专利名称：应用特定脑波形调节身体器官的功能的制作方法
相关申请本申请是2000年11月20日提交的题目为“记录、存储和广播具体脑波形以调节身体器官功能的方法”、序列号为60/249,882的申请的非临时申请。
背景技术：
本发明涉及用于记录和解释来自大脑的信号的编码的电波形和方法。
大脑是生物医学技术领域最新的重要领域之一。弄清楚其与医学诊断和治疗有关的神秘复杂性是一个如同发明技术并收集资源以登上月球一样重大的问题。脑信号就像乐队指挥控制和领导他的乐队那样控制人体的协调。在大脑将电和化学指令传送至其所存在的身体之前，要经过大脑的检测、计算和确定。大脑是一个极好的信息处理器，它不仅控制它所存在的身体，而且与存在于其他身体内的大脑进行交流。这种与另一大脑的相互关系可以改变两个大脑中的电化学功能。
与其他的生物不同的是，人类数百年来已经慢慢发现了自身的健康状况并发明了治疗疾病和创伤的方法。因为古人已经将这些医学知识保存在书本上，所以它被作为早期大学科学培训的基础。最近两个世纪在生物医学方面的教育和研究已经给出了人体解剖学和其组成部分的相关功能的详尽解释，所有这些为现代医学治疗提供了一个平台。
现代科学家己经将研究扩展到以前从来都不存在的领域。现在，科学家们研究人类的遗传基因组成并正向预测和修补基因来预防将来的疾病的方向发展。那么就存在有关确定一些普遍存在的电和化学过程微观工作的细胞水平的研究，这些电和化学过程连接和调节生命过程。
尽管科学家和医师可以通过手术或药物对体内的每一器官进行治疗，然而只是在近半个世纪我们才开始掌握器官系统的电疗。这方面进展的例子是心脏去纤颤器和起搏器或用于帕金森氏症的电的脑刺激器。精确的解剖学研究、动物实验以及记录人类大脑受伤和得病的结果已经被用作理解大脑如何工作的基础信息。
在过去的20年里，已经在大学实验室中进行了动态细胞和分子生物学工作并且这项工作仍在继续进行。这开启了以前未知的生命功能的细节。另外，最近有关神经解剖学和生理学的伟大主题的出版物已经阐明了与神经系统的实际功能的物理关系。
现在这些知识的源泉使得开启一项电调节器官功能的新技术成为可能。这些知识为有生命危险的紧急情况和心脏、呼吸和消化状况这些以前难以治疗的状况开辟了新的电疗形式。这一新技术使得探测由大脑产生的电波形并确定该信号的用途提供了可能。本发明提供了一种将已知和未知波形发送至电子装置的方法，该装置可以将这些信号传播到作为医学治疗的所选的神经系统部件。
大脑的电信号如何在总体上调节身体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调节的。大脑以协调方式控制所有人类和动物体器官系统的重要功能来维持身体的生命并且由此来维持大脑自身的生命。大脑需要生存并且需要继续到将来，因此它精密地调整和调节心血管、呼吸和消化系统，尤其使整合所有的需要。随着身体和大脑年龄的增长，由于细胞的退化维持最佳性能越来越难。但是，如果能够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复，就会有助于增加生命质量和延长生命。
大脑通过自主神经网络控制主要器官的植物性功能。这些器官提供维持生命的最低需要。这些器官是如果想使生命继续就必须运行的一些器官，即使大脑处于昏迷，且所有者不能思想或做任何事情。为了维持生物体的生命，主要器官的功能必须一直维持在一定的最低水平，否则必将死亡。这种控制通过神经系统来实现，该神经系统包括两个主要部分a)与脊髓相协调的中枢神经系统(大脑)，以及b)包括头部及脊椎神经和神经中枢的周围系统。
自主神经系统(ANS)处于中枢神经系统内，用于传送除了骨骼肌的运动神经之外的所有的传出脉冲。ANS主要是外部自主控制并且调整心脏跳动和包括消化和呼吸系统的一些器官的平滑肌收缩。另外，ANS控制外分泌和内分泌器官以及某些新陈代谢活动。另外，存在来自于相反的副交感神经系统和交感神经系统的活动以获得组织和器官功能的平衡，神经系统由称为神经元的神经细胞构成，神经元具有称为神经胶质的支撑细胞。神经元是可以电激发的并且提供一种方法，通过该方法指令从大脑输送以调节重要功能。
