用于认知增强的个性化闭环脉冲经颅刺激系统技术方案

一种用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激的系统。在操作期间，所述系统对受试者的大脑中的感兴趣区域(ROI)进行识别，并且接着基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活。然后基于所述ROI源激活来确定受试者是否处于较差编码状态。最后，当所述受试者处于较差编码状态、发生预定义的外部事件或行为或者所述受试者在睡眠期间处于巩固状态时，激活一个或更多个电极，以应用脉冲经颅刺激(tPS)治疗。

Personalized closed-loop pulse transcranial stimulation system for cognitive enhancement

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于认知增强的个性化闭环脉冲经颅刺激系统相关申请的交叉引用本申请要求保护2017年7月18日提交的美国临时申请No.62/534,091的权益并且作为其非临时专利申请，该美国临时申请的全部内容通过引用并入于此。政府权利本专利技术在DARPABTO授予的美国政府合同号N66001-16-C-4058和N66001-16-C-4066的政府支持下进行。政府在本专利技术中具有特定权利。专利技术背景(1)
本专利技术涉及经颅刺激系统，并且更具体地，涉及用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激系统。(2)相关技术的描述已经设计了经颅刺激技术来解决多种认知问题。举例来说，Ezzyat等人提供了一种基于由癫痫患者中的植入电极提供的大脑状态意识来控制刺激的方法(参见所并入的参考文献的列表，参考文献No.2)。这样的电极仅给出植入区域中的数据并且无法在闭环中操作。换句话说，现有技术无法仅在刺激最有效时选择性地施加该刺激。因此，仍然需要一种提供闭环的系统以及能够在刺激对认知增强最有效的时间有效地应用刺激导联(stimulationmontage)的脉冲刺激系统。
技术实现思路
本公开提供了一种用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激的系统。在一些实施方式中，所述系统包括具有多个电极的头罩、一个或更多个处理器以及存储器。所述存储器是编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，以使在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行多个操作。例如，在操作期间，所述系统对受试者的大脑中的感兴趣区域(ROI)进行识别，并接着基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活。然后，基于所述ROI源激活来确定受试者是否处于较差编码状态。最后，当所述受试者处于较差编码状态、发生预定义的外部事件或行为或者所述受试者在睡眠期间处于巩固状态时，激活所述头罩中的一个或更多个电极，以应用脉冲经颅刺激(tPS)治疗。在另一方面，所述一个或更多个电极被激活，以施加所述tPS达所述外部事件或行为或者所述较差编码状态的持续时间，在所述持续时间之后，所述系统停止激活所述一个或更多个电极。此外，所述一个或更多个电极被激活，以施加所述tPS，直到所述编码状态从较差改变成较好。在又一方面，所述tPS被施加在闭环中，所述闭环从属于源定位颅内脑电图或脑电图波形的已知对感兴趣的所述ROI中的感兴趣的大脑功能很重要的特定阶段。另外，基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活是使用脑电图数据的逆映射来执行的。在又一方面，基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活是使用植入电极来执行或校正的。最后，本专利技术还包括计算机程序产品和计算机实现的方法。所述计算机程序产品包括存储在非暂时性计算机可读介质上的计算机可读指令，所述计算机可读指令可以通过具有一个或更多个处理器的计算机执行，使得在执行所述指令时，一个或更多个处理器执行本文列出的操作。另选地，所述计算机实现的方法包括使计算机执行这种指令并且执行所得操作的行为。附图说明结合对附图的参考，本专利技术的目的、特征以及优点将根据本专利技术各个方面的以下详细描述变得显而易见，其中：图1是示出根据本专利技术的各个实施方式的系统的部件的框图；图2是具体实施本专利技术的一个方面的计算机程序产品的示图；图3是示出根据本专利技术的一些实施方式的系统的潜在应用的流程图；图4是示出用于经颅刺激的现有技术方法的流程图；图5是示出根据本专利技术的一些实施方式的经颅刺激处理的流程图；图6是示出根据本专利技术的一些实施方式的经颅刺激处理的流程图；图7是示出来自植入深度电极的数据可以对θ节律的编码时段进行识别的示图，其中，底层的海马体回路允许在防止来自先前关联的干扰的同时，对新的关联进行有效编码；图8是示出经颅电流刺激的更短脉冲在类似海马体的深部大脑结构中引起明显的神经调控的示图；图9是示出根据各个实施方式的装置的控制的框图；以及图10是根据本专利技术的各个实施方式的头罩的示图。具体实施方式本专利技术涉及经颅刺激系统，并且更具体地，涉及用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激系统。呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够作出和使用本专利技术并将其结合到特定应用的背景中。多种修改以及不同应用中的多种用途对于本领域技术人员来说是非常显而易见的，并且这里限定的总体构思可以应用于广泛方面。因此，本专利技术不旨在限于所呈现的方面，而是涵盖与本文所公开的构思和新颖特征相一致的最广范围。在下面的详细说明中，阐述了许多具体细节，以使得能够更加彻底地理解本专利技术。然而，本领域技术人员将明白，本专利技术可以在不限于这些具体细节的情况下来实施。在其它情况下，公知结构和装置按框图形式示出而不被详细示出，以免模糊本专利技术。读者应留意与本说明书同时提交并且与本说明书一起公开以供公众查阅的所有文件和文档，并且所有这些文件和文档的内容通过引用并入于此。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要以及附图)中公开的所有特征可以由用于相同、等同或相似目的的替代特征来代替，除非另有明确说明。