WO2017021661A1 - Procédé et système de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne - Google Patents

Procédé et système de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne Download PDF

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WO2017021661A1
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person
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smod
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PCT/FR2016/052030
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Quentin SOULET DE BRUGIERE
Hugo MERCIER
Mathieu GALTIER
Karim EL KANDI
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Rythm
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Publication date
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Definitions

  • a method and system for acoustic stimulation of brain waves of a person A method and system for acoustic stimulation of brain waves of a person.
  • the present invention relates to methods and systems for acoustic stimulation of brain waves of a person.
  • the invention relates to a method of acoustic stimulation of brain waves of a person to facilitate falling asleep or improve the concentration of the person.
  • Music also has the important advantage of stimulating the brain in a particularly pleasant way, in particular by the presence of a complex and continuous spectral content which stimulates the brain in a natural way and without breaking or inconvenient artifices.
  • music is one of the most popular sensory stimulation systems and is frequently used to improve concentration or promote sleep.
  • the pacing effect is usually low and volatile and can not be easily controlled for a specific purpose. For example, listening to relaxing or energizing music may in practice run up against a non-receptive brain state, or even the opposite of the listener, which greatly reduces the impact of auditory stimulation.
  • the present invention is intended in particular to improve this situation.
  • the invention firstly relates to a method for acoustic stimulation of the brain waves of a person comprising the following steps:
  • an interference signal between the modified signal and the base signal comprises a pacing component at a frequency defined according to the measurement signal and the target spectral content indicator
  • said pacing component is synchronized in phase with a brain wave of the person at the desired pacing rate
  • the step of defining a desired pacing rate of the person comprises the substeps of
  • the step of determining a modified signal comprises the implementation of a phase-locked loop adapted to control an instantaneous phase of the interference signal between the basic signal and the modified signal with an instantaneous phase of the signal of measured;
  • the step of determining a modified signal comprises the substeps of:
  • phase signal comparing an instantaneous phase of the interference signal with the offset frequency and an instantaneous phase of the measurement signal at the desired pacing rate to define a phase signal
  • the step of determining a modified signal further comprises a substep of servocontrolling the offset frequency as a function of the phase signal;
  • the step of determining a modified signal further comprises a substep of time shift of the modified signal according to the phase signal;
  • the basic signal is representative of an acoustic signal comprising at least two distinct acoustic frequencies and extending for a duration greater than several seconds;
  • the step of transmitting the basic signal and the modified signal comprises
  • a first acoustic transducer that stimulates a majority of one of a right inner ear and a left inner ear of the person
  • a second acoustic transducer that stimulates the majority of the other one of a right inner ear and a left inner ear of the person;
  • the acoustic transducers are loudspeakers stimulating the respective inner ears of the person by respective auditory canals, or osteophonic devices stimulating the person's inner ears by bone conduction;
  • the target spectral content indicator is indicative of a frequency range below 8 Hz, preferably between 4 Hz and 8 Hz; the target spectral content indicator is indicative of a frequency range between 8Hz and 12Hz.
  • the invention also relates to a system for acoustic stimulation of the brain waves of a person comprising:
  • processing means configured to define a desired pacing rate according to the measurement signal and a target spectral content indicator
  • an interference signal between the modified signal and the basic signal comprises pacing component at a frequency defined according to the measurement signal and the target spectral content indicator
  • said pacing component is synchronized in phase with a brain wave of the person at the desired pacing rate
  • the stimulating effect is improved and can be controlled for a specific purpose.
  • the system and the stimulation process are simple to use, accessible to non-medically trained staff, compact and comfortable so that they can be used in a context of daily life.
  • the system and method according to the invention are easily adaptable to the user to be used without complex modifications by a variety of people, and simple and inexpensive to manufacture to ensure their accessibility to the general public.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device for acoustic stimulation of the brain waves of a person according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a detailed perspective view of the device of FIG. 1 in which the device comprises, in particular, a first and a second acoustic transducer respectively capable of emitting acoustic signals respectively stimulating a right inner ear and an inner left ear of the nobody,
  • FIG. 3 is a block diagram of a system according to a first embodiment of the invention comprising a device
  • FIG. 4 is a block diagram of a system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for acoustic stimulation of the brain waves of a person according to one embodiment of the invention.
  • the subject of the invention is a method for acoustic stimulation of brain waves C of a person P which is illustrated in FIG. 6.
  • Such a method is for example implemented by means of a system 1 for acoustic stimulation of the brain waves of the person P which is illustrated in Figures 1 to 4 and which forms another object of the invention.
  • the system 1 comprises means for providing a basic signal 6, acquisition means 3 for at least one measurement signal, processing means 5 and means for transmission 4 of a basic signal and a modified signal.
  • At least part of the system 1 can be adapted to be worn on the head of the person P, for example at least the acquisition means 3.
  • the system 1 may be able to be entirely worn by the person P, for example on the head of the person P.
  • the system 1 may include one or more support members 2 capable of at least partially surrounding the head of the person P so as to be maintained there.
  • the support elements 2 take for example the shape of one or more branches that can be arranged so as to surround the head of the person P to maintain the system 1.
  • the system 1 can also be divided into one or more elements, able to be worn on different parts of the body of the person P, for example on the head, on the wrist or on the torso.
  • the method according to the invention comprises a step of providing an SBS basic signal, realized by means of the means of supply 6.
  • the SBS basic signal is representative of a continuous complex acoustic signal.
  • complex continuous acoustic signal an acoustic signal comprising at least two distinct acoustic frequencies and extending over a period greater than several seconds.
  • An example of a continuous complex acoustic signal is a music or a song, or a natural sound, that is to say generated without human intervention, such as rain, wind, waves, songs of birds, etc.
  • Another example of a complex acoustic signal is a white or pink noise.
  • a continuous complex acoustic signal is therefore very different from a single sinusoid or a short pulse.
  • a continuous complex acoustic signal has in particular specific auditory properties and in particular an important listening comfort that allows to listen to such a sound for long periods of several hours without inconvenience.
  • the basic signal is representative of a continuous complex acoustic signal
  • the basic signal SBS is a representation of the acoustic signal that can be emitted by a sound transmission device.
  • the basic signal SBS is thus for example a digital recording, compressed or uncompressed, of said acoustic signal, that is to say a sequence of numbers encoding the acoustic signal in a manner adapted to be stored and manipulated by electronic components such as memories and processors, while being able to be translated into acoustic waves by a sound transducer.
  • the basic signal SBS is, for example, a recording in a file format in wav or aif format of the continuous complex acoustic signal.
  • the modified signal SMOD which is described later has the same general characters, described above, as the basic signal SBS.
  • the supply means 6 of the basic signal SBS may comprise storage means 6a of the basic signal SBS, for example a memory 6a able to store a portion or the whole of the basic signal.
  • the storage means 6a may for example be a removable module, for example a memory card such as an SD card (acronym for the term "Secure Digital”), or a memory permanently mounted in the system 1.
  • the storage means 6a may also be capable of storing the various variables and quantities mentioned in the remainder of the description and used by the method according to the invention, for example a measurement signal S, a basic signal SBS, a signal Modified SMOD, a desired pacing rate FSTIM, an FSFT offset frequency, a target spectral content indicator TSC, a current spectral content indicator ASC, an IF interference signal, a PS phase signal.
  • a measurement signal S a basic signal SBS, a signal Modified SMOD, a desired pacing rate FSTIM, an FSFT offset frequency, a target spectral content indicator TSC, a current spectral content indicator ASC, an IF interference signal, a PS phase signal.
  • the supply means 6 may also comprise a communication module 6b with a server 100 for retrieving the basic signal SBS from said server 100, by complete download or by downloading. stream (in English "streaming").
  • the server 100 may be a computer but also a smartphone, a smartwatch or other microcontroller or microprocessor.
  • the communication module 6b may be able to communicate with said server 100 directly, via a local or extended network such as the Internet network.
  • the communication module 6b can communicate with said server 100 via a wired link, for example a "USB” link, or a wireless link, for example a "Wi-Fi” link and / or “Bluetooth”. Other communication protocols can obviously be used.
  • the method according to the invention may further comprise a step of acquiring at least one measurement signal S by means of the acquisition means 3.
  • the measurement signal S can in particular be representative of a physiological electrical signal E of the person P.
  • the physiological electrical signal E may for example comprise an electroencephalogram (EEG), an electromyogram (EMG), an electrooculogram (EOG), an electrocardiogram (ECG) or any other biosignal measurable on the person P.
