專利名稱：應用特定腦波形調節身體器官的功能的制作方法
相關申請本申請是2000年11月20日提交的題目為“記錄、存儲和廣播具體腦波形以調節身體器官功能的方法”、序列號為60/249,882的申請的非臨時申請。
背景技術：
本發明涉及用于記錄和解釋來自大腦的信號的編碼的電波形和方法。
大腦是生物醫學技術領域最新的重要領域之一。弄清楚其與醫學診斷和治療有關的神秘復雜性是一個如同發明技術并收集資源以登上月球一樣重大的問題。腦信號就像樂隊指揮控制和領導他的樂隊那樣控制人體的協調。在大腦將電和化學指令傳送至其所存在的身體之前，要經過大腦的檢測、計算和確定。大腦是一個極好的信息處理器，它不僅控制它所存在的身體，而且與存在于其他身體內的大腦進行交流。這種與另一大腦的相互關系可以改變兩個大腦中的電化學功能。
與其他的生物不同的是，人類數百年來已經慢慢發現了自身的健康狀況并發明了治療疾病和創傷的方法。因為古人已經將這些醫學知識保存在書本上，所以它被作為早期大學科學培訓的基礎。最近兩個世紀在生物醫學方面的教育和研究已經給出了人體解剖學和其組成部分的相關功能的詳盡解釋，所有這些為現代醫學治療提供了一個平臺。
現代科學家己經將研究擴展到以前從來都不存在的領域。現在，科學家們研究人類的遺傳基因組成并正向預測和修補基因來預防將來的疾病的方向發展。那么就存在有關確定一些普遍存在的電和化學過程微觀工作的細胞水平的研究，這些電和化學過程連接和調節生命過程。
盡管科學家和醫師可以通過手術或藥物對體內的每一器官進行治療，然而只是在近半個世紀我們才開始掌握器官系統的電療。這方面進展的例子是心臟去纖顫器和起搏器或用于帕金森氏癥的電的腦刺激器。精確的解剖學研究、動物實驗以及記錄人類大腦受傷和得病的結果已經被用作理解大腦如何工作的基礎信息。
在過去的20年里，已經在大學實驗室中進行了動態細胞和分子生物學工作并且這項工作仍在繼續進行。這開啟了以前未知的生命功能的細節。另外，最近有關神經解剖學和生理學的偉大主題的出版物已經闡明了與神經系統的實際功能的物理關系。
現在這些知識的源泉使得開啟一項電調節器官功能的新技術成為可能。這些知識為有生命危險的緊急情況和心臟、呼吸和消化狀況這些以前難以治療的狀況開辟了新的電療形式。這一新技術使得探測由大腦產生的電波形并確定該信號的用途提供了可能。本發明提供了一種將已知和未知波形發送至電子裝置的方法，該裝置可以將這些信號傳播到作為醫學治療的所選的神經系統部件。
大腦的電信號如何在總體上調節身體功能不是普遍可以理解的，但是可以在一定程度上理解器官是如何被調節的。大腦以協調方式控制所有人類和動物體器官系統的重要功能來維持身體的生命并且由此來維持大腦自身的生命。大腦需要生存并且需要繼續到將來，因此它精密地調整和調節心血管、呼吸和消化系統，尤其使整合所有的需要。隨著身體和大腦年齡的增長，由于細胞的退化維持最佳性能越來越難。但是，如果能夠以非入侵或者最小入侵的方式使最重要的器官功能重新恢復，就會有助于增加生命質量和延長生命。
大腦通過自主神經網絡控制主要器官的植物性功能。這些器官提供維持生命的最低需要。這些器官是如果想使生命繼續就必須運行的一些器官，即使大腦處于昏迷，且所有者不能思想或做任何事情。為了維持生物體的生命，主要器官的功能必須一直維持在一定的最低水平，否則必將死亡。這種控制通過神經系統來實現，該神經系統包括兩個主要部分a)與脊髓相協調的中樞神經系統(大腦)，以及b)包括頭部及脊椎神經和神經中樞的周圍系統。
自主神經系統(ANS)處于中樞神經系統內，用于傳送除了骨骼肌的運動神經之外的所有的傳出脈沖。ANS主要是外部自主控制并且調整心臟跳動和包括消化和呼吸系統的一些器官的平滑肌收縮。另外，ANS控制外分泌和內分泌器官以及某些新陳代謝活動。另外，存在來自于相反的副交感神經系統和交感神經系統的活動以獲得組織和器官功能的平衡，神經系統由稱為神經元的神經細胞構成，神經元具有稱為神經膠質的支撐細胞。神經元是可以電激發的并且提供一種方法，通過該方法指令從大腦輸送以調節重要功能。
