性和舒适度的设备中实现所公开的技术，由此允许真实世界使用和系统性的健康监控。另外，例如，所公开的技术可以用于各种健康、教育、娱乐和市场应用。
[0043]例如，所公开的技术包括使用位于用户前额的、不与头发重叠的额部EEG记录电极用于通用、快速和非强加的(non-obtrusive)生理数据获取(例如，包括大脑信号监控)的生理传感器设备和方法。例如，在一些实现方式中，示例性生理传感器设备配置成小尺寸并且可以用各种不同材料制成(例如，可以针对具体应用进行定制)，使得设备可以容易地应用，几乎不会或者甚至不会被用户感觉到或者被他人看到。例如，可以由用户执行对这种设备的应用和操作，例如，通过用户遵循简单指令，而不需任何技术专长来应用或者操作设备或者系统。这可以显著地减轻存在于现有系统中的问题，包括需要用于操作的技术专长和缺乏传感器设备的舒适度和便携性。
[0044]例如，可以由临床环境外部的一般用户安全地并且精确地使用所公开的系统，允许在多种背景和位置中自由地使用，显著地降低大脑监控系统的使用成本和要求。非专家可以有效地使用所公开的设备和方法以将示例性额部电极传感器设备放置在待评估人的前额上(或者甚至允许受试者将额部电极放置在他们自身上)，以最优地提取大脑信号(例如，在一些实现方式中可以与事件相关电位(ERP)相关联)并且提供一个或者多个受试者的认知和/或感觉概况。例如，实现生理数据获取或者解释由对所获取的生理数据的分析提供的用户的所生成的认知和/或感觉概况信息的这种非专家用户不必是神经学家、心理学家也不必是专业医生。例如，非专家用户可以实现所公开的系统和方法以获得一个或者多个待评估人(例如，他们自己或者其他人)的意识和精神信息概况。另外，例如，所公开设备、系统和方法的实现方式还可以用于脑机接口的背景内并且扩展这种系统的可能应用。
[0045]在一些方面中，所公开的技术包括用于设计用于受试者前额上的额部电极放置的最优传感器配置以精确地检测大脑事件相关电位的技术。在一些示例中，技术可以使用来自特定刺激呈现范式(例如，感觉剌激可以包括视觉、听觉、嗅觉、味觉或者躯体感觉提示)的信息，并且使所呈现的刺激与在特定时窗(例如，基于与作为ERP的基础的神经心理机制相关的生理学数据)和感兴趣的空间区域(例如，基于神经解剖学以及基于头皮地形电压图和神经发生器源分析)中的所记录的大脑电生理信号(例如，EEG)相关。
[0046]所公开的设备、系统和方法的示例性实施例
[0047]在一个示例性实施例中，当前技术的生理传感器设备包括由电绝缘材料制成并且构造成允许设备与用户头部的额部区域物理接触的衬底、配置在衬底上的第一位置处以获取用户的电生理信号的记录电极、配置在衬底上的第二位置处以获取用户的第二电生理信号作为电生理信号的参考信号的参考电极；以及配置在衬底上的第三位置处以获取用户的第三电生理信号作为电接地信号的接地电极。生理传感器设备配置为使得第一电极沿着额部区域中的矢状方向配置在第三电极和第二电极后方，以及第三电极至少部分地安置在衬底上的第一位置与第二位置之间。当电耦合至电路时，生理传感器设备是可操作的以检测用户的生理信号。
[0048]在示例性额部电极生理传感器设备的一些实现方式中，记录电极、接地电极和参考电极线性地布置在衬底上。例如，三个电极的布置可以沿着用户头部的额部区域的矢状方向基本上直线地对准，记录电极(例如，在第一位置处)安置在接地电极后方，该接地电极安置在参考电极后方。
[0049]在一些实现方式中，例如，由示例性额部电极生理传感器设备检测的生理信号可以是从用户大脑感测的脑电图(EEG)信号。例如，EEG信号可以与事件相关电位相关联(例如，基于呈现给在用户头部的额部区域上佩戴设备的用户的刺激)。在其它实现方式中，例如，由示例性额部电极生理传感器设备检测的生理信号可以是从用户头部肌肉(例如，包括面部肌肉)感测的肌电图(EMG)信号。例如，EMG信号可以是响应于事件相关电位用户眨眼的结果(例如，基于呈现给在用户头部的额部区域上佩戴设备的用户的刺激)。