因此，除非另有明确说明，否则所公开的各个特征仅仅是一般系列的等同或相似特征的一个示例。此外，权利要求中的未明确陈述用于执行指定功能的“装置”或用于执行特定功能的“步骤”的任何要素不被解释为在35U.S.C.第112节第6款中指定的“装置”或“步骤”条款。具体地，在本文的权利要求中使用“…的步骤”或“…的动作”不旨在援引35U.S.C.第112节第6款的规定。在详细描述本专利技术之前，首先提供了引用参考文献的列表。接下来，提供了对本专利技术各个主要方面的说明。随后，向读者介绍本专利技术的一般理解。最后，提供本专利技术的各个实施方式的具体细节，以使得给出具体方面的理解。(1)所并入的参考文献的列表在本申请中引用以下参考文献。为了清楚和方便起见，这些参考文献在此被列为读者的中心资源。下列参考文献通过引用并入于此，就像在此完全陈述一样。这些参考文献通过参照如下对应文献参考号而在本申请中加以引用：1.JacekP.Dmochowski，LaurentKoessler，AuthonyM.Norcia，MaromBikson，LucasC.Parra(2017).OptimaluseofEEGrecordingstotargetactivebrainareaswithtranscranialelectricalstimulation.NeuroImage，Vol157，pages69-80.2.YEzzyat，JEKragel，JFBurke，DFLevy，ALyalenko，PWanda，etal(2017).Directbrainstimulationmodulatesencodimgstatesandmemoryperformanceinhumans.CurrentBiology27(9)，1251-1258.3.MatthewR.Krause，TheodorosP.Zanos，Ben本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激的系统，所述系统包括：/n头罩，所述头罩具有多个电极；/n一个或更多个处理器以及存储器，所述存储器是编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，以使在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：/n对受试者的大脑中的感兴趣区域(ROI)进行识别；/n基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活；/n基于所述ROI源激活来确定受试者是否处于较差编码状态；以及/n当所述受试者处于较差编码状态、发生预定义的外部事件或行为或者所述受试者在睡眠期间处于巩固状态时，激活所述头罩中的一个或更多个电极，以应用脉冲经颅刺激(tPS)治疗。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170718 US 62/534,0911.一种用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激的系统，所述系统包括：
头罩，所述头罩具有多个电极；
一个或更多个处理器以及存储器，所述存储器是编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，以使在执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
对受试者的大脑中的感兴趣区域(ROI)进行识别；
基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活；
基于所述ROI源激活来确定受试者是否处于较差编码状态；以及
当所述受试者处于较差编码状态、发生预定义的外部事件或行为或者所述受试者在睡眠期间处于巩固状态时，激活所述头罩中的一个或更多个电极，以应用脉冲经颅刺激(tPS)治疗。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个电极被激活，以施加所述tPS达所述外部事件或行为或者所述较差编码状态的持续时间，在所述持续时间之后，所述系统停止激活所述一个或更多个电极。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或更多个电极被激活，以施加所述tPS，直到所述编码状态从较差改变成较好。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述tPS被施加在闭环中，所述闭环从属于源定位颅内脑电图或脑电图波形的已知对感兴趣的所述ROI中的感兴趣的大脑功能很重要的特定阶段。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活是使用脑电图数据的逆映射来执行的。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个电极被激活，以施加所述tPS，直到所述编码状态从较差改变成较好。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述tPS被施加在闭环中，所述闭环从属于源定位颅内脑电图或脑电图波形的已知对感兴趣的所述ROI中的感兴趣的大脑功能很重要的特定阶段。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活是使用脑电图数据的逆映射来执行的。


9.一种用于认知增强的闭环脉冲经颅刺激的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，以使在通过一个或更多个处理器执行所述指令时，所述一个或更多个处理器执行以下操作：
对受试者的大脑中的感兴趣区域(ROI)进行识别；
基于所述ROI的估计源来估计ROI源激活；
基于所述ROI源激活来确定受试者是否处于较差编码状态；以及
当所述受试者处于较差编码状态、发生预定义的外部事件或行为或者所述受试者在睡眠期间处于巩固状态时，激活头罩中的一个或更多个电极，以应用脉冲经颅刺激(tPS)治疗。


10.根据权利要求9所述的计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·穆罕默德扎扎德，P·K·皮利，M·D·霍华德，
申请(专利权)人：赫尔实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US