  • EEG electroencephalogram
  • EMG electromyogram
  • EOG electrooculogram
  • ECG electrocardiogram
  • ECG electrocardiogram
  • the acquisition means 3 comprise for example a plurality of electrodes 3 adapted to be in contact with the person P, and in particular with the skin of the person P to acquire at least one measurement signal S representative of a physiological electrical signal E of the person P.
  • the physiological electrical signal E comprises advantageously an electroencephalogram (EEG) of the person P.
  • EEG electroencephalogram
  • the system 1 comprises at least one EEG measuring electrode 3b.
  • the system 1 comprises at least two electrodes 3 including at least one reference electrode 3a and at least one EEG measuring electrode 3b.
  • the system 1 may further comprise a ground electrode 3c.
  • the system 1 comprises at least three EEG measuring electrodes 3c, so as to acquire physiological electrical signals E comprising at least three electroencephalogram measuring channels.
  • the EEG measuring electrodes 3c are for example disposed on the surface of the skin of the skull of the person P, in particular on the surface of the scalp and / or the forehead of the person P.
  • system 1 may further comprise an EMG measuring electrode and, optionally, an EOG measuring electrode.
  • the measurement electrodes 3 may be reusable electrodes or disposable electrodes.
  • the measurement electrodes 3 are reusable electrodes so as to simplify the daily use of the system.
  • the measurement electrodes 3 may be, in particular, dry electrodes or electrodes covered with a contact gel.
  • the electrodes 3 may also be textile, silicone or polymer electrodes.
  • the acquisition means 3 may also comprise signal acquisition devices of S measurement not only electric.
  • a measurement signal S can thus be, in general, representative of a physiological signal of the person P.
  • the measurement signal S may also comprise a sub-signal representative of a physiological signal of the non-electrical or non-completely electrical person P, for example a cardiac activity signal, such as a heart rate, a frequency and / or a depth of respiration, a body temperature of the person P or even movements of the person P.
  • a cardiac activity signal such as a heart rate, a frequency and / or a depth of respiration, a body temperature of the person P or even movements of the person P.
  • the acquisition means 3 may comprise a heart rate detector, a body thermometer or an accelerometer.
  • the acquisition means 3 may also include measuring signal acquisition devices S representative of the environment of the person P.
  • the measurement signal S may thus further comprise a sub-signal representative of a quality of the air surrounding the person P, for example a carbon dioxide or oxygen level, or a temperature or a signal noise, in particular a sub-signal representative of a level of ambient noise.
  • a sub-signal representative of a quality of the air surrounding the person P for example a carbon dioxide or oxygen level, or a temperature or a signal noise, in particular a sub-signal representative of a level of ambient noise.
  • the acquisition means 3 may comprise user input devices allowing the person P to enter information such as a subjective night quality index or a subjective number of times that the person P estimates to have been woken up by the system 1.
  • the measurement signal S can then further comprise a sub-signal representative of subjective information provided directly by the person P.
  • the step of acquiring the measurement signal S also comprises a pretreatment of the measurement signal S.
  • the preprocessing of the measurement signal S can comprise, for example at least one of the following pretreatments:
  • a frequency and / or wavelet filtering for example a frequency filtering of the measurement signal S in a range of temporal frequencies of interest, for example a frequency range comprised in a range from 0.3 Hz to 100 Hz,
  • a frequency and / or wavelet filtering of parasitic frequencies of the measurement signal S for example able to filter at least at least one parasitic frequency of the measurement signal S, for example a parasitic frequency belonging to a frequency range from 0.3 Hz at 100 Hz,
  • the pretreatment of the measurement signal S may also include pretreatments such as:
  • an amplification for example an amplification of the measurement signal S by a factor ranging from 10 A 3 to 10 A 6, and / or
  • a sampling of the measurement signal S by means of an analog-digital converter able, for example, to sample the measurement signal S with a sampling rate of a few hundred Hertz, for example 256 Hz or 512 Hz.
  • Such preprocessing of the measurement signal S may for example be implemented by an analog module or a digital module of the acquisition means 3.
  • the acquisition means 3 may comprise active or passive electrodes capable of performing one of the pretreatments detailed above.
  • the processing means 5 receive the measurement signals S of the acquisition means 3, possibly pre-processed as detailed above, and the basic signal SBS of the supply means 6.
  • the processing means 5 are then able to implement a step of defining a desired stimulation frequency FSTIM and a step of determining a modified signal SMOD of a method according to the invention.
  • the desired pacing rate FSTIM is defined according to the measurement signal S and a target spectral content indicator TSC.
  • the step of defining a desired stimulation frequency FSTIM of the person P comprises the following substeps.
  • a first substep comprises analyzing a spectral content of the measurement signal S to define a current spectral content indicator ASC.
  • the measurement signal S can in particular be recorded in a memory, for example a buffer memory.
  • a spectrum of the measurement signal is determined, for example by implementing a Fourier transform or a wavelet transformation.
  • the spectrum of the measurement signal is analyzed to define a current spectral content indicator ASC.
  • a “current spectral content indicator” is thus meant one or more values calculated from the spectrum of the measurement signal, or the measurement signal, and to quantify the spectral content of the measurement signal.
  • a current spectral content indicator may for example comprise a central frequency of the measurement signal, a frequency range comprising a majority of the energy of the measurement signal, or an energy weight of one or more frequencies or of one or more frequencies. several frequency ranges of the measurement signal.
  • Such a current spectral content indicator ASC may for example indicate that the measurement signal S is representative of brain waves in a frequency range between 10 Hz and 40 Hz, with a central frequency of about 16 Hz.
  • the current spectral content indicator ASC is compared with the target spectral content indicator TSC.
  • the target spectral content indicator TSC has the same general characteristics, detailed above, as the current spectral content indicator ASC, except that the target spectral content indicator TSC is not calculated from of the measurement signal S but is predefined, and for example stored in the memory 6a of the system 1.
  • the target spectral content indicator TSC may be updated during system operation 1. It may for example be selected by the person P to obtain some desired stimulation.
  • a “targeted spectral content indicator” also means one or more values making it possible to quantify a spectral content of the measurement signal S and the target spectral content indicator TSC can also correspond to a central frequency of the measurement signal , a frequency range comprising a majority of the energy of the measurement signal, or a weight one or more frequencies or one or more frequency ranges of the measurement signal.
  • the target spectral content indicator TSC is indicative of the spectral content of the measurement signal that the system, and the method according to the invention, seek to stimulate.
  • the method and the system according to the invention are adapted to stimulate a frequency band of the brain waves. associated with falling asleep.
  • the target spectral content indicator TSC may for example be indicative of a frequency range below 8 Hz, preferably between 4 Hz and 8 Hz.
  • the method and system according to the invention can be adapted to stimulate a frequency band of the brain waves associated with the concentration.
  • the target spectral content indicator TSC may for example be indicative of a frequency range between 8Hz and 12Hz.
  • a third substep includes defining a desired pacing rate FSTIM of the person P, particularly if the current spectral content indicator ASC does not match the target spectral content indicator TSC.
  • the person P is already already in the targeted brain state and the stimulation process can for example be stopped, or replaced by a method of monitoring the cerebral state of the person P, to detect a departure from the desired cerebral state.
  • Cerebral state is meant for example a state of the person P corresponding to an electrical activity of the brain defined for example by a brainwave spectrum or a cerebral rhythm, for example such that they can be recorded by electroencephalography.
  • a cerebral state is thus for example defined by the current spectral content indicator.
  • a brain state may also be measured by measurements of body temperature, movement and respiration, for example, which may be related to electrical activity of the brain of the person P.
  • Such a desired stimulation frequency FSTIM is defined in particular so as to have an intermediate value between a current frequency AF defined by the current spectral content indicator ASC, and a target frequency TF defined by the target spectral content indicator TSC.
  • the current frequency AF is for example a central frequency of the measurement signal, a maximum energy frequency of the measurement signal, a high energy frequency of the measurement signal, a higher frequency of a maximum energy frequency range. or significant of the measurement signal or a lower frequency of a maximum or large energy frequency range of the measurement signal.
  • the target frequency TF has the same general characteristics, detailed above, as the current frequency AF, except that the target frequency TF is not calculated from the current spectral content indicator ASC but from of the target spectral content indicator TSC.
  • the target frequency TF is, for example, such that, if the current frequency AF of the measurement signal S is equal to said target frequency TF, the current spectral content indicator ASC of the measurement signal S corresponds to the target spectral content indicator. TSC.
  • the desired stimulation frequency FSTIM is notably defined so as to be close to the current frequency AF defined by the current spectral content indicator but different from said current frequency AF, in particular to take an intermediate value between said current frequency AF and said frequency TF.
  • the desired stimulation frequency FSTIM can be set to be slightly lower than the current frequency, so as to gradually stimulate the brain waves to the target frequency.
