与生理活动协同定时相关地产生或指导运动的装置,方法和计算机程序产品的制作方法

专利名称：与生理活动协同定时相关地产生或指导运动的装置,方法和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及满足促进或提高一些人类活动中的生物肌肉运动能力的需求。尤其，本发明涉及满足可能的对象对于在活动的执行或实现过程中，提高具有内脏周期功能的她/他身体部分的一个或多个之间的协同合作的水平的需求。更准确地说，从本发明的许多可能实施例中，这些实施例的一些对于治疗包括一般地学习障碍尤其是诵读困难的许多人类疾病的可能有用性能够被研究。
背景技术：
目前，精神生活的表征由机器比喻来指示，其中脑被许多人看作高级计算机，其软件为智力。认知心理学将智力看作大软件，其将来自环境的表示作为符号来操作。
这种“计算的”方法支配现今理解脑-智力集合的主流。在该方法下，身体的其他部分简单地执行和遵循存储于脑(硬件)中的程序，其在功能上由智力(软件)操作。此外，运动和有意动作理解成存储于脑中的‘运动程序’。
容易看出为什么计算机比喻已经支配运动控制和运动协调领域好几年。动作必须空间地和时间地精确命令，也就是，中央运动程序发出指令以选择正确的肌肉，然后在恰当的时候收缩和松弛它们。简而言之，机器比喻将脑看作中央程序设计器，而将身体看作仅仅从动装置。
所有上面的理论，虽然在某些领域中富有成效，但是关于运动协调的本质及其全部组织并没有说很多。我们都在某种程度上知道协调是什么，但是却很少知道如何这样或为什么这样。
认真考虑细节，运动协调和组织不是简单的任务，因为人体是大约包括102个关节，103块肌肉，103种细胞类型，以及1014个神经元和神经连接的复杂系统。另外，人体是多功能且行为复杂的。例如，我们可以通过使用同一组解剖学组分同时咀嚼和谈话。上面所有提出人体对于运动产生和有意动作的巨大潜能。然而，复杂的运动行为如何可以组织和协调自身以便产生简单的运动呢？或者，以动态系统的语言来表达，高维系统(运动系统的自由度)如何可以几乎无限地压缩以产生低维动态呢？这个问题无论如何不是微不足道的，因为运动协调及其全部组织的损坏是例如帕金森病，杭廷顿氏舞蹈病等几种脑疾病的指示。在学习困难的领域中，运动协调的损坏与认为正常的人们中的认知知觉任务分配的机能障碍相关，导致一定范围的学习缺陷例如运用能力障碍，ADD，ADHD，诵读困难等。
当著名的苏联生理学家Nikolai A.Bernstein(1896-1966)提出这些问题的早期解决办法时，生理学领域中的景色根本上改变。(参看Bernstein，N.A.，“The Coordination and Regulation of Movements，”Pergamon Press，Oxford，1976(Bernstein，N.A.，“运动的协调和调节”，Pergamon出版社，牛津，1976))。Bernstein显示，人类运动如此内在易变并且拥有如此无限的自由度，以至于仅从传出冲动中找到说明运动行为的单一公式不可避免地注定失败。
用Bernstein自己的话，“不变的运动任务不是由运动的恒定、固定集合完成，而是由导致恒定、不变效应的运动的变化集合完成，这是最重要的事实”并且这同样地适用于简单和复杂的行为。根据Bernstein，对于主动运动的正常过程和对于其成功的完成，运动易变性不是偶然的，而是基本的。
Bernstein的伟大见识在于将协调动作的问题定义为控制运动中的许多冗余自由度的复杂化；也就是将控制的独立变量的数目减至最少。我们如何理解多变量系统并且仅用一个或几个参数来控制它？Bernstein提出通过对待产生运动的链中每个单独变量好像组织成称作连锁或“协同作用”的较大分组来解决上面的问题。
Bernstein关于运动协调的假设不是机械的或硬布线(脑作为硬件)的解剖学单元；相反，协同作用被提出作为以任务特定的方式灵活且暂时装配的功能单元。
因为Bernstein对于运动控制的贡献，以术语“协同作用”传达的概念已经进一步由Hermann Haken在六十年代晚期中在“协同学”的具体领域中发展，“协同学”领域是涉及动态系统(非线性现象)的物理学分科。协同学描述涉及由于远离平衡的合作现象而自发(自组织)产生的模式形成的整个跨学科领域(例如，激光，化学反应，和流体动力学)。
这里关键点在于，协同学的领域提供用于建立神经运动组织的理论和数学基础，协调方式(运动的模式形成)通过其自发地产生，稳定和改变。
由于Scott Kelso在节律性行为(双手相位转变范例)方面的工作和独创实验，知觉运动协调现今被看作进入生物学和行为自组织的窗口。Kelso使得同样地作为简单和复杂运动协调自组织基础的、Bernstein关于运动易变性的主张清楚明白地显示出来，并且以Kelso自己的话‘人类可以稳定地产生，而不需要许多学习，手之间仅两种简单的协调模式(平行和反平行手指运动)的事实留给我绝对惊人的事实。肌肉，腱和关节的复杂系统，与包括简直上亿个神经元的更加复杂系统相互作用，看来似乎像一对耦合振荡器一样运转。真正的协同效应！’Kelso还报告，运动协调的这些模式远不是偶然的，‘即使熟练的音乐家和已经使得他们脑的两部分外科手术地分离以控制癫痫病发作的人们仍然强烈地吸引到这两种基本的模式’(参看，Tuller，B.&Kelso，J.A.S.，“Environmentally Specified Patterns of Movement Coordinationin Normal and Split-Brain Subjects，”Experimental Brain Research，vol.74，1989(Tuller，B.&Kelso，J.A.S.，“正常和裂脑主体中运动协调的环境特定模式”，实验脑研究，vol.74，1989))。
Kelso在这里证明的论点是，生物系统具有用于以特定定时方式协调运动的分辨能力。(本发明广泛地修改和背离由Bernstein和Kelso描述的协同作用的思想。)在自组织肌肉运动模式动力学中，认知意向视作机体全部编制的组成部分，也就是，机体的运动-意向潜能由机体现有的内脏组织约束。这种内脏-认知的亲密关系不是自然科学研究的，而正好相反，目标定向方面的新近研究提出，在任何明显的运动之前存在有脑活动。
脑中的神经解剖学结构，‘SMA’，确定开始有意动作的恰当时机以及皮质下结构例如小脑和基底神经节(参看，Deecke，L.et al.，“Distribution of Readiness Potential，Premotion Positivity and MotorPotential of the Human Cerebral Cortex Preceding Voluntary FingerMovements，”Experimental Brain Research，Vol.7，pp.158-168，1969(Deecke，L.等人“有意手指运动之前人类大脑皮质的准备电位，运动前正性和运动电位的分布，”实验脑研究，vol.7，pp.158-168，1969)；以及Allen G.and Tsukahara，N.“Cerebrocerebellar CommunicationSystem，”Physiological Reviews，vol.54，pp.957-1006，1974(Allen G.和Tsukahara，N.“大脑小脑通信系统，”生理学评论，vol.54，pp.957-1006，1974))。
此外，想要从较不稳定到较稳定模式的运动活动的转换比反过来更容易且更快。显然，有意动作(意向)可以改变运动模式的动稳性。实际上，实验结果已经证实后者(参看，Kelso，J.A.S.et al.“DynamicsGoverns Switching Among Patterns of Coordination in BiologicalMovement，”Physics Letters，A，vol.134，pp.8-12，1988(Kelso，J.A.S.等人“动态控制生物运动中协调模式之间的转换”，物理学快报，A，vol.134，pp.8-12，1988)；Scholz，J.P.，&Kelso，J.A.S.，“IntentionalSwitching Between Patterns of Bimanual Coordination is Dependent onthe Intrinsic Dynamics of the Patterns，”Journal of Motor Behavior，vol.22，pp.124-198，1990(Scholz，J.P.，&Kelso，J.A.S，“双手协调模式之间的有意转换依赖于模式的内在动态，”运动行为杂志，vol.22，pp.124-198，1990)，以及Schoner G.& Kelso，J.A.S.，“A dynamicPattern Theory of Behavioral Change，”Journal of Theoretical Biological，vol.135，pp.501-525，1988(Schoner G.& Kelso，J.A.S.，“行为改变的动态模式理论，”理论生物学杂志，vol.135，pp.501-525，1988))。简而言之，计划和执行像是单个动作的仅仅两个方面。
而且，从内脏栖所的内部(脑&自主神经系统)，神经系统活动在有意动作(决策)之前。此外，它们预先准备机体中的生理机制(例如心血管活动)，以便保证有意肌肉运动动作的成功执行(参看，Bechara，A.et al.，“Deciding Advantageously Before Knowing the AdvantageousStrategy.”Science，vol.275，pp.1293-1295，1997(Bechara，A.等人，“在知道有利策略之前有利地决定，”科学，vol.275，pp.1293-1295，1997)；Collet，C.et al.，“Autonomic Responses Correlate to MotorAnticipation，Behavioral，”Brain Research，vol.63，pp.71-79，1994(Collet，C.等人，“自主反应与运动预测相关，行为的，”脑研究，vol.63，pp.71-79，1994)；Astley，C.et al，“Integrating Behavior andCardiovascular ResponsesThe Code，”American Physiological Society，1991(Astley，C.等人，“结合行为与心血管反应代码，”美国生理学协会，1991)；以及Engel B.et al.，“Cardiovascular Responses asBehavior，”Circulation，83[Suppl II]II-9-II-13，1991(Engel B.等人，“随着行为的心血管反应，”循环，83[增刊II]II-9-II-13，1991))。
此外，已经发现电皮质活动(事件相关电位)与指示心动周期中知觉和刺激冲击最佳的精确时期的存在的心血管活动共变(参看，Walker，B.B & Sandman，C.A.，“Physiological Response Patterns in Ulcer PatientsPhasic and Tonic Components of Electrograstrogram，”Psychophysiology，vol.14，pp.393-400，1977(Walker，B.B & Sandman，C.A.，“溃疡患者中的生理反应模式胃电图的相位和音调分量，”精神生理学，vol.14，pp.393-400，1977)；Sandman，C.A.et al.，“Influence of AfferentCardiovascular Feedback on Behavior and the Cortical EvokedPotential，”Perspectives in Cardiovascular Sychophysiology，edJ.T.Caciopppo & R.E.Petty，Guilford Press，1982(Sandman，C.A.等人，“传入心血管反馈对行为和皮质诱发电位的影响”，心血管精神生理学前景，edJ.T.Caciopppo & R.E.Petty，Guilford出版社，1982)；Sandman，C.A.，“Augmentation of the Auditory Even Related Potentialof the Brain During Diastole，”International Journal of Psychophysiology，vol.2，pp.111-119，1984(Sandman，C.A.，“心脏舒张期中脑的听觉事件相关电位的增大，”精神生理学国际杂志，vol.2，pp.111-119，1984)；以及Sandman，C.A.，“Circulation as Consciousness，”The Behavioraland Brain Sciences，vol.92，1986(Sandman，C.A.，“随着意识的循环，”行为和脑科学，vol.92，1986))。
然而，另一个且最关键的事实是在马(和其他四足动物以及人类两足动物)中的行动模式(运动模式)和它们相应的生理活动栖所之间存在的协同相关，也就是，如果允许马自由地行动，马将选择显示每行进单位距离最少耗氧量的速度(参看，Hoyt，D.F.and Taylor，C.R.，“Gaitand Energetics of Locomotion in Houses，”Nature，vol.292，pp.239-240，1981(Hoyt，D.F.和Taylor，C.R.，“马中行动的步态和力能学，”自然，vol.292，pp.239-240，1981))。马在任何给定的步态中使用受限范围的速度，也就是，在行动(奔跑)中，马使用对应于最少能量消耗的速度。
此外，马和人类两足动物当它们正常地移动时，潜在地避免不稳定区域；它们从可用的宽范围中选择仅离散集的速度。事实上，仅使能量减到最少的速度。与在四足动物和人类两足动物中一样，本发明的范围和教导使用生理活动功能促进协同定时相关运动的实现，以便减少能量损耗，或者从而使得感觉运动执行期间代谢效率达到最大。
学习通常理解成获得技能的过程。它涉及通过实践或经验的行为改变，也就是，机体逃脱其有限内在行为全部技能的能力。
学习的过程已经发现与下列高度相关(a)运动肌运动协调中自组织的正常本体论实现，例如肢体运动，眼球运动，声带(讲话)、嘴唇、舌头、下颌的关节联接，面部运动等；以及(b)正常体位平衡和本体感受感觉由机体的获得。
当证明点“a”和“b”时，在学习困难/障碍领域中存在有大量文献，其直接连接不良早期感觉-运动实现，作为儿童中更迟的学习范围缺陷的基础或有效原因。特别地，学习缺陷例如运用能力障碍，ADD，ADHD和诵读困难已经与‘小脑’相关联。
小脑涉及独立肢体运动的控制尤其涉及快速的、需要技巧的运动。小脑不同部分的损伤可以导致人类中的不同症状，范围从体位和平衡的失调，到肢体僵硬，肌紧张性的损失，协调的缺乏以及快速预先计划的、无意识运动的机能障碍。
此外，小脑在学习和运动技能中扮演角色的证据可以在Ito，M.，“The Cerebellum and Neural Control，”New YorkRaven Press，1984(Ito，M.，“小脑和神经系统控制，”纽约Raven出版社，1984)；Ito，M.，“A New Physiological Concept on Cerebellum，”Revue Neurologique，Paris，vol.146，pp.564-569(Ito，M.，“一种关于小脑的新的生理学概念，”Revue Neurologique，巴黎，vol.146，pp.564-569)；Jenkins，I.H.et al.，“Motor Sequence Learning-A Study with Positron EmissionTomography，”Journal of Neuroscience，vol.14，pp.3775-3790，1994(Jenkins，I.H.等人，“运动顺序学习-一种使用正电子发射层析X射线摄影法的研究，”神经系统科学杂志，vol.14，pp.3775-3790，1994)；以及Krupa，D.J.et al.，“Localization of Memory Trace in theMammalian Brain，”Science，vol.260，pp.989-991，1993(Krupa，D.J.等人，“哺乳动物脑中记忆痕的定位，”科学，vol.260，pp.989-991，1993)中看到。简而言之，小脑在学习缺陷中的角色已经引起‘小脑缺陷假设’或CDH的假定。
一般而言，运动-协调的缺陷与学习障碍之间直接连接的构成，首先使我们考虑叫做‘运用能力障碍’的发育疾病。运用能力障碍可以定义为运动组织的机能障碍或不成熟。与此相关，可能存在语言，知觉和思维的问题。发育运用能力障碍是用来描述具有协调困难而且在大多数情况下显示显著知觉问题的青年人和成年人的术语。发育运动能力障碍以四个男孩比一个女孩的比例影响人口的百分之二到五之间(参看，Portwood，M.，“Understanding Developmental Dyspraxia，”LondonDavid Fulton Publishers，2000(Portwood，M.，“理解发育运用能力障碍，”伦敦David Fulton出版社，2000))。
