檢查相位分布確定不同腦區(qū)間病理相互作用的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于檢查不同的腦區(qū)之間病理性的相互作用的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多個(gè)神經(jīng)疾病和精神疾病的特征都在于病理性增加的神經(jīng)元群的同步（例如 參見C. Hammond，H. Bergman和P. Brown所著的"帕金森病的病理性同步：網(wǎng)聯(lián)、模型和 治療"（"Pathological synchronization in Parkinson's disease !networks, models and treatments. "），發(fā)表于 Trends Neurosci. 30, 2007, 357 頁至 364 頁；N. Weisz，S. Moratti，M. Me inzer，K. Dohrmann和T. Elbert所著的"耳鳴的感知和困擾與由腦磁圖測(cè) 得的異常的自發(fā)腦活動(dòng)有關(guān)"（"Tinnitus Perception and Di stress Is Related to Abnormal Spontaneous Brain Activity as Measured by Magnetoencephalography''） 發(fā)表于 PLoS Med 2(6)，2005, 546 頁至 553 頁；J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F(xiàn). Lu, K. D. Walton和R. R. Llinds所著的"神經(jīng)精神病學(xué)中丘腦節(jié)律紊亂的圖像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry''），發(fā)表于 Front. Hum. Neurosc i. 5, 2011，69頁）。在這種情況下，大量的神經(jīng)元形成同步的動(dòng)作電位，即所涉及的神經(jīng)元 過度地同步觸發(fā)。與此相反，健康人中大腦這個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元以不同的性質(zhì)觸發(fā)，例如以不 相關(guān)的方式觸發(fā)。
[0003] 神經(jīng)元的病理性同步在集體信號(hào)/群體信號(hào)/宏觀信號(hào)的讀數(shù)中以增加的、 借助帶通過濾或"經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?（例如參見N. E. Huang，Z. Shen，S. R. Long，M. C. mi，H. H. Shih，Q. Zheng，N. -C. Yen，C. C. Tung和Η. H. Liu所著的"經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夂拖柌刈V用于 非線性和非平穩(wěn)時(shí)間序列分析"（"The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis''），發(fā)表于 Proc. R. Soc. A:Math. Phys. Eng. Sc i. 454, 1998, 903 頁至 995 頁；W. Huang，Z. Shen，Ν· E. Huang 和 Y. C. Fung所著的"生物變量的工程分析：1天中血壓的例子"（"Engineering analysis of biological variables: An example of blood pressure over lday"），發(fā)表于 Proc. Nat. Acad. Sci. USA 95, 1998, 4816頁至4821頁）獲得的模式的振幅的方式表現(xiàn)，該模式 屬于一個(gè)或多個(gè)病理性的頻率范圍；后者為技術(shù)人員熟知的（例如參見C. HammoncU. Bergman和P. Brown所著的"帕金森病的病理性同步：網(wǎng)聯(lián)、模型和治療"（"Pathological synchronization in Parkinson's disease !networks, models and treatments·''），發(fā) 表于 Trends Neurosci.30,2007,357 頁至 364 頁；N.Weisz，S.Moretti，M.Meinzer，K. Dohnnann和T. Elbert所著的"耳鳴的感知和困擾與由腦磁圖測(cè)得的異常的自發(fā)腦活動(dòng)有 關(guān)''("Tinnitus Perception and Distress Is Related to Abnormal Spontaneous Brain Activity as Measured by Magnetoencephalography"），發(fā)表于 PLoS Med 2 (6)，2005, 546 頁至 553 頁；J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F(xiàn). Lu, K. D. Walton 和 R. R. Llinds 所著的 "神經(jīng)精神病學(xué)中丘腦節(jié)律紊亂的圖像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry"），發(fā)表于 Front. Hum. Neurosci. 