  • the desired pacing rate FSTIM is updated during the implementation of the method to be redefined in case of evolution of the current spectral content ASC of the measurement signal S.
  • the desired stimulation frequency FSTIM can gradually decrease to tend to a frequency of the spectral range of sleep, for example less than 8 Hz.
  • the method according to the invention also comprises a step of determining a modified SMOD signal implemented by the processing means 5.
  • the modified signal SMOD is determined according to the basic signal SBS, the measurement signal S and the target spectral content indicator TSC.
  • the modified signal SMOD is a signal defined at from the base signal SBS translated in frequency and shifted in phase.
  • the modified signal SMOD is determined such that an interference signal S1 between the modified signal SMOD and the basic signal SBS comprises a pacing component at a frequency defined as a function of the measurement signal S and the signal S target spectral content indicator TSC, and said stimulation component is synchronized in phase with a brain wave of the person P at the desired stimulation frequency FSTIM.
  • the interference signal SI thus comprises, for example, a beat signal between the basic signal SBS and the modified signal SMOD, in particular a stimulation component SC.
  • a stimulation component SC appears for example during the summation, or subtraction, of the basic signal SBS and the modified signal SMOD.
  • stimulation component is meant a component having a frequency of less than 50 Hz, for example between 4 Hz and 20 Hz. Such a component thus has a frequency lower than the majority of the frequency content of a common music or of a common natural sound.
  • a stimulation component SC has a frequency close to the frequencies of the brain waves and in particular of the frequency ranges of the brain waves associated with the falling asleep or the concentration and which can therefore be advantageously stimulated.
  • the pacing component SC is in particular a component of the interference signal SI at the FSFT offset frequency.
  • the step of determining the modified signal of the method according to the invention comprises, for example the implementation of a phase-locked loop adapted to control an instantaneous phase of the interference signal SI with an instantaneous phase of the measurement signal S.
  • this phase-locked loop is adapted to control an instantaneous phase of the stimulation component SC of the interference signal SI with an instantaneous phase of the measurement signal S at the desired stimulation frequency FSTIM.
  • phase-locked loop according to the invention has particular specificities related to the complex and continuous nature of the processed signals.
  • the step of determining the modified signal thus comprises a plurality of sub-steps.
  • a first substep consists in defining an FSFT offset frequency.
  • the FSFT offset frequency is originally defined as being equal to the desired stimulation rate FSTIM of the person P as described above.
  • the FSFT offset frequency can evolve around the desired pacing rate FSTIM to allow the slaving of the instantaneous phase of the signal. SI interference.
  • a following substep comprises the calculation of a modified signal SMOD from the basic signal SBS.
  • the modified signal SMOD is calculated by frequency shifting the SBS base signal of the FSFT offset frequency.
  • the spectrum of the modified signal SMOD may range between 44 Hz and 5004 Hz.
  • only a portion of the basic signal SBS can be shifted in frequency to obtain the modified signal SMOD.
  • a portion of the basic signal is meant a spectral portion, that is to say a subset of the spectrum of the basic signal, and / or a temporal portion, that is to say a portion determined time, for example of a duration of a few seconds, the basic signal, possibly reiterated in time.
  • the step of determining the modified signal comprises a substep of summing the basic signal SBS and the modified signal SMOD to define an interference signal SI.
  • a pacing component SC at the offset frequency FSFT appears in the interference signal S1, said component being absent from the signals of basic and translated.
  • the basic signal SBS and / or the modified signal SMOD can be modified before summation, for example multiplied by adjustment coefficients, shifted in phase or multiplied by a frequency or time filter.
  • an instantaneous phase of the interference signal SI at the FSFT offset frequency can be compared to an instantaneous phase of the measurement signal S at the desired stimulation frequency FSTIM. This comparison makes it possible to define a PS phase signal representative of an instantaneous phase difference between the interference signal SI at the FSFT offset frequency and the measurement signal S at the desired stimulation frequency. FSTIM.
  • the modified signal SMOD can then be controlled as a function of the phase signal PS to synchronize the instantaneous phase of the interference signal SI with the offset frequency and the instantaneous phase of the measurement signal S with the desired stimulation frequency.
  • the FSFT offset frequency can thus be slaved as a function of the phase signal PS, so as to synchronize the instantaneous phase of the interference signal SI with the offset frequency and the phase instantaneous measurement signal S at the desired pacing rate.
  • the modified signal SMOD may be shifted temporally, or shifted in phase, so as to synchronize the instantaneous phase of the interference signal S1 with the shift frequency and the instantaneous phase of the measurement signal S with the desired pacing rate.
  • the system 1 can for example select a component of the measurement signal S at the desired stimulation frequency FSTIM, for example by applying a pass filter. strip so as to retain only a useful portion of the measurement signal S at the desired stimulation frequency FSTIM.
  • the system 1 can select a component of the IF interference signal at the FSFT offset frequency, for example by applying a bandpass filter so as to retain only a useful portion of the IF interference signal at the same time.
  • FSFT offset frequency for example by applying a bandpass filter so as to retain only a useful portion of the IF interference signal at the same time.
  • method according to the invention comprises a step of transmitting the basic signal SBS and the modified signal SFT, implemented by the transmission means 4.
  • This transmission step is implemented so that the basic signal SBS and the modified signal SMOD are perceived stereophonically by the person P.
  • the transmission means 4 are designed to emit acoustic signals represented by the basic signal SBS and the modified signal SMOD, so that said acoustic signals are audible by the person.
  • the transmission means 4 thus comprise at least two acoustic transducers 4a, 4b.
  • a first acoustic transducer 4a is configured to stimulate predominantly one of a right inner ear RE and a left inner ear LE of the person P.
  • a second acoustic transducer 4b is configured to stimulate the other one of the right inner ear RE and the left inner ear LE of the person P.
  • the step of transmitting the basic signal SBS and the modified signal SMOD then comprises transmitting the basic signal SBS by the first acoustic transducer 4a and transmitting the modified signal SMOD by the second acoustic transducer 4b.
  • the acoustic transducers 4a, 4b are osteophonic devices stimulating the internal ears LE, RE of the person P by bone conduction.
  • osteophonic devices 4a, 4b may for example be able to be placed close to the ears, for example above as illustrated in FIG. especially on an area of skin covering a cranial bone.
  • the acoustic transducers 4a, 4b are loudspeakers stimulating the internal ears LE, RE of the person P by auditory ducts leading auditory inner ears.
  • These loudspeakers can be placed outside the ears of the person P or in the ear canals.
  • the speakers are separated from the rest of the system 1 and for example arranged in the room in which the person P is located.
  • the acoustic transducers 4a, 4b are mounted with the supply means 6, the acquisition means 3 and the processing means 5 on the support members 2 so as to be close to each other. others so that the communication between these elements 3, 4, 5, 6 is particularly fast and high speed.
  • the acquisition means 3, the transmitting means 4, the processing means 5 and the supply means 6 are moreover operably connected to each other and able to exchange data. information and orders.
  • a maximum distance between the acquisition means 3, the supply means 6 and the processing means 5 and / or, where appropriate, the transmission means 4 may be less than a few meters and for example less than a few tens of centimeters. In this way, a sufficiently fast communication between the elements of the system 1 can be guaranteed.
  • the means of acquisition 3, the means of 6, the processing means 5 and / or, if appropriate, the transmission means 4, may for example be housed in the cavities of the support member 2, clipped on the support member 2 or else fixed to the support element 2 for example by gluing, screwing or any other suitable fastening means.
  • the acquisition means 3, the supply means 6 and the processing means 5 and / or, if appropriate the transmission means 4, can be mounted on the support element 2 removably.
  • the processing means 5 are functionally connected to the acquisition means 3 and the transmission means 4 via wire links 10. In this way, the exposure is reduced. from person P to electromagnetic radiation.
  • the system 1 may also comprise a battery 8.
  • the battery 8 may be mounted on the support element 2 in the manner described above for the acquisition means 3, the supply means 6 and the processing means 5.
  • the battery 8 may in particular be able to supply the acquisition means 3, the supply means 6 and the processing means 5.
  • the battery 8 is preferably capable of supplying power over a period of several hours without recharge, preferably at least eight hours so as to cover an average sleep period of a person P.
  • the system 1 can operate autonomously during a prolonged period of operation.
  • the system 1 is autonomous and able to implement a brain wave stimulation operation without communicating with a external server, in particular without communicating with an external server over a period of several minutes, preferably several hours, preferably at least eight hours.