[0050]在一些实施例中，例如，示例性额部电极生理传感器设备可以包括在衬底上单独形成并且(例如通过导电导管)电耦合至记录电极、接地电极和参考电极的电气接口组件(例如，电接触焊盘)，其中电气接口组件提供要(例如，通过导线)连接至外部电路(例如，电信号放大器和/或处理单元)的电耦合部位。
[0051]在一些实施例中，例如，示例性额部电极生理传感器设备可以包括(i)用于信号放大/处理的电路和(ii)发射器单元，所有都在(例如通过导电导管)与记录电极、接地电极和参考电极电通信的机械柔性的衬底上。在该实施例中，传感器设备配置为记录生理信号、放大和处理它们以及向远程设备(例如，较远的电信号处理单元(诸如放大器和/或计算机系统))发射所记录的生理信号。同样，例如，示例性额部电极生理传感器设备可以包括电耦合至发射器单元的电源模块，以向发射器单元提供电力。
[0052]在一些实施例中，例如，示例性额部电极生理传感器设备可以包括衬底上配置的一个或者多个记录电极，以获取用户的多通道的电生理信号。例如，示例性额部电极生理传感器设备可以包括两个附加记录电极(其中设备包括五个电极:三个记录电极、一个参考电极和一个接地电极)，其中附加记录电极邻近沿矢状方向布置的第一记录电极、接地电极和参考电极。在该示例中，可以沿与第一记录电极相同或者类似的矢状方向线性地布置两个附加电极。在其它示例中，附加电极中的一些可以安置在第一记录电极左边，而其它附加记录电极可以安置在第一记录电极右边。
[0053]在一些实现方式中，例如，示例性额部电极生理传感器设备配置为表皮电子传感器(EES)设备，其中衬底由构造为机械地顺应和/或粘附至用户的皮肤或者可佩戴物品的机械柔性和/或可拉伸材料制成。在当前技术的表皮生理传感器设备的一些示例中，设备可以包括由蛇状(serpentine-like)导线互连的超薄硅岛，所有蛇状导线都依靠在生物学上惰性的柔性聚合物上。在一些实现方式中，例如，表皮生理传感器设备可以包括处理单元，该处理单元配置在柔性衬底上并且构造为包括晶体管、电容器、电阻器、电感器和/或其它电路元件等等以处理由电极获取的电生理信号。在一些实现方式中，例如，表皮生理传感器设备的处理单元可以包括处理器和存储器单元。表皮生理传感器设备可以配置为具有接近人的头发的厚度。
[0054]图1A显示能够从受试者头部的额部区域获取电生理信号的额部电极传感器设备100的示例性实施例的框图。设备100包括电绝缘材料的衬底101 (在一些设备实现方式中可以由机械柔性材料制成)。在一些示例中，衬底101可以包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、具有丙烯酸粘合剂的薄聚氨酯、或者聚乙烯醇(PVA)等等。额部电极传感器设备100包括三电极配置，该三电极配置包括记录电极102、参考电极103和在衬底101的基础侧(例如，与用户皮肤接触的设备100的检测侧)上、配置在记录电极102与参考电极103之间的接地电极104。沿着额部区域中的矢状方向配置设备100的电极，以使得记录电极102安置在接地电极104后方，该接地电极安置在参考电极103后方。接地电极104至少部分地安置在衬底101上的记录电极102与参考电极103之间。用户头部的额部区域或者前额区域上的该记录电极-接地电极-参考电极布置可以最小化额部电极传感器设备100的总的电极覆盖区，这是这种传感器设备的显著益处。该记录电极-接地电极-参考电极布置还提供记录电极与参考电极之间的良好信号隔离，从而使得能够进行更灵敏和高质量的信号记录操作。电极沿矢状方向而不是垂直于矢状方向的水平方向的大体对准是该记录电极-接地电极-参考电极布置的显著特征，并且可以参照获取具有期望精确度的各种认知/心理状态信号而提供有益的感测操作。