神经元具有称为神经轴突的突起，该神经轴突可以短至几毫米或者长于一米。神经轴突提供并使用神经纤维来传送在突触处结束的电信号。突触位于神经轴突的末端。它面向另一个来自跨过沟隙的相邻神经轴突的突触。为了跨过这样的沟隙，来自于大脑的电信号必须参与专门的化学或电传导反应来使电信号穿过而到达下一个神经轴突或者神经丛或者位于一个真实器官上的神经节。神经元具有主体(或身体)并且是沿其神经轴突发送信号直至这些信号对其到达的器官发出指令的组织和机能单元。传送来自于大脑的信号的有效神经元单元被归类为“传出”神经。“传入”神经是那些将传感信息或者状态信息传送至大脑的神经。作为己收集的输入数据(传入信号)的结果，大脑计算并生成那些所需的电信号。由大脑接收的这些传入信号提供复杂的器官和全身的运行状态。这些信息覆盖了来自内部的整个身体的状态以及从身体之外并距离一定距离探测到的环境状态。
到达大脑的外部数据可能和温度变化或像接近陌生人或者甚至是潜在的交配可能性这样的危险状况有关。这些外部传入感知数据可以通过眼睛、耳朵、鼻子、舌头和皮肤来提供。另外，还有提供肌骨骼系统内的感觉的本体感觉，如深部感觉。称为伤害感受器的其他的传入型神经传感器探测有害刺激和疼痛。伤害感受器警告大脑存在被认为是不需要的且需要在大脑内立即采取措施的危险事物。到达大脑的信息的范围经过处理用于行动。传出神经为不同的器官系统提供行为上的快速调整或者甚至命令骨骼运动神经元奔跑、行走、躲藏、帮助或者从身体上接近以获得更多的感觉信息。
本发明描述了具体的波形和一种从与自主神经系统相连的所选的神经轴突、神经丛或神经节精确获得关键操作电波形的方法。按照这些信号的实际目的将波形数据存储并分类。这很像正在进行的对人类基因进行确定并分类方面的工作。一旦单个的编码的电波形的目的被确定，为了治疗或者校正所选的医学状况，这些波形将被安装在一个用于电传播或传导至神经系统的特定的应用微处理器中。
发明概述本发明提供了一种调节身体器官功能的方法，依据该方法，从身体收集在身体内生成并传送的波形。然后将这些所收集的波形进行电存储。然后，可以将一个或多个所收集的波形发送到身体器官以刺激或调节器官功能。
将所收集的波形转换成处理器可读的格式。将所收集的编码的波形转换成可读的格式包括将模拟信号转换成数字格式。依据这些波形在体内所执行的功能对所收集的波形进行存储和分类。数字-模拟转换器用于将己分类的波形转换成模拟格式，并且然后将该已转换的波形应用于身体器官以进行医学治疗目的的调节。
本发明还提供了一种用于调节身体器官功能的装置。该装置包括所收集的指示身体器官功能的波形的波源，用于将所收集的波形发送到身体器官的装置，以及用于将所发送的波形应用于身体器官来刺激或调节器官功能的装置。
传送装置可以包括一个数字-模拟转换器。收集波形的波源包括具有以数字格式存储的所收集的波形的计算机。计算机包括用于不同种类的所收集波形的分开的存储区域。
该装置还包括用于从身体收集波形并将这些所收集的波形分类并发送到所述波源的装置。该收集装置可以包括放置于身体上的传感器。提供记录器以记录感测到的模拟格式的波形。模拟-数字转换器连接到记录器用于在将波形传送给科学计算机之前对其进行转换。另外，该装置包括用于将所收集的波形进行转换的数字-模拟转换器，以用于为了医学治疗目的而将波形再次输送给身体。
附图的简要说明以下结合附图对本发明的最佳实施例进行更详细地描述，其中
图1是用于实施依据本发明的方法的装置的一种形式的简图；图2是当波形输入计算机时软件程序的流程图；图3是当操作者检索并传播存在于计算机内的波形时的软件程序的流程图；图4A-4H是在本发明中实施的代表性的波形的示意图，这些波形在延髓内产生后由神经元传送或者来自于进入延髓的感觉神经元。
图5A-5H是在本发明中描述的、影响神经系统的可选择的波形的简图。
