsdauer Dstim- Im Unterschied dazu wird bei der Ausgestal¬ tung nach Fig. 44B das Stimulationselement während der Stimu¬ lationsdauer Dstim periodisch mit einer Frequenz fthermo zur Haut verbracht und wieder entfernt. Die Frequenz fthermo = 1/Tthermo kann im Bereich von 1 bis 10 Hz liegen (Tthermo = Peri- odendauer des Thermoreizes) .
Der in Fig. 44C gezeigte thermische erste Reiz 21 entspricht im Wesentlichen dem Thermoreiz 21 aus Fig. 44B. Der Unterschied ist, dass der Thermoreiz 21 aus Fig. 44C berührungslos erzeugt wird. Hier wird die Stimulationstemperatur Ttemp durch elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Infrarotlicht , erzeugt. Ferner wird die elektromagnetische Strahlung perio¬ disch mit der Frequenz fthermo = l/Tthermo variiert (z.B. durch An- und Ausschalten eines Infrarotstrahlers) .
Bei thermischen ersten Reizen 21 liegt die Stimulationsdauer Dgtim im Bereich von 10 bis 500 ms. Insbesondere liegt die Stimulationsdauer Dstim in dem oben in (12) angegebenen Be¬ reich, es können aber auch zeitlich überlappende Stimuli ver- wendet werden. Die Temperatur Ttemp kann von 22 bis 42 °C betragen. Die Temperatur To ist in der Regel die Körpertempe¬ ratur des Patienten. Die Frequenz fthermo kann zwischen 1 und 10 Hz liegen, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs lie¬ gen .
Es ist auch denkbar, dass ein einzelner erster Reiz 21 mehrere Reizarten umfasst. Beispielsweise kann der in Fig. 42A ge- zeigte vibratorische erste Reiz 21 gleichzeitig ein Thermo- reiz sein, sofern das den Reiz ausübende Stimulationselement entsprechend erwärmt oder gekühlt ist. Ferner ist der vibra¬ torische erste Reiz 21 aus Fig. 42A gleichzeitig ein Tastreiz (durch das Auftreffen des Stimulationselement auf die Haut werden Tastrezeptoren aktiviert) .
Die von den Stimulationseinheiten 311 bis 314 applizierten ersten Reize 21 werden von in oder unter der Haut gelegenen Rezeptoren aufgenommen und an das Nervensystem weitergeleitet. Zu diesen Rezeptoren zählen beispielsweise Merkel- Zellen, Ruffini-Körperchen, Meissner-Körperchen und Haarfol- likelrezeptoren, die insbesondere als Rezeptoren für die tak- tilen ersten Reize 21 wirken. Die vibratorischen ersten Reize 21 zielen vorwiegend auf die Tiefensensibilität ab. Die vibratorischen ersten Reize 21 können von in der Haut, den Muskeln, dem Subkutangewebe und/oder den Sehnen des Patienten gelegenen Rezeptoren aufgenommen werden. Als Rezeptoren für die vibratorischen ersten Reize 21 seien beispielhaft die Va- ter-Pacini-Körperchen genannt, die Vibrationsempfindungen und Beschleunigungen vermitteln. Die thermischen ersten Reize 21 werden von den Thermorezeptoren der Haut aufgenommen. Dies sind Warmrezeptoren (auch Wärmerezeptoren, Warmsensoren oder Wärmesensoren genannt) und Kaltsensoren (auch Kältesensoren, Kaltrezeptoren oder Kälterezeptoren genannt) . In der Haut des Menschen liegen die Kaltsensoren mehr oberflächlich, die Warmrezeptoren etwas tiefer.
Die von den Stimulationselementen 311 bis 314 generierten ersten Reize 21 sind derart ausgestaltet, dass sie, wenn sie von den entsprechenden Rezeptoren aufgenommen werden und über die Nervenleitungen zu einer Neuronenpopulation im Gehirn o- der Rückenmark mit einer krankhaft synchronen und oszillatorischen Aktivität geleitet werden, in der Neuronenpopulation ein Zurücksetzen der Phase der neuronalen Aktivität der stimulierten Neuronen bewirken. Durch das Zurücksetzen wird die Phase der stimulierten Neuronen unabhängig von dem aktuellen Phasenwert auf einen bestimmten Phasenwert, z.B. 0°, gesetzt. Somit wird die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronenpopulation mittels einer gezielten Stimulation kontrolliert .
Ferner ist es aufgrund der Mehrzahl von Stimulationselementen möglich, die krankhafte Neuronenpopulation an unterschiedlichen Stellen zu stimulieren. Die an unterschiedlichen Stellen der Haut applizierten ersten Reize 21 werden nämlich an un- terschiedliche Stellen im Gehirn oder Rückenmark weitergeleitet. Dies ermöglicht es, die Phase der neuronalen Aktivität der krankhaften Neuronenpopulation an den unterschiedlichen Stimulationsstellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zurückzusetzen. Im Ergebnis wird dadurch die krankhafte Neuronenpo- pulation, deren Neuronen zuvor synchron und mit gleicher Frequenz und Phase aktiv waren, in mehrere Subpopulationen aufgespalten. Innerhalb einer Subpopulation sind die Neuronen weiterhin synchron und feuern auch weiterhin mit derselben pathologischen Frequenz, aber jede der Subpopulationen weist bezüglich ihrer neuronalen Aktivität die Phase auf, die ihr durch den Stimulationsreiz aufgezwungen wurde.
