用于多模态生理刺激和脑健康的评估的系统及签名技术方案

一种系统和从该系统中收集的数据中获得的诊断签名捕获评估用户脑健康和功能的多个生物传感器数据流。系统包括能从用户收集生物传感器数据的多个生物传感器和以各种感官、认知、物理和化学挑战刺激脑的能力。生物传感器包括除了一个或更多个附加的生物传感器数据流还收集至少一个通道的EEG脑波数据的有源脑波传感器，该生物传感器数据流选自：平衡和运动的加速计测量；语音和反应的麦克风测量；跟踪眼睛运动和生物计量标识的图像传感器；心率、心率变异和动脉血氧的脉搏血氧测量；针对情感和情绪信息的皮肤电传导(或表皮皮肤传导)；击键形式的认知数据；和在认知挑战期间鼠标点击或触摸屏幕。若干生物传感器容置于安装在用户头部的电子模块中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请第61/799,842号、于2013年6月18日提交的美国临时申请第61/836,294号以及于2014年1月29日提交的美国临时申请第61/932,915号的权益。这些专利申请的内容通过引用以其全部内容被合并到本文中。
本专利技术涉及通过在系统中使用激活的任务和刺激来诊断和分析脑健康以动态评估个体的脑状态和功能。
技术介绍
脑和中枢神经系统的正常功能对于健康的、愉快的和富有成效的生活而言至关重要。脑和中枢神经系统的病症属于最可怕的疾病。很多神经学病症，比如中风、阿尔茨海默氏病和帕金森氏病，是潜伏和渐进的，并且随着年龄的增长变得更常见。例如精神分裂症、抑郁、多发性硬化和癫痫的其他病症发生在年轻时，并且会在一个人的一生中持续和发展。对神经系统的突然的灾难性损害，例如脑外伤、感染和中毒，还会在任何时间影响任何年龄的任何个人。大多数神经系统功能障碍产生于个人的基因型、环境和个人习惯之间的复杂的相互作用，并且因此经常以高度个体化的方式呈现。然而，尽管预防性医疗日益显现出重要性，但是用于客观评估一个人自己的神经系统健康的便利手段尚未广泛普及。因此，需要监视脑和神经系统的健康状况的新方法以用于正常健康监护、功能障碍的早期诊断、疾病发展的跟踪以及治疗药物和新疗法的发现和优化。与其中诸如血压、胆固醇和血糖这样的个体化的健康监测生物标记物早已成为家庭项目的心血管病症和代谢紊乱不同，不存在脑和神经系统健康的这样的便利的生物标记物。诸如正电子发射断层扫描(PET)、功能磁共振成像(fMRI)和神经精神或认知测试这样的定量神经生理评估方法，涉及显著的操作员专业技术水平、住院或基于临床的测试以及大量的时间和费用。可以适于更广泛地用作神经系统功能的易实现的生物标记物的一种潜在技术是：根据若干不同形式的数据——包括测量脑的生成和传送电信号的能力的脑电图(EEG)——来对脑进行多模态评估。然而，正式的基于实验室的EEG方法通常需要大量的操作者培训、笨重的设备并且主要用于检验癫痫。需要替代和创新的生物标记物方法来提供可以大大改进神经系统和精神病学病症的预防、诊断和治疗的个人脑健康的定量测量。迫切需要能够获得帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、脑震荡以及其他神经学和神经精神病学的生物标记物的独特的多模态装置和测试。
技术实现思路
一种系统以及从在该系统中收集的数据中获得的诊断签名，通过捕获用于对用户的脑健康和功能进行评估的多个生物传感器数据流来解决现有技术中的上述需求。在示例性实施方式中，该系统包括适于从用户收集生物传感器数据的多个生物传感器以及以多种感官、认知、物理和化学挑战来刺激脑的能力。生物传感器包括除了一个或更多个附加生物传感器数据流之外还收集至少一个通道的EEG脑波数据的有源脑波传感器，其中一个或更多个附加生物传感器数据流选自以下：平衡和运动的加速计测量；语音和响应的麦克风测量；跟踪眼运动和生物标识的图像传感器；心率、心率变异性和动脉血氧的脉搏血氧测量；用于情感和情绪信息的皮肤电反应(或表皮皮肤传导)；击键形式的认知数据；以及在认知挑战期间鼠标点击或触摸屏幕。最后，可以以诊断能力来管理监管机构批准的药物、配料和化合物以对脑进行挑战并且根据诊断测量反应。在一个实施方式中，该系统包括仅一个可再使用的电子模块(REM)，该电子模块(REM)靠近脑以用于记录各种生物信号数据流。这通过在以膝上型电脑、平板电脑和智能电话类的装置的形式的外围MCU中同时收集的各种生物信号流来补充。在另一实施方式中，除了头部的REM模块之外，该系统还包括一个或更多个REM模块。在该实施方式中，非头部REM模块位于人类对象的躯干上以收集位置和心率信息，或者可替代地或另外被放置在肢的手腕或脚踝上以记录来自个体四肢的生物信号。在所有情况下，数据被及时地共同注册，使得每个模态或生物信号能够孤立地被单独分析或以交叉相关的方式被分析。可以利用诊断信息来构建多变量预测统计模型，以有助于接受评估的人类对象的健康和养生。针对人类对象对感官、认知、物理和化学挑战的反应，该系统还具有用于刺激接受评估的人类对象的装置。在本专利技术的一个实施方式中，或者利用(i)来自外围MCU或头部REM的光刺激或者利用(ii)显示在外围MCU的视频屏幕上的图像或影像，来对视觉系统进行评估。