神經元具有稱為神經軸突的突起，該神經軸突可以短至幾毫米或者長于一米。神經軸突提供并使用神經纖維來傳送在突觸處結束的電信號。突觸位于神經軸突的末端。它面向另一個來自跨過溝隙的相鄰神經軸突的突觸。為了跨過這樣的溝隙，來自于大腦的電信號必須參與專門的化學或電傳導反應來使電信號穿過而到達下一個神經軸突或者神經叢或者位于一個真實器官上的神經節。神經元具有主體(或身體)并且是沿其神經軸突發送信號直至這些信號對其到達的器官發出指令的組織和機能單元。傳送來自于大腦的信號的有效神經元單元被歸類為“傳出”神經。“傳入”神經是那些將傳感信息或者狀態信息傳送至大腦的神經。作為己收集的輸入數據(傳入信號)的結果，大腦計算并生成那些所需的電信號。由大腦接收的這些傳入信號提供復雜的器官和全身的運行狀態。這些信息覆蓋了來自內部的整個身體的狀態以及從身體之外并距離一定距離探測到的環境狀態。
到達大腦的外部數據可能和溫度變化或像接近陌生人或者甚至是潛在的交配可能性這樣的危險狀況有關。這些外部傳入感知數據可以通過眼睛、耳朵、鼻子、舌頭和皮膚來提供。另外，還有提供肌骨骼系統內的感覺的本體感覺，如深部感覺。稱為傷害感受器的其他的傳入型神經傳感器探測有害刺激和疼痛。傷害感受器警告大腦存在被認為是不需要的且需要在大腦內立即采取措施的危險事物。到達大腦的信息的范圍經過處理用于行動。傳出神經為不同的器官系統提供行為上的快速調整或者甚至命令骨骼運動神經元奔跑、行走、躲藏、幫助或者從身體上接近以獲得更多的感覺信息。
本發明描述了具體的波形和一種從與自主神經系統相連的所選的神經軸突、神經叢或神經節精確獲得關鍵操作電波形的方法。按照這些信號的實際目的將波形數據存儲并分類。這很像正在進行的對人類基因進行確定并分類方面的工作。一旦單個的編碼的電波形的目的被確定，為了治療或者校正所選的醫學狀況，這些波形將被安裝在一個用于電傳播或傳導至神經系統的特定的應用微處理器中。
發明概述本發明提供了一種調節身體器官功能的方法，依據該方法，從身體收集在身體內生成并傳送的波形。然后將這些所收集的波形進行電存儲。然后，可以將一個或多個所收集的波形發送到身體器官以刺激或調節器官功能。
將所收集的波形轉換成處理器可讀的格式。將所收集的編碼的波形轉換成可讀的格式包括將模擬信號轉換成數字格式。依據這些波形在體內所執行的功能對所收集的波形進行存儲和分類。數字-模擬轉換器用于將己分類的波形轉換成模擬格式，并且然后將該已轉換的波形應用于身體器官以進行醫學治療目的的調節。
本發明還提供了一種用于調節身體器官功能的裝置。該裝置包括所收集的指示身體器官功能的波形的波源，用于將所收集的波形發送到身體器官的裝置，以及用于將所發送的波形應用于身體器官來刺激或調節器官功能的裝置。
傳送裝置可以包括一個數字-模擬轉換器。收集波形的波源包括具有以數字格式存儲的所收集的波形的計算機。計算機包括用于不同種類的所收集波形的分開的存儲區域。
該裝置還包括用于從身體收集波形并將這些所收集的波形分類并發送到所述波源的裝置。該收集裝置可以包括放置于身體上的傳感器。提供記錄器以記錄感測到的模擬格式的波形。模擬-數字轉換器連接到記錄器用于在將波形傳送給科學計算機之前對其進行轉換。另外，該裝置包括用于將所收集的波形進行轉換的數字-模擬轉換器，以用于為了醫學治療目的而將波形再次輸送給身體。
附圖的簡要說明以下結合附圖對本發明的最佳實施例進行更詳細地描述，其中
圖1是用于實施依據本發明的方法的裝置的一種形式的簡圖；圖2是當波形輸入計算機時軟件程序的流程圖；圖3是當操作者檢索并傳播存在于計算機內的波形時的軟件程序的流程圖；圖4A-4H是在本發明中實施的代表性的波形的示意圖，這些波形在延髓內產生后由神經元傳送或者來自于進入延髓的感覺神經元。