此外，运用能力障碍是发育疾病，并且与孤独症样紊乱，诵读困难，注意力不集中症和极度活跃症的共病性高。M.Portwood提出，这种共病性可能在百分之四十(40)到百分之四十五(45)之间(参看，Portwood，M.，“Developmental Dyspraxia-Identification andIntervention，”LondonDavid Fulton Publishers，1999(Portwood，M.，“发育运用能力障碍-鉴定与干涉，”伦敦David Fulton出版社，1999))。而且，与缺陷协调症(DCD)相关的病症可能包括其他非运动里程碑中的延迟(参看，Portwood，M 2000)。连接的病症可能包括音韵障碍，语言表达障碍，以及混合的语言接收与表达障碍。DCD的发病率已经估计为对于5-11岁的儿童高达百分之六(6)(参看，Portwood，M.1999和2000)。
现在转向运动-组织的缺乏损伤读、写和拼写时的知觉的特定情况，使我们聚焦于‘诵读困难’。诵读困难可以定义为神经发育病症，其特征在于主要局限于，但不仅仅，音韵和读过程中生物、认知和行为级的缺陷。对于影响人口大约百分之五(5)的这种复杂的综合病症，还没有发现实用且有效的治疗。
诵读困难(其可以翻译为“词语困难”)通常理解成在读、拼写和写技能掌握中的儿童时期困难，经常发展到成人期中的基本读写能力问题。实验研究已经揭示不具有语言/音韵成分的任务中的缺陷。这些成分的共同特征是，它们涉及视觉和运动成分的协调(手-眼或眼部运动协调)或者它们的运动或过程的顺序的组合。
关于运动能力，诵读困难者已经显示在动静平衡，手工技巧，球类技能，粗和细的运动控制以及同时运动的产生上有困难。它们可能也在轻敲速度，头-趾放置和快速连续手指对向中所需的运动技能方面显示缺陷。已经估计，大约百分之五十(50)的抽样诵读困难者表现出可能长期且可遗传的视觉-运动缺陷。
特别地，损伤学习，例如读能力(诵读困难)的感觉运动-平衡相关问题最近已经由A.J.Fawcett和R.I.Nicolson集中地研究(参看，Fawcett，A.J.and Nicolson R.I.，“Persistent Deficits in Motor Skill forChildren with Dyslexia，”Journal of Motor Behavior，vol.27，pp.235-240，1995(Fawcett，A.J.和Nicolson R.I.，“患有诵读困难的儿童的运动技能的持久缺陷，”运动行为杂志，vol.27，pp.235-240，1995)；Fawcett，A.J.，et al.，“Impaired Performance of Children with Dyslexia on a Rangeof Cerebellar Tasks，”Annals of Dyslexia，vol.46，pp.259-283，1996(Fawcett，A.J.等人，“患有诵读困难的儿童在小脑任务范围上的损伤能力，”诵读困难记录，vol.46，pp.259-283，1996)；以及由Fawcett，A.J.和Nicolson，R.I.，“Performance of Dyslexic Children on Cerebellarand Cognitive Tests，”Journal of Motor Behavior，vol.31，pp.68-78，1999(Fawcett，A.J.和Nicolson，R.I.，“诵读困难儿童关于小脑和认知测试的能力，”运动行为杂志，vol.31，pp.68-78，1999))。他们的结论是，在诵读困难儿童中，一些最显著的结果是在体位稳定性，肌紧张性，肢体摇动方面格外差的能力以及复杂有意运动执行中的全面缺陷。
基本上连接诵读困难儿童中眼(动眼系统)和小脑的损伤感觉运动协调与无读能力的研究的另一个活跃领域涉及‘M细胞系统’。M细胞系统包括用信号通知视觉事件的定时而不是它们的形式的视网膜神经节细胞(大约10％)。因此，它们对于检测视觉运动是重要的。背侧路径是经由中部颞运动区域传递到后顶叶皮质的输出视觉流处理。它由M细胞输入支配。因为这些信号提供关于视觉时间的定时和视觉目标运动的定时的信息，背侧系统对于眼和肢体运动的引导是重要的(参看，Milner，A.D.and Goodale，M.A.，“The Visual Brain in Action，”OxfordUniversity Press，1995(Milner，A.D.和Goodale，M.A.，“动作中的视觉脑，”牛津大学出版社，1995))。经由小脑，M细胞系统对于控制读过程中的眼球运动，尤其对于防止眼从它们在字上的注视跌落的快速运动反馈是至关重要的(参看，Stein J.F.and Glickstein M.，“The Role ofthe Cerebellum in the Visual Guidance of Movement，”PhysiologicalReviews，vol.72，pp.967-1018，1992(Stein J.F.和Glickstein M.，“小脑在运动的视觉引导中的作用，”生理学评论，vol.72，pp.967-1018，1992))。
构成发育诵读困难的基础的另一个假设与脑中的M细胞神经元发育异常有关(参看，Stein，J.F.and Talcott，J.B.，“The MagnocellularTheory of Dyslexia，”Dyslexia，vol.5，pp.59-78，1999(Stein，J.F.和Talcott，J.B.，“诵读困难的M细胞理论，”诵读困难，vol.5，pp.59-78，1999))。该M细胞假设基于诵读困难者对于视觉或听觉系统中的瞬时刺激具有较低灵敏度的证据。换句话说，诵读困难儿童显示出对于信息‘瞬时处理’的较低灵敏度。我们可以看出，感觉运动肌运动中自组织的缺乏与刺激的定时知觉的机能障碍一起，导致信号鉴别的混乱。

发明内容
根据本发明，运动的协同学方法的中心是(1)运动协调过程中运动成分之间的相对定时信息；(2)负责新兴运动模式的有效原因、程序或代码的缺乏；以及(3)与Bernstein方法中由运动协调所扮演的角色相类似的自发模式形成或“自组织”，作为运动装置的控制的组织的基础。
本发明目的在于增强运动和生理组分之间的结构-时间耦合。更准确地说，本发明的一个主要特征在于提供技术装置，以便1)将运动与内脏(例如心脏，肺，脑，激素等)中特定目标器官和/或生理系统时间相关；2)将运动与内脏中的目标器官周期(例如心脏收缩，心脏舒张，吸气，呼气，和脑电皮质波)和/或生理系统的特定一个相位或多个相位时间相关；以及3)在内脏中特定所选目标器官周期和/或生理系统的预先选定相位的(易变)时间帧内部和外部的时间相关中，引入选择性波动(不稳定性)。在本发明中，多于一个目标器官和/或生理系统可以参与相关。
事实上，主要在七十(70)年代晚期中进行的、其大部分没有包含在先有技术中的新的科学发展以及实验研究提出，借助于本发明可以以此实现的许多形式，经由与周期性生理活动相对协调的运动的人类机体的现今自然协同水平可能提高，因此生物功能中自组织的触发可能具有较高的出现概率。
本发明的教导的一般范围和方面与先前及进一步详细描述的许多互相关领域中的许多发现一致。本发明的一个目的在于，提供旨在通过促进全部人口中，不管年龄，性别和健康状况，运动与生理周期性活动(辅助的或者不是由机器的)之间的协同学活动，来最优化例如包括体育锻炼的现行运动和实践的任何种类的身体活动，主动的或被动的，的能力的装置和方法。
本发明的另一个特征并且基于上面的数据在于，其目的是通过建立运动和生理周期性活动之间的协同相关，探索新技能掌握，也就是学习。
本发明的教导和特征的另一个范围在于提供许多形式的研究工具，以便研究和开发对于同样地在正常和病变人口中广谱学习困难的新的诊断和治疗，其中主体将特别受益于该新的发明。如上所讨论的，学习缺陷的根本及其与生物力学问题的相关性，可以通过技术地诱导旨在触发休眠和/或促进小脑、皮质中的额叶以及神经网络的其他区域中的新的神经元连接的、一种命名为自运动的东西，来完全弥补并在许多情况下克服。
而且，许多相关领域的研究，它们中的一些仅在上面略述，给予我们如下假设的基础，即与生理活动功能协同定时相关的运动可能建立并增强神经元过连接性，其又可以扩展生理功能中协同作用的现象。


包括于这里并形成说明书一部分的附随附图，说明本发明的实施例，与描述一起，进一步用来说明本发明的原理并且使得有关领域技术人员能够创造并使用本发明。
图1说明根据本发明实施例的本发明的高级表示。
图2说明根据本发明实施例的放弃概念。
图3是表示根据本发明实施例的实例操作环境的框图。
图4说明根据本发明实施例包括一个或多个生理传感器和信号调节模块的传感器模块。
图5说明根据本发明实施例包括信号库选项模块，协同程序选项模块和协同引擎的程序模块。
图6说明根据本发明实施例包括主体有意涉及的感觉信号和刺激以便触发相关运动的实践的实例表格。
图7说明根据本发明实施例包括感觉信号和刺激模块以及刺激和物理力模块的运动诱导/改变模块。
图8说明本发明的有意类，主动子类涉及实施例的实例操作环境。
图9说明本发明的有意类，反应子类涉及实施例的实例操作环境。
图10说明本发明的无意类，被动和反射子类涉及实施例的实例操作环境。
图11表示根据本发明实施例当为特定主体开发程序时本发明的操作。
图12A和12B表示根据本发明实施例当为特定主体执行程序时本发明实施例的操作。
图13更详细地描述根据本发明实施例监控主体的生理活动的生理活动传感器模块的步骤。
图14是说明根据本发明实施例获得生理活动和运动的协同定时相关的本发明实施例的高级操作的流程图。
图15A和15B说明根据本发明实施例的心脏周期的发生。
图16说明根据本发明实施例主体的运动与心脏周期的相关性。
图17说明根据本发明实施例涉及在锤子中实现的有意/主动组合的实施例。
图18说明根据本发明实施例涉及经由拉伸实现的有意/主动组合的实施例。
图19说明根据本发明实施例涉及经由拉伸实现的有意/主动组合的实施例。
图20说明根据本发明实施例涉及通过踢球实现的有意/主动组合的实施例。
图21说明根据本发明实施例涉及通过挥动高尔夫球棍实现的有意/主动组合的实施例。
图22说明根据本发明实施例涉及在踏车中实现的有意/反应组合的实施例。
图23说明根据本发明实施例涉及在床中实现的无意/被动组合的实施例。
图24说明根据本发明实施例涉及在喷淋头中实现的无意/反射组合的实施例。
图25说明根据本发明实施例涉及在水疗沐浴中实现的无意/反射组合的实施例。
图26说明根据本发明实施例涉及由发出辐射能的光实现的无意/反射组合的实施例。
图27说明根据本发明实施例涉及经由稻草实现的无意/反射组合的实施例。
图28说明根据本发明实施例可能用来实现协同引擎以及其他模块的计算机系统。
图29说明关于学习障碍的本发明的实施例。
图30说明根据本发明实施例涉及经由音乐实现的有意/主动组合的实施例。
图31说明根据本发明实施例涉及经由玩具实现的无意/反射组合的实施例。
图32说明根据本发明实施例涉及经由声音实现的、在无意类/被动子类中开始并且过渡到无意类/反射子类的混合的实施例。
本发明的实施例参考附图来描述，其中相同的参考数字通常表示完全相同或功能类似的元素。并且在图中，通常，每个参考数字最左边的数字(或者第一个数字或者前两个数字)标识该参考数字首次使用的图。
具体实施例方式
1.理论综述在实施例中，本发明的装置用来优选地将被诱导以时间变化的方式执行的、涉及极少或不涉及注意力的粗运动活动与内在变化的周期性生理活动相关，该装置包括生理活动传感器模块，协同程序模块和运动诱导/改变模块。
本发明也提供一种用于将以时间变化的方式执行的、优选地涉及具有极少或不具有注意力的低认知活性的粗运动活动与生理活动相关的方法，该方法包括(a)使用信号库选项模块提供信号到主体；以及(b)根据由协同程序选项模块提供的程序，执行需要涉及极少或不涉及注意力的低认知活动的运动肌运动。在实施例中，作为这种相关的结果，主体将显示出情况的改进。本发明的一个目的在于提高生物力学性能。
为了说明的目的，本发明在这里描述成，将运动与目标器官和/或生理系统中的生理活动以时间变化的方式相关。一般地说，本发明涉及将运动与生理活动以某种变化的方式相关，其中时间是可能被改变的变量的实例。应当指出，本发明并不局限于仅涉及时间的该实例实施例，而且可以涉及空间协调。
本发明的装置和方法利用在本发明之前没有教导或提出的身体运动的多维方法，也就是，a)不由主体的意志提示；b)优选地使用需要或与极少或没有注意力涉及相关的运动(包括但并不局限于运动活动)；以及c)与内部周期性或周期生理活动运动学相关地产生或诱导运动。运动学相关指满足条件i)减少注意力涉及；ii)提高知觉注意力机制；iii)最小化或减小因在运动的定时分量中引入某种程度的同步相关而导致的自由度的损失；以及iv)在同步运动的定时中诱导或产生波动(或者也称作质变)，旨在促进一个或多个身体部分运动与内部生理活动之间的协同相关。
1.1.定义这一节提供在这里使用的术语的定义。这种定义为读者的方便而在该节中提供，虽然应当指出，这些术语在这里所包含的其他节中进一步描述。可适用于本发明的下列定义的修改和/或延伸至少基于在这里所包含的教导对于相关领域技术人员将是显然的。
在下文中，定义在本发明的上下文中讨论，使得本发明的理论综述在该节中继续。
“相关”指以变化方式(例如时间和/或空间变化的方式)执行的运动与目标器官和/或生理系统中内在变化的生理活动的定时和/或协调。在优选实施例中，变化相关指需要极少或不需要注意力的一个或多个粗运动活动与一个或多个内在变化的生理活动的定时。
“诵读困难”指与学习，读和写的困难相关的神经发育症。诵读困难其特征在于主要地但不排他地局限于音韵和读过程中的生物，认知和行为级的缺陷。诵读困难折磨总人口的大约百分之五(5)。到此为止，没有发现实用且有效的治疗。
“ECG”是心电图事件的显示。参看图15A。ECG监护仪可以提供直观(例如数字)显示或打印显示。
“EEG”是脑电图事件的显示。EEG监护仪可以提供直观(例如数字)显示或打印显示。例如，EEG可以描绘α波活动和β波活动。α波是表现出大约10Hz平均频率的慢波，而β波是表现出大约20Hz的平均频率以及比α波低的振幅的较快波。关于α波和β波的描绘，参看Physiology，Berne R.M.and M.N.Levy，Eds.，C.V.Mosby Co.，St.Louis，p.266(1988)(生理学，Berne R.M.和M.N.Levy，Eds.，C.V.MosbyCo.，St.Louis，p.266(1988))，以及参看其中的图19-9。从高注意力涉及状态到低注意力涉及状态的过渡由β波活动的减少和α波活动的增加来反映。
“细运动活动”是指涉及细运动技能例如写的运动活动的技术认可术语。细运动活动需要显著的注意力，使得身体部分可以以协调的方式运动。更确切地说，细运动控制其特征在于小、通常精确的协调运动，并且许多细运动活动涉及手的小肌肉的使用。在这些运动已经内在化或学会的那些情况下，将仅需要低注意力。细运动活动的实例是写，用剪刀剪，绘画，浇水和用一个手指精确地指向小的物品而不是朝向一般区域挥动手臂。
“粗运动活动”是指不涉及细运动技能，但是代替地涉及大肌肉组及其关节的协调努力的运动活动的技术认可术语，这里也认为涉及平衡和运动的一般模式。粗运动活动需要极少或不需要注意力。与细运动活动相反，粗运动活动其特征在于一般的，大运动，例如放下手臂，抬腿，和掷球。
“心脏周期”指血液从心脏的左心室向动脉树中的喷出。在心脏周期的心脏收缩或初期中，心脏收缩发生并且动脉血从左心室喷出进入主动脉，借此主动脉及其动脉分支扩张以适应血流需求的增加。心脏舒张期跟随着心脏收缩期，以完成心脏周期。更确切地说，当心室壁扩张以收回在前一个心脏收缩期中排空的大约相同量的血液时，它发生。
“高认知状态”其特征在于高知觉注意力涉及。脑电图显示有意识的主体中脑的顶叶和/或枕叶中的β波活动。对于主体执行新的细运动运动，高认知状态是必需的。此外，数学和抽象思考仅可以在高认知状态下发生。
“内在变化的生理活动”概括地指处于无意识控制下并且其特征在于内在易变性的任何周期性生理事件。实际上，生理活动的一个特征在于显示出内在时间易变性，也就是随着时间变化的发生频率。一般而言，生理活动由交感神经和副交感神经的神经生理控制机制之间的动态平衡来调节。更优地，术语生理活动在这里指呼吸周期，心脏周期，血压波，脉波，激素周期和脑波活动中至少一个，虽然本发明用生理活动来构想，但是并不局限于这些实例。
“低认知状态”其特征在于低认知-低感觉注意力涉及。脑电图显示有意识的主体中脑的顶叶和/或枕叶中的α波活动。对于主体执行粗运动肌运动，仅仅低认知状态是必需的。学会的细运动肌运动不需要高感觉注意力过程。
“低认知注意力生物区域”在这里定义为主要涉及粗肌肉运动，但是也可以延伸以包括因为它们已经内在化或学会而不需要高感觉注意力过程的这种细肌肉运动的区域。因而期望，低认知注意力生物区域将不会严重地涉及主体的神经元活动。也就是，生理应力的相对减小的水平将由与低认知注意力生物处理相关的活动产生。
“运动”概括地指由主体和/或其任何通过空间的解剖学部分执行的运动。它可能包括以不独立于感觉活动的方式发生的生物力学过程中的肌肉参与，包括相应关节，和/或任何肌肉，腱，软骨，和其他组织。本发明可以涉及主体身体的任何部分或全部。更准确地说，它指涉及或与感觉认识相关的那些不完全自动的运动。因此，本专利申请书中的运动不同于由处于全自动控制下的生理活动发起和维持的运动，例如肠蠕动，心脏周期等。运动在这里认为是有意的，无意的，主动的或被动的。
有意运动是例如通过按下按钮，或者改变一个人的活动从坐到行走而执行的运动。在本发明中，由物理力产生的无意运动指定为被动的，而由生理适应或处理而产生的那些指定为反射的。任何知觉，感觉或感情在这里认为由生理过程产生。因此，作为那写知觉，感觉或感情的结果而无意发出的身体所有或任何部分中的运动在这里认为是反射运动。
由主体反射地执行的无意运动包括例如响应撩痒而发生的那些。根据本发明，重要的无意反射运动是当视野内的对象远离或接近眼睛时，或者当眼睛增加焦点于亮度的急剧变化发生的区域上时，在动眼系统中发生的运动。被动运动是主体或者主体的任何部分由从主体外部或主体内部作用的力而移动的运动，例如在秋千中摇摆。在本专利申请书中，为了使无意被动运动发生，主体不需要发起任何运动，但是他/她的感觉系统需要产生身体正在经受的运动的某种程度的感觉认识。该认识可能由传入和/或传出的神经系统活动产生。在本发明中，物理力包括，但并不局限于，机械，电动机械，内聚，弹性，frantational，静电，电，磁，电磁，和离心特性的那些。
