醒脑提神仪的制作方法
【专利说明】醒脑提神仪
[0001]优先权
[0002]本专利申请的优先权对应于美国专利申请申请号14/335910,名称:“A NEURALPHYS1LOGICAL APPARATUS FOR WAKEFULNESS”。
技术领域
[0003]本发明涉及一种基于神经生理学调制激活神经元使人大脑保持清醒的仪器。
【背景技术】
[0004]在日常生活和工作中，保持大脑清醒可以有效地提高操作的安全性和准确性。目前人们主要通过喝咖啡或抽烟来提神，也有人采用机械装置或电信号刺激身体的某些部位使其大脑保持清醒。本发明通过刺激三叉神经调制脑中的蓝斑核神经元，增强其兴奋以保持大脑清醒，并通过检测脑疲劳程度自动开启或关闭刺激。
【发明内容】
[0005]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0006]1、通过刺激三叉神经调制脑内嗜睡/觉醒网络的神经元使大脑保持清醒。其中嗜睡/觉醒网络包括蓝斑核(LC)、下丘脑腹外侧前视区(VLP0)、被盖背外侧核(LDT)、脚桥核(PPN)和丘脑网状核(TRN)。
[0007]2、检测脑疲劳，并根据其疲劳程度自动控制调制大脑中瞌睡/清醒网络中的功能区，使大脑保持清醒。
[0008]3、通过检测TRN在释放抑制性神经递质阻隔丘脑与大脑皮层之间的通信的电兴奋强度来检测已及预测脑疲劳程度和入睡状态。
[0009]4、通过测量脑电以及检测脑电信号的特性(如TRN在释放抑制性神经递质的电兴奋所产生脑电纺锤波)来检测TRN释放抑制性神经递质的电兴奋强度。
[〇〇1〇]5、通过定量分析脑电信号的特征，例如根据TRN在释放抑制性神经递质的电兴奋状态下产生的脑电纺锤波的密度、幅度和频率分析大脑的疲劳程度，来测量脑疲劳程度。[〇〇11]6、根据TRN在释放抑制性神经递质时的电兴奋造成的脑电信号的特征，例如脑电纺锤波，包括其密度、幅度、频率，来预测入睡状态。
【附图说明】
[0012]图1显示大脑困觉产生的脑生理学机制。在大脑进入疲劳状态时，TRN电兴奋增强，释放抑制性神经递质阻隔丘脑与大脑皮层之间的通信，使大脑产生困觉，甚至入睡；与此同时TRN在释放抑制性神经递质的电兴奋会产生遍布全脑的脑电纺锤波。
[0013]图2显示三叉神经在收到刺激时产生和传输一个电信号可到脑功能区IX，调制LC的兴奋状态使其兴奋增强。
[0014]图3显示在受到三叉神经传输的电信号调制下兴奋增强了的LC将抑制VLP0的兴奋，VLPO的兴奋下降使其失去对LDT和PPN的抑制作用，导致LDT和PPN的兴奋增强。兴奋增强了的LDT和PPN将释放抑制性神经递质抑制TRN兴奋以致其不能释放抑制性神经递质去阻隔丘脑与大脑皮层之间的通信，从而使丘脑于大脑皮层之间的通信畅通，大脑恢复和保持清醒。
[0015]图4展示了本发明的一个具体化设计，帽子(带子)型式，含与前额接触两组电极和一个电池驱动的电路盒，提供以下全部或部分功能:1)基于神经生理学的刺激调制大脑兴奋区，使大脑保持清醒；2)通过测量脑电信号检测脑疲劳程度程和瞌睡状态；3)自动开启或关闭神经生理学刺激，并实现刺激调制大脑兴奋区和测量脑电信号检测脑疲劳程度程和入睡状态两种模式间的自动切换。