5, 2011，69 頁）D 在此，并不涉及 全規(guī)律性或無規(guī)律性，即健康的人也可以在該特定的頻率范圍內(nèi)具有在所謂功率譜的功率 密度波譜中的功率密度。相應(yīng)的，這類例如MEG信號(hào)或EEG信號(hào)的功率密度譜的確定并沒 有實(shí)現(xiàn)健康人和患者之間有足夠的差異（例如參見J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F(xiàn). Lu, K. D. Walton和R. R. Llin0s所著的"神經(jīng)精神病學(xué)中丘腦節(jié)律紊亂的圖像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry"），發(fā)表于 Front. Hum. Neurosci. 5, 2011，69頁）。借助標(biāo)準(zhǔn)的刺激反饋（例如參見G. D. Dawson所著的"用于檢 測(cè)小的誘發(fā)電位的求和技術(shù)"（"A summation technique for the detection of small evoked potentials")，發(fā)表于 Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol· 44, 1954, 153 頁 至 154 頁；M. H&nSliinen, R. Hari, R. J. Ilmoniemi, J. Knuutila 和 0· V. Lounasmaa 所著 的"磁腦電描記法：理論、儀器以及人類大腦非侵入式研宄中的應(yīng)用"("Magnet〇enC印halog raphy:Theory, instrumentation, and appl ications to noninvas ive studies of the working human brain"），發(fā)表于 Rev. Mod. Phys.，第 65 卷，1993, 413 頁至 497 頁）也不 能解決提出的問題，即不能區(qū)分待評(píng)價(jià)的病理性的或非病理性的功率譜密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提出一種實(shí)現(xiàn)了基于可靠電生理學(xué)方法診斷不同腦區(qū)間病理 性的相互作用的設(shè)備或方法。特別是，借助該設(shè)備和該方法應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)在病理性的頻率區(qū) 域中病理性的和非病理性的功率譜密度之間的區(qū)分，該病理性頻率區(qū)域可以借助電生理信 號(hào)，例如EEG信號(hào)、MEG信號(hào)或EMG信號(hào)測(cè)量。特別是本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)診斷不同腦 區(qū)間病理性的相互作用，為此不需要雙變量分析和測(cè)量至少兩個(gè)相互作用的神經(jīng)元群的信 號(hào)。
[0005] 本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有利的擴(kuò)展方案和設(shè)計(jì) 在從屬權(quán)利要求中說明。
【附圖說明】
[0006] 隨后，本發(fā)明以舉例的方式借助附圖進(jìn)一步說明。附圖中：
[0007] 圖1以示意圖示出了用于檢查不同的腦區(qū)之間病理性的相互作用的設(shè)備，
[0008] 圖2以示意圖示出了用于檢查病理性的相互作用的相同刺激的序列，
[0009] 圖3A至3D舉例示出了測(cè)量信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化相位的可能的分布，和
[0010] 圖4以示意圖示出了另一個(gè)借助聽覺刺激用于檢查不同的腦區(qū)之間病理性的相 互作用的設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 圖1示出了用于檢查不同的腦區(qū)之間病理性的相互作用的設(shè)備1的示意圖。該設(shè) 備1由控制和分析單元10、刺激單元11和測(cè)量單元12組成。在設(shè)備1運(yùn)行期間，控制和分 析單元10特別實(shí)施對(duì)刺激單元11的控制。為此，控制和分析單元10產(chǎn)生由刺激單元11 接收的控制信號(hào)21。借助該控制信號(hào)21，刺激單元11產(chǎn)生施加給患者的刺激22。該刺激 22以相同的單個(gè)刺激依次地施加給患者并且設(shè)置用于刺激患者的待檢查腦區(qū)中的神經(jīng)元。