生理活动的“周期”是生理活动的一次发生的完成。例如，心脏的周期是一次心脏收缩和舒张(或心跳)，也就是心脏收缩和心脏舒张。呼吸周期的发生是一次吸气和一次呼气。脑波的周期是一个波(例如α，β等)或者电皮质活动中的任何其他周期过程。
“量化时间间隔”是有限持续时间的测量时间间隔。量化时间间隔的一个实例是心电图中的R到R间隔。参看图15B。在固有易变的生理活动中，量化时间间隔的持续时间随着时间而变化。例如，对于给定的主体，即使平均心率保持恒定(例如恒定的60次/分钟)，R到R间隔随着时间而变化(也就是，每个RR时间间隔在持续时间中与下一个不同)。
“执行运动”指运动的执行和/或实现。执行可以是有意或无意的，并且可以是主动或被动的，反应或反射的。
“R到R间隔”是心电图(ECG)的QRS波群中两个连续R波的波峰之间的时间间隔。QRS波群是反映心室去极化的ECG显示的部分，参看Physiology，Berne R.M.and M.N.Levy，Eds.，C.V.Mosby Co.，St.Louis，p.420(1988)(生理学，Berne R.M.和M.N.Levy，Eds.，C.V.Mosby Co.，St.Louis，p.420(1988))，并且在第422页图27-33中的那段文字中描绘。
“感觉标记”在这里是具有与待执行的活动相关的某种水平的认知内容的那些信号，例如当手的形状显示在屏幕上，以向主体指示身体的该特定部分必须移动时。仍然术语“信号”可能在该专利申请书中使用，代替“感觉标记”，除非在其他方面为了说明而需要。“子间隔”是时间间隔中时间的子集。
“协同作用”是在开放动态复杂系统中观察的几个可能合作状态中的一个。更准确地说，协同作用指组分朝向共同目标的合作动作，使得那些组分的组合的效果由具有先前没有包含于单独的每个分离组分中的方面或特性的结果所取代。经由协同作用实现的合作与经由同步和/或夹带实现的合作不同，并且涉及更复杂的现象。协同作用是自显露合作的同义语。开放动态系统可以在噪声或扰动存在的情况下以类似于在生物系统中观察到的方式表现稳定性质。在噪声或扰动存在的情况下它们的稳定性的前提依赖于它们在它的部分之间维持的特定合作，特征在于一种类型的合作、已命名为“相对协调”(RC)的协同作用。在RC不存在的情况下，处于扰动下的系统可能分解和/或进入各种形式的浑沌状态中。在RC存在的情况下，系统将脱离不稳定的状态并且以在本领域中名为自组织的连续自发重构的间歇方式进入更稳定的状态。RC由动态系统表明，只要它们的独立部分将，尽管扰动，满足下面的条件i)维持它们自身内在的自由度；以及ii)某种程度的有限合作，例如与其他部分的时间同步和/或空间相关。注意，即使条件ii)强迫合作部分自由度的降低，部分之间的时间和/或空间相关的变化特性在补偿它们自由度的该损失的方向上进行。这些变化是部分的主要综合因素，具有称作“波动”的周期特性。
因此，协同作用是由非线性且开放动态系统中的部分实现的合作结束状态，该系统的相对空间-时间协调状态(主相关)，已经经由系统的开放由(引入/引出)扰动(这种但并不局限于特征为以波动形式发生的随机扰动)(次相关)而不稳定。
因为动态系统中的波动本质上是定性的(质变)，重要的是变化自身而不是正在变化的特性。
以“时间变化的方式”执行运动指在生理活动的至少两个周期的量化时间间隔内部不同时间点执行运动的重复。例如，如果运动与心脏周期相关，并且如果运动在心电图中的R到R量化时间间隔中执行一次，那么运动的给定重复在其中执行的R到R量化时间间隔中第一个R波之后的时间长度不同于(a)前一个重复在其中执行的R到R量化时间间隔中第一个R波之后的时间长度，和/或(b)下一个重复将在其中执行的R到R量化时间间隔中第一个R波之后的时间长度。
“相对协调”说明如特定种类的关系那样的合作，每个单独的参与成分保存其自己的同一性(其自己内在的自由度)，然而恒定地旨在某种受限程度的时间同步(频率锁定或振幅锁定，但不都锁定)或者某种受限的空间协调。
‘相对协调’中包含的概念实现熔合两个显然非调和的行为，其部分保持它们各自的自由同一性，每个部分相互作用好像合作以形成较大的模式(系统)。目前将相对协调视为非调和行为的原因是，因为它与线性系统(非复杂系统)中‘合作’的非重要概念混淆。非复杂系统中的合作或同步理解成表示，过程的结果是已经放弃(弃权)它们的自同一性(内部自由)有利于获得新的自同一性的部分，也就是“系统”。
在本发明的方法中，运动活动默认是易变的，因为它与内在变化的生理活动相关。在本发明的实施例中，交感神经与副交感神经控制机制之间的动态平衡的变化可以发生。在本发明的一些实施例中，动态平衡有利于增加的副交感神经控制而倾斜。
本发明提供一种产生或执行运动的方法，该方法包括以时间变化的方式和与内在变化的生理活动的发生相关地运动的执行和/或实现。在实施例中，运动的随后重复在生理活动的两个周期之间的量化时间间隔中的时间点执行或发起，其中时间点不同于(a)运动的前一个重复被执行的时间间隔中的时间点，和/或(b)运动的随后重复将被执行的时间间隔中的时间点。
在另一种优选实施例中，执行和/或实现包括在量化时间间隔的预先确定子间隔中的时间点运动的重复。更优地，运动的随后重复在子间隔中的时间点执行和/或发起，其中运动被发起的时间点不同于(a)运动的前一个重复被执行和/或发起的时间间隔的子间隔中的时间点，和/或(b)运动的随后重复将被执行和/或发起的时间间隔的子间隔中的时间点。
在本发明的方法中，在生理活动的多于一个周期发生的某个有限时期中，运动的重复可以在生理活动的每个连续周期内部的间隔过程中执行。例如，如果运动以时间变化的方式与其相关的生理活动是由心电图监控的心脏周期，运动的重复可以在每个心脏周期之后执行，例如心电图中每个R到R间隔一个重复。
作为选择，在某个有限时期中，运动的重复可以在生理活动的少于每个周期之后执行。例如，运动的重复可以在给定心脏周期之后执行，而不是在一个或多个随后的心脏周期的每个之后执行。相对于生理活动的发生频率的运动重复频率可以用管理员期望的任何方法改变(在这里，管理员是操作本发明的人或实体，例如，专家系统，人类操作员等)。生理活动的发生与运动的重复的离散比可以是固定的。例如，如果生理活动是心脏周期，运动的重复可以在每第四个R到R间隔(1比4比例)，每第五个R到R间隔(1比5比例)，每第六个R到R间隔(1比6比例)等期间执行。作为选择，相对于生理活动的发生频率的运动重复频率可以用非离散的方法改变，使得生理活动的发生与运动的重复的离散比不是固定的，或者作为选择可以由随机或任何数学函数来设置。
在本发明的实例方法中，运动优选地是粗运动肌运动。在本发明的方法中，时间变化的运动与其相关的生理活动特征在于内在时间易变性。也就是，生理活动的发生随着时间变化，使得生理活动的发生频率是易变的。运动可以与其相关的生理活动包括，但不局限于，心脏周期，呼吸周期，激素周期和脑波活动。
如果生理活动是心脏周期，它可以由任何适当的方法来监控。本领域技术人员可用的适当方法包括，但不局限于，监控心电图，血压和脉搏。在优选实施例中，心脏周期使用任何适当的ECG监护仪由心电图(ECG)来监控。这种监护仪对本领域技术人员是众所周知的，并且可以例如从KahnTac USA，Inc.(Hillsdale，IL)，P.M.S.(Instruments)Ltd.(Berkshire，UK)购买。优选地，主体或者穿着包含一个或多个ECG电极的心胸皮带设备，或者主体由皮肤电极连接到ECG监护仪。在实施例中，主体穿着包含一个或多个ECG电极的心胸皮带。(Biopac系统公司具有多引线ECG电缆TSD155C的ECG100C心电图放大器以及游标软件和技术(对于非医疗应用)EKG-BTA传感器或EKG-DIN传感器。)在实施例中，运动通过在R到R间隔内部预定义的子间隔期间执行运动来与心脏周期相关。运动易变性通过在R到R间隔内的时间间隔期间执行运动的给定重复来建立，该时间间隔不同于运动的前一个重复被执行的R到R间隔中的时间间隔，和/或运动的随后重复将被执行的时间间隔。
在备选实施例中，运动易变性通过从R到R间隔的子间隔内的时间点执行运动的给定重复来建立，该时间点不同于运动的前一个重复被执行的R到R间隔的子间隔中的时间点，和/或运动的随后重复将被执行的R到R间隔的子间隔中的时间点。
作为选择，心脏周期可以通过监控血压波形来监控。适当的监护仪是允许管理员或者由信号处理计算机装置自动地区别心脏周期的心脏收缩和心脏舒张期的监护仪。这种监护仪对本领域技术人员是众所周知的，并且可以为它们的直接使用或者在适应特定实施例之后购买。诊断设备可以从Medis Medizinische Messtechnik GmbH(www.medis-de.com)购买。实例模型是阻抗体积描记技术的流屏匣子或者光体积描记技术的流屏灯。另一个制造商是Biopac系统公司，其生产Model NIBP100，一种非扩散血压放大器。
作为选择，心脏周期可以使用脉搏监护仪来监控。适当的监护仪是允许管理员或者由自动的信号处理计算机装置区别心脏周期的心脏收缩和心脏舒张期的监护仪。这种监护仪对本领域技术人员是众所周知的，并且可以为它们的直接使用或者在适应特定实施例之后购买。例如，从Biopac系统公司，光电脉搏体积描记器的变换器TSD200。如果生理活动是呼吸周期，它可以由任何适当的方法来监控，包括但不局限于，允许管理员或者由自动的信号处理计算机装置区别主体的吸气和呼气的呼吸监护仪。适当的呼吸监护仪对本领域技术人员是众所周知的，并且为它们的直接使用或者在适应特定实施例之后可获得，从制造商例如Biopac系统公司，也就是TSD201呼吸作用力变换器或者游标软件和技术(对于非医疗应用)，也就是具有气压传感器的呼吸作用监护带RMB。如果生理活动是任何电皮质脑波周期(也就是其频率和/或振幅)，它可以由本领域技术人员所使用的任何适当方法来监控，包括但不局限于脑电图(EEG)监护仪。适当的EEG监护仪对本领域技术人员是众所周知的。例如，从制造商W.R.电子公司(Stillwater，MN)，Nicolet生物医学公司(Madison，WI)，牛津仪器医疗(Surrey，UK)，Walter Graphtek GmbH(Leubeck，Germany)，和Neuro ScanLabs(Sterling，VA)获得的EEG监护仪。Biopac系统公司制造EEG100C脑电图放大器和CAP 100C EEG电极帽。
在本发明的实施例中，预先确定的子间隔是在心电图的QRS波群中的R波处开始并且在随后的QRS波群中的R波之前结束的时间间隔。
在本发明的实施例中，运动优选地在处于低注意力状态时执行。更确切地说，当需要极小或不需要注意力时。因此，执行运动的方法包括与内在变化的生理活动的发生时间变化相关地重复执行运动，其中运动在处于低注意力状态时执行，其中运动开始和/或结束的时间点不同于(a)运动的前一个重复被执行的时间间隔的子间隔中的时间点，和/或(b)运动的随后重复将被执行的时间间隔的子间隔中的时间点，并且其中在生理活动的多于一次发生出现的有限时期中。运动的重复不总是在生理活动的每次发生之后执行。在实施例中，运动是粗运动肌运动。
如果运动与心脏周期相关，该方法包括与心脏周期时间变化相关地重复执行运动肌运动，其中运动在隐含极少或没有注意力努力的低注意力状态时执行，其中运动的重复在R到R间隔中的预先确定时间子间隔内的时间点之间执行，其中运动的随后重复在子间隔中的时间点之间执行，该时间点不同于(a)运动的前一个重复被执行的R到R间隔的子间隔中的时间点，和/或(b)运动的随后重复将被执行的R到R间隔的子间隔中的时间点，并且其中运动的重复可能不总是在每个R到R间隔期间执行。在另一种实施例中，运动是粗运动肌运动。
本发明的装置和方法利用先前没有教导或提出的身体运动的多维方法，a)不由主体的意志提示；b)优选地使用需要或与极少或没有注意力涉及相关的运动活动；以及c)与周期性或周期生理活动运动学相关地产生或诱导运动活动。运动学相关指满足条件i)减少注意力涉及；ii)提高知觉注意力机制；iii)最小化或减小因在运动的定时分量中引入同步相关而导致的自由度的损失；以及iv)在同步运动的定时中诱导或产生波动，旨在促进一个或多个身体部分运动和/或生理活动之间的协同相关。
对于大多数主体，当注意力集中时，生理活动例如心脏周期的易变性减少，而当注意力停止集中时，生理活动的易变性增加回到其基本值。在有意运动通过引入感觉信号来指导的实施例中，主体被诱导从较高注意力状态移向较低注意力状态。为了使主体的注意力朝向较低认知状态改变，主体被诱导“放弃”他当前的较高认知状态。为了实现他/她相对较高认知状态的某种程度的放弃，一系列感觉信号以随机的方式或者以特定预先选定的顺序提供给主体。每个信号不同于前一个信号。响应每个信号的开始和结束，主体被指示开始和/或结束优选地简单运动肌运动。例如，主体响应每个信号开始和停止移动计算机鼠标。
信号可以是任何单个或多个感觉信号，例如听觉，视觉，或触觉信号，或其任意组合。当主体首次被提供新的信号时，并且为了执行运动，主体将他的注意力集中在信号上，并且自然地希望预测下一个信号将是什么，下一个信号将何时达到，以及下一个信号将从哪里发出。因为信号，它们的类型和位置随机地，或者以复杂的预先选定序列变化，主体难以预测下一个新的信号的细节(何时，什么，哪里等)。主体可能“抢跑”，即将在下一个信号已经提供之前执行运动肌运动，例如压下按钮。
主体暴露于新的信号越长，他对于试图预测下一个新信号的发生以便开始和/或结束指示的运动变得越疲倦。最后，主体停止试图预测下一个信号的细节，而将仅遵循它的定时来执行运动。通过该过程，主体放弃与信号相关的认知努力，因此从较高注意力状态向更放松的、较低认知状态驱动。(注意，当主体从较高注意力状态转到较低注意力状态时，主体在这里也放弃。)从较高认知注意力状态移向较低认知注意力状态的过程在这里称作高认知状态的“放弃”。一旦放弃发生，主体已经进入较低认知状态。主体将更容易内在化运动肌运动，并且将更有效地响应引入信号来执行运动，也就是而不“抢跑”。
在实施例中，进入低认知状态中的主体也暗示着进入关于提供到主体的信号、力、和/或刺激的低感情状态。这可能涉及，例如，选择主体不会在感情上附加的那些信号、力和/或刺激，和/或发出信号、力和/或刺激使得主体的感情附加随着时间淡化，因此促进放弃过程。
放弃响应组合类型的新信号将比响应单类型的新信号更快地发生。例如，新的听觉和视觉信号的组合提供给其的主体将比如果提供有仅新的视觉信号或仅新的听觉信号更快速地放弃高认知注意力状态，因为预期它们的组合比单独地预期它们中的每个更困难。
当新的信号与生理活动，例如心脏周期同步时，主体已经放弃较高认知注意力状态并且进入较低认知注意力状态。因此，运动与生理活动相关，而低涉及注意力机制。
假设心脏周期是诱导的运动将进入与其的相对协调(RC)状态以便实现协同作用的生理活动。在实施例中，信号将被递交，并且运动在每个心脏周期的同一子节，例如在心脏舒张期间(但是在心脏舒张期内的不同间隔)而不在每个RR间隔处执行，以便在时间同步中引入某种程度的波动，如实现RC所需要的。例如，在重复的会话之后，主体可能经受他学习障碍病情的可测量改进。这一改进与他的运动与生理活动，例如与心脏周期协同相关的手-眼球运动协调之间改进的“协同作用”相关。
2.发明综述本发明提供一种装置，方法和计算机程序产品，以与主体内在变化的生理活动协同定时相关地产生或指导运动。本发明的实施例促进主体解剖学部分的有意和/或无意运动，与主体的一个或多个所选生理活动，包括但不局限于心脏，肺，脑，激素和神经活动正在进行的变化之间的协同作用。本发明的高级表示在图1中说明。参考图1，参考数字102通常指由主体以优选地极少注意力处理和/或感情涉及的运动的执行和/或实现。更特别地，使用优选地极少注意力努力。在运动通过注意感觉信号来有意执行的情况下，本发明提供注意力和/或感情努力的减少可以经由放弃的概念实现的装置。参考数字104表示运动与主体的生理周期性活动定时相关地(主相关)执行。根据本发明的实施例，参考数字106说明在运动和生理活动之间实现相对协调的附加且必要条件(时间相关参数中的波动)，以便具有协同作用将在运动和主体的生理活动之间触发的某种可能性(人工易变性或次相关的增加)。该协同作用(或协同定时相关)可以增加主体内自组织的可能性，从而增加实现相对于扰动的较高稳定性的可能性(108)。主体内的该较高稳定性可以帮助主体克服主体的某些问题或局限或疾病。此外，运动可以由对于同一任务主体的能量消耗可以减小的较高程度无意识性来执行(例如更好且更长地轻推)。本发明许多实施例中的一些表示研究和影响在这里认为是开放动态系统的生物体的新的研究工具。在备选实施例中，仅主相关步骤104用来促进步骤108的协同作用。
更准确地说，协同定时相关包括至少两个主要步骤(参看图14)。首先，实现运动与生理活动(其自然是易变的)之间某种程度的同步(步骤1402)。第二，将人工且附加易变性指定到诱导运动的定时(步骤1404)。在实施例中，这种易变性基于一个或多个变量。例如，如果这种易变性由V表示，那么V可以如下表示(虽然四个变量在下面的实例中显示，实际上任意数目的变量可以用来表示V)V＝A+B+C+D每个变量可以任意地建立，或者可以由任意随机或数学函数来建立。因为动态系统中的波动本质上是定性的，重要的是变化自身而不是正在变化的东西的特性。例如，变量A的值可以根据任意随机或数学函数来确定，或者可以任意地建立，或者可以别的方式设定。
每个变量自身可以基于任意数目的变量。例如，变量A可以如下表示(虽然四个变量在下面的实例中显示，实际上任意数目的变量可以用来表示A)A＝A1+A2+A3+A4这些变量的每个可以任意地建立，或者可以由任意随机或数学函数来建立。如相关技术中众所周知的，每个变量可能具有一定范围的可能值。可能值的该范围可以预先计算并且预先存储在表格中，以便必要时由本发明查找。作为选择，每个变量的值可以经由算法匆忙地产生。
本发明的上述操作可以延伸到任意级。因此，例如变量A1，A2，A2和/或A4的任何一个每个都可以基于任意数目的变量，并且那些变量的任何一个可以任意地建立，或者可以由任意随机或数学函数建立。
