检查相位分布确定不同脑区间病理相互作用的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检查不同的脑区之间病理性的相互作用的设备和方法。
【背景技术】
[0002] 多个神经疾病和精神疾病的特征都在于病理性增加的神经元群的同步（例如 参见C. Hammond，H. Bergman和P. Brown所著的"帕金森病的病理性同步：网联、模型和 治疗"（"Pathological synchronization in Parkinson's disease !networks, models and treatments. "），发表于 Trends Neurosci. 30, 2007, 357 页至 364 页；N. Weisz，S. Moratti，M. Me inzer，K. Dohrmann和T. Elbert所著的"耳鸣的感知和困扰与由脑磁图测 得的异常的自发脑活动有关"（"Tinnitus Perception and Di stress Is Related to Abnormal Spontaneous Brain Activity as Measured by Magnetoencephalography''） 发表于 PLoS Med 2(6)，2005, 546 页至 553 页；J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F. Lu, K. D. Walton和R. R. Llinds所著的"神经精神病学中丘脑节律紊乱的图像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry''），发表于 Front. Hum. Neurosc i. 5, 2011，69页）。在这种情况下，大量的神经元形成同步的动作电位，即所涉及的神经元 过度地同步触发。与此相反，健康人中大脑这个区域的神经元以不同的性质触发，例如以不 相关的方式触发。
[0003] 神经元的病理性同步在集体信号/群体信号/宏观信号的读数中以增加的、 借助带通过滤或"经验模式分解"（例如参见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"经验模式分解和希尔伯特谱用于 非线性和非平稳时间序列分析"（"The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis''），发表于 Proc. R. Soc. A:Math. Phys. Eng. Sc i. 454, 1998, 903 页至 995 页；W. Huang，Z. Shen，Ν· E. Huang 和 Y. C. Fung所著的"生物变量的工程分析：1天中血压的例子"（"Engineering analysis of biological variables: An example of blood pressure over lday"），发表于 Proc. Nat. Acad. Sci. USA 95, 1998, 4816页至4821页）获得的模式的振幅的方式表现，该模式 属于一个或多个病理性的频率范围；后者为技术人员熟知的（例如参见C. HammoncU. Bergman和P. Brown所著的"帕金森病的病理性同步：网联、模型和治疗"（"Pathological synchronization in Parkinson's disease !networks, models and treatments·''），发 表于 Trends Neurosci.30,2007,357 页至 364 页；N.Weisz，S.Moretti，M.Meinzer，K. Dohnnann和T. Elbert所著的"耳鸣的感知和困扰与由脑磁图测得的异常的自发脑活动有 关''("Tinnitus Perception and Distress Is Related to Abnormal Spontaneous Brain Activity as Measured by Magnetoencephalography"），发表于 PLoS Med 2 (6)，2005, 546 页至 553 页；J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F. Lu, K. D. Walton 和 R. R. Llinds 所著的 "神经精神病学中丘脑节律紊乱的图像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry"），发表于 Front. Hum. Neurosci. 5, 2011，69 页）D 在此，并不涉及 全规律性或无规律性，即健康的人也可以在该特定的频率范围内具有在所谓功率谱的功率 密度波谱中的功率密度。相应的，这类例如MEG信号或EEG信号的功率密度谱的确定并没 有实现健康人和患者之间有足够的差异（例如参见J. J. Schulman，R. Cancro, S. Lowe，F. Lu, K. D. Walton和R. R. Llin0s所著的"神经精神病学中丘脑节律紊乱的图像"（"Imaging of Thalamocortical Dysrhythmia in Neuropsychiatry"），发表于 Front. Hum. Neurosci. 5, 2011，69页）。借助标准的刺激反馈（例如参见G. D. Dawson所著的"用于检 测小的诱发电位的求和技术"（"A summation technique for the detection of small evoked potentials")，发表于 Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol· 44, 1954, 153 页 至 154 页；M. H&nSliinen, R. Hari, R. J. Ilmoniemi, J. Knuutila 和 0· V. Lounasmaa 所著 的"磁脑电描记法：理论、仪器以及人类大脑非侵入式研宄中的应用"("Magnet〇enC印halog raphy:Theory, instrumentation, and appl ications to noninvas ive studies of the working human brain"），发表于 Rev. Mod. Phys.