Bedingt durch die krankhafte Interaktion zwischen den Neuronen ist der durch die Stimulation erzeugte Zustand mit min- destens zwei Subpopulationen instabil, und die gesamte Neuro¬ nenpopulation nähert sich schnell einem Zustand kompletter Desynchronisation, in welchem die Neuronen unkorreliert feuern. Der gewünschte Zustand, d.h. die komplette Desynchroni¬ sation, ist somit nach der Applikation der ersten Reize 21 nicht sofort vorhanden, sondern stellt sich meist innerhalb weniger Perioden oder gar in weniger als einer Periode der pathologischen Aktivität ein.
Schematisch ist die Stimulation mehrerer Subpopulationen ei- ner krankhaft aktiven Neuronenpopulation 330 mit Hilfe der
Stimulationseinheit 11 in Fig. 45 dargestellt. Über die Sti¬ mulationselemente 311 bis 314 der Stimulationseinheit 11 wer- den an unterschiedlichen Stellen der Haut 315 die jeweiligen Rezeptoren mit taktilen und/oder vibratorischen und/oder thermischen ersten Reizen 21 stimuliert. Die von den Stimulationselementen 311, 312, 313 und 314 applizierten ersten Rei- ze 21 werden an unterschiedliche Subpopulationen 331, 332,
333 bzw. 334 der Neuronenpopulation 330 weitergeleitet (Reize von Stimulationselement 311 zu Subpopulation 331, Reize von Stimulationselement 312 zu Subpopulation 332, Reize von Sti¬ mulationselement 313 zu Subpopulation 333 und Reize von Sti- mulationselement 314 zu Subpopulation 334) und resetten die Phasen dieser Subpopulationen zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten, wodurch eine Desynchronisation der gesamten Neuronenpopulation 330 erzielt wird. Die gezielte Stimulation bestimmter Bereiche des Gehirns oder Rückenmarks wird durch die somatotope Zuordnung von Körperre¬ gionen zu diesen Bereichen ermöglicht. Beispielsweise können die Stimulationselemente 311 bis 314 am Fuß, Unterschenkel und Oberschenkel oder aber an der Hand, dem Unteram und Obe- ram des Patienten angebracht werden. Aufgrund der somatotopi- schen Gliederung der Nervenleitungsbahnen werden durch die an den jeweiligen Stellen applizierten Reize unterschiedliche Neuronen stimuliert. Die somatotope Zuordnung von Hautstellen zu Bereichen des Gehirns ist beispielsweise in A. Benninghoff et al . : "Lehrbuch der Anatomie des Menschen. Dargestellt un¬ ter Bevorzugung funktioneller Zusammenhänge. 3. Bd. Nervensystem, Haut und Sinnesorgane", Urban und Schwarzenberg, München 1964, beschrieben. Um durch zeitversetztes Zurücksetzen der Phasen der Subpopulationen 331 bis 334 der krankhaft synchronen Neuronenpopula¬ tion 330 eine Desynchronisation der gesamten Neuronenpopulation 330 zu erzielen, kann auf verschiedene Art und Weise vorgegangen werden. Beispielsweise können die ersten Reize 21, die ein Zurücksetzen der Phase von Neuronen bewirken, zeitversetzt über die unterschiedlichen Stimulationselemente 311 bis 314 an die jeweiligen rezeptiven Felder der Haut ab- gegeben werden. Des Weiteren können die Reize z.B. phasenversetzt oder mit unterschiedlicher Polarität appliziert werden, so dass sie im Ergebnis auch zu einem zeitversetzten Zurücksetzen der Phasen der unterschiedlichen Subpopulationen 331 bis 334 führen.
Ein für die oben beschriebenen Zwecke geeignetes Stimulati¬ onsverfahren ist in Fig. 46 schematisch dargestellt. In Fig. 46 sind untereinander die über die Stimulationselemente 311 bis 314 applizierten ersten Reize 21 gegen die Zeit t aufgetragen. Als erste Reize 21 können beispielsweise die in den Fig. 42A bis 44C dargestellten Vibrations-, Tast- und Thermo- reize verwendet werden. Das in Fig. 46 gezeigte Diagramm ist in sich periodisch wiederholende erste Zeitabschnitte der Länge Tstim unterteilt. Die Frequenz fstim = 1/Tstim, mit welcher die ersten Zeitabschnitte der Länge Tstim wiederholt werden, kann im Bereich von 1 bis 60 Hz und insbesondere im Bereich von 30 bis 60 Hz oder im Bereich von 1 bis 30 Hz oder im Bereich 1 bis 20 Hz oder im Bereich von 5 bis 20 Hz liegen, kann aber auch kleinere oder größere Werte annehmen.