在一些实施例中，本发明目的在于优化和/或矫正和/或改进和/或修改人类生理和/或认知相关活动，其可以通过促进所有或任何身体部分的运动与生理活动之间的协同作用来简化或受益。为了帮助理解本发明，在这里使用的三个主要概念将被描述，包括(1)内在变化的周期性生理活动，(2)肌肉运动或任何其他运动，以及(3)(1)和(2)之间的协同定时相关。
2.1.生理活动生理活动对相关领域技术人员是众所周知的，并且包括但不局限于激素周期，呼吸周期，心脏周期，大多数神经学上的活动等。生理活动的一个共同的显著特点是其周期的时间易变性。这有时在这里称作“生理活动的内在时间易变性”。另一个共同的显著特点是生理活动的无意识特性，其中活动发生而不需要代表主体的任何注意力或认知参与。事实上，生理活动在所有种类中无意识地发生。虽然生理活动不与在身体自身外部发生的环境事件直接有关，由主体通常通过其与环境的交互作用而进行的认知或注意力活动，可能减小生理活动周期的易变性。
2.2.运动本发明集中于主体身体任何部分的运动，例如由在生物力学平衡和一般运动中涉及的骨骼肌所产生的那些，运动包括主体解剖学部分的有意和无意运动。在实施例中，本发明关注促进平衡和粗肌肉运动(以及运动知觉处理中的更好关系)，并且便于主体的细肌肉运动，所有这些接下来将描述。
在非常年轻的儿童中，粗肌肉运动是无意识的并且需要来自主体的很少感觉外部注意力。粗肌肉运动包括，但不局限于，体位方式(例如，坐，向后、向侧面或向前翻筋斗，爬行)，朝向主体肢体的环境的机械活动扰动(例如，吮吸，触摸，握住，细咬)，以及音韵能力(例如发出声音，哭泣，元音的发音)。在人类中，粗肌肉运动阶段的生物学发育从子宫内到大约21/2岁发生。
一旦学会，细肌肉运动涉及主体的低认知注意力能力并且需要来自主体的很少感觉外部注意力。细肌肉运动包括，但不局限于，与保持体位平衡联系的肢体肌肉运动活动例如站立，行走，奔跑等，辅音(例如b，p，m)的音韵发音，以及本体感受活动。在人类中，细肌肉运动(在学习涉及低认知注意力之后)阶段的生物学发育从大约21/2到7或8岁发生。
通常，粗和细肌肉运动可以包括身体肌肉，肌肉组或者肌肉关节组的任何一个或多个，例如面部肌肉或者动眼系统中的那些，或者咀嚼过程中涉及的那些，或者控制声带的那些，以及身体的任何一个或多个解剖学部分，例如眼睛，耳膜(锤骨，砧骨和镫骨)，手，足和/或他们手指的任何一个，臂和前臂，两条腿，颈，头等。
2.3.生理活动与运动的协同定时相关“协同定时相关”指时间变化的运动与内在变化的生理活动的相关。主体的生理活动周期的易变性被监控，并且主体被诱导以时间易变的方式执行运动。该时间易变的方式是这样的，使得运动的时间易变性与生理活动周期的易变性以这样一种方式相关，即运动的总易变性不同于且高于生理活动独自的时间易变性。
为了获得协同定时相关，运动关于内在变化的生理活动的某种程度的协调必须首先获得。然后，附加的时间易变性指定到运动。运动的时间易变性与生理活动的时间易变性相关，但是运动的定时决不会变得与生理活动发生的定时同步，使得它的易变性将高于与其相关的内在生理易变性。
在本发明中，运动典型地与生理定时相关。然而，当例如由那些相同定时测量或计算的生理界限达到时，它们可以被中断。在一些实施例中，生理定时可以驱动力，力又将在身体中产生无意运动。生理定时值与它们的变化的组合可以通过专用的算法来使用，以产生从机体的自然周期获得的新的人工的定时，以便诱导或产生相关的身体运动。然而，运动总是最终产物，时间相关的净效应。到生理定时的仪器反馈连接不一定被提供。在大多数实施例中，如果生理定时的变化将作为运动的结果而发生，它们将是正常物理努力和/或协同作用的结果，而不是仪器反馈过程的结果。然后，一些实施例可以包括仪器反馈。
通过将运动与生理功能相关来促进机体中的协同作用的本发明的教导，明显违反在‘生物反馈’的实践/使用仪器中传达的概念和理解。
由本专利申请书提出的实践旨在通过在身体的运动与生理活动之间的同步(或夹带)方式，与它们之间的复杂(但是确定性)关系的方式之间产生波动，来实现协同作用。相关的相反方式之间的这些波动在这里假设表征协同方式，因此防止所有绝对的夹带或粘附方式发生。然而，夹带方式可能是协同方式可能从其中实现的基态。
生理活动中夹带的水平或程度最近已经变成用于监控仪器生物反馈(例如EEG和ECG)的成功结果的优选方法。在仪器生物反馈中，主体根据认知目标和/或感情期望来指导他或她的意志努力。相反地，本专利申请书教导通过降低认知和感情因素的涉及，在运动和生理活动之间协同作用的方法。
而且，在本发明中，‘意志’不起本质作用。本发明主要适合于在运动的执行和实现过程中，通过逐渐地削弱并且最终完全脱离由主体的知觉或意志力量(决策)起的主动作用，来促进运动与生理功能的相关。
通常，意向-意志机制在生物反馈的实践中起本质作用。在本发明中，意志-意向因素被系统地削弱，同时促进运动与生理功能的相关。
我们的发明将运动的执行和实现过程中的交互成分看作真正动态非线性系统(高自由度)的部分。
相反，我们将生物反馈看作一种方法，即对待生物系统好像处理低复杂度含义，其成分之间的交互作用可以看作好像在线性系统(低自由度)中一样。在生物反馈中，同步影响生物系统的目的与该方法一致。
为了进一步阐明协同自然发生过程与仪器生物反馈过程之间的差别，无论何时术语“同步”(时间夹带)或“协调”(空间夹带)在这里出现时，它都不应当与本发明中促进协同作用中的关键步骤，术语“相对协调”(RC)混淆或互换。
相对协调将合作解释为一种特定的关系，其中每个单独的参与成分保存其自己的同一性(其自己的内在自由度)，然后恒定地旨在某种受限程度的时间同步(频率锁定或振幅锁定，但不都锁定)或者某种受限的空间协调。
‘相对协调’中包含的概念实现熔合两个显然非调和的行为，其部分保持它们各自的自由同一性，每个部分相互作用好像合作以形成较大的模式(系统)。目前将相对协调视为非调和行为的原因是，因为它与线性系统(非复杂系统)中‘合作’的非重要概念混淆。非复杂系统中的合作或同步理解成表示，过程的结果是已经放弃(弃权)它们的自同一性(内部自由)有利于获得新的自同一性的部分，也就是“系统”。
在一些实施例中，运动的易变性和生理活动的易变性一直不同。在其他实施例中，运动的易变性和生理活动的易变性在生理活动的一些周期中不同，而在生理活动的其他周期中相同。而且，被改变的变量可能从实施例到实施例各不相同(也就是，实施例可能利用除了与时间相关的那些之外的变量)。
为了使运动以“时间变化的方式”执行，必须存在有诱导运动发生、导向主体的某种信号、刺激或力。
协同状态，根据定义，更加抗扰动，因此暗示着，如果认知处理假设保持恒定，生物力学过程的执行将需要更小的能量以实现。以协同方式完成任务暗示着正在执行的工作的改进。适合于减少能量消耗的该改进实际上是正常副交感神经系统活动的主要目的。在知觉注意力机制的相等条件下，身体中协同作用的促进通常将反映在副交感神经活动的改进中，并且这可以用对本领技术人员众所周知的几种方法来测量。
在本发明中，运动与内在变化的生理活动变化相关，使得交感神经和副交感神经控制机制之间的动态平衡可以，在一些实施例中，有利于副交感神经控制而倾斜。
本发明涉及主体的相关有意和/或无意运动，导致本发明的各种实施例。这些各种实施例将在下面的表格1中引入并且在这里详细地描述。


如表格1中所示，本发明的实施例划分为两类，包括有意和无意。有意类进一步划分为两个子类，包括主动和反应。类似地，无意类进一步划分成两个子类，包括被动和反射。因此，本发明的实施例提供主体可以通过参与主动涉及或者反应涉及，有意识地或有意地涉及于相关运动的执行和/或实现中的装置和方法。主动有意涉及参考图8在下面描述。反应有意涉及参考图9在下面描述。
本发明的另一种实施例提供主体无意地涉及于相关运动中的装置和方法。无意涉及分为被动涉及和反射涉及，它们都参考图10在下面描述。
2.4.放弃(Renunciation)放弃在这里定义为从与有意运动的执行相关的认知和/或感情过程中某种程度的脱离。如参考上面，从非协同到协同状态的过渡与执行相同任务所需的能量消耗的减少一起，只要注意力-知觉过程保持在相同水平的努力。然而，为了执行由不同感觉信号的知觉而触发的有意运动，除了与根据信号以及它们的定时开始和/或结束运动相关的注意力努力之外，与那些信号的认知内容相关的注意力过程将必需涉及。用于触发运动的完全相同信号的接收可能好像是避免额外注意力努力的简单解决办法。然而，信号的不变性在这里起负因素的作用，因为协同作用强烈地依赖于波动(也称作质变)。任何种类的重复必定产生减少易变性从而阻止波动的过程，这又可能强烈地减少协同过程发生的机会。
在有意相关运动执行的过程中，然而注意力的机制可以从它们的自然认知和正常环境定向的任务中赶走，并且代替地必定简单地遵循“内部生理定时无意识性”。使用本发明，主体的注意力机制朝向“向内”(也就是，朝向内部生理活动)而不是“向外”(也就是，朝向环境变化)看来驱动。当需要注意顺序的知觉标记或信号时，每个连续的标记被使得随机地但是从许多可能性的组合中改变(或者，作为选择，以由涉及随机过程的那些的确定性算法给定的预先选定的顺序)，以便使得主体预测下一个标记将是什么，下一个标记将何时发生，或者下一个标记将从哪里发出几乎是不可能的，因此朝向松弛状态驱动认知注意力机制。实际上，与触发运动的不同信号相关的主体认知注意力机制逐渐地诱导至“放弃”和松弛。该过程在这里称作“放弃”(参看图2的202)。结果，运动与生理活动的相关将进入协同方式的可能性将更高。放弃接下来参考图2进一步描述。
参考图2，控制在步骤202开始。在步骤202中，本发明提供主体可以掌握或理解的标记(例如符号)的组合。主体可以放弃致力于首先他能够掌握或理解的那些认知过程中。主体不能放弃它不能掌握或理解的主旨。出于这个原因，“放弃”的特定过程可以通过将主体暴露于独立考虑的要素对于他是可承受且可理解的精神过程的高易变性来诱导。对于精神智力迟钝的主体，信号应当比对于正常的主体简单得多，例如。然后控制传递到步骤204。
在步骤204中，标记以这样一种方式以多种方法提供到主体，即主体不能猜测或预测下一个标记(例如符号)将是什么，下一个标记何时将发生，或者下一个标记将从哪里发出。图2中的流程图在该点结束。因此，符号或标记的易变定时确定运动何时执行。
因此，本发明的实施例提供使得运动(例如但不局限于肌肉运动)与内在变化的生理活动之间的协同关联成为可能的装置和方法，同时也逐渐地消弱运动控制中主体的正常注意力认知和/或感情参与。此外，本发明的实施例使得执行一种新的运动(例如但不局限于肌肉运动)成为可能，其中主体将进入用于掌握正在显示以触发有意运动的标记的含义内容的某种程度的放弃。
此外，本发明的实施例提供一种自动观察机制的装置和方法，其主要在低认知注意力生物区域发生，仅允许将运动与生理活动协同相关的定时标记的被动认知注意力认识。如上面定义的，“低认知注意力生物区域”在这里定义为主要涉及粗肌肉运动但是也可以延伸以包括因为它们已经内在化或学会而不需要高感觉注意力过程的这种细肌肉运动的区域。然后期待，低认知注意力生物区域将不会严重地涉及主体的神经系统活动。也就是，相对减小水平的生理应力将由与低认知注意力生物处理相关的活动产生。因此，本发明其特征在于(1)提供装置和方法以诱导时间变化的运动与内在变化的生理活动的协同相关；以及(2)在有意运动的执行的实施例中，它可以减少认知，感觉-注意力过程的涉及。本发明的系统结构接下来描述。
3.系统结构综述图3是表示本发明的实例操作环境的框图。应当理解，图3中的实例操作环境仅为了说明的目的而不是限制本发明来显示。在这里所描述的操作环境的其他实现基于这里包含的教导对于本领域技术人员将是显然的，并且本发明针对这些其他实现。参考图3，显示有生理活动传感器模块302(下文传感器模块302)，协同程序模块304(下文程序模块304)，运动诱导/改变模块306(下文运动模块306)以及主体308。
在高级，传感器模块302监控主体308的生理活动并且接收关于它正在监控的特定生理活动的信号。传感器模块302处理，优选地实时地(虽然本发明并不局限于实时处理)，生理活动信号，以得到由程序模块304使用的必要信息。程序模块304从传感器模块302接收该信息，并且识别将与正在监控的生理活动协同定时相关地指导运动(例如但不局限于肌肉运动)的主体308的程序。基于由程序模块304确定的程序，运动模块306传达或触发将指导运动(例如但不局限于肌肉运动)的适当的信号、刺激或力。接下来，这些模块的每个将更详细地描述。
3.1.生理活动传感器模块如上面所陈述的，传感器模块302监控主体308的生理活动。传感器模块302处理，优选地实时地，生理活动信号以得到由程序模块304使用的必要信息。参考图4，传感器模块302包括一个或多个生理传感器402和信号调节模块404。这两个模块在下面更详细地描述。
3.1.1.生理传感器一个或多个生理传感器402用于检测，转换或得到与正在监控的生理活动相关的信号。生理传感器402可以包括一个或多个本技术中当前使用的那些，包括但不局限于，reography或多普勒技术中和/或检测动脉和/或静脉脉搏的光体积描记设备中使用的那些，和/或用来检测皮肤电阻抗的那些和/或用来测量血压的那些，和/或当前用来检测ECG的那些或者用来检测电-皮质EEG活动的那些和/或用来检测因呼吸活动而导致的周期胸部运动的那些。生理传感器402包括上面的实例，一般地也包括当前存在或将来研制的并且代表心脏和/或脑和/或肺和/或自主神经系统和/或激素活动的生理活动和/或代表任何其他生理活动特征的信号可以通过其直接或间接地检测的其他传感器。由生理传感器402检测的生理活动转送到信号调节模块404，其接下来描述。
3.1.2.信号调节模块信号调节模块404优选地提供从正在监控的生理活动产生或得到的信号的实时调节和处理。信号调节模块404执行相关技术中许多众所周知的步骤，包括但不局限于放大、过滤、多路复用和将模拟信号转换成数字信号或相反、协议转换等步骤。然后数字信号直接地或者通过无线装置传送到程序模块304(图3)。依赖于特定的实施例，信号调节模块404可以物理地位于程序模块304中。应当指出，虽然传感器模块302的处理已经描述成实时地操作，在一些实施例中，这种处理不是实时地发生。接下来，描述程序模块304。
3.2.协同程序模块程序模块304从传感器模块302接收关于所监控的生理活动的信息，并且识别将与正在监控的生理活动协同定时相关地引导运动(例如但不局限于肌肉运动)的主体308的特定类型程序。参考图5，在本发明的实施例中，程序模块304包括信号库选项模块502，协同程序选项模块504和协同引擎模块506。这些组分的每个接下来描述。
3.2.1.信号库选项模块信号库选项模块502是由本发明使用以触发有意相关运动的实践的不同类型感觉信号或刺激的库(例如但不局限于软件或固件库)。信号导向主体308以便i)指示主体何时产生相关运动以及ii)在主体中诱导如下面说明的“放弃”现象。因为认知注意力过程的该放弃依赖于主体的各种情况(例如读写能力，学习障碍等)，待使用的信号类型的几个选项被提供。如上所陈述的，“协同定时相关”涉及监控主体308的生理活动周期的易变性，然后诱导主体308以时间变化的方式执行运动(例如但不局限于肌肉运动)，使得运动的时间易变性与生理活动的时间易变性相关，但是运动的定时决不进入与生理活动的发生的定时同步或夹带的连续方式中，因为运动包含由于旨在易于协同相关发生的次相关而产生的额外、附加易变性。
为了使运动(例如但不局限于肌肉运动)以“时间变化的方式”执行，必须存在诱导运动发生的某种类型的信号、刺激或力。如下面将描述的，协同引擎506利用信号库选项模块502来确定什么信号或刺激将用来促进相关运动的执行。可能存储于信号库选项模块502中的数据的实例快照参考图6来显示，其中主体308有意地涉及于相关运动的实践中。
图6说明包含促使主体308有意执行运动的感觉信号和刺激的实例表格600。表格600仅用于说明目的而不打算限制本发明。
表格600说明信号或刺激可能是听觉类型602或者是视觉类型604。(虽然没有显示，其他类型是可能的，包括但不局限于，热和压力类型)。对于每种类型，表格600包括指示组分类606，主要特征608，实例610，组成员的数量612，随机化的特定特征614和随机变化的总数目616的列。随机化的特定特征614进一步分成包括类型/实例618，部分620和总选项622的列。应当注意，主要特征608显示也是可能的许多其他中的几个实例，并且组分类606的罗马数字是任意的。组成员的数量612和随机化的特定特征614的类型/实例618也是任意的，并且其他可能可以考虑。然而，在该表格中存在有潜在的基本概念，其在于提供可以由主体根据他/她的知觉/认知能力领会和/或掌握和/或理解的信号和刺激的集合。
表格600是实例，但是通常仅适用于认为正常且大于8岁的人(并且当然图6仅为实例目的而提供，并且其他表格将适用于其他给定年龄和/或限制的其他人)。6岁的儿童不能掌握或理解例如，12个不同几何形状(组I)或26个不同字母(组III和IV)之间的差别，因此“放弃”的期望过程将不发生。类似地，用于绘制几何形状的四种不同的线结构和两种不同的宽度可能是太多变化，以至于不能由患有例如学习障碍的儿童掌握。信号库选项502将包含适合读写能力，认知处理和知觉能力的不同水平的库。总选项列622通过将每种特定特征的数目相乘来获得，例如4种类型的线和2种类型的宽度给出8的总变化。列616通过首先将列622和612的值相乘，然后对于视觉类型的信号乘以108而如果对于听觉类型的信号乘以9来计算。对于视觉信号，十二种颜色，3种亮度级和3种大小给出108种可能的总数目(12×3×3)，而对于听觉信号，类似地获得9种可能。再次应当注意，对于6～8岁的小儿童，随机变化的总数目(列616)将显著地低于表格600种显示的那些。
视觉类型604的实例在表格600中由行626说明。组分类606是“I”，主要特征608是“二维几何形状”并且实例610包括“”和“Δ”。组成员的数量612是“12”。如上所陈述的，信号或刺激的随机化易于主体308的放弃。这里，随机化的特定特征614包括类型/实例618的“线结构”和“线宽”，部分620的“4”和“2”以及总选项622的“8”。最后，随机变化的总数目616是行626的“10,368”(12×8×108)。