在另一实施方式中，利用两耳搏动、单听觉搏动、等时音调或具有多模态数据流内的已知或预期的生物标记物签名的其他重要听觉刺激，来挑战听觉系统。在另一实施方式中，利用专用消费食品的度量或可替代地直接用舌头电刺激装置，来刺激味觉系统。在又一实施方式中，经由一刮即嗅卡、自动香气递送系统或嗅球的直接电刺激，来刺激嗅觉系统。最后，经由已知的纹理或通过直接经皮肤的电刺激来刺激触觉。本专利技术的一部分是，如可以期望的且有利的，这些实施方式中的任一种都能够单独实施或组合实施。本专利技术的替代实施方式包括多种不同的多触点电极，由此标准圆形或方形被均等地划分成2、3或4个相等但独立的电极。为了这样做，本发明的2电极系统可以在相同的空间和时间配置内变成4、6或8电极系统，包括头带的形状因素。一个实施方式包括使用一次性气枕或气垫或其他紧凑且可扩展的装置，来为人类对象创建不规则的或不稳定的表面从而试图保持平衡以对静止平衡/稳定性进行评估，或者横移以对动态平衡/稳定性进行评估。在另一实施方式中，附加的数据转换器被内置于REM模块中，使得该系统能够获取多种多样的生物传感器数据流。一个特定实施方式包括声学麦克风和/或前向数字图像传感器(基本上是摄像机)。另一实施方式包括使用用于对所获得的眼睛跟踪和运动进行图像处理的图像传感器或更专用的装置或技术，像谷歌眼镜眼动跟踪器或基于红外线的眼睛跟踪器。在另一实施方式中，利用诸如microSD卡或其他高密度RAM存储单元这样的大容量存储装置来设计REM。RAM存储单元使得在不需要到外围MCU的无线连接的情况下能够将数据从REM直接收集至大容量存储装置。在本专利技术的又一实施方式中，向人类对象显示具有基于独特的情感和效价的特征的摄影图像，同时测量和记录他们的生物信号。在这种情况下，对想象的图像(飞过海洋的猪)不具有正常情感反应的那些人类对象能够通过生物传感器数据流而被客观地检测。可以有利地收集其他情绪和情感信息。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于捕获多个生物传感器数据流以用于评估用户的脑健康的系统，包括：电子模块，所述电子模块被安装在所述用户的头部上或头部附近，并且包括收集至少一个通道的EEG脑波数据的有源脑波传感器；多个生物传感器，所述多个生物传感器利用多个生物传感器同时记录来自所述用户的生物传感器数据，所述生物传感器包括记录人类语音以捕获人类对象在一连串任务期间对认知挑战或听觉刺激的口头反应的麦克风以及记录眼运动、眼扫视及其他生物识别信息的图像传感器；以及刺激装置，所述刺激装置将视觉刺激、听觉刺激、味觉刺激、嗅觉刺激和/或运动刺激中的至少一种施加于所述用户，其中，所述多个生物传感器同时测量身体对由所述刺激装置施加的刺激的反应，以供所述电子模块记录。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/799,842;2013.06.18 US 61/836,294;1.一种用于捕获多个生物传感器数据流以用于评估用户的脑健康的
系统，包括：
电子模块，所述电子模块被安装在所述用户的头部上或头部附近，并
且包括收集至少一个通道的EEG脑波数据的有源脑波传感器；
多个生物传感器，所述多个生物传感器利用多个生物传感器同时记录
来自所述用户的生物传感器数据，所述生物传感器包括记录人类语音以捕
获人类对象在一连串任务期间对认知挑战或听觉刺激的口头反应的麦克
风以及记录眼运动、眼扫视及其他生物识别信息的图像传感器；以及
刺激装置，所述刺激装置将视觉刺激、听觉刺激、味觉刺激、嗅觉刺
激和/或运动刺激中的至少一种施加于所述用户，其中，所述多个生物传
感器同时测量身体对由所述刺激装置施加的刺激的反应，以供所述电子模
块记录。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个生物传感器生成选
自以下项的一个或更多个附加的生物传感器数据流：平衡和运动的加速计
测量；心率、心率变异和动脉血氧的脉搏血氧测量；针对情感和情绪的皮
肤电传导(或表皮皮肤传导)；击键形式的认知数据；以及在认知挑战期
间鼠标点击或触摸屏幕。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括以像膝上型电脑、平板电脑
或智能电话这样的装置的形式的外围MCU，该外围MCU同时捕获由所
述多个生物传感器收集的生物信号流。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个外围电子模块，所
述至少一个外围电子模块位于所述用户的躯干或肢上以收集位置和心率
数据，所述位置和心率数据与由所述电子模块收集的数据及时被共同登<...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·J·西蒙，
申请(专利权)人：塞罗拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US