  • autonomous is meant that the system can for example operate for an extended period of several minutes, preferably several hours, for example at least eight hours, without the need to be recharged with electrical energy, to communicate with external elements such as the remote server or to be structurally connected to an external device such as a fastener such as an arm or a bracket.

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Abstract

Procédé et système de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne (P) comportant la fourniture (6) d'un signal de base, l'acquisition (3) d'un signal de mesure, la définition d'une fréquence de stimulation souhaitée en fonction du signal de mesure et d'un indicateur de contenu spectral visé, la détermination d'un signal modifié en fonction du signal de base, du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, de telle sorte qu'un signal d'interférence entre le signal modifié et le signal de base comporte une composante de stimulation à une fréquence définie en fonction du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, et que la composante de stimulation soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne à la fréquence de stimulation souhaitée, l'émission (4a, 4b) du signal de base et du signal modifié, de sorte que le signal de base et le signal modifié soient perçus de manière stéréophonique par la personne (P).

Description

Procédé et système de stimulation acoustique des ondes cérébrales d' une personne .
La présente invention est relative aux procédés et aux systèmes de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne pour faciliter l'endormissement ou améliorer la concentration de la personne.
La musique est connue pour avoir un impact important sur le fonctionnement du cerveau et pour être en mesure d' influencer de manière importante les humeurs et le fonctionnement cérébral. Ceci s'explique notamment par le fait qu'une part importante du réseau neuronal est responsable du traitement des sons et donc, qu'à l'inverse, l'écoute d'un son sollicite une proportion importante des neurones générant des effets d' entraînement et des ondes cérébrales spécifiques dans l'ensemble du cerveau.
La musique présente par ailleurs l'avantage important de stimuler le cerveau d'une manière particulièrement agréable, notamment par la présence d'un contenu spectral complexe et continu qui stimule le cerveau de façon naturelle et sans rupture ou artifices incommodants.
De fait, la musique est l'un des systèmes de stimulation sensoriel les plus répandus et est fréquemment utilisée pour améliorer la concentration ou favoriser 1 ' endormissement .
Toutefois, l'utilisation de la musique pour manipuler les ondes cérébrales est habituellement mise en œuvre de façon particulièrement empirique et sans adapter outre mesure le son écouté aux ondes cérébrales de 1 ' auditeur .
Ceci a pour conséquence que l'effet de stimulation est usuellement faible et volatile et ne peut pas être aisément contrôlé dans un but précis. Ainsi par exemple, l'écoute de musiques relaxantes ou énergisantes peut en pratique se heurter à un état cérébral non réceptif, voir opposé de l'auditeur ce qui réduit fortement l'impact de la stimulation auditive.
La présente invention a notamment pour but d'améliorer cette situation.
A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un signal de base, ledit signal de base étant représentatif d'un signal acoustique complexe continu,
- acquisition d'au moins un signal de mesure représentatif d'un signal électrique physiologique d'une personne,
- définition d'une fréquence de stimulation souhaitée en fonction du signal de mesure et d'un indicateur de contenu spectral visé,
- détermination d'un signal modifié en fonction du signal de base, du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, de telle sorte
qu'un signal d'interférence entre le signal modifié et le signal de base comporte une composante de stimulation à une fréquence définie en fonction du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, et
que ladite composante de stimulation soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne à la fréquence de stimulation souhaitée,
- émission du signal de base et du signal modifié, de telle sorte que le signal de base et le signal modifié soient perçus de manière stéréophonique par la personne.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
l'étape de définition d'une fréquence de stimulation souhaitée de la personne comprend les sous- étapes de
analyse d'un contenu spectral du signal de mesure pour définir un indicateur de contenu spectral actuel,
comparaison de l'indicateur de contenu spectral actuel avec l'indicateur de contenu spectral visé,
si l'indicateur de contenu spectral actuel ne correspond pas à l'indicateur de contenu spectral visé, définition d'une fréquence de stimulation souhaitée de la personne de telle sorte que ladite fréquence de stimulation souhaitée ait une valeur intermédiaire entre
une fréquence actuelle définie par l'indicateur de contenu spectral actuel, et
une fréquence visée définie par l'indicateur de contenu spectral visé ;
l'étape de détermination d'un signal modifié comporte la mise en œuvre d'une boucle à verrouillage de phase adaptée pour asservir une phase instantanée du signal d'interférence entre le signal de base et le signal modifié avec une phase instantanée du signal de mesure;
l'étape de détermination d'un signal modifié comporte les sous-étapes de :
définition d'une fréquence de décalage égale à la fréquence de stimulation souhaitée de la personne,
calcul d'un signal modifié, au moyen d'un décalage en fréquence du signal de base de la fréquence de décalage, sommation du signal de base et du signal modifié pour définir un signal d'interférence,
comparaison d'une phase instantanée du signal d'interférence à la fréquence de décalage et d'une phase instantanée du signal de mesure à la fréquence de stimulation souhaitée pour définir un signal de phase;
l'étape de détermination d'un signal modifié comporte en outre une sous-étape d'asservissement de la fréquence de décalage en fonction du signal de phase;
l'étape de détermination d'un signal modifié comporte en outre une sous-étape de décalage temporelle du signal modifié en fonction du signal de phase;
- le signal de base est représentatif d'un signal acoustique comportant au moins deux fréquences acoustiques distinctes et s' étendant sur une durée supérieure à plusieurs secondes;
- l'étape d'émission du signal de base et du signal modifié comporte
l'émission du signal de base par un premier transducteur acoustique stimulant majoritairement l'une parmi une oreille interne droite et une oreille interne gauche de la personne, et
l'émission du signal modifié par un second transducteur acoustique stimulant majoritairement l'autre parmi une oreille interne droite et une oreille interne gauche de la personne;
les transducteurs acoustiques sont des haut- parleurs stimulant les oreilles internes respectives de la personne par des conduits auditifs respectifs, ou des dispositifs ostéophonique stimulant les oreilles internes de la personne par conduction osseuse;
l'indicateur de contenu spectral visé est indicatif d'une gamme de fréquence inférieure à 8 Hz, de préférence comprise entre 4Hz et 8Hz; l'indicateur de contenu spectral visé est indicatif d'une gamme de fréquence comprise entre 8Hz et 12Hz .
L'invention a également pour objet un système de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne comportant :
- des moyens de fourniture d'un signal de base, ledit signal de base étant représentatif d'un signal acoustique complexe continu,
- des moyens d'acquisition d'au moins un signal de mesure représentatif d'un signal électrique physiologique de ladite personne,
- des moyens de traitement configurés pour définir une fréquence de stimulation souhaitée en fonction du signal de mesure et d'un indicateur de contenu spectral visé et
déterminer un signal modifié en fonction du signal de base, du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, de telle sorte
qu'un signal d'interférence entre le signal modifié et le signal de base comporte composante de stimulation à une fréquence définie en fonction du signal de mesure et de l'indicateur de contenu spectral visé, et
que ladite composante de stimulation soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne à la fréquence de stimulation souhaitée,
- des moyens d'émission du signal de base et du signal modifié, de telle sorte que le signal de base et le signal modifié soient perçus de manière stéréophonique par la personne.
Grâce à ces dispositions, l'effet de stimulation est amélioré et peut être contrôlé dans un but précis. Par ailleurs, le système et le procédé de stimulation sont d'utilisation simple, accessible à un personnel non- médicalement formé, peu encombrants et confortable de sorte à pouvoir être utilisés dans un contexte de vie quotidienne. Le système et le procédé selon l'invention sont aisément adaptables à l'utilisateur pour pouvoir être utilisés sans modifications complexes par une variété de personnes, et simples et peu coûteux à fabriquer pour garantir leur accessibilité au grand public.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins j oints .
Sur les dessins :
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue de détail en perspective du dispositif de la figure 1 dans lequel le dispositif comporte notamment un premier et un second transducteur acoustique respectivement aptes à émettre des signaux acoustiques stimulant respectivement une oreille interne droite et une oreille interne gauche de la personne,
- la figure 3 est un schéma synoptique d'un système selon un premier mode de réalisation de l'invention comportant un dispositif,
- la figure 4 est un schéma synoptique d'un système selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est un organigramme illustrant un mode de réalisation d'un procédé de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne selon un mode de réalisation de l'invention.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
L'invention a pour objet un procédé de stimulation acoustique des ondes cérébrales C d'une personne P qui est notamment illustré figure 6. Un tel procédé est par exemple mis en œuvre au moyen d'un système 1 de stimulation acoustique des ondes cérébrales de la personne P qui est illustré sur les figures 1 à 4 et qui forme un autre objet de l'invention.