听觉类型602的实例在表格600中由行630说明。这里，组分类606是“I”并且主要特征608是“元音”。实例610包括“a”，“e”，“i”，“o”和“u”。因此，组成员的数量610是“5”。最后，随机变化的总数目是“45”(5×9)。
表格600也说明视觉类型604和听觉类型602的一般随机特征624。视觉类型604的一般随机特征624是“108”。听觉类型602的一般随机特征624是“9”。
如上面参考主体308的有意涉及所陈述的，当需要注意感觉标记或信号时，每个连续标记被使得以随机或拟随机方式改变，因此使得主体预测下一个标记将是什么，下一个标记将何时发生，或者下一个标记将从哪里发出几乎是不可能的，驱使主体308的认知注意力机制朝向松弛状态。结果是主体308的认知机制可以被诱导放弃和松弛(也就是主体308放弃致力于关于信号的认知注意力过程)，从而增加主体308的所监控的生理活动和运动之间的协同定时相关存在的可能性。协同程序选项模块504接下来描述。
3.2.2.协同程序选项模块协同程序选项模块504是各种程序和方法的软件或固件，其包括可以用于相关运动的实践的不同信号、刺激或力的选项。这些程序和方法指示什么类型的运动(或者有意或者无意涉及类型)和哪种类型的信号、刺激和/或力可以使用，以使得主体308实践本发明的相关运动。下面的节6.2详细地描述存储于协同程序选项模块504中的信息类型。
3.2.3.协同引擎协同引擎506从信号库选项模块502，协同程序选项模块504和生理活动传感器模块302接收信号。然后，管理员和/或协同程序模块304中或者直接地协同引擎506中的专家系统确定(1)什么类型的信号，刺激或力应当用来触发运动，(2)一个或多个同步定时以触发信号、刺激或力，例如如果在心脏收缩和/或心脏舒张的期间(或者主相关)，(3)定时波动程序(或者次相关)，以及(4)运动的类型自身，以使得主体308实践本发明的相关运动。主相关的同步定时基于主体308的所监控的生理活动。协同引擎506将关于用来触发主体308的确定的信号、刺激或力以及触发的所有定时的输入提供到运动模块306。
主和次相关的这些信号、刺激或力的定时可以随机化或预先选定。主相关的定时的边界由所选生理活动的时间周期的范围以及由周期被认为分成的子间隔的范围和时间位置给出。次相关的时间边界由所述子间隔的范围，指定到信号、刺激或力将诱导或产生协同运动的子间隔内的所选时期的波动的振幅，以及后面的信号、刺激或力可能出现以诱导或产生协同运动的生理周期的最大数目给出。由次相关产生的所有事件的时间序列可以由随机的和/或由预先选定的数学序列方式获得。如上面指出的，在实施例中，这种易变性基于一个或多个变量。例如，如果这种易变性由V表示，那么V可以如下来表示(虽然四个变量在下面的实例中显示，实际上任意数目的变量可以用来表示V)V＝A+B+C+D每个变量可以任意地建立，或者可以由任何随机或数学函数来建立。例如，变量A的值可以根据任何随机或数据函数来确定，或者可以任意地建立，或者可以别的方式设定。
每个变量自身可以基于任意数目的变量。例如，变量A可以如下来表示(虽然四个变量在下面的实例中显示，实际上任意数目的变量可以用来表示A)A＝A1+A2+A3+A4这些变量的每个可以任意地建立，或者可以由任何随机或数据函数来建立。
本发明的上述操作可以延伸到任意级。因此，例如变量A1，A2，A3和/或A4的任何一个每个都可以基于任意数目的变量，并且那些变量的任何一个可以任意地建立，或者可以由任何随机或数学函数建立。
该预先选定的数学序列可以采取任何形式。
根据每种特定的实施例和/或每个主体的特定情况，经验和/或实验研究将确定最佳的数学方式以及最佳的主和次相关方式以及将为每种情况推荐的最佳类型的运动。下面的表格2基于上面的表格1建立并且包括身体部分涉及的类型和生理子周期或主相关方式的实例之间的区别。身体部分涉及的类型与在相关运动中涉及的身体部分的数目有关。有意相关运动可以通过利用人体的一个或多个部分来实践。在本发明的实施例中，多重相关运动存在于人体划分成的至少两个主要解剖学部分的一个或多个肌肉组和/或肌肉关节组运动与内在变化的生理活动的相关中。例如，多重相关运动可以通过协调眼-手或手-手或腿-腿，眼-腿等运动与生理活动来发生。
生理子周期相关的方式与运动将被促进的生理活动的周期中的时间间隔有关，包括早期周期(M1)或晚期周期(M2)中。M1和M2表示在主体308的生理活动的子周期中定时运动的方式的两个实例。本发明并不局限于该实例，因为多于两个子周期可能被考虑。而且，运动可以被定时以在子周期M1和/或M2的任何部分中，或者M1和M2的外部发生，或者在任何情况下，运动的布置可以被指定。如本领域众所周知的，心脏和呼吸周期，例如可以分为多于两个有生理意义的时期。协同定时相关可以与所有它们建立。表格3说明对于身体部分的类型和主相关的方式预先选定或随机化的信号、刺激或力的定时。表格2-3仅为说明的目的而不打算限制本发明。


表格4说明当实践本发明时可以由主体执行的各种单一类型的运动。


协同引擎506在更广泛的意义上应当理解为可编程机器。协同引擎506可以执行数据的高速处理。因此，协同引擎506可能包括微控制器，微处理器，在ROM，PROM或其他固件中包含指令的特殊编程机器，包含硬连接于其中的指令的特殊编程机器，或者通用计算机和计算机程序。该计算机程序可能具有许多形式，包括但不局限于娱乐程序，交互游戏程序或者信息通信程序。
事实上，协同引擎506可以使用接下来参考图28描述的多个计算机系统的一个来实现。计算机系统2800包括一个或多个处理器，例如处理器2804。处理器2804连接到通信总线2806。各种软件实施例依据该实例计算机系统来描述。在阅读本描述之后，如何使用其他计算机系统和/或计算机体系结构来实现本发明对本领域技术人员将是显然的。
计算机系统2800也包括主存储器2808，优选地随机存储器(RAM)，并且也可以包括次存储器2810。次存储器2810可以包括，例如硬盘驱动器2812和/或代表软盘驱动器，磁带驱动器，光盘驱动器等的可移除存储驱动器2814。可移除存储驱动器2814以众所周知的方式从可移除存储单元2818读和/或向可移除存储单元2818写。可移除存储单元2818代表软盘，磁带，光盘等，其由可移除存储驱动器2814读取和写入。如将理解的，可移除存储单元2818包括使计算机软件和/或数据存储于其中的计算机可用存储介质。
在备选实施例中，次存储器2810可以包括用于使得计算机程序或其他指令能够载入到计算机系统2800中的其他类似装置。这种装置可以包括，例如可移除存储单元2822和接口2820。这种的实例可以包括程序盒式磁带和盒式磁带接口(例如在视频游戏设备，视频摄像机等中发现的那种)，可移除存储芯片(例如EPROM，或PROM)和相关插座，以及使得软件和数据能够从可移除存储单元2818传输到计算机系统2800的其他可移除存储单元2822和接口2820。
计算机系统2800也可以包括通信接口2824。通信接口2824允许软件和数据在计算机系统2800和外部设备之间传输。通信接口2824的实例可以包括调制解调器，网络接口(例如以太网卡)，通信端口，PCMCIA插槽和卡等。经由通信接口2824传输的软件和数据是信号2826的形式，其可以为电，电磁，光或能够由通信接口2824接收的其他信号。这些信号2826经由通道或路径2828提供到通信接口。该通道2828承载信号2826并且可以使用导线或电缆，光纤，电话线，便携式电话链路，RF链路和其他通信通道来实现。
在该文献中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”通常用来指介质例如可移除存储设备2818，安装在硬盘驱动器2812中的硬盘，和信号2826。这些计算机程序产品是用来提供软件到计算机系统2800的装置。
计算机程序(也称作计算机控制逻辑)存储在主存储器和/或次存储器2810中。计算机程序也可以经由通信接口2824来接收。这种计算机程序，当执行时，使得计算机系统2800能够执行在这里讨论的本发明的特征。特别地，计算机程序，当执行时，使得处理器2804能够执行本发明的特征。因此，这种计算机程序代表计算机系统2800的控制器。
在本发明使用软件来实现的实施例中，软件可以存储在计算机程序产品中并且使用可移除存储驱动器2814，硬盘驱动器2812或通信接口2804载入到计算机系统2800中。控制逻辑(软件)，当由处理器2804执行时，使处理器2804执行在这里讨论的本发明的功能。
在另一种实施例中，本发明主要使用例如硬件成分例如专用集成电路(ASIC)在硬件中实现。硬件状态机的实现以执行这里描述的功能对相关领域技术人员将是显然的。在又一种实施例中，本发明使用软件和硬件的组合来实现。运动模块306接下来描述。
3.3.运动诱导/改变模块由协同程序模块304控制的运动模块306传送将指导运动(例如但不局限于肌肉运动)的适当信号、刺激或力到主体308。如在图7中所示，运动模块306包括感觉信号和刺激模块702以及刺激和物理力模块704。
在本发明的实施例中，感觉信号和刺激模块702是产生和控制感觉信号或刺激的源产生器的计算机(例如图28中所示的那个，例如)。在本发明的实施例中，刺激和物理力模块704是控制旨在诱导所有身体上或其任何部分中的运动或改变运动状态的物理力的产生器的计算机。注意，箭头706表示相对运动力，其中刺激和物理力模块704使得感觉信号和刺激模块702在本发明实施例中物理地移动。
如下面在图8中描述的，感觉信号和刺激模块702在本发明的有意/主动涉及实施例中利用。类似地，如下面参考图9描述的，刺激和物理力模块704在本发明的有意类、反应子类涉及实施例中利用。最后，如下面参考图10描述的，刺激和物理力模块704在本发明的无意类、被动和反射子类涉及实施例中利用。这些实施例在这里仅为了说明目的讨论而不打算限制本发明。在本发明中，物理力包括但不局限于，机械，电动机械，内聚，弹性，frantational，静电，电，磁，电磁，和离心特征的那些。
4.系统体系结构-有意类涉及在本发明的实施例中，对于相关运动的有意识/有意涉及，运动被促进的时间点可以由下面一个或多个来给出(1)作为由本发明的装置产生和控制的信号和/或刺激的所选集合的感觉标记；(2)主体308已经学会的特定规则；以及(3)当全部身体或其任何部分直接或间接地经受由本发明的装置产生并控制的惯性或其他任何力时，保持身体在重力场中任何介质处平衡且处于物理平衡中和/或维持身体的运动协调的努力。上面为实例的目的提供而不限制本发明。
在有意相关运动的执行期间，主体308的注意力的机制可以从它们的自然认知注意力涉及中赶走，并且代替地必定仅遵循“内部生理定时无意识性”，其处于较低的认知注意力水平。如上所述，这由本发明称作主体308的放弃。使用本发明，主体308的注意力机制朝向“向内”(也就是，朝向内在变化的生理活动)而不是“向外”(也就是朝向环境变化)看来驱动。例如，每个连续的信号或标记被使得随机地改变(或者，作为选择，预先选定)，使得主体308预测下一个信号或标记将是什么，下一个信号或标记将何时出现，或者下一个信号或标记将从哪里发出几乎不可能，因此驱动认知注意力机制以放弃获得关于将导致主体308中的增强松弛状态的知识。为了易于该过程，信号尽可能远离关于主体308的感情内容。
有意类细分称两个子类，包括主动和反应。主动子类接下来参考图8来描述。其次，反应子类参考图9来描述。
4.1.主动子类图8是表示主体308需要具有相关运动中的主动有意涉及的本发明的实例操作环境的框图。在图8中，显示有主体308；生理活动传感器模块302的生理传感器402和信号调节模块404；协同程序模块304的信号库选项模块502，协同程序选项模块504和协同引擎506；输入设备802和运动诱导/改变模块306的感觉信号和刺激模块702。
仅为了说明目的，假设生理传感器402是ECG机器，主体308的心脏周期可以从其监控。另外，假设来自感觉信号和刺激模块702的标记或信号包括在屏幕上显示的视觉信号。在本实施例中，在感觉信号和刺激模块702产生的标记可以可选地与心脏收缩周期的早期部分(上面表格2的M1)或与心脏收缩周期的晚期部分(表格2的M2)，或者其任何部分(如由本发明确定的)相关。通过非侵袭地监控(例如颈动脉，锁骨下动脉或桡骨动脉上的动脉压波)，主体的心脏周期的收缩和舒张期可以直接显示。这也可以使用压电传感器来非侵袭地进行。同样通过光体积描记变化器方法，主体的脉搏可以直接地活动，从而监控心脏周期的收缩和舒张期。
ECG不直接显示称为机械收缩和机械舒张的心脏收缩周期的早期和晚期部分。然而，它们可以为了本发明的一些实施例，经由仅依赖于主体的性别和平均心率的数学函数以足够的近似来获得。上面的数学函数从基于大样本组的数据获得。表征心脏功能的主要电ECG事件在图15B中显示。QRS波群显示心室去极化，P波，心房去极化，和T波，心室的再极化。射出前时期(PEP)从ECG中的Q点出发，直到ECG中S点之后几十微秒。PEP的结束标志心室的机械收缩(MS)的开始，并且MS大约在T波结束时结束。心室的机械舒张在MS结束处开始，并且在P波之后下一个P点中结束。定义心室或心脏周期的三个主要子周期的表达式在下面给出，作为性别(M或F)和平均心率(mHR)的函数，如下面表格5中所示。
表格5作为以次/分钟为单位的心率(HR)函数的心脏周期的子周期长度(msc)

由如下从121个男人和90个女人获得Weissler et al，Bedsides techniques for the evaluation of ventricularfunction in man.Aver J.Cardiol 23577，1969(Weissler等人，男人中心室功能的评定的临床技术。Amer J.Cardiol 23577，1969)Weissler et al，Systolic time intervals in heart failure in man，Circulation37149，1968(Weissler等人，男人中的心力衰竭中的心脏收缩时间间隔，循环，37149，1968)关于每种特定实施例的方法，技术和经济考虑将指示待遵循的系统，以便监控内脏周期功能的子周期。另外，协同程序选项模块504可以决定预先选定或随机化相关运动的所选顺序，例如表格4中所示的那些。
也假设主体308先前被指示与听觉信号的开始和结束和/或在屏幕上看到的视觉信号的开始和结束尽可能同时地实践例如紧握类型的相关运动。另外或作为选择，执行紧握类型的相关运动的需要也可以经由输入设备802像例如键盘在屏幕中显示给主体。图8的实施例的操作进一步在下面参考图12A和12B来描述。主动相关运动的其他实例在下面参考图17-21给出，其中用来实践本发明的特殊工具被描述。本发明的有意涉及实施例的反应子类接下来描述。
4.2.反应子类图9是表示主体308需要具有执行本发明的相关运动中的反应有意涉及的本发明实例操作环境的框图。在图9中，显示有主体308，生理活动传感器模块302的生理传感器402和信号调节模块404，协同程序模块304的信号库选项模块502、协同程序选项模块504和协同引擎506，输入设备802，运动诱导/改变模块306的刺激和物理力模块704以及平台902。反应子类的实例类似于上面描述的主动子类，除了主体308需要反应物理力，例如训练自行车阻力的改变(增加或减小)或者踏车增加或减小的速度(表示为平台902)。这需要对空间和/或时间生物运动条件的间歇变化的有意适应。这里，通过可以包括键盘的输入设备802，关于定时以及阻力或速度的变化的不同选项可以输入到模块504中。反应相关运动的其他实例在下面参考图22和30给出，其中用来实践本发明的特殊工具将被描述。图9的实施例的操作在下面参考图12A和12B描述。
5.系统体系结构-无意类涉及在关于相关运动的无意涉及的本发明实施例中，本发明产生和/或控制能够影响所有身体或其任何部分以便诱导下面的一个或多个的物理力和/或刺激(1)当主体308处于被动条件时，协同运动，和/或(2)由身体的反射神经机制和/或由其他生理适用或过程触发的协同运动。
与本发明的有意涉及实施例相反，其中注意力或认知机制被引入，但是通过借助于如早些时候所描述的引起放弃现象的方法随后不久自动地减小或消除，在本发明的无意涉及实施例中，注意力和认知机制不被引入，或者极小地引入。在无意类中，注意力和认知处理减小到由与主要来自接触，压力，热和本体感受神经路径的一个或多个的感觉输入相关的最小身体认识而产生的最小水平。无意类细分成两个子类，包括被动和反射。被动和反射子类在下面参考图10来描述。
5.1.被动子类图10是表示主体308致力于本发明相关运动中的被动涉及的本发明实例操作环境的框图。在图10中，显示有主体308；生理活动传感器模块302的生理传感器402和信号调节模块404；协同程序模块304的协同程序选项模块504和协同引擎506；运动诱导/改变模块306的刺激和物理力模块704以及平台1002。信号库选项摸快502通常不被无意类所要求。被动相关运动的实例包括与周期性生理活动的特定子周期一个或多个定时相关的主体308的间歇摇动(经由，例如摇椅，表示为平台1002)。不存在由主体308需要的输入或主动参与。被动相关运动的实例在下面参考图23给出，其中用来实践本发明的特殊工具被描述。图10的实施例的操作在下面参考图12A和12B来描述。
5.2.反射子类图10也说明本发明的反射子类实施例。和被动子类一样，不存在由主体308需要的输入或主动参与。相关运动由主体308的自然生理机制产生，其例如由物理刺激例如撩痒或者由物理力例如身体表面所有或部分上温度的突然增加或减少产生。反射相关运动的其他实例在下面参考图24-27，31和32给出，其中用来实践本发明的特殊工具被描述。
