用于记忆力增强的声音刺激器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括至少一耳内传感器、控制单元和输出变换器并配置成测量表示用 户的脑电图（EEG)的电活动信号的耳内刺激装置，前述电活动信号进行分析并用于产生对 应于或源自电活动信号中检测到的慢振荡或与其同步的输出声音。
【背景技术】
[0002] 大脑活动振荡反映按随状态而变的方式在神经元皮层网络中组织信息处理和 通信的同步活动，参见 Η. -V. V. Ngo, T. Martinetz, J. Born, and M. Mdlle，"Auditory Closed-Loop Stimulation of the Sleep Slow Oscillation Enhances Memory"，Neuron 78, 545-553(2013)[Ngo et al. (2013)],如 G. Buzsdki and A. Draguhn "Neuronal oscillations in cortical networks"，Science 3041926-1929 (2004)，及 F. Varela, J. P.Lachaux, E. Rodriguez, and J. Martinerie, "The brain web:phase synchronization and large-scale integration'Wat. Rev. Neurosci. 2, 229-239(2001)。大脑活动以不同频 率振荡。在所谓的慢波睡眠期间出现的、大脑活动中的慢振荡对于保持记忆力很关键。[Ngo et al. (2013)]已发现播放与睡着的人的慢大脑振荡的节奏同步的声音增强慢大脑振荡并 促进人的记忆力。这展现了影响人类大脑活动从而改善睡眠并增强记忆力的、容易且非侵 入的方式。
[0003] 大脑节奏调节不同状态下的信息处理以使能学习和记忆信息。<1Ηz的睡眠慢振荡 是慢波睡眠的特点并对记忆力巩固至关重要。[Ngo et al. (2013)]表明，对于睡着的人，与 慢振荡可用状态的持续有节奏的出现同相的听觉刺激深深增强慢振荡节奏、相位耦合的纺 锤体活动，因而增强陈述性记忆的巩固。与持续慢振荡节奏异相的刺激保持无效果。闭环 同相刺激提供直接的、增强睡眠节奏及其功效的工具。
[0004] [Ngo et al. (2013)]提出了一种在睡眠期间增强记忆力的方法。该方法在用户的 大脑活动图中检测到慢振荡之后使用头戴式耳机对用户的耳朵进行双听觉刺激。施加听觉 刺激的频率对应于用户大脑活动中的慢振荡的振荡频率。在施加与慢振荡同相的双听觉刺 激之后，该方法在进行慢振荡的再次检测之前暂停2. 5秒。
[0005] EP 2 571 289 A2公开了包括两个以上电端子的助听器系统。电端子布置在听力 仪器外壳表面中，在那里其与用户耳道里面或外面的皮肤接触。电端子可针对同一目的进 行配置，如获得动态脑电图（EEG);或者针对不同目的进行配置，例如一些电端子测量EEG 及一些电端子测量体温。该助听器系统用于例如基于用户的工作记忆能力估计用户的认知 状态或认知负荷。该助听器系统配置成在认知模型预测已超过用户的认知极限时启动帮助 系统，如定向传声器、降噪方案、或时频掩蔽方案以降低认知负荷。
[0006] WO 2012/097872A1描述了一种个人可佩戴的EEG监视器，其包括传感器部分、EEG 信号分析器、EEG刺激控制装置、EEG响应检测装置、及分类器。传感器部分具有用于测量来 自人的EEG信号的皮肤表面电极。EEG信号分析器适于传送来自EEG传感器部分的EEG信 号并适于监视EEG信号。EEG刺激控制装置适于向人提供刺激，如重复至少两次的听觉刺 激，以请求该人进行产生作用的刺激或识别产生环境声音的刺激。EEG响应检测装置适于从 EEG信号识别因刺激引起的响应。分类器适于基于所引起的响应决定皮肤表面电极是否接 收EEG信号。至少一电极适于布置在人的耳道中。电极可布置在具有适合人耳道的永久形 状的耳件上。
[0007] JPS63267097A涉及包括具有用于拾取脑电波的电极的耳塞的头戴式耳机。从电极 提取的脑电波信号作为声音信号如音乐通过外部电路反馈，从而脑电波状态可被用户听到 及脑电波状态可进行控制。
【发明内容】
[0008] 本发明的目标在于提供改进的耳内刺激装置。
[0009] 本发明的目标由包括至少一耳内传感器、控制单元和输出变换器的耳内刺激装置 实现。耳内刺激装置配置成佩戴在人类用户的耳朵之处或之上且至少部分位于用户耳道 中。设置至少一耳内传感器并配置成测量表示佩戴该装置的用户的脑电图（EEG)的电活动 信号。控制单元配置成接收电活动信号并检测电活动信号中慢振荡的存在，其在例如〇.5Hz 和IHz之间的频率范围中。控制单元还配置成响应于检测到慢振荡的存在而触发至少一刺 激脉冲的产生。输出变换器配置成接收至少一刺激脉冲并产生对应的输出声音。