[0012] 通過刺激22實(shí)現(xiàn)的刺激效果借助測(cè)量單元12檢測(cè)。該測(cè)量單元12接收到一個(gè) 或多個(gè)在患者上測(cè)得的測(cè)量信號(hào)23,將這些信號(hào)按需求轉(zhuǎn)換為電信號(hào)24并將電信號(hào)傳送 至控制和分析單元10。特別是借助該測(cè)量單元12可以檢測(cè)大腦26的受刺激的目標(biāo)區(qū)域中 或與目標(biāo)區(qū)域緊密連接的區(qū)域中神經(jīng)元的活動(dòng)。
[0013] 控制和分析單元10處理信號(hào)24,例如可以增強(qiáng)或過濾信號(hào)24,并分析已處理的信 號(hào)24。在此，該控制和分析單元10檢測(cè)由測(cè)量單元12接收到的、作為對(duì)施加給患者的刺 激22的反饋的測(cè)量信號(hào)23的相位分布，并且確定該相位分布區(qū)別于均勻分布的概率。借 助該分析，控制和分析單元10確定腦區(qū)之間是否存在病理性的相互作用。控制和分析單元 10為了執(zhí)行其任務(wù)可以例如包含處理器，例如微控制器。
[0014] 刺激22可以是聽覺的、視覺的、觸覺的、振動(dòng)的、本體感受的、熱的、嗅覺的和經(jīng)皮 電刺激類型的刺激。特別是，患者能夠有意識(shí)的感知到刺激22。在該設(shè)計(jì)方案中，刺激單元 11以及特別是控制和分析單元10和測(cè)量單元12可以是非侵入式的單元，即在設(shè)備1運(yùn)行 期間，這些單元在患者體外并且不以手術(shù)的方式植入患者體內(nèi)。
[0015] 在一個(gè)替換的設(shè)計(jì)方案中，刺激單元11以手術(shù)的方式植入患者體內(nèi)并借助控制 信號(hào)21產(chǎn)生施加在患者的大腦和/或脊髓的電刺激22。
[0016] 測(cè)量單元12包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，該傳感器可以以充足的時(shí)間分辨率檢測(cè)受 刺激神經(jīng)元的神經(jīng)活動(dòng)。作為傳感器可以使用非侵入式傳感器，例如腦電圖（EEG)電極、磁 記錄（MEG)傳感器和用于測(cè)量局部場(chǎng)電位（LFP)的傳感器。神經(jīng)元的活動(dòng)還可以間接地通 過借助肌電圖（EMG)傳感器測(cè)量與之伴隨的肌肉活動(dòng)來確定。
[0017] 替代性地可以將傳感器植入患者體內(nèi)。例如頭皮電極、深部腦電極、硬膜下腦電極 或硬膜外腦電極、皮下腦電圖（EEG)電極或皮下肌電圖（EMG)電極和硬膜下脊髓電極或硬 膜外脊髓電極可以用作侵入式的傳感器。另外，固定在周圍神經(jīng)上的電極可以用作傳感器。
[0018] 完全可以設(shè)置設(shè)備1的單個(gè)部件，特別是控制和分析單元10、刺激單元11和/或 測(cè)量單元12相互分離地構(gòu)建。因此，設(shè)備1還可以理解為系統(tǒng)。
[0019] 設(shè)備1特別是可以用于診斷和治療神經(jīng)疾病或精神疾病，例如帕金森氏癥、特發(fā) 性震顫、多發(fā)性硬化導(dǎo)致的震顫以及其他病理性震顫、肌張力障礙、癲癇、抑郁癥、運(yùn)動(dòng)障 礙、小腦疾病、強(qiáng)迫癥、妥瑞氏癥、自閉癥、腦卒中后的功能障礙、痙攣、耳鳴、睡眠障礙、精神 分裂癥、腸易激綜合征、成癮性疾病、邊緣性人格障礙、注意力缺失癥、注意力缺陷多動(dòng)綜合 征、賭博成癮、神經(jīng)癥、貪食癥、厭食癥、進(jìn)食障礙、職業(yè)倦怠綜合征、纖維肌痛、偏頭疼、神經(jīng) 病理性痛、叢集性頭痛、一般頭痛、神經(jīng)痛、運(yùn)動(dòng)失調(diào)、抽動(dòng)障礙或過度緊張，以及其他以病 理性增加的神經(jīng)同步為特征的疾病。
[0020] 前述病癥可以通過神經(jīng)群體的生物電通信紊亂引起或以此為特征，這些神經(jīng)群體 在特定的回路內(nèi)連在一起。對(duì)此神經(jīng)元群持續(xù)不斷地生成病理性的神經(jīng)活動(dòng)而且可能生成 與之相關(guān)的病理性連通（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。其中大量神經(jīng)元同步地形成動(dòng)作電位，即，相關(guān)的神 經(jīng)元過度同步地觸發(fā)。此外病理性神經(jīng)元群具有振蕩的神經(jīng)活動(dòng)，即參與的神經(jīng)元有節(jié)律 地觸發(fā)。對(duì)于神經(jīng)疾病或者精神疾病，相關(guān)神經(jīng)群體的病理性的、有節(jié)律的活動(dòng)的平均頻率 大約在1至30Hz的范圍內(nèi)，但也可以在該范圍之外。與此相反，對(duì)于健康人，神經(jīng)元以不同 性質(zhì)觸發(fā)，例如以不相關(guān)的方式觸發(fā)。
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