圖5A-5H是在本發明中描述的、影響神經系統的可選擇的波形的簡圖。
最佳實施例的描述為了有助于理解本發明的原理，下面參考附圖中所示的實施例。然而可以理解的是并不會由此對本發明的范圍形成限制，對所示裝置的改變和進一步改進，以及對在此示出的被認為是本發明的原理的進一步應用對于與本發明相關的本領域的技術人員來說是很正常的。
人類和其他動物，甚至所有類型的更低等的生物，從他們各自的大腦產生調節植物性系統的主要方面的電波形。不管類型如何，這些波形在外表上具有相似的通常的線性模擬格式。信號的平行線也可以由延髓同步發送以便幫助形成發送信號的波形。響應于一些指令，主要器官系統例如心血管系統、呼吸系統、消化系統以及其他系統對這些信號解碼并且進行調節或進行自身微調。所有類型的自主神經系統(ANS)運行相似，但不是精確地相似。自主信號的平行載波可以像具有不同特性的記錄音符的樂譜上的線那樣工作，在不同水平時停止或加速。自主神經系統在無意或有意地控制下運行，并且通常控制重要身體器官系統的植物性狀態。
本發明集中在由包括傳入神經纖維的迷走神經附件和舌下神經束傳送的電信號。迷走神經是一種游動神經(迷走的意思是游動)，該游動神經在從位于后腦的延髓出來后在整個身體內移動。舌下和副神經也從延髓出來并且與迷走神經組合以便協同完成基本生命的維持。這些信號在迷走神經的表面上但是在其絕緣的髓鞘下面傳送。
被選擇的傳入和傳出神經的電輸出可以通過銀、金或其他的金屬線，或者電壓鉗或者接線電極甚至地震傳感器，連同其他的探測方法來實現。用于探測這些輸出的具體的裝置不是本發明的一部分。傳入和傳出神經以相同的神經束行進或者可以分別路由。為了直接測量電波形，需要在一開始消除絕緣纖維束和髓鞘。地震的、超聲的、接收天線、直接傳導和其它的方法可以用于在腦信號涉及身體器官的行為時捕獲編碼的腦信號。然后為了將其電返回到合適的位置以用于有關調節器官功能的醫學治療，這些信號被存儲并復制。
本發明包括一種用于記錄、存儲、以及傳播具體腦波形以調節人體和動物體器官功能的方法。用于記錄、存儲、以及傳播腦波形的方法的一種形式，如圖1所示，包括至少一個電極或者是一對電極10形式的傳感器，模擬記錄器12，模擬-數字轉換器14，計算機16，以及數字-模擬轉換器18。電極10連接到人體或者動物體內的神經20上，并且從神經20接收編碼的電波形。電極10可以包括銀線、鎢線、或者適于傳導由神經20傳送的可覺察電信號的任何線。
因為神經20只以模擬的格式傳送電信號，所以電波形通過模擬記錄器12記錄。一旦這些波形被記錄后，它們由模擬記錄器12發送到模擬-數字轉換器14。該具有傳統形式的轉換器14將波形從模擬格式轉換成數字格式，該數字格式更適合計算機處理。轉換器14然后將己轉換的波形傳送給計算機16，波形在該計算機中按照需要被處理、存儲、調整、和/或傳播。
已經被數字化的所選信號可以傳遞給專用處理器或者線性模擬裝置以便用來準備和傳送作為調整治療的大腦或者所選器官可以識別的信號。當操作者操作計算機16檢索波形并將其傳送回身體時，該波形從計算機16通過一個數字-模擬轉換器18傳送。因為身體只傳送并使用模擬格式的編碼的電信號，所以以一種傳統的方式，將波形轉回成模擬格式。如果編碼的波形以數字格式傳送到身體內，那么身體將不能識別該傳送。
計算機16包括可以識別與具體波形有關的功能的軟件。一些軟件類型可以由本領域技術人員研發來執行本發明的功能，并且具體的軟件不是本發明的一部分。如圖2中的流程圖所示，在步驟22的開始后，在步驟24中，計算機16從模擬-數字轉換器14接收數字波形。在接收波形后，軟件讀取該波形并且在步驟26中識別具體波形的功能。一旦軟件識別了與具體波形有關的功能時，在步驟28中，將波形或編碼的信號發送至特定的存儲區域。例如，如果波形是用于消化功能的，它可以被存儲在一個與用于呼吸功能的波形分開的區域中。