[0016]图5展示了本发明的另一个具体化设计，框架型式，含与前额接触两组电极和安装在框的尾部的电池与电路盒，提供以下全部或部分功能:1)基于神经生理学的刺激调制大脑兴奋区，使大脑保持清醒；2)通过测量脑电信号检测脑疲劳程度程和瞌睡状态；3)自动开启或关闭神经生理学刺激，并实现刺激调制大脑兴奋区和测量脑电信号检测脑疲劳程度程和入睡状态两种模式间的自动切换。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示，当大脑I进入疲劳状态时，睡眠促进区VLP02兴奋增强，释放抑制性神经递质导至功能区LDT3、PPN4和LC16兴奋减弱，从而使TRN6兴奋增强，释放抑制性神经递质，在丘脑9和大脑皮层10之间的通信路径8形成阻隔7。TRN6在释放抑制性神经递质的电兴奋会产生遍布全脑的脑电纺锤波13。
[0020]如图2和图3所示，依照本发明，为使大脑I保持清醒，额头处的三叉神经末梢15在两组分别安放在前额左右两端紧贴三叉神经的皮肤表面上的电极(每组由正负电极组成，相隔一定距离，在前额紧贴三叉神经的皮肤表面上形成方向为从上到下的电场)提供的一定的频率，幅值和脉宽的组合的外加在额头皮肤上的电脉冲信号刺激下，产生相应频率的电脉冲信号14，并通过三叉神经将信号14传输至脑功能区LC16，增强LC16的兴奋。LC16的兴奋增强将加强对VLP02的抑制作用17，从而在VLP02对LDT3，PPN4和LC16的抑制通道上加上阻隔18，致使LDT3和PPN4兴奋增强，阻止TRN6释放抑制性神经递质，从而使丘脑9和大脑皮层10之间的通信8畅通，保持大脑清醒。
[0021]也是依照本发明，外加在额头皮肤上的电脉冲信号对三叉神经末梢15的刺激的开启和停止可以通过检测大脑I的疲劳成度自动控制。其中，检测大脑I的疲劳成度是通过测量脑电和检测脑电结果中的睡眠波13。在检测大脑I的疲劳成度的自动控制下，外力口在额头皮肤上的电脉冲信号对三叉神经末梢15的刺激的开启或停止可根据测量到的脑电结果中睡眠波13的有或无自动实现，既保持大脑I始终处于清醒状态，又避免不必要的刺激。
[0022]实施例2
[0023]本发明可以有多种结构和外观设计，其中之一可以是帽子(带子)形式，如图4所示。本发明的帽子(带子)形式由可戴到头上的帽子(带子)21，两组装在帽子(带子)21前部与额头12接触的电极19，一个包含三叉神经刺激电路系统，脑电放大电路系统，信号处理电路系统以及控制电路系统的电池供电的电路盒20，和收紧带22组成。该仪器提供以下3种功能之一或全部:1)通过刺激三叉神经调制大脑兴奋区以醒脑提神-电路盒20产生一定范围的频率和强度的组合的电脉冲信号刺激前额处12的三叉神经末梢15，受到刺激的三叉神经末梢15产生相应频率电脉冲信号14通过三叉神经传送至大脑功能区LC16，增强其兴奋，从而加强对VLP02的抑制作用17，相当于在VLP02对LDT3，PPN4和LC16的抑制通道上加上阻隔18，致使LDT3和PPN4兴奋增强，阻止TRN6释放抑制性神经递质，从而使丘脑9和大脑皮层10之间的通信8畅通，使大脑保持清醒；2)检测大脑I的疲劳成度-电路盒20的脑电测量和检测处理系统通过电极组19采集脑电信号，检测脑电结果中的睡眠波13，以此监测大脑的疲劳状态；3)自动切换电路盒20中的三叉神经刺激系统和大脑疲劳成度检测系统的开启和关闭，根据检测到的大脑的疲劳成度自动开启三叉神经刺激电路系统，又在三叉神经刺激完成一个周期时自动将其关闭并自动开启大脑疲劳成度检测系统。
[0024]实施例3
[0025]本发明的另一种外观设计是一个框架形式，如图5所示，由戴在头上的框架23，电池和电路盒25，与前额12结触的两组电极24和收紧带26组成。类似于本发明的帽子(带子)型式，本发明的框架形式也提供以下3种功能之一或全部:1)通过刺激三叉神经调制大脑兴奋区以醒脑提神-电路盒20产生一定范围的频率和强度的组合的电脉冲信号刺激前额处12的三叉神经末梢15，受到刺激