Comme illustré sur les figures 1 à 4, le système 1 comporte des moyens de fourniture d'un signal de base 6, des moyens d'acquisition 3 d'au moins un signal de mesure, des moyens de traitement 5 et des moyens d'émission 4 d'un signal de base et d'un signal modifié.
Une partie au moins du système 1 peut être apte à être porté sur la tête de la personne P, par exemple au moins les moyens d'acquisition 3.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système 1 peut être apte à être entièrement porté par la personne P, par exemple sur la tête de la personne P.
A cette fin, le système 1 peut comporter un ou plusieurs éléments supports 2 aptes à entourer au moins partiellement la tête de la personne P de sorte à y être maintenu. Les éléments supports 2 prennent par exemple la forme d'une ou plusieurs branches pouvant être disposées de sorte à entourer la tête de la personne P pour y maintenir le système 1.
Le système 1 peut également être divisé en un ou plusieurs éléments, aptes à être porté sur différentes parties du corps de la personne P, par exemple sur la tête, au poignet ou encore sur le torse.
Le procédé selon l'invention comporte une étape de fourniture d'un signal de base SBS, réalisée au moyen des moyens de fourniture 6.
Le signal de base SBS est représentatif d'un signal acoustique complexe continu.
Par « signal acoustique complexe continu », on entend un signal acoustique comportant au moins deux fréquences acoustiques distinctes et s' étendant sur une durée supérieure à plusieurs secondes.
Un exemple de signal acoustique complexe continu est une musique ou un chant, ou encore un son naturel, c'est-à-dire généré sans intervention humaine, tel que de la pluie, du vent, des vagues, des chants d'oiseaux, etc. Un autre exemple de signal acoustique complexe est un bruit blanc ou rose.
Un signal acoustique complexe continu est donc bien différent d'une sinusoïde unique ou d'une impulsion courte.
Un signal acoustique complexe continu présente notamment des propriétés auditives spécifiques et en particulier un confort d'écoute important qui permet d'écouter un tel son pendant des durées importantes de plusieurs heures sans désagréments.
L'utilisation d'un tel signal acoustique complexe continu pour réaliser une stimulation auditive présente toutefois des complexités de mise en œuvre, notamment de fait de la présence de plusieurs fréquences distinctes, qui font parties de certains des problèmes résolus par la présente invention.
Par « le signal de base est représentatif d'un signal acoustique complexe continu », on entend que le signal de base SBS est une représentation dudit signal acoustique apte à être émise par un dispositif d'émission sonore. Le signal de base SBS est ainsi par exemple un enregistrement numérique, compressé ou non-compressé, dudit signal acoustique, c'est-à-dire une suite de nombres codant le signal acoustique d'une manière apte à être stocké et manipulée par des composants électroniques comme des mémoires et des processeurs, tout en étant apte à être traduite en ondes acoustiques par un transducteur sonore.
Le signal de base SBS est par exemple un enregistrement dans un format de fichier en format wav ou aif du signal acoustique complexe continu.
Le signal modifié SMOD qui est décrit plus loin présente les mêmes caractères généraux, décrits ci-avant, que le signal de base SBS.
Les moyens de fourniture 6 du signal de base SBS peuvent comprendre des moyens de stockage 6a du signal de base SBS, par exemple une mémoire 6a apte à stocker une portion ou la totalité du signal de base.
Les moyens de stockage 6a peuvent par exemple être un module amovible, par exemple une carte mémoire telle qu'une carte SD (acronyme anglo-saxon du terme « Secure Digital ») , ou bien une mémoire montée de manière permanente dans le système 1.
Les moyens de stockage 6a peuvent par ailleurs être aptes à stocker les différentes variables et grandeurs mentionnées dans la suite de la description et utilisées par le procédé selon l'invention, par exemple un signal de mesure S, un signal de base SBS, un signal modifié SMOD, une fréquence de stimulation souhaitée FSTIM, une fréquence de décalage FSFT, un indicateur de contenu spectral visé TSC, un indicateur de contenu spectral actuel ASC, un signal d'interférence SI, un signal de phase PS.
Les moyens de fourniture 6 peuvent également comporter un module de communication 6b avec un serveur 100 pour récupérer le signal de base SBS depuis ledit serveur 100, par téléchargement complet ou par téléchargement en flux (en anglo-saxon « streaming ») .
Le serveur 100 peut être un ordinateur mais également un smartphone, une smartwatch ou autre microcontrôleur ou microprocesseur.
A cette fin, le module de communication 6b peut être apte à communiquer avec ledit serveur 100 directement, par l'intermédiaire d'un réseau local ou étendu comme le réseau internet.
Le module de communication 6b peut communiquer avec ledit serveur 100 par l'intermédiaire d'une liaison filaire, par exemple une liaison « USB », ou d'une liaison sans-fil, par exemple une liaison « Wi-Fi » et/ou « bluetooth ». D'autres protocoles de communication peuvent bien évidemment être utilisés.
Le procédé selon l'invention peut par ailleurs comprendre une étape d'acquisition d'au moins un signal de mesure S au moyen des moyens d'acquisition 3.
Le signal de mesure S peut notamment être représentatif d'un signal électrique physiologique E de la personne P.
Le signal électrique physiologique E peut par exemple comporter un électroencéphalogramme (EEG) , un électromyogramme (EMG) , un électrooculogramme (EOG) , un électrocardiogramme (ECG) ou tout autre biosignal mesurable sur la personne P.
A cette fin, les moyens d'acquisition 3 comportent par exemple une pluralité d'électrodes 3 aptes à être en contact avec la personne P, et notamment avec la peau de la personne P pour acquérir au moins un signal de mesure S représentatif d'un signal électrique physiologique E de la personne P.
Le signal électrique physiologique E comporte avantageusement un électroencéphalogramme (EEG) de la personne P.
A cette fin, dans un mode de réalisation de l'invention, le système 1 comporte au moins une électrode de mesure EEG 3b. Dans un mode de réalisation préférentiel, le système 1 comporte au moins deux électrodes 3 dont au moins une électrode de référence 3a et au moins une électrode de mesure EEG 3b.
Le système 1 peut comporter en outre une électrode de masse 3c.
Dans un mode de réalisation particulier, le système 1 comporte au moins trois électrodes de mesure EEG 3c, de sorte à acquérir des signaux électriques physiologiques E comportant au moins trois canaux de mesure d' électroencéphalogramme .
Les électrodes de mesure EEG 3c sont par exemple disposées à la surface de la peau du crâne de la personne P, notamment à la surface du cuir chevelu et/ou du front de la personne P.
Dans d'autres modes de réalisation, le système 1 peut comporter en outre une électrode de mesure l'EMG et, éventuellement, une électrode de mesure EOG.
Les électrodes de mesure 3 peuvent être des électrodes réutilisables ou des électrodes jetables. Avantageusement, les électrodes de mesure 3 sont des électrodes réutilisables de sorte à simplifier l'utilisation quotidienne du système.
Les électrodes de mesure 3 peuvent être, notamment, des électrodes sèches ou des électrodes recouvertes d'un gel de contact. Les électrodes 3 peuvent également être des électrodes textiles, silicone ou polymère.
Les moyens d'acquisition 3 peuvent également comporter des dispositifs d'acquisition de signaux de mesure S non uniquement électrique.
Un signal de mesure S peut ainsi être, de manière générale, représentatif d'un signal physiologique de la personne P.
Le signal de mesure S peut également comporter un sous-signal représentatif d'un signal physiologique de la personne P non électrique ou non-totalement électrique, par exemple un signal d'activité cardiaque, tel qu'un rythme cardiaque, une fréquence et/ou une profondeur de respiration, une température corporelle de la personne P ou encore des mouvements de la personne P.
A cette fin, les moyens d'acquisition 3 peuvent comporter un détecteur de rythme cardiaque, un thermomètre corporelle on encore un accéléromètre .
Les moyens d'acquisition 3 peuvent encore comporter des dispositifs d'acquisition de signaux de mesure S représentatifs de l'environnement de la personne P.
Le signal de mesure S peut ainsi comporter en outre un sous-signal représentatif d'une qualité de l'air environnant la personne P, par exemple un taux de dioxyde de carbone ou d'oxygène, ou encore d'une température ou un signal de bruit, notamment un sous-signal représentatif d'un niveau de bruit ambiant.
Enfin, les moyens d'acquisition 3 peuvent comporter des dispositifs d'entrée utilisateur permettant à la personne P d'entrer une information telle qu'un indice subjectif de qualité de nuit ou encore un nombre subjectif de fois que la personne P estime avoir été réveillée par le système 1.
Le signal de mesure S peut alors comporter en outre un sous-signal représentatif d'une information subjective fournie directement par la personne P. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape d'acquisition du signal de mesure S comporte par ailleurs un prétraitement du signal de mesure S.