Die ersten Zeitabschnitte der Länge Tstim sind ferner in zwei¬ te Zeitabschnitte der Länge Tstim/4 unterteilt. Bei einer Sti¬ mulation über N Stimulationseinheiten könnten die ersten Zeitabschnitte in N zweite Zeitabschnitte der Länge Tstim/N unterteilt sein.
Gemäß einer Ausgestaltung generiert jedes der Stimulations¬ elemente 311 bis 314 innerhalb eines ersten Zeitabschnitts nicht mehr als einen ersten Reiz 21. In aufeinander folgenden zweiten Zeitabschnitten können erste Reize 21 von unterschiedlichen Stimulationselementen 311 bis 314 generiert werden . Bei der in Fig. 46 dargestellten Ausgestaltung appliziert jedes der Stimulationselemente 311 bis 314 einen ersten Reiz 21 streng periodisch mit der Frequenz fstim - Die Verabreichung der ersten Reize 21 über unterschiedliche Stimulationselemente 311 bis 314 erfolgt mit einer zeitlichen Verzögerung zwischen den einzelnen Stimulationselementen 311 bis 314 um
Tstim/4 ·
Im Fall von N Stimulationselementen kann die zeitliche Verzögerung zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden ersten Reizen 21 beispielsweise im Bereich eines N-tels der Periode 1/fstim liegen, d.h. 1/ (N x fstim) = Tstim/N, d.h. insbesondere vergeht zwischen den StartZeitpunkten von zwei aufeinander folgenden ersten Reizen 21 die Zeit Tstim/N.
Die Frequenz fstim kann beispielsweise im Bereich der mittle¬ ren Frequenz der krankhaft rhythmischen Aktivität des Ziel- Netzwerks liegen. Bei Erkrankungen, bei denen eine gesteigerte neuronale Synchronisation vorliegt, liegt die mittlere Frequenz typischerweise im Bereich von 1 bis 30 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Hierbei ist zu beach¬ ten, dass die Frequenz, mit welcher die betroffenen Neuronen synchron feuern, üblicherweise nicht konstant ist, sondern durchaus Variationen aufweisen kann und darüber hinaus bei jedem Patienten individuelle Abweichungen zeigt.
Von dem in Fig. 46 gezeigten streng periodischen Stimulati- onsmuster kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewichen werden. Beispielsweise braucht die zeitliche Verzögerung Tstim zwischen aufeinander folgenden und von derselbem Stimulationselement erzeugten ersten Reizen 21 nicht stets gleich groß sein, sondern kann im Bereich von ± 10% oder ± 5% oder ± 3% um Tstim herum variieren. Ferner kann auch der Zeitabstand zwischen zwei aufeinander folgenden und von verschiedenen Stimulationselementen erzeugten ersten Reizen 21 im Bereich von + 10% oder + 5% oder + 3-6 Um gtim /N herum variieren. Es kann durchaus vorgesehen sein, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen ersten Reizen 21 unterschiedlich gewählt werden. Ferner können die Verzögerungszeiten auch während der Behandlung eines Patienten variiert werden. Auch können die Verzögerungszeiten hinsichtlich der physiologischen Signallaufzeiten adjustiert werden.
Des Weiteren können während der Applikation der ersten Reize 21 Pausen vorgesehen werden, während derer keine Stimulation erfolgt. Eine solche Pause ist beispielhaft in Fig. 47 ge¬ zeigt. Die Pausen können beliebig lang gewählt werden und insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches der Periode Tstim betragen. Ferner können die Pausen nach einer beliebigen An- zahl von Stimulationen eingehalten werden. Z.B. kann eine
Stimulation während N aufeinander folgender Perioden der Länge Tstim durchgeführt werden und anschließend eine Pause wäh¬ rend M Perioden der Länge Tstim ohne Stimulation eingehalten werden, wobei N und M kleine ganze Zahlen sind, z.B. im Be- reich von 1 bis 10. Dieses Schema kann entweder periodisch fortgesetzt werden oder stochastisch und/oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch modifiziert werden .
Eine weitere Möglichkeit, von dem in Fig. 46 gezeigten streng periodischen Stimulationsmuster abzuweichen, besteht darin, die zeitliche Abfolge der einzelnen ersten Reize 21 sto¬ chastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch- deterministisch zu variieren.
Des Weiteren kann pro Periode Tstim (oder auch in anderen Zeitschritten) die Reihenfolge, in welcher die Stimulations¬ elemente 311 bis 314 die ersten Reize 21 applizieren, variiert werden, wie dies beispielhaft in Fig. 48 gezeigt ist. Diese Randomisierung kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt stochastisch-deterministisch erfolgen.
Die in Fig. 48 gezeigte Randomisierung kann mit der in Fig. 47 gezeigten Stimulationsform kombiniert werden. Beispiels- weise kann in jedem der N aufeinander folgenden Stimulationszeitabschnitte der Länge Tstim eine erneute Randomisierung durchgeführt werden oder aber es erfolgt nach jeder Pause der Länge M x Tstim eine Randomisierung und innerhalb der darauf folgenden N Stimulationszeitabschnitte bleibt die Reihenfol¬ ge, in welcher die Stimulationselemente 311 bis 314 die ers¬ ten Reize 21 applizieren, konstant.