[0010] 术语"刺激脉冲"意为不连续且时间集中的刺激，如特征在于在相当短的时间具有 相当大的振幅。"不连续"在此意为在脉冲之间存在实质上为零振幅（或振幅远低于脉冲振 幅）的时间段。
[0011] 耳内传感器例如可以是电极，如皮肤表面电极、皮肤接触电极，及优选为干式电 极（相较于使用导电凝胶和胶水来降低皮肤和电极之间的接触阻抗的电极）。慢振荡 在此对应于最截然不同的大脑活动振荡，其为用户慢波睡眠（SWS)期间的脑电图（EEG) 的特征，参见[Ngo et al. (2013)]，例如 I. Timofeev, "Neuronal plasticity and thalamocortical sleep and waking oscillations. "，Prog. Brain Res. 193, 121-144,及 M. Steriade, "Grouping of brain rhythms in corticothalamic systems", Neuroscience 137, 1087-1106 (2006)。慢振荡的存在优选在慢振荡的不可用状态期间进行检测，意味着 "在EEG具有最小电压值时"。慢振荡的存在也可对低于表明存在慢振荡的某一阈值的任何 负电压值进行检测。刺激脉冲优选以对应的输出声音与慢振荡的可用状态同步地刺激用户 的方式触发输出声音的产生，意味着输出变换器在EEG具有最大电压值时产生输出声音。 因此，输出声音的产生优选延时直到检测到存在慢振荡，例如通过刺激脉冲的延时产生。输 出变换器优选为扬声器、骨锚式听力装置的振动器、或耳蜗植入物的电极、或配置成刺激佩 戴并使用耳内刺激装置的用户的听觉的任何其它装置。用户听觉的刺激产生大脑活动，因 为人的大脑通常处理从外面传到身体内部传感器单元之一的刺激，如神经、耳内传感器、目艮 睛、皮肤、舌头、鼻子、或产生传给大脑的刺激的其它传感器单元。
[0012] 本发明的一方面在于耳内刺激装置（如助听器）可由用户在睡眠期间佩戴，及其 包括用于测量电活动及用于刺激用户的所有功能，因此不需要其它专用设备，如用于使电 活动即用户的脑电图（EEG)与声音刺激同步的专用设备、用于测量电活动的装置、或用于 产生输出声音并刺激用户的装置。本发明的另一方面在于本发明仅需要低功率电池，这相 较于现有技术EEG帽子所需要的一般公用高电压ACdlOV到220V)降低了安全风险。本发 明还降低了功耗。本发明的又一方面在于耳内传感器即电极在睡眠期间不会明显移动，因 为耳内传感器固定在用户耳道中，这提高了测量电活动信号的效率。耳内刺激装置的耳内 传感器更好地适合用户耳朵且被固定，因为耳内刺激装置部分布置在用户耳道中，如通过 使用耳模。耳内刺激装置对用户几乎没有物理干扰。
[0013] 在实施例中，耳内刺激装置配置成使得声音仅在非常特定的EEG模式出现时才由 输出变换器产生，如REM睡眠模式（REM=快速眼动），其由锯齿EEG波型表征。在实施例 中，控制单元配置成检测电活动信号中的REM睡眠模式。
[0014] 根据一理论，某些记忆在REM睡眠期间加固。多项研宄已表明，REM睡眠对于过程 记忆和空间记忆的巩固很重要。（慢波睡眠，非REM睡眠的一部分，表现为对陈述性记忆很 重要）。非REM睡眠的人为增强改善第二天对记住的单词的回忆。在文献中已证明仅包含 非REM睡眠的日间小睡增强陈述性记忆，但不增强过程记忆。此外，对因弹片损伤脑干的、 很少有或没有REM睡眠的个人的个案研宄未发现该人的记忆受损。
[0015] 与REM在记忆巩固方面的作用的看法密切相关，已提出借助于其内在自发性活 动，REM睡眠的作用"在于在大脑皮层的细胞网络中消除某些不合需要的交互模式"，该过程 已表征为"忘却"。因此，那些有关的记忆（其基础神经元基质足够强从而能经受前述无意 识的混沌活化）被进一步加强，同时更弱的、短暂的"噪声"记忆痕迹崩解。
[0016] 在实施例中，耳内刺激装置配置成产生不连续刺激如断续刺激并锁相到所检测到 的电活动信号中的REM波的峰值。在实施例中，耳内刺激装置配置成产生人为突发噪声或 其它人为产生的信号，其断续呈现并锁相到EEG信号的峰值。换言之，耳内刺激装置产生的 声音刺激不用于直接模拟EEG波本身。
[0017] 在耳内刺激装置的优选实施例中，控制单元配置成响应于检测到存在慢振荡而触 发具有至少两个刺激脉冲的听觉刺激脉冲序列的产生。听觉刺激脉冲序列例如可包括两 个、三个、四个或以上连续刺激脉冲，在其期间控制单元适于不检测慢振荡的存在（或不修 改刺激脉冲序列）。另外，听觉刺激脉冲序列可在控制单元在其间适于不检测慢振荡的存在 (或不修改刺激脉冲序列）的至少两个刺激脉冲之后包括如2-5s优选2. 5s的检测暂停。刺 激脉冲序列优选具有在〇. 5Hz和IHz之间的频率范围中的频率，即每l-2s产生刺激脉冲。 听觉刺激脉冲序列的脉冲优选为粉红Ι/f噪声的突发信号。粉红Ι/f噪声的频谱在每一倍 频程中实质上包含等量的能量。突发信号的持续时间优选低于200ms，如100ms，50ms最佳。 突发信号可具有上升时间和下降时间，其优选对称（如相等）。上升时间优选低于50ms，如 低于25ms、低于10ms，或最好