6.本发明的操作6.1.本发明的高级操作获得生理活动与运动之间的协同定时相关图14是说明获得生理活动与运动之间的协同定时相关的本发明实施例的高级操作。在图14中，控制在步骤1402开始。在步骤1402中，本发明实现主体的运动与生理活动的自然易变周期的某种水平的同步。这是时间相关的第一级(这里称作主相关)，其中运动被编程以在所选生理活动的内在易变周期的特定一个或多个子周期处进行，该运动打算实现与该所选生理活动的协同相关。注意，该主相关暗示着同步必然减小运动的时间自由度，环境并不利于协同作用实现。然而，自由的该减小将至少部分地用在步骤1404处显示的次相关补偿。注意，诱导上面更多说明的关于认知注意力机制的放弃的方法，是执行协同有意运动的实施例的特定情况的补偿过程，其中主体必然遵循旨在指导那些运动的、具有认知和最后感情内容的信号。因此，在一些实施例中，触发信号或刺激将必须具有或产生另外的认知注意力机制和最终感情反射机制，这不是期望的。为了中和这些因素，补偿方法被引入，导致上面更多说明的放弃。在本发明的所有实施例中，绝对的时间和/或空间相关(同步-夹带和/或完全空间协调)是容许的，但仅间歇地，在一些但不是所有时间中。
绝对同步(或夹带)与主频率(和/或其谐和)的同时锁定，以及振幅锁定有关。完全的空间协调与运动协调中的零度相位有关。然后，控制传递到步骤1404。
在步骤1404中，在遵循(步骤1402中)生理活动的内在时间易变性，在使得运动能够保存其自身的自由水平的方向上指向之后，通过将附加且人工时间易变性增加到运动中，来将其指定到主体的运动。该附加时间易变性通过将波动指定到步骤1402中定义的子周期中发生的信号、刺激或力的定时，以及指定到一个诱导的运动与下一个之间的间隔的定时来实现。这些附加的时间波动在这里设计为次相关，借此生理活动与执行或实现的运动之间的“相对协调”然后可以发生，并且借此使得协同作用的状态能够实现。为了实现协同作用，不仅需要合作部分中的某种定时相关，而且某种程度的运动空间协调也是必须的，为此某种程度的变化也应当指定到执行或实现的运动。为了实现那一点，运动不应当严格地重复。例如，表格4中多于一种类型的运动应当执行或实现和/或变化应当引入到相同运动类型的空间参数中。图14中的流程图在这一点结束。这将在下面参考图15和16更详细地描述，其说明为了将运动与主体308的生理活动协同地相关，协同引擎506如何确定促进的定时。
6.2.为主体开发程序开发协同程序选项模块图11是说明当开发协同程序选项模块504(图5)时本发明实施例的操作。基本上，图11表示当为特定主体308开发程序时本发明的操作。在开发该程序中，许多因素被首先考虑(调节因素)，例如主体308的年龄组，性别，手偏力，把持/下肢，读写能力和身体条件，性状，特性，能力等。许多程序可以为特定主体308而开发。
在图11中，控制在步骤1102处开始。在步骤1102中，主体308(图3)的调节因素和被监控的生理活动被选择。在本发明的实施例中，调节因素和监控的生理活动在步骤1102中的选择已经由协同程序模块304的管理员批准。在该上下文中，管理员代表人类，协同引擎506，或者两者的某种组合，其当前称作专家系统。如上所陈述的，监控的生理活动可以包括，但不局限于，激素周期，呼吸周期，心脏周期和大多数神经学上的活动。然后控制传递到步骤1104。
在步骤1104中，管理员和/或模块506从通常关于输入的主体308的调节因素，以及关于监控的生理活动的选项程序模块504中识别一组运动。年龄组在本发明中是重要的，因本发明的相关且协同运动中涉及的不同实施例。例如，两岁的儿童不能以成人将反应的相同方式，对训练自行车中阻力的变化起反应，或者对涉及字母表的字母的刺激起反应。然后控制传递到步骤1106。
在步骤1106中，基于主体308的更多细节，管理员和/或模块506从识别的应当涉及于相关运动中的运动组(来自步骤1104)中选择优选运动。主体308的细节可能是，例如，主体308的身体，文化，认知，感情等特性。例如，考虑触摸屏。即使典型八岁的人当被通知时能够触摸屏幕，如果主体308从腰部向上瘫痪，该特定工具可能不是有效的。
本发明的实施例更多关注主体308的粗肌肉运动比细肌肉运动。粗肌肉运动需要极少或者不需要来自主体308的感觉外部注意力，然而细肌肉运动占据主体308的高认知注意力能力。
因此，在步骤1106中选择优选运动的过程中，管理员和/或引擎506考虑主体308的能力以执行相关运动以及它们的易变性和执行或实现的顺序。本发明涉及主体的有意和/或无意(相关)运动，导致本发明的各种实施例。如上面陈述的，涉及的有意类划分成两个子类，包括主动的和反应的。涉及的无意类划分成两个子类，包括被动的和反射的。然后控制传递到步骤1108。
在步骤1108中，管理员和/或协同引擎506从信号库选项模块502中选择信号集合，并且从在相关运动中使用的选项程序模块504中选择刺激或力。信号集合的选择可能从例如图6中所示的表格中执行。再次，主体308的特殊性状和能力当执行步骤1108时考虑。然后，控制传递到步骤1110。
在步骤1110中，管理员和/或引擎506确定促使主体执行运动的、来自模块502和504的信号、刺激或力的定时。换句话说，管理员和/或引擎506确定信号、刺激或力施加的时间顺序。促进的定时可能依赖于，但不局限于其与所监控生理活动的特定子周期的同步或主相关，例如与监控的生理活动或其任何部分的早期周期(M1)或晚期周期(M2)的同步，或者在那些周期外部的一些实施例中(如由本发明确定的)。
促进的定时也可能依赖于它是否在几个可能选项中预先选定或随机化。促进的主相关的定时通过考虑，如果注意力机制被涉及，优选运动何时可以由主体308执行或者在主体308上执行使得在监控的周期性内在变化生理活动中存在极小的涉及(也就是，其易变性的极小减少)来确定。管理员和/或引擎506现在将定义次相关的定时。该次相关存在于定义促进运动的信号和/或刺激和/或力的持续时间的开始时间和结束时间的波动，以及两个连续运动之间的生理周期数目的波动。这些波动将由一系列值来表示。这些值可以通过使用随机和/或预先选定序列来获得。该预先选定序列可以从这里描述的任何数学函数中获得。存在有运动的协同作用可以与遵照由整数之间的系数产生的比例的简单相关关联的某种实验证据。由此可见，如果这种离散的齐次多项式相关由管理员和/或引擎506选择，不是任何类型的数学函数都可以使用。然后，控制传递到步骤1112。
管理员和/或引擎506可以决定将执行的协同运动上的中断相关到主体308中实现的一些生理界限。该选项将在模块504建立。在这种情况下，并且在步骤1112，协同引擎506实时地计算该生理界限什么时候已经达到。生理界限指可以由协同运动，像例如反应主体的应力状态的那些的执行影响的生理变量的值。管理员和/或引擎506可以决定致力于仅那些变量的预先选定边界内部的协同运动，像例如心率的某些值之间。在本发明的实施例中，一旦主体308达到某种生理界限，相关或协同运动中止。然后控制传递到步骤1114。
在步骤1114中，优选运动(步骤1106)；所选信号，所选刺激或力(步骤1108)；主和次相关的触发定时(步骤1110)和最终确定的生理界限(步骤1112)存储于将来与主体308使用的协同程序选项模块504中。图11中的流程图在该点结束。
图11表示预先确定和预先存储主体308的特定程序以便将来使用。图11可以执行多次以为主体308开发多个程序。
作为选择，程序可以由协同引擎506匆忙地确定。实际上，在专家系统将几乎完全依赖于存储在模块502，504，506的程序并且极少依赖于人类管理员的决定的情况下，程序可以由模块304实时地匆忙执行。本发明实施例，积累的数据和最终实验研究以及这些新工具的广泛应用，将允许达到自动的“匆忙”协同程序的获得。在专家系统正在执行上面描述的操作的情况下，专家系统执行图11的步骤。虽然，在其他实施例中，专家系统根据其他方法操作。
6.3.为主体执行程序图12A和12B表示当为主体308执行程序时本发明实施例的操作。应当指出，图12A和12B的流程图应用于图8-10中所示的实施例。在图12A中，控制在步骤1202开始。在步骤1202中，协同程序模块304识别将与正在监控的生理活动协同定时相关地指导运动的主体308的程序。如果待用于主体308的程序预先存储在协同程序选项模块504(如上面参考图11说明)中，那么协同引擎506简单地需要取回程序。作为选择，如果协同引擎506计算程序以匆忙地在主体308上使用，那么类似于参考图11描述的那些步骤将在此时执行。因此在该步骤中，信号、刺激或力被选择。然后控制传递到步骤1204。
在步骤1204中，基于由程序模块304在步骤1202中确定的程序，运动诱导/改变模块306传送或触发将指导运动的适当信号和/或刺激和/或力。“协同定时相关”涉及监控主体的生理活动的周期内和之间的易变性，然后诱导主体以遵循那些易变性的时间变化方式来执行有意或无意的运动。该“时间变化方式”是这样的，使得运动的时间易变性主要与生理活动周期的易变性相关，但是包括由次相关以这样一种方式导致的附加人工易变性，即生理活动和诱导的运动在所有时间内不是同步或夹带的，而是以间歇波动的方式。为了使运动以“时间变化的方式”执行，必须存在导向主体的、促使运动发生的某种信号、刺激或力。然后，控制传递到步骤1206。
在步骤1206中，主体308有意或无意地响应信号和/或刺激和/或力(依赖于使用的程序和特定信号和/或刺激和/或力)。当主体308执行相关运动时，主体308的运动系统可能变得涉及于主体308特有的生物力学过程中。因为由协同运动旨在被建立的生理周期和子周期产生的时间序列可以假设为只有主体308才有，推断出它们的协同作用达到和维持的过程可能也是特有的。然后，控制传递到步骤1208。
在步骤1208中，生理活动传感器模块302监控主体308的生理活动并且将相关信息转送到协同程序模块304。估计，主体在步骤1206中的响应将反映到主体生理学中的一定范围，通过传感器模块302获得的变化。步骤1208在下面参考图13更详细地描述。然后控制传递到步骤1210。
在步骤1210中，来自步骤1208的信息在协同引擎506中分析，如果由程序所要求，以确定主体308的生理界限是否已经达到。生理界限指生理变量的值(最小和/或最大)。这些值定义管理员和/或引擎506决定主体当执行协同运动时不应当跨越的边界。
优选地，生理变量应当是反映身体和/或认知和/或感情应力的那些，包括涉及知觉和注意力机制的那些变量。一种选择可能是心率及其内在易变性。存在有心率易变性(HRV)的许多参数。它们中的一个是RR间隔之间的逐次差分的均方根(RMSSD)。心率由在一分钟内发生的连续RR间隔的数量来定义。心率和/或RMSSD可以由引擎506通过与由引擎506获得并存储的RR间隔测量数据一起执行的简单计算实时地在线测量。如果界限被需要，那么控制传递到步骤1212。如果界限不被需要，那么控制传递到步骤1220。
如果控制传递到步骤1212，那么确定主体的生理界限是否已经到达。如果结果是正的，那么控制传递到步骤1214。作为选择，控制传递回步骤1204并且继续，直到主体的生理界限已经到达。
在步骤1214中，程序在短时间间隔p期间中断，该短时间间隔p与供程序所用的总时间q一起先前在模块504建立。在间隔p过去之后，控制转到步骤1216，在那里生理变量再次被测量以验证确定界限是否仍然保持。如果结果是负的，那么控制传递回步骤1204。否则，控制传递到步骤1218，在那里程序从其开始的总时间被测量以验证时间限制q是否已经达到。如果结果是负的，控制转回到步骤1214。如果它是正的，控制转到步骤1220并且程序结束。可选地，控制传递到步骤1222，在那里测量程序有效性的测试被执行。
在实施例中，在程序中指定的生理活动与运动的协同定时相关可能导致在操作之前不能由主体308获得的身体活动和/或能力(例如，竞争中的运动能力，其中主体变得如此紧张，以至于即使简单的(或者频繁练习的)任务变得不可能或几乎不可能)。如果对于需要注意力努力的任务，生理应力的增加(例如由一个或多个心率或心率变化或电皮质活动等测量)与生物运动能力的相关增加之间的关系，是上面的某个界限值，因生理应力的增加而实时发生的注意力力量的自然减少将必定避免生物运动能力显著增加超出其任务前的水平。通过获得身体部分中的更高级的协同水平，对于相同任务的相对生理应力期望减小，借此上面的关系也将减小并且新类型的身体活动和/或新的能力可以由主体308实现。图12A和12B中的流程图在步骤1222完成之后结束。
6.3.1.监控主体的生理活动图13更详细地描述关于监控主体308的生理活动的生理活动传感器模块302的步骤1208(图12A)。在图13中，控制在步骤1302开始。在步骤1302中，生理传感器402监控主体308的生理活动，并且将代表这种生理活动特征的信号转送到信号调节模块404。
生理传感器402可能包括本技术中当前使用，或者在未来研制的那些的一个或多个，包括但不局限于，reography或多普勒技术中或者在检测动脉和/或静脉脉搏的光体积描记设备中和/或用来检测皮肤电阻抗的那些和/或测量血压的那些中，和/或当前用来测量ECG的那些或测量电皮质EEG活动的那些和/或检测因呼吸活动而导致的周期胸部运动的那些中使用的那些。生理传感器402包括上面的实例，通常也包括当前存在或在未来研制的、代表心脏和/或脑和/或肺和/或自主神经系统和/或激素的生理活动和/或任何其他生理活动特征的信号能够借此直接或间接地检测的任何其他传感器。然后控制传递到步骤1304。
在步骤1304中，信号调节模块404处理信号以将它们转换成可由系统程序模块304使用的形式。信号调节模块404执行本技术中众所周知的许多步骤，包括但不局限于，放大、过滤、多路复用、将模拟信号转换成数字信号或相反、协议和/或语言转换等步骤。然后控制传递到步骤1306。
在步骤1306中，生理信息然后直接地或由无线装置发送到程序模块304(图3)。图13的流程图在该点结束。
6.4.实例-确定信号时序以将运动与生理活动相关如上面参考图11讨论的，在步骤1110中，信号、刺激或力的定时被确定。该节描述步骤1110的实例实现。如上所述，为了获得协同定时相关，至少两个主要的步骤必须执行。首先，实现运动与生理活动某种水平的同步(其是自然易变的)。该主相关将必然减小运动的自由水平，但是允许知觉注意力机制的改进。参看图14的步骤1402。其次，通过将额外附加的时间易变性并入这种定时中，将人工易变性指定到运动的定时。该附加易变性存在于次相关中，目的在于i)在同步或主相关的时间参数值中产生波动，以便实现作为协同作用发生的必要条件的“相对协调“；ii)补偿由主相关产生的运动自由度的减小。此外，为了促进易变性，程序应当包括多于一种类型的运动，以及相同类型运动的上下文的变化。参看图14的步骤1404。
次相关通过在运动的定时中指定波动来实现。这些波动i)嵌入于同步的定时参数(tD和ST)的每个中，并且ii)由定义下面tD和ST何时发生的算法来表示(图16中的步骤1610)。这两个参数在图15A的实例中显示。心电图(ECG)在图15A和15B中描绘，其中QRS波群识别心脏心室的去极化，T波它们的再极化以及P波心脏心房去极化。电动机械心脏收缩在Q点开始并且大约在T波的下降坡结束时结束。机械心脏收缩在ECG中S点之后几十毫秒开始，并且与电动机械心脏收缩一起结束。从该点开始心脏舒张，当心室收回在机械心脏收缩期间消除的大约相同量的血液时。心脏舒张在Q点结束。信号、刺激或力通过控制在QRS波群内选择的基准点的延迟tD，在可能位于心脏舒张或收缩子周期中的间隔ST期间发出。
在图15A中，tD等于D1+D2(其中D1或D2全部或二者一个是变量)。另外，ST等于S1+S2(其中S1或S2全部或二者一个是变量)。图16表示当执行步骤1110(图11)时本发明的操作，并且参考图15A描述。
在图15A和16的实例实现中，假设被监控的生理活动是心脏周期。还假设程序涉及主体308的部分上的有意、主动参与。也假设确定的运动是紧握(右，左和/或都)。紧握与根据参数tD和ST定时的并且由主体308在例如屏幕上感知的信号的开始和结束尽可能同时地由主体308执行。也假设信号是视觉类型并且信号包括组分类III(来自图6和表格600)的字母信号。
参考图6，存在有16,848个关于大小和/或颜色和/或字体等彼此不同的这种信号。无论16,848个可能不同信号哪个显示在运动诱导/改变模块306的屏幕上(图3)，间隔ST和随后由主体308的有意紧握将与心脏周期协同相关，如接下来参考图16描述的。这在本发明的实施例中执行的方法现在将参考图15A和16来描述。
在图16中，控制在步骤1602开始。在步骤1602中，协同引擎506测量以毫秒为单位的每个RR间隔。然后，控制传递到步骤1604。为了定义第一相关运动将执行的第一RR周期，许多先前的并且优选地未受扰动的RR间隔的测量被需要，以便使引擎506执行一些初步计算。此外，实验显示在主体的先前身体，认知或感情状态的甚至相对小变化发生之后，需要大约分钟以获得相对稳定的心搏。假设主体可能通过总是在距离开始相同间隔之后开始运动来重复程序几次，可能引入主体的第一运动应当何时执行的预计知识，引发嵌入于应当避免的认知和感情过程中的认识。在该实施例中，实际的解决办法通过如现在将说明的划分步骤1604和1606中的运动前间隔来获得。
在步骤1604中，协同引擎506计数优选地不少于二十七(27)个连续RR间隔的初始序列。注意，本发明并不局限于27个连续RR间隔的初始序列。事实上，其他数目的连续RR间隔初始序列可以由管理员和/或引擎506来定义，并且可以使用，只要数目符合上面陈述的逻辑。然后控制传递到步骤1606。
在步骤1606中，协同引擎506利用拟随机函数来确定多少附加RR间隔(优选地不少于1-8)将增加到来自步骤1604的初始二十七个间隔。27个初始间隔与附加间隔数目的总和称作“n”。这样，n并不总是相同的，并且大约分钟大约30个心脏周期，如上所说明的。然后控制传递到步骤1608。
在步骤1608中，在后面RR间隔(也就是n+1间隔)上，协同引擎506命令运动诱导/改变模块306(图3)触发随机选择的信号，例如字母表字母的描绘(来自组分类III)的显示给主体308。该特定间隔由本发明定义为有效RR间隔(“ORR”)。因此，ORR等于Rn+1。信号根据由参数tD和ST定义的定时递送到主体308，如图15A中所示和图16中指示的。字母随机地选择以便诱导主体放弃关于字母的认知、注意力占据，如这里在别处说明的。然后控制传递到步骤1610。