Ferner kann pro Periode Tstim (oder in einem anderen Zeitin¬ tervall) nur eine bestimmte Anzahl von Stimulationselementen 311 bis 314 zur Stimulation herangezogen werden und die an der Stimulation beteiligten Stimulationselemente können in jedem Zeitintervall variiert werden. Auch diese Variation kann stochastisch oder deterministisch oder gemischt sto- chastisch-deterministisch erfolgen .
Die Stimulationseinheit 11 kann beispielsweise in einem "open loop"-Modus betrieben werden, bei welchem die Steuereinheit 10 die Stimulationselemente 311 bis 314 derart ansteuert, dass diese vorgegebene erste Reize 21 erzeugen, die an das Hautgewebe abgegeben werden. Des Weiteren kann die Stimulationseinheit 11 zusammen mit der Steuereinheit 10 und der Mess- einheit 15 auch zu einem in Fig. 49 schematisch dargestellten "closed Ιοορ''-System weitergebildet werden.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Steuereinheit 10 mit der Messeinheit 15 sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar.
Beispielsweise können von der Steuereinheit 10 anhand der Ausprägung der krankhaften Merkmale Parameter der ersten Reize 21, z.B. eine bestimmte Frequenz fVib oder Eindrücktiefe 12 im Fall von Vibrationsreizen, eingestellt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die von der Messeinheit 15 aufgenommenen Messsignale 26 direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten in tak- tile, vibratorische und/oder thermische erste Reize 21 umge- setzt werden und von der Stimulationseinheit 11 appliziert werden. Beispielsweise können die Messsignale verstärkt und gegebenenfalls nach mathematischer Verrechnung (z.B. nach Mi- schung der Messsignale) mit einer Zeitverzögerung und linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten als Steuersignale 23 in den Steuereingang der Stimulationseinheit 11 eingespeist werden. Der Verrechnungsmodus wird hierbei so ge- wählt, dass der krankhaften neuronalen Aktivität entgegenge¬ wirkt wird und die taktilen, vibratorischen und/oder thermischen ersten Reize 21 mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwinden oder zumindest deutlich in ihrer Stärke reduziert werden.
Fig. 50A bis 50C zeigen schematisch verschiedene Möglichkei¬ ten zur Realisierung eines Stimulationselements zur Erzeugung von taktilen und/oder vibratorischen ersten Reizen 21, wie sie in den Fig. 42A bis 43 gezeigt sind. Beispielsweise kann das Stimulationselement als Stab 340 (oder ein anderer Kör¬ per) ausgestaltet sein, mit dessen einem Ende die Haut 315 des Patienten stimuliert wird. Angetrieben wird das Stimula¬ tionselement 340 von einem elektromechanischen Wandler 341 (oder Aktor oder Aktuator) , der elektrische Energie in eine Bewegung des Stimulationselements 340 umsetzt. Als elektrome- chanische Wandler 341 eignen sich beispielsweise Gleichstrommotoren, Schwingspulen (engl.: voice coil) , piezoelektrische Wandler oder aus elektroaktiven Polymeren (EAP) aufgebaute Wandler, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern.
Die elektromechanischen Wandler 341 können so ausgelegt sein, dass das Stimulationselement 340 senkrecht zur Hautoberfläche ausgelenkt wird (vgl. Fig. 50A) oder parallel dazu (vgl. Fig. 50B) . Die Bewegung des Stimulationselements 340 kann aber auch auf beliebigen anderen Bahnen erfolgen. Als Beispiel dafür ist in Fig. 50C eine pendeiförmige Auslenkung des Stimu¬ lationselements 340 dargestellt. Das Ende des Stimulationselements 340, das in Berührung mit der Hautoberfläche kommt und letztlich die Reize erzeugt, kann beispielsweise im Wesentlichen die Form einer Halbkugel aufweisen (vgl. Fig. 51A) oder eine noppenartige Oberfläche haben (vgl. Fig. 51B) oder eine andere geeignete Form haben.