最佳实施例的描述为了有助于理解本发明的原理，下面参考附图中所示的实施例。然而可以理解的是并不会由此对本发明的范围形成限制，对所示装置的改变和进一步改进，以及对在此示出的被认为是本发明的原理的进一步应用对于与本发明相关的本领域的技术人员来说是很正常的。
人类和其他动物，甚至所有类型的更低等的生物，从他们各自的大脑产生调节植物性系统的主要方面的电波形。不管类型如何，这些波形在外表上具有相似的通常的线性模拟格式。信号的平行线也可以由延髓同步发送以便帮助形成发送信号的波形。响应于一些指令，主要器官系统例如心血管系统、呼吸系统、消化系统以及其他系统对这些信号解码并且进行调节或进行自身微调。所有类型的自主神经系统(ANS)运行相似，但不是精确地相似。自主信号的平行载波可以像具有不同特性的记录音符的乐谱上的线那样工作，在不同水平时停止或加速。自主神经系统在无意或有意地控制下运行，并且通常控制重要身体器官系统的植物性状态。
本发明集中在由包括传入神经纤维的迷走神经附件和舌下神经束传送的电信号。迷走神经是一种游动神经(迷走的意思是游动)，该游动神经在从位于后脑的延髓出来后在整个身体内移动。舌下和副神经也从延髓出来并且与迷走神经组合以便协同完成基本生命的维持。这些信号在迷走神经的表面上但是在其绝缘的髓鞘下面传送。
被选择的传入和传出神经的电输出可以通过银、金或其他的金属线，或者电压钳或者接线电极甚至地震传感器，连同其他的探测方法来实现。用于探测这些输出的具体的装置不是本发明的一部分。传入和传出神经以相同的神经束行进或者可以分别路由。为了直接测量电波形，需要在一开始消除绝缘纤维束和髓鞘。地震的、超声的、接收天线、直接传导和其它的方法可以用于在脑信号涉及身体器官的行为时捕获编码的脑信号。然后为了将其电返回到合适的位置以用于有关调节器官功能的医学治疗，这些信号被存储并复制。
本发明包括一种用于记录、存储、以及传播具体脑波形以调节人体和动物体器官功能的方法。用于记录、存储、以及传播脑波形的方法的一种形式，如图1所示，包括至少一个电极或者是一对电极10形式的传感器，模拟记录器12，模拟-数字转换器14，计算机16，以及数字-模拟转换器18。电极10连接到人体或者动物体内的神经20上，并且从神经20接收编码的电波形。电极10可以包括银线、钨线、或者适于传导由神经20传送的可觉察电信号的任何线。
因为神经20只以模拟的格式传送电信号，所以电波形通过模拟记录器12记录。一旦这些波形被记录后，它们由模拟记录器12发送到模拟-数字转换器14。该具有传统形式的转换器14将波形从模拟格式转换成数字格式，该数字格式更适合计算机处理。转换器14然后将己转换的波形传送给计算机16，波形在该计算机中按照需要被处理、存储、调整、和/或传播。
已经被数字化的所选信号可以传递给专用处理器或者线性模拟装置以便用来准备和传送作为调整治疗的大脑或者所选器官可以识别的信号。当操作者操作计算机16检索波形并将其传送回身体时，该波形从计算机16通过一个数字-模拟转换器18传送。因为身体只传送并使用模拟格式的编码的电信号，所以以一种传统的方式，将波形转回成模拟格式。如果编码的波形以数字格式传送到身体内，那么身体将不能识别该传送。
计算机16包括可以识别与具体波形有关的功能的软件。一些软件类型可以由本领域技术人员研发来执行本发明的功能，并且具体的软件不是本发明的一部分。如图2中的流程图所示，在步骤22的开始后，在步骤24中，计算机16从模拟-数字转换器14接收数字波形。在接收波形后，软件读取该波形并且在步骤26中识别具体波形的功能。一旦软件识别了与具体波形有关的功能时，在步骤28中，将波形或编码的信号发送至特定的存储区域。例如，如果波形是用于消化功能的，它可以被存储在一个与用于呼吸功能的波形分开的区域中。
随后，当确定使用波形的存储的数字格式时，如图3中的流程图所示，在步骤30开始循环，并且从存储区域检索波形，如步骤32所示，所述波形已经在步骤28中预先存储(图2)。如果为了执行一个具体的功能，确定波形需要调节，则在步骤34中软件根据需要对波形进行调节。然而，如果确定波形不需要调节，则会省略步骤34并且执行步骤36，通过步骤36波形信号在转换成模拟格式后传送给具体的身体器官。大脑经常调节波形，以微调大脑要求或需要具体的器官来执行的功能，并且这也可以通过本发明来实现。