[0055]例如，在设备100的一些实施例中，记录电极102、接地电极104和参考电极103线性地布置在衬底100上。例如，三个电极的布置可以沿着矢状方向与记录电极成基本上直线地对准。例如，在设备100的其它实施例中，三个电极可以布置成非线性对准，该三个电极包括安置在接地电极104后方的记录电极102，该接地电极104安置在参考电极103后方，其中接地电极104至少部分地在衬底101上的记录电极102与参考电极103之间。
[0056]额部电极传感器设备100在电耦合至电路时是可操作的，以获取电生理学数据。在图1A中所示的示例性实施例中，额部电极传感器设备100包括在衬底101上分别通过单个电气互连件IllaUllb和Illc电耦合至记录电极102、参考电极103和接地电极104的电路110。在一些实施例中，例如，电路110可以包括发射器单元，所述发射器单元例如分别通过导电导管IllaUllb和Illc与电极102、103和104中的每一个进行电通信。在该实施例中，设备100可以记录生理信号并且向远程电信号处理单元(例如，放大器和/或计算机系统)发射所记录的生理信号。同样，例如，电路110可以包括电耦合至发射器单元的电源模块，以向发射器单元提供电力。
[0057]在一些实施例中，例如，如图1B中所示的，额部电极传感器设备100可以包括导电接口(接触)焊盘112a、112b和112，分别耦合至互连件11 IaUllb和111c，以提供使外部电路与设备100的电极102、103和104电接口的导电表面。例如，外部电路可以是电信号处理单元，例如信号放大器和/或计算机系统。
[0058]例如，所获取的记录信号、参考信号和接地信号由信号处理单元接收，所述信号处理单元处理差分放大器中所获取的信号以放大记录电生理信号与参考电生理信号之间的差。由设备100 (通过接地电极104)记录的接地信号可以连接至示例性差分放大器的接地通道，例如以同步设备100与放大器之间的信号参数。例如，接地电极104可以最小化可能通过记录系统流过受试者的泄漏电流，并且因此减少任何伪差。例如，接地电极104在电耦合至电路(例如，外部电路)时不需要连接至电路的接地。接地电极的替代作用可以包括充当用于主动抵消干扰的电极。例如，接地电极可以电连接至“右腿驱动”的反馈电路，该“右腿驱动”的反馈电路例如在测量由身体发出的非常小的电信号(例如，EEG、EMG、ECG)的一些生物信号放大系统中使用。例如，额部电极传感器设备100可以在额部区域处获取电生理信号的参考记录。由于将通过将由记录电极102记录的活动相对于由参考电极103记录的活动进行比较来确定感兴趣的记录，因此参考电极103的位置以及其相对于记录电极102(或者，在一些实现中，除记录电极102以外的其它记录电极)的间距非常重要。例如，如果这些信号相同，那么所检测的信号读数将是零。从这个角度来看，例如，人们可以在将允许检测感兴趣的生理信号的部位处安置记录电极102并且在离记录电极102相当大的距离处在不会捕获感兴趣的生理信号(或者显示感兴趣的信号的显著减少)的部位处安置参考电极103。然而，当最小化前额上的设备100的覆盖区(例如，由整个电极阵列所占据的空间面积或者“实际资源”)很重要时，这提出了越来越大的挑战。例如，在图1A和IB所示示例中，电极102、103和104安置并且间隔成使得所捕获的信号显著不同(并且由此是有意义的)的方式，以及占据由电极102、103和104占据的最小总面积。在本专利文件中描述的用于确定位置和间距的最优配置的方法是复杂的并且可以将心理学原理、神经生理学原理和工程原理结合起来。在图1A和IB中所示的示例中，参考电极103的位置位于相对于记录电极102基本上线性地对准中，并且在该示例中，电极102和103以及接地电极104两者也布置在穿过额部区域中心的中矢状线上。将经信号处理的信号作为生理数据提供，随后可以将该生理数据进行处理以提供认知和/或感觉概况。