隨后，當確定使用波形的存儲的數字格式時，如圖3中的流程圖所示，在步驟30開始循環，并且從存儲區域檢索波形，如步驟32所示，所述波形已經在步驟28中預先存儲(圖2)。如果為了執行一個具體的功能，確定波形需要調節，則在步驟34中軟件根據需要對波形進行調節。然而，如果確定波形不需要調節，則會省略步驟34并且執行步驟36，通過步驟36波形信號在轉換成模擬格式后傳送給具體的身體器官。大腦經常調節波形，以微調大腦要求或需要具體的器官來執行的功能，并且這也可以通過本發明來實現。
在延髓內產生后，神經元傳送的代表性的波形在圖4中示出。這些波形具有模擬的中心線性載波。該信號具有直流電特性并具有一些向接收它的接收器官或系統提供命令或指令的編碼調制(modulations)。其它的可以影響神經系統的代表性的波形在圖5中示出，這些波形可以在他們離開迷走神經或其它的神經并到達身體器官時提供指令。這些信號和從延髓傳播的調節指令相似。
本發明的不同特征已經結合本發明的圖示實施例詳細地示出并描述。然而，必須理解的是，這些具體產品，以及它們制造方法，并不限于此而僅僅是示出，并且在所附的權利要求的款項中給出了本發明的最充分的解釋。
權利要求
1.一種用于調節身體器官功能的方法，包括下面的步驟a.從身體收集在身體內產生的并由身體內的神經元傳送的波形，b.存儲所收集的波形，并且c.將一個或多個所收集的波形發送給一個身體器官以刺激器官功能。
2.如權利要求1所述的方法，其中步驟“a”還包括將所述收集的波形轉換成處理器可讀取的格式。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述的轉換步驟包括將模擬信號轉換成數字格式。
4.如權利要求1所述的方法，其中步驟“b”還包括根據所述波形執行的功能存儲所述收集的波形。
5.如權利要求1所述的方法，其中步驟“c”還包括將所述收集的波形通過一個數字-模擬轉換器發送到身體。
6.一種用于調節身體器官功能的裝置，包括a.所收集的指示身體器官功能的波形的波源，b.用于將一個或多個所收集的波形發送到身體器官的裝置，以及c.用于將所發送的波形應用于所述身體器官來刺激或調整器官功能的裝置。
7.如權利要求6所述的裝置，其中所述傳送裝置包括一個數字-模擬轉換器。
8.如權利要求6所述的裝置，其中所述波源包括具有以數字格式存儲的所收集的波形的計算機。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述計算機包括用于不同功能種類的所收集的波形的分開的存儲區域。
10.如權利要求6所述的裝置，還包括用于收集來自身體的波形并將所收集的波形發送到所述波源的裝置。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述收集裝置包括放置于所述身體上的傳感器。
12.如權利要求11所述的裝置，包括用于記錄檢測到的模擬格式的波形的記錄器。
13.如權利要求12所述的裝置，包括連接到所述記錄器的用于轉換所述檢測到的波形的模擬-數字轉換器。
14.如權利要求11所述的裝置，包括用于轉換所收集的波形的數字-模擬轉換器。
15.如權利要求6所述的裝置，其中所述應用裝置包括一個身體電極。
全文摘要
一種用于收集、記錄和傳播編碼的人體或動物體波形的方法和裝置。該方法包括將用于接收電信號的觸點(10)放置于身體(20)的一部分上。該電信號由記錄器(12)記錄，由模擬－數字轉換器(14)轉換成可讀取的格式；并且被處理并存儲在計算機(16)內。可以對該電信號進行調整并重新傳播進體內以調節身體器官功能。
文檔編號A61B5/04GK1615102SQ02827328
公開日2005年5月11日 申請日期2002年11月18日 優先權日2001年11月20日
發明者埃莉諾·舒勒, 克勞德·K·李 申請人:科學醫學公司