In den Fig. 52A bis 52C ist eine Ausgestaltung eines Stimula- tionselements zur Applikation von taktilen und/oder vibrato- rischen ersten Reizen 21 in Durchsicht (vgl. Fig. 52A) ,
Draufsicht von unten (vgl. Fig. 52B) und im Querschnitt (vgl. Fig. 52C) dargestellt. Das vorliegende Stimulationselement enthält einen Piezoaktuator 341 als elektromechanischen Wand- 1er. Da die Auslenkung des Piezoaktuators 341 für die beab¬ sichtigten Zwecke nicht ausreichend ist, kann ein Mechanismus zur Verstärkung der Auslenkung des Piezoaktuators 341 vorgesehen sein. Beispielhaft ist hier ein Hebelarm 342 gezeigt, der die Bewegung des Piezoaktuators 341 verstärkt. Der Hebel- arm ist vorliegend eine längliche Biegefeder 342, die mit ih¬ rem einen Ende am Gehäuse 343 des Stimulationselements befes¬ tigt ist und an deren anderem Ende das Stimulationselement 340 angebracht ist. Der Piezoaktuator 341 drückt auf die 0- berseite der Biegefeder 342 und das an der Unterseite der Biegefeder 342 angebrachte Stimulationselement 340 folgt der Auslenkung des Piezoaktuators 341 mit einer aufgrund der geo¬ metrischen Anordnung verstärkten Amplitude und appliziert die Vibrations- und/oder Tastreize auf die Haut des Patienten. Die Unterseite des Stimulationselements 340, die mit der Haut in Berührung kommt, kann verschiedene Geometrien und Abmes¬ sungen aufweisen. Beispielsweise kann das Stimulationselement 340 an seiner Unterseite flach, rund oder ungleichförmig sein . In dem Gehäuse 343 des Stimulationselements, das den Piezoak¬ tuator 341 und den Verstärkungsmechanismus beherbergt, kann ferner ein Raum 344 für Elektronik und Verbindungsanschlüsse vorgesehen sein. Außerdem ist an der Unterseite des Gehäuses 343 ein Verstellring 345 angebracht, der mit dem Gehäuse 343 über ein Gewinde verbunden ist und der eine Verstellung der
Höhe ermöglicht, um die das Stimulationselement 340 in seiner Ruheposition von der Unterseite der Stimulationseinheit her- vorsteht. Während des Betriebs sitzt das Stimulationselement mit seiner Unterseite auf der Haut des Patienten und ist bei¬ spielsweise mit einer geeigneten Manschette am Körper des Pa¬ tienten befestigt. Zusätzlich oder alternativ zu der Man- schette könnte das Stimulationselement noch mit einem ein- oder doppelseitigen medizinischen Klebeband an der Haut des Patienten befestigt sein. Das Gehäuse 343 schützt den Patien¬ ten vor möglichen Gefahren, wie z.B. elektrischer Spannung. Fig. 53A bis 53C zeigen schematisch verschieden ausgestaltete Stimulationselemente zur Erzeugung von thermischen ersten Reizen 21, wie sie in den Fig. 44A bis 44C dargestellt sind. Die in Fig. 53A dargestellte Stimulationseinheit arbeitet kontaktlos und bewirkt durch das Licht einer Infrarot-LED 350 eine Erwärmung der Haut.
Stimulationselemente, die durch Berührung der Hautoberfläche Thermoreize applizieren, sind in den Fig. 53B und 53C ge¬ zeigt. Das in Fig. 53B gezeigte Stimulationselement enthält mit einem elektromechanischen Wandler 341 und einem stabför- migen Stimulationselement 340 im Wesentlichen die gleichen Bauelemente wie das Stimulationselement aus Fig. 53A. Zusätz¬ lich weist das Stimulationselement aus Fig. 53B ein Heiz- und/oder Kühlelement auf (z.B. in Form einer Heizschleife), welches das Stimulationselement heizt oder kühlt. Die thermi¬ schen ersten Reize 21 werden durch die Bewegungen des Stimulationselements 340 erzeugt, bei welchen das Stimulationsele¬ ment 340 wiederholt in Kontakt mit der Haut 315 kommt und wieder entfernt wird. Die Temperatur des Stimulationselements 340 kann während der gesamten Stimulation konstant sein.
Alternativ kann das beheizbare bzw. kühlbare Stimulationsele¬ ment 340 wie in Fig. 53C gezeigt während des gesamten Stimu¬ lationszeitraums in Kontakt mit der Haut 315 des Patienten stehen. Die Thermoreize werden in diesem Fall durch eine zeitliche Variation der Temperatur des Stimulationselements 340 generiert. Ein elektromechanischer Wandler ist bei dieser Ausgestaltung nicht zwingend erforderlich.
In den Fig. 54A bis 54C ist eine Ausgestaltung eines Stimula- tionselements zur Applikation von thermischen ersten Reizen 21 in Durchsicht (vgl. Fig. 54A) , Draufsicht von unten (vgl. Fig. 54B) und im Querschnitt (vgl. Fig. 54C) dargestellt. Das Stimulationselement enthält ein stabförmiges Stimulationsele¬ ment 340, dessen unteres Ende beheizbar und/oder kühlbar ist. An seinem oberen Ende wird das Stimulationselement 340 von einer Nockenscheibe 351 angetrieben. Während der Stimulation versetzt ein Gleichstrommotor 352 die Nockenscheibe 351 in Rotation. Durch die an der Unterseite der Nockenscheibe 351 angebrachten Nocken 353 wird das Stimulationselement 340 nach unten hin ausgelenkt. Eine Rückstellfeder 354 sorgt dafür, dass das Stimulationselement 340 anschließend wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt. Durch diesen Mechanismus wird die Rotationsbewegung der Nockenscheibe 351 in eine lineare Bewe¬ gung des Stimulationselements 340 umgewandelt. Wie oben be- schrieben kann das Stimulationselement 340 entweder für eine gewisse Zeit mit der Haut des Patienten in Kontakt stehen o- der aber das Stimulationselement 340 wird durch eine Rotation der Nockenscheibe 351 zyklisch auf die Haut gebracht und wie¬ der entfernt.