Le prétraitement du signal de mesure S peut comporter, par exemple au moins l'un des prétraitements suivants :
- un filtrage fréquentiel et/ou par ondelettes, par exemple un filtrage fréquentiel du signal de mesure S dans une gamme de fréquences temporelles d'intérêt, par exemple une gamme de fréquences comprise dans une plage allant de 0.3 Hz à 100 Hz,
- un filtrage fréquentiel et/ou par ondelettes de fréquences parasites du signal de mesure S, par exemple apte à filtrer au moins au moins une fréquence parasite du signal de mesure S, par exemple une fréquence parasite appartenant à une plage de fréquences allant de 0.3 Hz à 100 Hz,
- une élimination d'artefacts prédéfinis du signal de mesure S.
Le prétraitement du signal de mesure S peut également comporter des prétraitements tels que :
- une amplification, par exemple une amplification du signal de mesure S par un facteur allant de 10A3 à 10A6, et/ou
- un échantillonnage du signal de mesure S au moyen d'un convertisseur analogique-digital apte, par exemple, à échantillonner le signal de mesure S avec un taux d'échantillonnage de quelques centaines de Hertz, par exemple 256 Hz ou 512 Hz.
Un tel prétraitement du signal de mesure S peut par exemple être mis en œuvre par un module analogique ou un module numérique des moyens d'acquisition 3. Ainsi notamment, les moyens d'acquisition 3 peuvent comporter des électrodes actives ou passives aptes à réaliser l'un des prétraitements détaillés ci-dessus.
Les moyens de traitement 5 reçoivent les signaux de mesure S des moyens d'acquisition 3, éventuellement prétraités comme détaillé ci-avant, et le signal de base SBS des moyens de fourniture 6.
Les moyens de traitement 5 sont alors aptes à mettre en œuvre une étape de définition d'une fréquence de stimulation souhaitée FSTIM et une étape de détermination d'un signal modifié SMOD d'un procédé selon l'invention.
Ces étapes vont à présent être détaillées plus avant en référence à la figure 5.
La fréquence de stimulation souhaitée FSTIM est définie en fonction du signal de mesure S et d'un indicateur de contenu spectral visé TSC.
Plus précisément, l'étape de définition d'une fréquence de stimulation souhaitée FSTIM de la personne P comprend les sous-étapes suivantes.
Une première sous-étape comprend l'analyse un contenu spectral du signal de mesure S pour définir un indicateur de contenu spectral actuel ASC.
Pour mettre en œuvre cette analyse, le signal de mesure S peut notamment être enregistré dans une mémoire, par exemple une mémoire tampon.
Pour cela, un spectre du signal de mesure est déterminé, par exemple en mettant en œuvre une transformation de Fourier ou une transformation par ondelettes .
Puis, le spectre du signal de mesure est analysé pour définir un indicateur de contenu spectral actuel ASC.
Par un « indicateur de contenu spectral actuel », on entend ainsi une ou plusieurs valeurs calculées à partir du spectre du signal de mesure, ou du signal de mesure, et permettant de quantifier le contenu spectral du signal de mesure. Un indicateur de contenu spectral actuel peut par exemple comprendre une fréquence centrale du signal de mesure, une gamme de fréquence comprenant une majorité de l'énergie du signal de mesure, ou encore un poids énergétique d'une ou plusieurs fréquences ou d'une ou plusieurs gammes de fréquences du signal de mesure.
Un tel indicateur de contenu spectral actuel ASC peut par exemple indiquer que le signal de mesure S est représentatif d'ondes cérébrales dans une gamme de fréquence comprise entre 10 Hz et 40 Hz, avec une fréquence centrale d'environ 16 Hz.
Au cours d'une deuxième sous-étape, l'indicateur de contenu spectral actuel ASC est comparé avec l'indicateur de contenu spectral visé TSC.
L' indicateur de contenu spectral visé TSC présente les mêmes caractéristiques générales, détaillées ci-avant, que l'indicateur de contenu spectral actuel ASC, mis à part le fait que l'indicateur de contenu spectral visé TSC n'est pas calculé à partir du signal de mesure S mais est prédéfini, et par exemple enregistré dans la mémoire 6a du système 1.
L' indicateur de contenu spectral visé TSC peut être mis à jour au cours du fonctionnement du système 1. Il peut par exemple être sélectionné par la personne P pour obtenir une certaine stimulation souhaitée.
Ainsi, par un « indicateur de contenu spectral visé », on entend également une ou plusieurs valeurs permettant de quantifier un contenu spectral du signal de mesure S et l'indicateur de contenu spectral visé TSC peut également correspondre à une fréquence centrale du signal de mesure, une gamme de fréquence comprenant une majorité de l'énergie du signal de mesure, ou encore un poids énergétique d'une ou plusieurs fréquences ou d'une ou plusieurs gammes de fréquences du signal de mesure.
L' indicateur de contenu spectral visé TSC est indicatif du contenu spectral du signal de mesure que le système, et le procédé selon l'invention, cherchent à stimuler .
Ainsi par exemple, dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel le système 1 est configuré pour stimuler l'endormissement de la personne P, le procédé et le système selon l'invention sont adaptés pour stimuler une bande de fréquence des ondes cérébrales associée à 1 ' endormissement .
Dans un tel mode de réalisation, l'indicateur de contenu spectral visé TSC peut par exemple être indicatif d'une gamme de fréquence inférieure à 8 Hz, de préférence comprise entre 4Hz et 8Hz.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le système 1 est configuré pour stimuler la concentration de la personne P, le procédé et le système selon l'invention peuvent être adaptés pour stimuler une bande de fréquence des ondes cérébrales associée à la concentration.
Dans un tel mode de réalisation, l'indicateur de contenu spectral visé TSC peut par exemple être indicatif d'une gamme de fréquence comprise entre 8Hz et 12Hz.
Une troisième sous-étape comporte la définition d'une fréquence de stimulation souhaitée FSTIM de la personne P, en particulier si l'indicateur de contenu spectral actuel ASC ne correspond pas à l'indicateur de contenu spectral visé TSC.
Dans le cas inverse, la personne P se trouve alors déjà dans l'état cérébral visé et le procédé de stimulation peut par exemple être arrêté, ou être remplacé par un procédé de suivi de l'état cérébral de la personne P, pour détecter un départ de l'état cérébralsouhaité .
Par « état cérébral », on entend par exemple un état de la personne P correspondant à une activité électrique du cerveau définie par exemple par un spectre d'ondes cérébrales ou un rythme cérébral, par exemple tels qu'ils peuvent être enregistré par électroencéphalographie. Un état cérébral est ainsi par exemple défini par l'indicateur de contenu spectral actuel. Un état cérébral peut également être mesuré par des mesures de température corporelles, de mouvement et de respiration par exemple, mesures qui peuvent être rattachées à une activité électrique du cerveau de la personne P.
Une telle fréquence de stimulation souhaitée FSTIM est notamment définie de sorte à avoir une valeur intermédiaire entre une fréquence actuelle AF définie par l'indicateur de contenu spectral actuel ASC, et une fréquence visée TF définie par l'indicateur de contenu spectral visé TSC.
La fréquence actuelle AF est par exemple une fréquence centrale du signal de mesure, une fréquence d'énergie maximale du signal de mesure, une fréquence d'énergie importante du signal de mesure, une fréquence supérieure d'une gamme de fréquence d'énergie maximale ou importante du signal de mesure ou encore une fréquence inférieure d'une gamme de fréquence d'énergie maximale ou importante du signal de mesure.
La fréquence visée TF présente les mêmes caractéristiques générales, détaillées ci-avant, que la fréquence actuelle AF, mis à part le fait que la fréquence visée TF n'est pas calculé à partir de l'indicateur de contenu spectral actuel ASC mais à partir de l'indicateur de contenu spectral visé TSC. La fréquence visée TF est par exemple telle que, si la fréquence actuelle AF du signal de mesure S était égale à ladite fréquence visée TF, l'indicateur de contenu spectral actuel ASC du signal de mesure S correspondrait à l'indicateur de contenu spectral visé TSC.
La fréquence de stimulation souhaitée FSTIM est notamment définie de sorte à être proche de la fréquence actuelle AF définie par l'indicateur de contenu spectral actuel mais différente de ladite fréquence actuelle AF, notamment pour prendre une valeur intermédiaire entre ladite fréquence actuelle AF et ladite fréquence visée TF.
A titre d'exemple, si la fréquence visée TF est inférieure à la fréquence actuelle AF, la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM peut être définie pour être légèrement inférieure à la fréquence actuelle, de sorte à stimuler progressivement les ondes cérébrales vers la fréquence visée.