[0059]在一些实现方式中，设备100可以配置为可以直接佩戴在皮肤上或者与额部区域接触的可佩戴物品上的表皮电子学生理传感器设备。在一些实现方式中，例如，设备100可以包括一个或者多个附加电绝缘层，例如配置在设备100的顶侧(例如，不与用户皮肤接触的非检测侧)上。一个或者多个附加层可以为设备100提供进一步的支撑。在一些示例中，一个或者多个附加层可以包括各种艺术设计，使得当由用户直接佩戴在用户皮肤上时，设备100还可以充当(临时)纹身。
[0060]在一些实现方式中，设备100可以包括在系统中以提供用户的认知或者感觉评估。在2013年9月 27 日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR SENSORY AND COGNITIVEPROFILING”的PCT专利申请PCT/US13/62491中提供了这种系统的一些示例，其全部内容出于所有目的通过引用合并为本专利文件的公开的一部分。
[0061]在图1C中显示用于获取、分析和评估生理信号以产生单个或者群组认知和/或感觉概况的示例性模块化系统，该示例性模块化系统包括所公开技术的额部电极传感器设备100。例如，系统可以实现为提供指示受试者在评估时的认知和/或感觉能力的认知表现概况、感觉表现概况以及认知和感觉表现概况。例如，可以由用户(例如，受试者或者系统操作员)选择认知和/或感觉概况的类型以提供包括认知和/或感觉表现的定量水平的一组信息，例如，认知和/或感觉表现包括但不限于注意力、记忆力、学习、虚构、模式集成、语义集成、目标检测、情绪效价、偏好和意识状态。系统允许操作者选择要产生的概况类别。在一些实现方式中，系统可以实现为仅使用从受试者获取的生理数据(例如，没有从受试者诱发的明显行为反应)来提供认知和/或感觉概况。在一些实现方式中，系统可以实现为提供包括先前从受试者或者其它受试者获取的生理数据(例如，分组数据)的认知和/或感觉概况。例如，系统可以由此实现为提供关于群组的认知和/或感觉概况。图1C显示配置为包括可以在各种不同实施例中配置的独立模块单元或者设备的示例性系统10的图。
[0062]系统10包括刺激呈现模块130以对特定刺激呈现结构131进行配置以实行向受试者呈现刺激或者一系列刺激。在一些示例中，刺激呈现模块130在计算设备(例如，包括处理器和存储器单元)中实现。例如，刺激可以包括任何刺激类型，包括视觉、听觉、嗅觉、触觉和/或味觉刺激介质。视觉刺激的示例可以包括图像、书面单词等等。听觉刺激的示例可以包括口语单词、动物发声、合成声音等等。特定刺激呈现结构131可以配置为包括，但不限于一个或者多个特定类型的刺激、呈现刺激的持续时间、刺激间间隔、每个呈现的重复(如果有的话)次数、与刺激类型相关联的幅度和/或频率参数(例如，亮度或者声音强度或者光的对比度级别)、与每个刺激的呈现相关联的数字标记以及刺激的标签或者类别(例如，目标或者非目标)。
[0063]系统10可以包括与刺激呈现模块130连通的刺激传送模块135，以例如基于刺激呈现结构131向受试者呈现刺激或者刺激序列。例如，刺激传送模块135可以包括视觉显示器、听觉扬声器和致动器中的至少一个，以提供嗅觉、触觉和/或味觉刺激。在一些实现方式中，例如，可以在相同设备(例如，计算机或者移动通信和/或计算设备)中配置刺激呈现模块13