Die Bauteile des Stimulationselements können in ein Gehäuse 355 eingebracht sein. In dem Gehäuse 355 kann ein Raum 356 für Elektronik und Verbindungsanschlüsse vorgesehen sein. Außerdem kann an der Unterseite des Gehäuses 355 ein Verstell- ring 357 angebracht sein, der mit dem Gehäuse 355 über ein Gewinde verbunden ist und der eine Verstellung der Höhe ermöglicht, um die das Stimulationselement 340 in seiner Ruhe¬ position von der Unterseite der Stimulationseinheit hervor¬ steht (das Stimulationselement 340 kann aufgrund des Ver- stellrings in seiner Ruheposition auch vollständig oberhalb der Unterseite des Verstellrings liegen) . Während des Be¬ triebs sitzt das Stimulationselement mit seiner Unterseite auf der Haut des Patienten und ist beispielsweise mit einer geeigneten Manschette am Körper des Patienten befestigt. Zusätzlich oder alternativ zu der Manschette könnte das Stimu¬ lationselement noch mit einem ein- oder doppelseitigen medi- zinischen Klebeband an der Haut des Patienten befestigt sein. Das Gehäuse 355 schützt den Patienten vor möglichen Gefahren, wie z.B. elektrischer Spannung.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Stimulationselemente können einzeln am Patienten befestigt werden oder können auch zu mehreren in ein Modul integriert werden. Beispielsweise kann ein Modul eine Manschette mit mehreren daran befestigten Stimulationselementen umfassen. Die Manschette kann dann an einem Arm oder Bein des Patienten befestigt werden. Fig. 55 zeigt Stimulationsverfahren, wie sie mit insgesamt N Modulen, die jeweils z.B. vier Stimulationselemente enthalten, durch¬ geführt werden können. Bei dem in Fig. 55 ganz links dargestellten Stimulationsverfahren applizieren alle Stimulationselemente zu Beginn einer Stimulationsperiode Tstim einen tak- tilen, vibratorischen oder thermischen ersten Reiz 21. Bei dem in der Mitte von Fig. 55 gezeigten Stimulationsverfahren sind die ersten Reize 21 der vier verschiedenen Stimulationselemente eines Moduls jeweils um Tstim/4 gegeneinander ver¬ schoben. In diesem Fall appliziert in jedem Zeitabschnitt der Länge Tstim/4 genau ein Stimulationselement jedes Moduls einen ersten Reiz 21. Bei dem in Fig. 55 ganz rechts dargestellten Stimulationsverfahren erzeugen die vier Stimulationselemente eines Moduls ihre ersten Reize 21 gleichzeitig, jedoch sind die ersten Reize 21 unterschiedlicher Module gegeneinander verschoben.
Bei allen in Fig. 55 gezeigten Stimulationsverfahren können auch beliebige Pausen während der Stimulation eingehalten werden. Typischerweise haben die Stimulationspausen die Länge einer oder mehrerer Stimulationsperioden Tstim - Beispielhaft ist dies in Fig. 56 gezeigt. Bei dem dort dargestellten Sti¬ mulationsverfahren wird eine Stimulation während zwei aufein- ander folgender Stimulationsperioden Tstim durchgeführt, da¬ nach wird während einer Stimulationsperiode Tstim eine Stimu¬ lationspause eingehalten. Dieses Muster wiederholt sich peri¬ odisch .
Des Weiteren kann den in den Fig. 55 und 56 gezeigten Stimulationsverfahren eine Randomisierung der Reihenfolge, in welcher die einzelnen Stimulationseinheiten die ersten Reize 21 generieren, hinzugefügt werden, wobei u.a. folgende Randomi- sierungen denkbar sind:
1. Randomisierung der Reizsequenzen für jede Stimulationsperiode gtim kohärent über alle Module, d.h. zu Beginn jeder Stimulationsperiode Tstim wird eine Reihenfolge festgelegt, in der die Stimulationselemente die ersten Reize 21 generieren
(z.B. die Reihenfolge Stirn. #4, Stirn. #2, Stirn. #3, Stirn. #1) und diese Reihenfolge gilt für alle Module.
2. Randomisierung der Reizsequenzen für einen Block von auf- einander folgenden Stimulationsperioden Tstim kohärent über alle Module, d.h. zu Beginn eines in Fig. 56 gezeigten Blocks von aufeinander folgenden Stimulationsperioden Tstim (bzw.
nach einer Stimulationspause) wird eine Reihenfolge festge¬ legt, in der die Stimulationselemente die ersten Reize 21 ge- nerieren (z.B. die Reihenfolge Stirn. #4, Stirn. #2, Stirn. #3, Stirn. #1) und diese Reihenfolge gilt für alle Module für den Stimulationsblock bis zur nächsten Pause.
3. Randomisierung der Reizsequenzen nicht kohärent über alle Module, sondern nur kohärent über eine Untergruppe aller Mo¬ dule variiert, d.h. nur für ein bestimmtes Modul (z.B. das Modul #2) wird eine Randomisierung gemäß den vorstehenden Ziffern 1. oder 2. durchgeführt, die übrigen Module verhalten sich wie in Fig. 55 gezeigt.