在延髓内产生后，神经元传送的代表性的波形在图4中示出。这些波形具有模拟的中心线性载波。该信号具有直流电特性并具有一些向接收它的接收器官或系统提供命令或指令的编码调制(modulations)。其它的可以影响神经系统的代表性的波形在图5中示出，这些波形可以在他们离开迷走神经或其它的神经并到达身体器官时提供指令。这些信号和从延髓传播的调节指令相似。
本发明的不同特征已经结合本发明的图示实施例详细地示出并描述。然而，必须理解的是，这些具体产品，以及它们制造方法，并不限于此而仅仅是示出，并且在所附的权利要求的款项中给出了本发明的最充分的解释。
权利要求
1.一种用于调节身体器官功能的方法，包括下面的步骤a.从身体收集在身体内产生的并由身体内的神经元传送的波形，b.存储所收集的波形，并且c.将一个或多个所收集的波形发送给一个身体器官以刺激器官功能。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤“a”还包括将所述收集的波形转换成处理器可读取的格式。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述的转换步骤包括将模拟信号转换成数字格式。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤“b”还包括根据所述波形执行的功能存储所述收集的波形。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤“c”还包括将所述收集的波形通过一个数字-模拟转换器发送到身体。
6.一种用于调节身体器官功能的装置，包括a.所收集的指示身体器官功能的波形的波源，b.用于将一个或多个所收集的波形发送到身体器官的装置，以及c.用于将所发送的波形应用于所述身体器官来刺激或调整器官功能的装置。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述传送装置包括一个数字-模拟转换器。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述波源包括具有以数字格式存储的所收集的波形的计算机。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述计算机包括用于不同功能种类的所收集的波形的分开的存储区域。
10.如权利要求6所述的装置，还包括用于收集来自身体的波形并将所收集的波形发送到所述波源的装置。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述收集装置包括放置于所述身体上的传感器。
12.如权利要求11所述的装置，包括用于记录检测到的模拟格式的波形的记录器。
13.如权利要求12所述的装置，包括连接到所述记录器的用于转换所述检测到的波形的模拟-数字转换器。
14.如权利要求11所述的装置，包括用于转换所收集的波形的数字-模拟转换器。
15.如权利要求6所述的装置，其中所述应用装置包括一个身体电极。
全文摘要
一种用于收集、记录和传播编码的人体或动物体波形的方法和装置。该方法包括将用于接收电信号的触点(10)放置于身体(20)的一部分上。该电信号由记录器(12)记录，由模拟－数字转换器(14)转换成可读取的格式；并且被处理并存储在计算机(16)内。可以对该电信号进行调整并重新传播进体内以调节身体器官功能。
文档编号A61B5/04GK1615102SQ02827328
公开日2005年5月11日 申请日期2002年11月18日 优先权日2001年11月20日
发明者埃莉诺·舒勒, 克劳德·K·李 申请人:科学医学公司