La fréquence de stimulation souhaitée FSTIM est mise à jour au cours de la mise en œuvre du procédé pour être redéfinie en cas d'évolution du contenu spectral actuel ASC du signal de mesure S.
Par exemple, au cours de l'endormissement de la personne P, la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM peut progressivement décroître pour tendre vers une fréquence de la gamme spectrale du sommeil, par exemple inférieur à 8 Hz .
Le procédé selon l'invention comporte par ailleurs une étape de détermination d'un signal modifié SMOD mise en œuvre par les moyens de traitement 5.
Le signal modifié SMOD est déterminé en fonction du signal de base SBS, du signal de mesure S et de l'indicateur de contenu spectral visé TSC.
Le signal modifié SMOD est un signal défini à partir du signal de base SBS translaté en fréquence et décalé en phase.
Plus précisément, le signal modifié SMOD est déterminé de telle sorte qu'un signal d'interférence SI entre le signal modifié SMOD et le signal de base SBS comporte une composante de stimulation à une fréquence définie en fonction du signal de mesure S et de l'indicateur de contenu spectral visé TSC, et que ladite composante de stimulation soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne P à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM.
Le signal d'interférence SI comporte ainsi par exemple un signal de battement entre le signal de base SBS et le signal modifié SMOD, en particulier une composante de stimulation SC. Une telle composante de stimulation SC apparaît par exemple lors de la sommation, ou la soustraction, du signal de base SBS et du signal modifié SMOD.
Par « composante de stimulation », on entend une composante ayant une fréquence inférieure à 50 Hz, par exemple comprise entre 4Hz et 20 Hz. Une telle composante présente ainsi une fréquence inférieure à la majorité du contenu fréquentiel d'une musique commune ou d'un son naturel commun. Une telle composante de stimulation SC présente toutefois une fréquence proche des fréquences des ondes cérébrales et notamment de gammes de fréquences des ondes cérébrales associées à l'endormissement ou à la concentration et qui peuvent donc être avantageusement stimulées. Comme détaillé ci-après, la composante de stimulation SC est notamment une composante du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage FSFT.
A cette fin, l'étape de détermination du signal modifié du procédé selon l'invention comporte par exemple la mise en œuvre d'une boucle à verrouillage de phase adaptée pour asservir une phase instantanée du signal d'interférence SI avec une phase instantanée du signal de mesure S .
Plus précisément, cette boucle à verrouillage de phase est adaptée pour asservir une phase instantanée de la composante de stimulation SC du signal d'interférence SI avec une phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM.
Par ailleurs, comme cela va maintenant être décrit plus en détail, une telle boucle à verrouillage de phase selon l'invention présente des spécificités particulières, liées à la nature complexe et continue des signaux traités.
L'étape de détermination du signal modifié comporte ainsi une pluralité de sous-étapes.
Une première sous-étape consiste à définir une fréquence de décalage FSFT. La fréquence de décalage FSFT est originellement définie comme étant égale à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM de la personne P telle que décrite ci-avant.
Comme on va le voir, au cours de la mise en œuvre de la boucle à verrouillage de phase, la fréquence de décalage FSFT peut toutefois évoluer autour de la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM pour permettre l'asservissement de la phase instantanée du signal d'interférence SI.
Ainsi, une sous-étape suivante comporte le calcul d'un signal modifié SMOD à partir du signal de base SBS. Le signal modifié SMOD est calculé en décalant en fréquence le signal de base SBS de la fréquence de décalage FSFT. Ainsi, si le spectre du signal de base SBS s'étend par exemple entre 40 Hz et 5000 Hz, le spectre du signal modifié SMOD pourra s'étendre entre 44 Hz et 5004 Hz. Dans une variante de réalisation, une portion seulement du signal de base SBS peut être décalée en fréquence pour obtenir le signal modifié SMOD.
Par « une portion du signal de base », on entend une portion spectrale, c'est-à-dire un sous-ensemble du spectre du signal de base, et/ou une portion temporelle, c'est-à-dire une portion temporelle déterminée, par exemple d'une durée de quelques secondes, du signal de base, éventuellement réitérée dans le temps.
Puis, l'étape de détermination du signal modifié comporte une sous-étape de sommation du signal de base SBS et du signal modifié SMOD pour définir un signal d'interférence SI.
Comme détaillé ci-avant, du fait du décalage fréquentiel entre le signal de base SBS et le signal modifié SMOD, une composante de stimulation SC à la fréquence de décalage FSFT apparaît dans le signal d'interférence SI, ladite composante étant absente des signaux de base et translaté.
Dans des variantes de cette sous-étape, le signal de base SBS et/ou le signal modifié SMOD peuvent être modifiés avant sommation, par exemple multipliés par des coefficients d'ajustement, décalés en phase ou encore multipliés par un filtre fréquentiel ou temporel.
Une fois le signal d'interférence SI déterminé, une phase instantanée du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage FSFT peut être comparée à une phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM. Cette comparaison permet de définir un signal de phase PS représentatif d'une différence de phase instantanée entre le signal d'interférence SI à la fréquence de décalage FSFT et le signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM.
On peut alors contrôler le signal modifié SMOD en fonction du signal de phase PS pour synchroniser la phase instantanée du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage et la phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée.
Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 5, la fréquence de décalage FSFT peut ainsi être asservie en fonction du signal de phase PS, de sorte à synchroniser la phase instantanée du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage et la phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée.
Dans un autre mode de réalisation, le signal modifiée SMOD peut être décalé temporellement , ou décalé en phase, de sorte à synchroniser la phase instantanée du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage et la phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée.
Pour déterminer la phase instantanée du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM, le système 1 peut par exemple sélectionner une composante du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM, par exemple par application d'un filtre passe-bande de sorte à conserver uniquement une portion utile du signal de mesure S à la fréquence de stimulation souhaitée FSTIM.
De même, le système 1 peut sélectionner une composante du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage FSFT, par exemple par application d'un filtre passe-bande de sorte à conserver uniquement une portion utile du signal d'interférence SI à la fréquence de décalage FSFT.
Une fois le signal modifié SMOD déterminé, procédé selon l'invention comporte une étape d'émission du signal de base SBS et du signal modifié SFT, mise en œuvre par les moyens d'émission 4.
Cette étape d'émission est mise en œuvre de telle sorte que le signal de base SBS et le signal modifié SMOD soient perçus de manière stéréophonique par la personne P.
A cette fin, les moyens d'émission 4 sont conçus pour émettre des signaux acoustiques représentés par le signal de base SBS et le signal modifié SMOD, de sorte à ce que lesdits signaux acoustiques soient audibles par la personne .
Les moyens d'émission 4 comportent ainsi au moins deux transducteurs acoustiques 4a, 4b.
Un premier transducteur acoustique 4a est configuré pour stimuler majoritairement l'une parmi une oreille interne droite RE et une oreille interne gauche LE de la personne P. Un second transducteur acoustique 4b est configuré pour stimuler majoritairement l'autre parmi l'oreille interne droite RE et l'oreille interne gauche LE de la personne P.
L'étape d'émission du signal de base SBS et du signal modifié SMOD comporte alors l'émission du signal de base SBS par le premier transducteur acoustique 4a et l'émission du signal modifié SMOD par le second transducteur acoustique 4b.
Dans un premier mode de réalisation illustré notamment sur les figures 1, 2 et 3, les transducteurs acoustiques 4a, 4b sont des dispositifs ostéophoniques stimulant les oreilles internes LE, RE de la personne P par conduction osseuse.
Ces dispositifs ostéophoniques 4a, 4b peuvent par exemple être aptes à être placé à proximité des oreilles, par exemple au-dessus comme illustré sur la figure 1, notamment sur une zone de peau recouvrant un os crânien.
Dans un second mode de réalisation, les transducteurs acoustiques 4a, 4b sont des haut-parleurs stimulant les oreilles internes LE, RE de la personne P par des conduits auditifs menant audites oreilles internes.
Ces haut-parleurs peuvent être disposés à l'extérieur des oreilles de la personne P ou dans les conduits auditifs.
Dans un mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 4, les haut-parleurs sont séparés du reste du système 1 et par exemple disposés dans la pièce dans laquelle la personne P est localisée.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les transducteurs acoustiques 4a, 4b sont montés avec les moyens de fourniture 6, les moyens d'acquisition 3 et les moyens de traitement 5 sur les éléments supports 2 de sorte à être proches les uns des autres si bien que la communication entre ces éléments 3, 4, 5, 6 est particulièrement rapide et à haut débit.