4. Randomisierung der Reizsequenzen nicht kohärent über alle Module, sondern kohärent über mehr als eine Untergruppe aller Module variiert, d.h. nur für zwei oder mehr Module (z.B. die Module #2 und #4) wird eine Randomisierung gemäß den vorste¬ henden Ziffern 1. oder 2. durchgeführt, die übrigen Module verhalten sich wie in Fig. 55 gezeigt.
5. Randomisierung der Reizsequenzen unkorreliert zwischen verschiedenen Modulen, d.h. für jede Stimulationsperiode Tstim oder für jeden Block von aufeinander folgenden Stimulationsperioden Tstim zwischen zwei Pausen wird für jedes Modul unab- hängig von den anderen Modulen eine Reihenfolge, in der die Stimulationselemente die ersten Reize 21 generieren, festge¬ legt .
In Fig. 57 ist schematisch das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung von taktilen, vibratorischen und/oder thermischen ersten Reizen 21 dargestellt. Die Vorrichtung enthält n Module mit jeweils n Stimulationselementen sowie n Sensoren. Die Module und Sensoren stehen über Verbindungslei¬ tungen oder über Funk (z.B. ein WPAN (Wireless Personal Area Network) -Netzwerk) mit einem Verbindungsmodul 360 in Verbindung, welches wiederum an einen Computer 361, z.B. ein Laptop, und externe Vorrichtungen 362 angeschlossen sein kann. Es müssen nicht notwendigerweise alle Module und Sensoren gleichzeitig zum Einsatz kommen, es kann je nach Stimulati¬ onsart auch nur eine Teilmenge davon eingesetzt werden. Die Module und/oder Sensoren können durch Batterien oder Akkus mit Strom versorgt werden, so dass sie unabhängig von einer zentralen Stromversorgung sind. Der Benutzer, beispielsweise ein Arzt, kann mittels einer geeigneten, auf dem Computer 361 abgespeicherten Software ein Stimulationsverfahren auswählen und die Parameter dieses Stimulationsverfahrens einstellen.
Die Steuerung der in die Module integrierten Stimulationseinheiten kann über den Computer 361 erfolgen. Als Alternative kann in jedes Modul eine Steuereinheit 10 integriert sein
(vgl. Fig. 58A) , die für die Ansteuerung der Stimulationselemente des jeweiligen Moduls zuständig ist. Dies ermöglicht einen weitgehend eigenständigen Betrieb der Module. Ferner kann für jedes Stimulationselement eine eigene Steuereinheit 10 vorgesehen sein (vgl. Fig. 58B) . Dies ermöglicht die größte Vielseitigkeit beim Betrieb der Stimulationselemente, je- doch werden dadurch Gewicht und Abmessungen der Module vergrößert. Als weitere Alternative kann die Steuereinheit 10 zentral in dem Verbindungsmodul 360 platziert werden (vgl. Fig. 58C) . Vorteilhaft daran sind geringes Gewicht und Größe der Module sowie eine kostengünstige Herstellung. Allerdings können bei dieser Ausgestaltung die Module nicht unabhängig von dem Verbindungsmodul 360 betrieben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) umfassend:
- eine Stimulationseinheit (11) zur Erzeugung von ersten
Reizen (21), die bei einer Verabreichung an einen Patienten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Ge¬ hirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken,
- eine Messeinheit (15) zum Aufnehmen von Messsignalen (25), welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wie- dergeben, und
- eine Neurofeedback-Einheit (12) zur Erzeugung von zweiten Reizen (22) anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25), wobei die zweiten Reize (22) dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Ak- tivität der Neuronen veranschaulichen.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die ersten Reize (21) nur bei Bedarf erzeugt werden.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Reize (21) erzeugt werden, wenn die anhand der von der Mess¬ einheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ermittelte krank¬ haft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat.
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Erzeugung der ersten Reize (21) gestoppt wird, wenn die anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ermittelte krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark den vorgegebenen Schwellwert unterschritten hat.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Aktivierungstaste vorgesehen ist und die ersten Reize (21) erzeugt werden, wenn der Patient die Aktivierungs- taste drückt.
6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei eine Deaktivie- rungstaste vorgesehen ist und die Erzeugung der ersten Reize (21) gestoppt wird, wenn der Patient die Deaktivierungstaste drückt .
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stimulationseinheit (11) Elektroden zur Implantati¬ on im Gehirn und/oder Rückenmark umfasst.
8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stimulationseinheit (11) eine nicht-invasive Stimulati¬ onseinheit ist und die ersten Reize (21) optische und/oder akustische und/oder taktile und/oder vibratorische und/oder thermische Reize sind.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Stimulations¬ einheit (11) eine Transmissionsbrille, eine Brille mit einer Mehrzahl von Lichtquellen, einen Schallgenerator, einen
Gleichstrommotor, eine Schwingspule, einen piezoelektrischen Wandler, ein elektroaktives Polymer, ein Heizelement, ein Kühlelement und/oder eine Infrarotlichtquelle umfasst.
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Reize (22) optische und/oder akusti- sehe und/oder taktile und/oder vibratorische und/oder thermische Reize sind.
11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Reize (22) für sich alleine angewandt keine Unterdrückung einer krankhaft synchronen Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark bewirken.