在步骤1610中，协同引擎506确定下一个ORR。两个连续ORR之间的RR间隔Z的数目可以例如在0到7之间波动。然而，该7极限值可以由管理员在模块504或者如果它来源于专家系统由引擎506定义。其真实值将在最后ST的值已经定义之后计算。计算由同样管理员(或专家系统)可以定义的随机或任何其他函数来执行。
在该实施例中，平均RR将从10RR间隔的运行窗口计算。在任何情况下，该值10可以由管理员改变(在模块504)。
在该特定实施例中，平均RR(mRR)将如下计算MRR=Σp=n-9p=nRRp10]]>然后，在QRS波群中先前定义的基准点处开始，延迟tD将由运动诱导/改变模块306在视觉信号产生之前发生，以持续间隔ST。该延迟tD依赖于运动的主相关的协同时序方式。在本发明的实施例中，tD由下面方式1的表达式计算tD1=mRR-θ-(|RMSSD|+|RRn-RRn-1|2)]]>其中θ是依赖于从在ORR之前的10RR间隔计算的(并且由协同引擎506从模块504中预先存储的表格中获得)mRR以毫秒为单位的值。注意，这里描述的计算θ的方法，和所有其他值，仅是许多可能方法中的一种方法，并不打算限制本发明。RMSSD是ORR之前优选地(11个RR间隔的)10个连续差的均方根，以便比较其与mRR的那些的变化。在任何情况下，RR间隔的该默认数目可以由管理员在模块504或者专家系统在协同引擎506改变。RMSSD是VonNeuman算法
RMSSD=Σp=n-10p=n(RRp-RRp-1)210]]>对于方式2，tD2由下面表达式计算tD2＝K+qδ。其中例如K具有30毫秒的默认值，δ具有15毫秒的默认值，并且q是从0到U的因数值，并且可以由拟随机或任何其他函数在每个输入的ORR确定。K，δ和U的值由管理员在模块504或者专家系统在引擎506定义。
此外，间隔St由表达式ST＝Tk+qδ获得。这里Tk是依赖于自发反应协同定时模式(M1或M2)，并且依赖于ST发生的特定ORR之前的mRR的以毫秒为单位的定值。协同引擎506从在模块504预先存储的表格(或者经由算法)获得Tk值。在该实例中，因数q和δ与上面对于方式2中tD的等式相同，虽然它们的值可能不同。类似地，δ和U的值可以由管理员在模块504或者专家系统在协同引擎506以表格的形式定义，或者由算法匆忙地获得。
在有意/主动运动将由主体执行的本发明实施例的特定情况下，在例如(St期间)达到主体感觉系统的感知视觉信号和/或声音刺激与运动的实际执行之间将存在延迟。该延迟称作反应时间(RT)。协同运动的发生的定时在图15A中表示。协同运动(SYM)在图15A中表示，作为相对于St延迟的时间。当与心脏周期相关时，该延迟是显著的。因为它通常耗时多于300毫秒。为了使运动在心脏收缩期间发生，ST应当在前一个心脏舒张上发生，例如。对于协同运动将何时实现，预测RT应当减小。一些实施例提供新的研究工具以研究对于正常的人和对于患有例如注意力不集中症(ADD)的人，在不同生物力学条件下反应时间的变化。
如在相关技术中众所周知的，这里描述的变量的每个可以具有一定范围的可能值。可能值的该范围可以预先计算并预先存储在表格中，以由本发明在需要时查询。作为选择，每个变量的值可以经由算法匆忙地产生。
7.本发明的实施例如上所述，本发明涉及主体的有意和/或无意运动，导致本发明的各种实施例。这些各种实施例在上面的表格1中引入，说明(1)有意类进一步划分成两个子类，包括主动的和反应的，并且(2)无意类进一步划分成两个子类，包括被动的和反射的。重要地指出，这里描述的实施例的一些是不同组合的混合。对于每种类/子类组合的特定实施例的实例接下来描述。这种实施例代表本发明使用以引起主体308执行期望运动的设备，例如工具。
7.1.类有意；子类主动本发明的有意/主动组合的实施例包括至少下面的类型(1)工具，(2)适应性，以及(3)运动。
7.1.1.工具各种类型的工具可以由本发明的有意/主动组合来使用，包括但不局限于餐具，书写工具和自己动手做工具。餐具可以包括叉，匙，刀，筷子等。书写工具可以包括铅笔，钢笔，画笔，铁笔，雕刻工具等。自己动手做工具可以包括锤子，螺丝刀，锯等。本发明的有意/主动组合可以在上面提及的每种工具中以类似的方法实现。图17说明在锤子1702中实现的涉及有意/主动组合的实施例。
参考图17，主体308，生理活动传感器模块302，运动诱导/改变模块306(在锤子1702内部实现的)，以及协同程序模块304被显示。生理活动传感器模块302可以实现为戴在主体308臂上的手镯1704(如图17中所示)。作为选择，生理活动传感器模块302可以环绕主体308的腰部，手指或腿而穿着。对相关领域技术人员应当显然，生理活动传感器模块302可以通过许多方法由主体308穿着，或者可以是不物理地连接到主体308的传感器，所有这些都由本发明注视并且应用于这里描述的所有实施例(可适用于其中)。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/活动程序包括下面确定的运动是使用锤子1702在钉头上的撞击，并且由锤子1702的撞击与来源于锤子1702(也就是，来源于运动诱导/改变模块306，更准确地说，来源于感觉信号和刺激模块702(图7))、由主体308感知的信号的开始和结束尽可能同时地由主体308执行。信号可以是振动，闪光，声音等。在本发明的另一种实施例中，运动诱导/改变模块306可能位于锤子1702的外部。
上面提及的其他工具可以用类似的方式实现，这对于本领域技术人员将是显然的。例如，如果叉用来容纳运动诱导/改变模块306，那么确定的运动可以是每当信号来源于叉时吃一片食物。类似地，如果工具是钢笔，那么确定的运动可以是每当信号来源于钢笔时，画一条线。
7.1.2.适应性各种类型的适应性可以由本发明的有意/主动组合来使用，包括但不局限于拉伸。图18说明经由拉伸实现的涉及有意/主动组合的实施例。
参考图18，生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于由主体308穿着的腰带1802内部。这里，运动诱导/改变模块位于由主体308穿着的腰带1802外部。再次，对于相关领域技术人员应当是显然的，生理活动传感器模块302和协同程序模块304可以由主体308以许多方法穿着，或者可能不与主体308物理接触。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/活动程序包括下面确定的运动是由主体308执行的轻微拉伸运动，并且拉伸与来源于外部运动诱导/改变模块306(更准确地说，感觉信号和刺激模块702(图7))、由主体308感知的信号的开始和结束尽可能同时地由主体308执行。信号可能是闪光，声音，符号在屏幕上的显示等。
在本发明的另一种实施例中，运动诱导/改变模块306也可以位于由主体308穿着的腰带1902内部，如参考图19所示。这里，信号可能是振动，声音，热等。
本发明可以利用随身听来增加主体308的有意运动与他或她的生理活动之间的协同作用。参考图30，生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于由主体308穿着的腰带3004内部。这里，运动诱导/改变模块306位于由主体308戴着的随身听3002中。再次，对相关领域技术人员应当是显然的，生理活动传感器模块302和协同程序模块304可以由主体308以许多方法穿着，或者可能不与主体308物理接触或者也可能位于随身听3002中。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/主动程序包括下面确定的运动是慢跑，行走，跳舞等由主体308执行的运动，并且运动将与来源于位于随身听3002中的运动诱导/改变模块306、由主体308感知的信号的开始和结束(例如，音乐或谈话的开始，或者作为选择音乐或谈话的停止)尽可能同时地由主体308执行。信号典型地为音乐或谈话的开始。
7.1.3.运动如上所述，不同类型的运动可以由本发明的有意/主动组合利用，包括但不局限于高尔夫球棍，自由投掷，射箭，举重，踢球，掷球等。图20说明通过踢球2002实现的涉及有意/主动组合的实施例。
参考图20，生理活动传感器模块302位于由主体308穿着的腰带2004内部。运动诱导/改变模块位于环绕着主体308的腿的带2006内部。这里，协同程序模块304位于由主体308穿着的腰带2004和带2006外部。这些设备通过无线装置通信。对相关领域技术人员应当是显然的，生理活动传感器模块302和运动诱导/改变模块306可以位于同一腰带或带中。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/主动程序包括下面确定的运动是踢球2002的运动，并且踢与来源于带2006(也就是运动诱导/改变模块306)、由主体308感知的信号的开始和持续直到结束尽可能同时地由主体308执行。来自运动诱导/改变模块306(更准确地说，感觉信号和刺激模块702)的信号可能是振动，视觉指示，声音等。
图21说明可以由本发明的有意/主动组合利用的另一种运动，也就是高尔夫球棍的挥动。这里，生理活动传感器模块302位于由主体308穿着的腰带2104内部。运动诱导/改变模块306位于高尔夫球座2102内部。协同程序模块304位于腰带2104和高尔夫球座2102外部。这些设备经由无线装置通信。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/主动程序包括下面确定的运动是高尔夫球棍对准球的挥动，并且挥动与来源于球座2102(也就是运动诱导/改变模块306)、由主体308感知的信号的开始和持续直到结束尽可能同时地由主体308执行。来自运动诱导/改变模块306(更准确地说，感觉信号和刺激模块702)的信号可以是视觉或听觉，例如。本发明的有意/反应组合的实施例接下来将描述。
7.2.类有意；子类反应本发明的有意/反应组合的实施例包括至少下面类型的装备(1)踏车，(2)平衡平台，和(3)训练自行车。图22说明在踏车2202中实现的涉及有意/反应组合的实施例。
参考图22，生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于主体308可能放置他或她的手的车把2204中。运动诱导/改变模块306位于平台902的底部2206(这里实现为踏车)。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的有意/反应程序包括下面确定的运动是主体对于平台902(也就是踏车)速度的变化的生物力学适应，并且适应与平台902(也就是踏车)速度的变化的开始和结束(也就是，来自运动诱导/改变模块306，更准确地说，刺激和物理力模块704(图7))一起由主体308执行。因此，主体308必须反应平台902(也就是踏车)速度的变化，并且同时有意地适应他/她的生物力学活动，以便继续做踏车/训练。
对本领域技术人员将是显然的，平衡平台和训练自行车能够以类似的方式实现。例如，如果平衡平台用来容纳运动诱导/改变模块306，那么确定的运动可能是使主体308有意地反应，以便维持平台上的平衡。类似地，如果训练自行车容纳运动诱导/改变模块306，那么确定的运动是在训练自行车的阻力增加的间隔期间，使主体308踏得更艰难(或者如果阻力减小，更轻)。
7.3.类无意；子类被动本发明的无意/被动组合的实施例包括至少下面类型的装备(1)家具，(2)运输，(3)音乐，(4)玩具和(5)音乐喜剧。家具包括，但不局限于例如床，枕头，椅子(摇摆的和静止的)，摇篮，和门廊秋千等物品。传输类似于家具并且包括但不局限于，汽车，火车，公共汽车，和飞机中的座位，搁脚板和方向盘(可适用于其中)。音乐包括无线电，电视，乐器，和耳机(来听音乐或谈话)。图23说明根据本发明实施例在平台1002(也就是床)中实现的涉及无意/被动组合的实施例。
参考图23，生理活动传感器模块302位于环绕主体308的腰部而穿着的腰带2306中。协同程序模块304和运动诱导/改变模块306位于生理活动传感器模块302外部。运动模块2302用来物理地摇动或移动主体308躺或靠在其中的平台1002(这里，床)。注意，在无意/被动组合中，主体308不需要启动任何运动，但是他/她的感觉系统要求产生身体正在经受的运动的某种程度的感觉认识。该认识可能由传入和/或传出的神经活动产生。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/被动程序包括下面确定的运动是当由运动诱导/改变模块(更准确地说，刺激和物理力模块704(图7))信号通知这样做时，由运动模块2302执行的平台1002(也就是床)的摆动。
对本领域技术人员将是显然的，参考图23描述的平台1002也可能使用枕头，椅子(摇动的和静止的)，摇篮和门廊秋千来实现，并且传输物品(汽车，火车，公共汽车，和飞机中的座位，搁脚板和方向盘(可适用于其中))可以用类似的方式实现。
7.4.类无意；子类反射本发明的无意/反射组合的实施例包括至少下面类型的装备(1)喷淋头(水和辐射)，(2)水疗浴室，以及(3)一些嗜好治疗。一些嗜好治疗包括机械糖果和稻草的使用，以治疗吸烟，饮酒和吃嗜好。首先，图24说明根据本发明实施例在水喷淋头2402中实现的涉及无意/反射组合的实施例。
参考图24，生理活动传感器模块302位于环绕主体308的腰部而穿着的腰带2404中。运动诱导/改变模块306位于喷淋头2402中。协同程序模块304位于生理活动传感器模块302和运动诱导/改变模块306的外部。注意，在无意/反射组合中，主体308不需要启动任何运动，但是当某些感觉在他/她的身体中产生时，他或她的身体以无意反射的方式反应。与无意/被动组合类似地，在无意反射中，对于正在身体上发生的情况的某种程度的感觉认识也是需要的。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/反射程序包括下面确定的信号是来自喷淋头2402(经由运动诱导/改变模块306)的水压和/或皮肤位置和/或冲击的分布或其温度的变化，并且运动是当水压和/或皮肤位置和/或冲击的分布和/或其温度的差别打击主体308的身体时，来自主体308的所有或任何部分的无意反射运动。结果，引入神经活动将到达将触发身体各种部分中的无意运动的局部和/或脊柱和/或脑中心。
这类似于辐射喷淋头2602，如图26中所示。图26说明根据本发明实施例由辐射喷淋头2602实现的涉及无意/反射组合的实施例，其中生理活动传感模块302位于腰带2604中。
图25说明根据本发明实施例在水疗浴室2502中实现的涉及无意/反射组合的实施例。参考图25，生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于环绕主体308的臂穿着的带2504中。运动诱导/改变模块306位于主体308坐在其中的水疗浴室2502中。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/反射程序包括下面确定的信号是来自水疗浴室2502(经由运动诱导/改变模块306)的水压的变化，并且运动是例如当水压的差别打击主体308的身体时，来自主体306的无意反射运动。
图27说明根据本发明实施例经由稻草2702实现的涉及无意/反射组合的实施例。这里，运动诱导/改变模块306位于稻草2702中。生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于环绕主体308的腰部的腰带2704中。这里，稻草2702(经由运动诱导/改变模块306)包含多个管子，其中每个管子可以用协同定时的方式释放不同的味道，包括甜，酸，咸和/或苦味。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/反射程序包括下面确定的信号是来自稻草2702中多个管子的一个或多个的某种味道，并且运动是当味道接触主体308的舌头并且导致主体308任何部分的反射运动时，来自主体308所有或任何部分的无意反射运动。
图31说明根据本发明实施例使用机械玩具3102实现的涉及无意/反射组合的实施例。参考图31，生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于环绕主体308腰部穿着的带3104中。运动诱导/改变模块306位于主体308外部的玩具3102中。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/反射程序包括下面确定的信号是来自玩具3102(经由运动诱导/改变模块306)的突然咆哮或跳跃，并且运动是当跳跃发生时来自主体308眼睛的无意反射运动和当咆哮发生时来自主体308耳膜的无意反射运动。
图32说明根据本发明实施例经由耳机3202实现的涉及无意/反射组合的实施例。这里，运动诱导/改变模块306位于耳机3202中。生理活动传感器模块302和协同程序模块304位于环绕主体308的腰部的腰带3204中。这里，耳机3202(经由运动诱导/改变模块306)具有以与主体308的生理活动协同定时的方式改变音乐乐剧中一个或多个乐器的频率和/或振幅。
假设由协同程序模块304对于主体308执行的无意/反射程序包括下面确定的信号是来自耳机3202(经由运动诱导/改变模块306)的音乐乐剧的特定乐器的频率和/或振幅的变化，并且运动是当频率和/或振幅的变化到达主体308的耳膜时，来自主体308耳膜的所有或任何部分的无意反射运动。注意，耳机3202也可以是主体308外部的无线电。
事实上，图32中所示的本发明的实施例实际上是在无意类/被动子类中开始并且过渡到无意类/反射子类的混合实施例。