Pour permettre la mise en œuvre du procédé selon l'invention, les moyens d'acquisition 3, les moyens d'émission 4, les moyens de traitement 5 et les moyens de fourniture 6 sont par ailleurs reliés fonctionnellement entre eux et aptes à échanger des informations et des commandes.
Ainsi par exemple, une distance maximale entre les moyens d'acquisition 3, les moyens de fourniture 6 et les moyens de traitement 5 et/ou, le cas échéant, les moyens d'émission 4 peut être inférieur à quelques mètres et par exemple inférieure à quelques dizaines de centimètres. De cette manière, une communication suffisamment rapide entre les éléments du système 1 peut être garantie.
Les moyens d'acquisition 3, les moyens de fourniture 6, les moyens de traitement 5 et/ou, le cas échéant, les moyens d'émission 4, peuvent par exemple être logés dans les cavités de l'élément support 2, clipsés sur l'élément support 2 ou bien encore fixés à l'élément support 2 par exemple par collage, vissage ou tout autre moyen de fixation adapté. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'acquisition 3, les moyens de fourniture 6 et les moyens de traitement 5 et/ou, le cas échéant les moyens d'émission 4, peuvent être montés sur l'élément support 2 de manière amovible.
Sans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de traitement 5 sont reliés fonctionnellement aux moyens d'acquisition 3 et aux moyens d'émission 4 par l'intermédiaire de liaisons filaires 10. De cette façon, on diminue l'exposition de la personne P aux rayonnements électromagnétiques.
Par ailleurs, le système 1 peut également comporter une batterie 8. La batterie 8 peut être montée sur l'élément support 2 de la manière décrite ci-dessus pour les moyens d'acquisition 3, les moyens de fourniture 6 et les moyens de traitement 5. La batterie 8 peut être notamment apte à alimenter les moyens d'acquisition 3, les moyens de fourniture 6 et les moyens de traitement 5. La batterie 8 est de préférence apte à fournir de l'énergie sur une durée de plusieurs heures sans recharge, préférentiellement au moins huit heures de sorte à couvrir une période de sommeil moyenne d'une personne P.
De cette façon, le système 1 peut fonctionner de manière autonome pendant une période de fonctionnement prolongée.
De cette manière en particulier, le système 1 est autonome et apte à mettre en œuvre une opération de stimulation des ondes cérébrales sans communiquer avec un serveur extérieur, notamment sans communiquer avec un serveur extérieur sur une durée de plusieurs minutes, préférentiellement plusieurs heures, préférentiellement au moins huit heures.
Par « autonome », on entend ainsi que le système peut par exemple fonctionner pendant une période prolongée, de plusieurs minutes, de préférence plusieurs heures, par exemple au moins huit heures, sans avoir besoin d'être rechargé en énergie électrique, de communiquer avec des éléments extérieurs tels que le serveur distant ou encore d'être relié structurellement à un dispositif extérieur comme un élément de fixation tel qu'un bras ou une potence.
De cette manière le système est apte à être utilisé dans la vie quotidienne d'une personne P sans imposer de contraintes particulières.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne (P) comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un signal de base (SBS) , ledit signal de base étant représentatif d'un signal acoustique complexe continu,
- acquisition d'au moins un signal de mesure (S) représentatif d'un signal électrique physiologique d'une personne (P) ,
- définition d'une fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) en fonction du signal de mesure (S) et d'un indicateur de contenu spectral visé (TSC) ,
- détermination d'un signal modifié (SMOD) en fonction du signal de base (SBS) , du signal de mesure (S) et de l'indicateur de contenu spectral visé (TSC), de telle sorte
qu'un signal d'interférence (SI) entre le signal modifié (SMOD) et le signal de base (SBS) comporte une composante de stimulation (SC) à une fréquence définie en fonction du signal de mesure (S) et de l'indicateur de contenu spectral visé (TSC) , et
que ladite composante de stimulation (SC) soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne (P) à la fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) ,
- émission du signal de base (SBS) et du signal modifié (SMOD) , de telle sorte que le signal de base (SBS) et le signal modifié (SMOD) soient perçus de manière stéréophonique par la personne (P) .
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de définition d'une fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) de la personne (P) comprend les sous- étapes de
- analyse d'un contenu spectral du signal de mesure pour définir un indicateur de contenu spectral actuel
(ASC) ,
- comparaison de l'indicateur de contenu spectral actuel (ASC) avec l'indicateur de contenu spectral visé ( SC) ,
- si l'indicateur de contenu spectral actuel (ASC) ne correspond pas à l'indicateur de contenu spectral visé (TSC), définition d'une fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) de la personne (P) de telle sorte que ladite fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) ait une valeur intermédiaire entre
une fréquence actuelle définie par l'indicateur de contenu spectral actuel, et
une fréquence visée définie par l'indicateur de contenu spectral visé.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'étape de détermination d'un signal modifié (SMOD) comporte la mise en œuvre d'une boucle à verrouillage de phase adaptée pour asservir une phase instantanée du signal d'interférence (SI) entre le signal de base (SBS) et le signal modifié (SMOD) avec une phase instantanée du signal de mesure.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de détermination d'un signal modifié
(SMOD) comporte les sous-étapes de :
définition d'une fréquence de décalage (FSFT) égale à la fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) de la personne (P) ,
- calcul d'un signal modifié (SMOD) , au moyen d'un décalage en fréquence du signal de base (SBS) de la fréquence de décalage,
- sommation du signal de base (SBS) et du signal modifié (SMOD) pour définir un signal d'interférence (SI),
- comparaison d'une phase instantanée du signal d'interférence (SI) à la fréquence de décalage (FSFT) et d'une phase instantanée du signal de mesure (S) à la fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) pour définir un signal de phase (PS) .
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape de détermination d'un signal modifié (SMOD) comporte en outre une sous-étape d'asservissement de la fréquence de décalage (FSFT) en fonction du signal de phase (PS) .
6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel l'étape de détermination d'un signal modifié
(SMOD) comporte en outre une sous-étape de décalage temporelle du signal modifié (SMOD) en fonction du signal de phase (PS) .
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le signal de base (SBS) est représentatif d'un signal acoustique comportant au moins deux fréquences acoustiques distinctes et s' étendant sur une durée supérieure à plusieurs secondes.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape d'émission du signal de base (SBS) et du signal modifié (SMOD) comporte - l'émission du signal de base (SBS) par un premier transducteur acoustique (4a) stimulant majoritairement l'une parmi une oreille interne droite (RE) et une oreille interne gauche (LE) de la personne (P) , et
- l'émission du signal modifié (SMOD) par un second transducteur acoustique (4b) stimulant majoritairement l'autre parmi une oreille interne droite (RE) et une oreille interne gauche de la personne (P) .
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les transducteurs acoustiques (4) sont des haut-parleurs stimulant les oreilles internes (RE, LE) respectives de la personne par des conduits auditifs respectifs, ou des dispositifs ostéophonique stimulant les oreilles internes (RE, LE) de la personne par conduction osseuse.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'indicateur de contenu spectral visé (TSC) est indicatif d'une gamme de fréquence inférieure à 8 Hz, de préférence comprise entre 4Hz et 8Hz.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'indicateur de contenu spectral visé (TSC) est indicatif d'une gamme de fréquence comprise entre 8Hz et 12Hz.
12. Système (1) de stimulation acoustique des ondes cérébrales d'une personne (P) comportant:
- des moyens de fourniture (6) d'un signal de base (SBS), ledit signal de base (SBS) étant représentatif d'un signal acoustique complexe continu,
- des moyens d'acquisition (3) d'au moins un signal de mesure (S) représentatif d'un signal électrique physiologique de ladite personne,
- des moyens de traitement (5) configurés pour définir une fréquence de stimulation souhaitée
(FSTIM) en fonction du signal de mesure (S) et d'un indicateur de contenu spectral visé (TSC) et
déterminer un signal modifié (SMOD) en fonction du signal de base (SBS) , du signal de mesure (S) et de l'indicateur de contenu spectral visé (TSC), de telle sorte qu'un signal d'interférence (SI) entre le signal modifié (SMOD) et le signal de base (SBS) comporte composante de stimulation (SC) à une fréquence définie en fonction du signal de mesure (S) et de l'indicateur de contenu spectral visé (TSC) , et
que ladite composante de stimulation (SC) soit synchronisée en phase avec une onde cérébrale de la personne (P) à la fréquence de stimulation souhaitée (FSTIM) ,
- des moyens d'émission (4) du signal de base (SBS) et du signal modifié (SMOD) , de telle sorte que le signal de base et le signal modifié soient perçus de manière stéréophonique par la personne (P) .
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