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Reize (22) vom Patienten bewusst wahr- nehmbar sind.
13. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stimulationseinheit (11) eine Mehrzahl von Stimulationselementen zur Verabreichung der ersten Reize (21) an den Patienten umfasst und die ersten Reize (21) derart ausgestaltet sind, dass sie bei einer Stimulation einer Neu- ronenpopulation, die eine krankhaft synchrone und oszillato¬ rische Aktivität aufweist, die Phase der oszillatorischen Ak¬ tivität der Neuronenpopulation zurücksetzen.
14. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (10) vorgesehen ist, welche die von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ent¬ gegennimmt, aus den Messsignalen (25) den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuronen ermittelt und den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuro¬ nen an die Neurofeedback-Einheit (12) übermittelt.
15. Vorrichtung (100) umfassend:
- eine Stimulationseinheit (11) zur Erzeugung von ersten
Reizen (21), die bei einer Verabreichung an einen Patienten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Ge¬ hirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken,
- eine Messeinheit (15) zum Aufnehmen von Messsignalen (25), welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wie- dergeben, und
- eine Neurofeedback-Einheit (12) zur Erzeugung von zweiten Reizen (22), welche dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuronen veranschauli¬ chen, wobei
- die Erzeugung der ersten und zweiten Reize (21, 22) wahlweise in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, und
- der Patient im ersten Betriebsmodus erlernt, ohne die Ap¬ plikation von ersten Reizen (21) der krankhaft synchronen Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark entgegenzuwirken und im ersten Betriebsmodus die ersten Reize (21) nur bei Bedarf appliziert werden, und der Patient im zweiten Betriebsmodus ohne die Applikation von ersten Reizen (21) der krankhaft synchronen Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark entgegenwirkt, wobei die zweiten Reize (22) dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuronen im ersten und zweiten Betriebsmodus veranschaulichen.
16. Vorrichtung (100) umfassend:
- eine Stimulationseinheit (11) zur Erzeugung von ersten
Reizen (21), die bei einer Verabreichung an einen Patienten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Ge¬ hirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken,
- eine Messeinheit (15) zum Aufnehmen von Messsignalen (25), welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wie- dergeben, und
- eine Neurofeedback-Einheit (12) zur Erzeugung von zweiten Reizen (22) anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25), wobei die zweiten Reize (22) dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Ak- tivität der Neuronen veranschaulichen, wobei
- die Erzeugung der ersten und zweiten Reize (21, 22) wahlweise in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, und
- im ersten Betriebsmodus zweite Reize (22) erzeugt werden und erste Reize (21) nur erzeugt werden, wenn die anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ermittelte krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder der Patient eine Erzeugung von ersten Reizen (21) initiiert, und
- im zweiten Betriebsmodus zweite Reize (22) und keine ers¬ ten Reize (21) erzeugt werden.
17. Vorrichtung (100) umfassend:
- eine Stimulationseinheit (11) zur Erzeugung von ersten
Reizen (21), die bei einer Verabreichung an einen Patien ten eine krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Ge¬ hirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken,
- eine Messeinheit (15) zum Aufnehmen von Messsignalen (25), welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wie- dergeben, und
- eine Neurofeedback-Einheit (12) zur Erzeugung von zweiten Reizen (22) anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25), wobei die zweiten Reize (22) dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Ak- tivität der Neuronen veranschaulichen, wobei
- die Erzeugung der ersten und zweiten Reize (21, 22) wahlweise in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, und
- im ersten Betriebsmodus zweite Reize (22) erzeugt werden und erste Reize (21) nur erzeugt werden, wenn die anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ermittelte krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder der Patient eine Erzeugung von ersten Reizen (21) initiiert, und
- im zweiten Betriebsmodus zweite Reize (22) erzeugt werden und erste Reize (21) nur erzeugt werden, wenn die anhand der von der Messeinheit (15) aufgenommenen Messsignale (25) ermittelte krankhaft synchrone Aktivität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark einen vorgegebenen weiteren
Schwellwert überschreitet und/oder der Patient eine Erzeu¬ gung von ersten Reizen (21) initiiert.
18. Verfahren, bei welchem
- erste Reize (21) an einen Patienten verabreicht werden, wobei die ersten Reize (21) eine krankhaft synchrone Akti¬ vität von Neuronen im Gehirn und/oder Rückenmark des Patienten unterdrücken,
- Messsignale (25) , welche die krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen wiedergeben, aufgenommen werden, und - zweite Reize (22) dem Patienten verabreicht werden, welche dem Patienten den Ausprägungsgrad der krankhaft synchronen Aktivität der Neuronen veranschaulichen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die ersten Reize (21) erzeugt werden, wenn die anhand der Messsignale (25) ermit¬ telte krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen einen vorge¬ gebenen Schwellwert überschreitet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Erzeugung der ersten Reize (21) gestoppt wird, wenn die anhand der Messsignale (25) ermittelte krankhaft synchrone Aktivität der Neuronen den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die ersten Reize (21) erzeugt werden, wenn der Patient dies initiiert .
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Erzeugung der ers- ten Reize (21) gestoppt wird, wenn der Patient dies initi¬ iert .
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