8.对于学习障碍的本发明的实施例本发明也提供装置和方法的许多不同类型的实施例，其可以用作新的研究工具，目的用于研制诊断和治疗疾病的新设备和方法。本发明的装置和方法包括将以时间变化的方式执行的低认知注意力相关运动与患有疾病的主体中的生理活动相关，其中作为将以时间变化的方式执行的低认知注意力相关运动与生理活动相关的结果，主体的病情改变(例如，主体的病情改进)。依赖于疾病，方法可以使用本发明的装置的不同实施例来实践。本发明的方法和装置适合于研究用于治疗学习障碍例如诵读困难的新方法，虽然本发明并不局限于该实例。
R.Nicolson和A.Fawcett的研究显示诵读困难的人在简单的运动任务中表现出严重问题(参看，Nicolson，R.I.and Fawcett，A.J.，“Dyslexiais More Than a Phonological Deficit，”DyslexiaAn International Journalof Research Practice，vol.1(1)，pp.19-36，1995(Nicolson，R.I.和Fawcett，A.J.，“诵读困难不止是音韵缺陷，”诵读困难研究实践的国际杂志，vol.1(1)，pp.19-36，1995))。Nicolson，Fawcett和P.Dean发现他们的诵读困难主体具有在特殊的时间估计任务中的缺陷，这被认为是小脑起作用的指标，其也可以涉及于快速无意识运动例如快速的眼目标追踪扫视运动(参看，Nicolson，R.I.，Fawcett，A.J.and Dean，P.，“Time Estimation Deficits in Developmental Dyslexia，Evidence for aCerebellar Involvement，”Proceedings of the Royal Society，vol.259，pp.43-47，1995(Nicolson，R.I.，Fawcett，A.J.和Dean，P.，“发育诵读困难中的时间估计缺陷，小脑涉及的证据，”皇家协会学报，vol.259，pp.43-47，1995)。实验证据提出，除了认知过程以外，顺序信息的使用可能是所有这些问题的潜在原因，指向定时成分作为这些问题的潜在原因(参看，Everatt et al.，“Motor Aspects of Dyslexia，Reading andDyslexia Visual and Intentional Processes，”Chapter V；Routledge，1999(Everatt等人，“诵读困难的运动方面，阅读和诵读困难视觉和故意过程，”第五章；Routledge，1999)。
诵读困难的人已经显示具有静态和动态平衡，手工技巧，球技，粗和细运动控制以及同时运动的产生的困难。他们也显示轻敲速度，头到脚放置和快速连续手指对向所需的运动技能的缺陷。已经估计，大约百分之五十的抽样诵读困难的人表现出可能长期和遗传的视觉运动缺陷。
基于上面研究的发现并基于在背景中较早提及的那些，我们现在描述旨在研究一般地对于学习障碍尤其对于诵读困难的疾病本发明的使用的特定实施例。
在每个大约10-15分钟持续时间的重复期之后，主体将经受他学习障碍的可测量改进。该改进与他的手/臂运动和他的具有生理活动的动眼系统之间改进的“协同作用”相关。该装置和方法也被设计用于将低认知注意力相关运动活动与生理活动相关，例如用于保持身体处于平衡状态地站立在垂直位置上，尽管主体站立于其上的桌子的水平位置中的小波动。
作为运动与生理活动的相关的重复期的结果，主体将表现出改进的阅读能力，和/或改进的协调和/或改进的快速信号鉴别和/或减少的应力和/或减少的能量消耗中至少一个，其可以由本领域标准方法来测试。此外，它们可以与生理参数的变化相关，包括时期之前，过程中和之后之间的心率，HRV和电皮质活动的变化。脑中改进的神经连续性，如果有的话，将由正电子发射层析X射线摄影法(PET)反映的脑血流的变化，和/或由磁共振成像(MRI)反映的结构脑变化的一个或多个来反映。待描述的实施例，参考图22在节7.2显示的有意类，反应子类中的实施例的特定变体，在图29中示意描述。待描述的实施例也可能落于如下面将描述的无意类，反射子类中。
在图29中，主体308站在桌子2904上并且一只手持有照明笔2908。生理传感器模块302位于腰带2902内部，然而协同程序模块304可能位于外部或者集成于由支架2910适当支持的台架2912中，支架2910又连接到桌子2904的支架2924。支架2924位于地板2926上，并且通过位于桌子2904中心处的枢轴装置连接到桌子2904。在桌子2904侧面上下移动的装置可能位于伺服马达传动装置2906或者任何其他适当的装置例如气动传动装置中。一个或多个传动装置可以使用。因支架2924的枢轴装置，传动装置事实上将倾斜桌子。当例如一个传动装置可能朝向主体面对的台架2912的右或左侧倾斜台时，另一个传动装置可能朝向主体308的前面或后面倾斜它。几毫米倾斜和返回到水平位置将在模块304编程并且由模块306命令的ST间隔期间发生。主体308的平衡系统，包括小脑和前庭机制，将与周期性内脏活动，像例如与心脏协同相关地反应。同时，主体308将通过使用钢笔2908复制、与书写装置2922尽可能靠近地画一系列简单图案2918，当打印在纸2916上的图案2918静止在位于台架2912上的数字化2914桌子上时。注意，依赖桌子倾斜的角度，由主体执行的运动可能是反应的，其中主体必须有意地反应以保持他或她的平衡，或者反射的其中主体不需要有意地反应以保持平衡。
一个时期可能包括复制包括不同图案2918的一系列纸2916。图案必须丧失含义内容，以便仅致力于低认知注意力机制。钢笔2908保持在照明装置内，使得每一次并且优选地由模块306命令的无线装置执行，它照亮纸2916的受限区域。当复制线2918时，主体308的眼球运动系统将与心脏周期协同相关地，对于被复制的线周围照明的任何突然变化，自动地反应。手，眼，两条腿和所有平衡系统的运动将因此变得与生理周期性活动协同相关。数字化桌子2914优选地由无线装置连接到模块304中的计算机。对于本领域技术人员将变得明显，复制执行的空间和时间参数可以通过计算由数字化桌子2914发送的数据在模块304定量地估计。
眼/手相关的改进，当它们的运动不由主体308的自由意志命令时(他/她注意正在复制)，而是与生理活动协同相关地执行时，然后可以以定性和定量的方法继续。
9.心脏起博器，生物力学/修复术和康复治疗中本发明的实现本发明的实施例涉及用作适合于与主体的肌肉，骨骼，和/或神经系统相互作用的心脏起博器。例如，这种实施例可以与主体的肌肉，骨骼，和/或神经系统，以及与主体的假肢交互作用或者可以与其结合。在这种实施例中，本发明与主体的肌肉，骨骼，和/或神经系统交互作用，以便使得主体或主体的假肢移动，其中这种运动包括根据这里包含的教导而执行的那些。对本领域技术人员应当是显然的，本发明的实施例可以被获得，以帮助在外科手术干涉之后，以及事故和损害之后的康复过程。
10.结论虽然本发明的一些实施例已经在上面描述，应当理解，它仅作为实例提出，而不打算限制本发明。本领域技术人员将理解，可能在这里做形式和细节的各种变化而不背离在附加权利要求书中定义的本发明的本质和范围。因此，本发明的宽度和范围不应当由上述实例实施例限制，而应当仅根据下面的权利要求书及其等价物来定义。这里引用的每个文献在此引入其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种用于促进对象的运动的装置，包括协同程序模块，其以随时间变化的方式指导所述运动，其中所述协同程序模块引起至少一个信号，刺激，或力的产生，其中所述运动响应所述至少一个信号，刺激，或力而执行，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每一个被这样确定，使得减少对所述对象的含义和/或感情内容，其中每个信号和刺激来自包括可由所述对象感知地理解或辨识的各种信号和刺激的一个池，其中所述运动的定时基于至少一个主相关因素和一个次相关因素；其中所述主相关因素被这样确定，使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步；其中所述次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
2.根据权利要求1的装置，其中所述运动包括至少下列之一(i)所述对象身体的全部(ii)所述对象身体的一个或多个部分；或者(iii)任何生物系统或其任何部分，或者任何非生物对象或其任何部分，所述运动在所述对象身体的传入路径上产生感觉效应。
3.根据权利要求1的装置，其中使用拟随机函数从所述池选择每个信号和刺激。
4.根据权利要求1的装置，其中所述各个分组中的每一个包括所述运动的一个或多个。
5.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定，以便减少对于所述对象的直接和相联的含义和/或感情内容。
6.根据权利要求1的装置，其中每个运动的开始和终止的至少一个基于所述至少一个信号，刺激，或力。
7.根据权利要求1的装置，其中所述第一函数和所述第二函数每一个基于至少一个线性，非线性，分形，确定性浑沌，或拟随机函数。
8.根据权利要求1的装置，其中所述运动包括所述对象的运动状态的改变。
9.一种以时间变化的方式促进对象的运动的方法，包括步骤(1)基于至少一个主相关因素和一个次相关因素确定所述运动的定时；以及(2)根据所述定时引起至少一个信号，刺激，或力的产生，其中所述运动响应所述至少一个信号，刺激，或力而执行，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定以便减少对所述对象的含义和/或感情内容，其中每个信号和刺激来自包括可由所述对象感知地理解或辨识的各种信号和刺激的一个池；其中所述主相关因素被这样确定，使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步；其中所述次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
10.根据权利要求9的方法，其中使用拟随机函数从所述池选择每个信号和刺激。
11.根据权利要求9的方法，其中所述各分组中的每一个包括所述运动的一个或多个。
12.根据权利要求9的方法，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定，以便减少对于所述对象的直接和相联的含义和/或感情内容。
13.根据权利要求9的方法，其中每个运动的开始和终止的至少一个基于所述至少一个信号，刺激，或力。
14.根据权利要求9的方法，其中所述第一函数和所述第二函数每个基于至少一个线性，非线性，分形，确定性浑沌，或拟随机函数。
15.根据权利要求9的方法，其中所述运动包括所述对象的运动状态的改变。
16.一种用于促进对象的运动的装置，包括协同程序模块，其以时间变化的方式指导所述运动，其中所述协同程序模块引起至少一个信号，刺激，或力的产生，其中所述运动响应所述至少一个信号，刺激，或力而执行，其中所述运动的定时基于至少一个主相关因素，该主相关因素被确定使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步。
17.根据权利要求16的装置，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定以便减少对所述对象的含义和/或感情内容。
18.根据权利要求16的装置，其中每个信号和刺激来自包括可由所述对象感知地理解或辨识的信号和刺激的一个池。
19.根据权利要求16的装置，其中所述运动的所述定时也基于一个次相关因素，该次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
20.根据权利要求19的装置，其中所述各分组的每一个包括所述运动的一个或多个。
21.根据权利要求19的装置，其中所述第一函数和所述第二函数每个基于至少一个线性，非线性，分形，确定性浑沌，或拟随机函数。
22.根据权利要求16的装置，其中所述运动包括至少下列之一(i)所述对象身体的全部；(ii)所述对象身体的一个或多个部分；或者(iii)任何生物系统或其任何部分，或者任何非生物对象或其任何部分，所述运动在所述对象身体的传入路径上产生感觉效应。
23.根据权利要求16的装置，其中每个信号和刺激使用拟随机函数来选择。
24.根据权利要求16的装置，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定，以便减少对于所述对象的直接和相联含义和/或感情内容。
25.根据权利要求16的装置，其中每个运动的开始和终止的至少一个基于所述至少一个信号，刺激，或力。
26.根据权利要求16的装置，其中所述运动包括所述对象的运动状态的改变。
27.一种以时间变化的方式促进对象的运动的方法，包括步骤(1)基于至少一个主相关因素确定所述运动的定时，使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步；以及(2)根据所述定时引起至少一个信号，刺激，或力的产生，其中所述运动响应所述至少一个信号，刺激，或力而执行。
28.根据权利要求27的方法，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定以便减少对所述对象的含义和/或感情内容。
29.根据权利要求27的方法，其中每个信号和刺激来自包括可由所述对象感觉理解或认知的信号和刺激的一个池。
30.根据权利要求27的方法，其中步骤(1)还包括基于至少所述主相关因素和次相关因素来确定所述运动的定时，其中所述次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
31.根据权利要求30的方法，其中所述各分组的每一个包括所述运动的一个或多个。
32.根据权利要求30的方法，其中所述第一函数和所述第二函数每个基于至少一个线性，非线性，分形，确定性浑沌，或拟随机函数。
33.根据权利要求27的方法，其中所述运动包括至少下列之一(i)所述对象身体的全部；(ii)所述对象身体的一个或多个部分；或者(iii)任何生物系统或其任何部分，或者任何非生物对象或其任何部分，所述运动在所述对象身体的传入路径上产生感觉效应。
34.根据权利要求27的方法，其中每个信号和刺激使用拟随机函数选自所述池。
35.根据权利要求27的方法，其中所述至少一个信号，刺激，或力的每个被确定，以便减少对于所述对象的直接和相联含义和/或感情内容。
36.根据权利要求27的方法，其中每个运动的开始和终止的至少一个基于所述至少一个信号，刺激，或力。
37.根据权利要求27的方法，其中所述运动包括所述对象的运动状态的改变。
38.一种促进对象的运动的装置，包括协同程序模块，其以时间变化的方式指导所述运动，其中所述协同程序模块引起一个或多个触发的产生，其中所述运动响应所述一个或多个触发而执行，其中所述运动的定时基于至少一个主相关因素，该主相关因素被确定使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步。
39.根据权利要求38的装置，其中所述一个或多个触发包括至少信号，刺激，或力的任意组合。
40.根据权利要求38的装置，其中每个触发被确定以便减少对所述对象的含义和/或感情内容。
41.根据权利要求38的装置，其中所述一个或多个触发包括信号和刺激的任意组合，其中每个信号和刺激可由所述对象感觉理解或认知。
42.根据权利要求38的装置，其中所述运动的所述定时也基于至少一个次相关因素，该次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
43.根据权利要求38的装置，其中所述内在可变的周期性生理活动与所述对象有关。
44.根据权利要求38的装置，其中所述内在可变的周期性生理活动与除所述对象之外有关。
45.一种用于以时间变化的方式促进对象的运动的方法，包括步骤(1)基于至少一个主相关因素引起一个或多个触发的产生，该主相关因素被确定使得所述运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步；以及(2)根据所述触发指导所述运动。
46.根据权利要求45的方法，其中所述一个或多个触发包括至少信号，刺激，或力的任意组合。
47.根据权利要求45的方法，其中每个触发被确定以便减少对所述对象的含义和/或感情内容。
48.根据权利要求45的方法，其中所述一个或多个触发包括信号和刺激的任意组合，其中每个信号和刺激可由所述对象感知地理解或辨识。
49.根据权利要求45的方法，其中步骤(1)还包括步骤也基于一个次相关因素引起所述一个或多个触发的产生，该次相关因素基于下面来确定(a)基于一个第一函数的结果的波动；以及(b)基于所述运动的任意两个之间或者所述运动的任意两个分组之间消逝的所述生理活动的周期数量的波动，其中所述周期数量基于一个第二函数的结果。
50.根据权利要求45的方法，其中所述内在可变的周期性生理活动与所述对象有关。
全文摘要
本发明提出一种装置和方法，用于与生理活动协同定时相关地促进对象的运动。该装置包括协同程序模块，其以时间变化的方式指导运动。协同程序模块引起至少一个信号，刺激，或力的产生，其中运动响应至少一个信号，刺激，或力而执行，其中至少一个信号，刺激，或力的每个被确定以便减少对对象的含义和/或感情内容，其中每个信号和刺激来自包括可由对象感觉理解或认知的信号和刺激的组合，并且其中运动的定时基于至少主相关因素和次相关因素。主相关因素被确定使得运动与内在可变的周期性生理活动的参考点同步。次相关因素基于下面来确定(a)基于第一函数结果的波动；以及(b)基于运动的任意两个之间或者运动的任意两个分组之间消逝的生理活动的周期数量的波动，其中周期数量基于第二函数的结果。
文档编号A61B5/0245GK1568170SQ02820355
公开日2005年1月19日 申请日期2002年9月10日 优先权日2001年9月10日
发明者琼斯·R·库洛克, 索尔·库勒克 申请人:新纪元创新有限公司