，第 65 卷，1993, 413 页至 497 页）也不 能解决提出的问题，即不能区分待评价的病理性的或非病理性的功率谱密度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提出一种实现了基于可靠电生理学方法诊断不同脑区间病理 性的相互作用的设备或方法。特别是，借助该设备和该方法应可以实现在病理性的频率区 域中病理性的和非病理性的功率谱密度之间的区分，该病理性频率区域可以借助电生理信 号，例如EEG信号、MEG信号或EMG信号测量。特别是本发明的目的在于，实现诊断不同脑 区间病理性的相互作用，为此不需要双变量分析和测量至少两个相互作用的神经元群的信 号。
[0005] 本发明的目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明有利的扩展方案和设计 在从属权利要求中说明。
【附图说明】
[0006] 随后，本发明以举例的方式借助附图进一步说明。附图中：
[0007] 图1以示意图示出了用于检查不同的脑区之间病理性的相互作用的设备，
[0008] 图2以示意图示出了用于检查病理性的相互作用的相同刺激的序列，
[0009] 图3A至3D举例示出了测量信号的标准化相位的可能的分布，和
[0010] 图4以示意图示出了另一个借助听觉刺激用于检查不同的脑区之间病理性的相 互作用的设备。
【具体实施方式】
[0011] 图1示出了用于检查不同的脑区之间病理性的相互作用的设备1的示意图。该设 备1由控制和分析单元10、刺激单元11和测量单元12组成。在设备1运行期间，控制和分 析单元10特别实施对刺激单元11的控制。为此，控制和分析单元10产生由刺激单元11 接收的控制信号21。借助该控制信号21，刺激单元11产生施加给患者的刺激22。该刺激 22以相同的单个刺激依次地施加给患者并且设置用于刺激患者的待检查脑区中的神经元。
[0012] 通过刺激22实现的刺激效果借助测量单元12检测。该测量单元12接收到一个 或多个在患者上测得的测量信号23,将这些信号按需求转换为电信号24并将电信号传送 至控制和分析单元10。特别是借助该测量单元12可以检测大脑26的受刺激的目标区域中 或与目标区域紧密连接的区域中神经元的活动。
[0013] 控制和分析单元10处理信号24,例如可以增强或过滤信号24,并分析已处理的信 号24。在此，该控制和分析单元10检测由测量单元12接收到的、作为对施加给患者的刺 激22的反馈的测量信号23的相位分布，并且确定该相位分布区别于均匀分布的概率。借 助该分析，控制和分析单元10确定脑区之间是否存在病理性的相互作用。控制和分析单元 10为了执行其任务可以例如包含处理器，例如微控制器。
[0014] 刺激22可以是听觉的、视觉的、触觉的、振动的、本体感受的、热的、嗅觉的和经皮 电刺激类型的刺激。特别是，患者能够有意识的感知到刺激22。在该设计方案中，刺激单元 11以及特别是控制和分析单元10和测量单元12可以是非侵入式的单元，即在设备1运行 期间，这些单元在患者体外并且不以手术的方式植入患者体内。
[0015] 在一个替换的设计方案中，刺激单元11以手术的方式植入患者体内并借助控制 信号21产生施加在患者的大脑和/或脊髓的电刺激22。
[0016] 测量单元12包括一个或多个传感器，该传感器可以以充足的时间分辨率检测受 刺激神经元的神经活动。作为传感器可以使用非侵入式传感器，例如脑电图（EEG)电极、磁 记录（MEG)传感器和用于测量局部场电位（LFP)的传感器。神经元的活动还可以间接地通 过借助肌电图（EMG)传感器测量与之伴随的肌肉活动来确定。
[0017] 替代性地可以将传感器植入患者体内。例如头皮电极、深部脑电极、硬膜下脑电极 或硬膜外脑电极、皮下脑电图（EEG)电极或皮下肌电图（EMG)电极和硬膜下脊髓电极或硬 膜外脊髓电极可以用作侵入式的传感器。另外，固定在周围神经上的电极可以用作传感器。
[0018] 完全可以设置设备1的单个部件，特别是控制和分析单元10、刺激单元11和/或 测量单元12相互分离地构建。因此，设备1还可以理解为系统。
[0019] 设备1特别是可以用于诊断和治疗神经疾病或精神疾病，例如帕金森氏症、特发 性震颤、多发性硬化导致的震颤以及其他病理性震颤、肌张力障碍、癫痫、抑郁症、运动障 碍、小脑疾病、强迫症、妥瑞氏症、自闭症、脑卒中后的功能障碍、痉挛、耳鸣、睡眠障碍、精神 分裂症、肠易激综合征、成瘾性疾病、边缘性人格障碍、注意力缺失症、注意力缺陷多动综合 征、赌博成瘾、神经症、贪食症、厌食症、进食障碍、职业倦怠综合征、纤维肌痛、偏头疼、神经 病理性痛、丛集性头痛、一般头痛、神经痛、运动失调、抽动障碍或过度紧张，以及其他以病 理性增加的神经同步为特征的疾病。
[0020] 前述病症可以通过神经群体的生物电通信紊乱引起或以此为特征，这些神经群体 在特定的回路内连在一起。对此神经元群持续不断地生成病理性的神经活动而且可能生成 与之相关的病理性连通（网络结构）。其中大量神经元同步地形成动作电位，即，相关的神 经元过度同步地触发。此外病理性神经元群具有振荡的神经活动，即参与的神经元有节律 地触发。对于神经疾病或者精神疾病，相关神经群体的病理性的、有节律的活动的平均频率 大约在1至30Hz的范围内，但也可以在该范围之外。与此相反，对于健康人，神经元以不同 性质触发，例如以不相关的方式触发。
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