(57)【要約】脳とデータ処理装置との間で、データを伝送するためのプローブ。このプローブは、電極を取り付けたキャリアを有し、これらの電極は、脳ニューロンとの電磁的相互作用によって、ニューロン活動の検知および／または刺激の伝達を行うことが可能で、また、データ処理装置との接続が可能である。脳の溝の内部にキャリアを挿入できるようにするため、このキャリアの形状は、脳の内部表面に適合させることができる。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブが、電極（１ｃ、１ｄ）の取り付けられたキャリア（１ａ）を有し、これらの電極は、脳（２）のニューロンとの電磁的相互作用によって、ニューロン活動の検知および／または刺激の伝送を行い、データ処理装置（５）と接続可能であり、その際、キャリア（１ａ）は、これを脳（２）の溝（２ｃ）の内部空間へ挿入できるように、その形状を脳（２）の内部表面に適合させることができる、脳（２）とデータ処理装置（５）間のデータ伝送プローブであって、その際、キャリア（１ａ）は、柔軟に形成されており、２つの互いに対面する表面を有し、少なくともその表面のひとつに最低ひとつの電極 （１ｃ、１ｄ）グループが取り付けられ、その際、電極（１ｃ、１ｄ）は接触面として、少なくともひとつの電極（１ｃ）グループが溝（２ｃ）の最低ひとつの側壁（２ａ）のニューロンと電磁的相互作用を起こすように形成され、このとき、電極（１ｃ、１ｄ）の配置は、少なくともひとつの側壁（２ａ）の形態に適合可能である、脳（２）とデータ処理装置（５）間のデータ伝送プローブ。
【請求項２】
キャリア（１ａ）の両方の表面が平坦に形成されている、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
２つの互いに対面する表面に、第一または第二グループの電極（１ｃ、１ｄ）グループが取り付けられ、その際、第一グループの電極（１ｃ）は、溝（２ｃ）の第一の側壁（２ａ）のニューロンと、第二グループの電極（１ｄ）は、第二の側壁（２ｂ）のニューロンと電磁的相互作用を起こし、このとき、電極（１ｃ、１ｄ）の配置は、第一の側壁（２ａ）または第二の側壁（２ｂ）の形態に適合可能である、請求項１または２に記載のプローブ。
【請求項４】
第一グループ（１ｃ）が導出電極を有し、第二グループが（１ｄ）が刺激電極を有している、請求項１〜３のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項５】
キャリア（１ａ）がポリイミドまたはシリコンから作られている、請求項１〜４のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項６】
電極（１ｃ、１ｄ）が、１平方ｃｍ当たり１〜１，０００の電極コンタクト密度でキャリア（１ａ）に取り付けられている、請求項１〜５のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項７】
電極（１ｃ、１ｄ）が、金、プラチナ、金属合金、導電性プラスチックまたは半導体を有している、請求項１〜６のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかによる少なくともひとつのプローブと評価装置（５）を有し、電極（１、１ｃ、１ｄ）の信号をデータ処理装置（５）で処理可能なニューロン信号に変換するために形成されているか、および／または、データ処理装置（５）の出力信号を電極（１、１ｃ、１ｄ）のための刺激信号に変換するために形成されている、生体の脳（２）とデータ処理装置との間でデータ転送を行うための装置。
【請求項９】
評価装置（５）が、導出電極として入力信号を読み取ることにより、電極（１ｃ）の第一部分を制御し、刺激電極として出力信号を供給することにより、電極（１ｄ）の第二部分を制御するために形成されており、それによって双方向のデータ交換を可能にしている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
評価装置（５）が、追加的に、接続可能なエフェクター（６）のエフェクター制御として形成されており、入力信号を取り入れて、エフェクター（６）用のエフェクター制御信号を計算し、および／または、エフェクター（６）のエフェクター状態信号を取り入れて、刺激信号を算出する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
エフェクターはプロテーゼ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター信号は、プロテーゼ（６）の運動パラメーター（６ｂ１、６ｂ２）に影響を与え、
エフェクター状態信号は、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサー（６ｃ）などその他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、プロテーゼ（６）の動きを制御し、プロテーゼ（６）の動きや周辺に関する直接的な体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
エフェクター（６）は、生体の身体部分であり、
入力信号は、運動皮質のニューロンからの信号および体性感覚皮質のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、運動ニューロンまたは身体部分の筋肉線維に影響し、
エフェクター状態信号は、レセプターまたは身体部分のレセプター・ニューロンからの信号であり、および／または、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、身体部分（６）の動きを制御し、身体部分（６）の動きやその周辺に関して、直接的な体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
エフェクターは、とくにインジケーターを装備したコンピュータ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号であり、また体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、とくにインジケーター上に表示されるコンピュータ（６）の仮想の動きまたは機能に影響し、
評価装置（５）は、仮想の動きまたは機能を取り入れて、エフェクター状態信号を計算する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
入力信号を前処理された入力信号に、および／または、出力信号を刺激信号に増幅および抽出するために形成された増幅装置（４）が準備されている、請求項８〜１３に記載の装置。
【請求項１５】
脳（２）の構造的画像データに基づいて、脳（２）の溝（２ｃ）の構造を決定する、
キャリア（１ａ）を溝（２ｃ）に挿入できるようにするため、特定された構造に従って、キャリア（１ａ）を形成する、
脳の機能的画像データに基づいて、溝（２ｃ）の部分におけるニューロン活動を特定する、
特定されたニューロン活動に従って、著しいニューロン活動のある溝部分に配置することができるようにキャリア（１ａ）の接触面（１ｃ、１ｄ）を取り付ける、
脳（２）および以上の段階を含むデータ処理装置との間のデータ交換プローブの製造方法。
【請求項１６】
機能的画像データは、一連の運動課題を行う場合の、脳（２）のニューロン活動を示しており、運動課題には、とくに観察および動きが含まれている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
キャリア（１ａ）が柔軟性のある材料から製造される、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
その際、双方向のデータ交換のために、電極（１ｃ）の第一部分が、導出電極として入力信号を読み取るために形成されており、電極（１ｄ）の第二部分が、刺激電極として出力信号を供給するために形成されている、請求項１５、１６、または１７に記載の方法。
【請求項１９】
電極（１ｃ、１ｄ）の第一グループ（１ｃ）が、第一側壁（２ｂ）のニューロンと電磁的に接触するため、電極（１ｃ、１ｄ）の第二グループ（１ｄ）が、第二側壁（２ａ）のニューロンと電磁的に接触するため、キャリアに取り付けられている、請求項１５〜１８のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜７によるプローブが、溝の中に挿入されており、その際、
脳（２）のニューロンと電磁的相互作用を介して、活動信号および／またはニューロンの刺激を検知する、
電極（１、１ｃ、１ｄ）からの検知信号をコンピュータ・システム（５）のために処理されたニューロン信号へ変換し、および ／ または、コンピュータ・システム （５） の出力信号から電極（１、１ｃ、１ｄ）のための刺激信号へ変換する、
という段階を有する、データ処理装置（５）と生体の脳（２）とのデータ伝送方法。
【請求項２１】
接続されているエフェクター（６）を制御するために、入力信号を算入して、エフェクター（６）のためのエフェクター制御信号を計算し、および／または、エフェクター（６）のエフェクター状態信号を算入して、刺激信号を計算する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
エフェクターはプロテーゼ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター信号は、プロテーゼ（６）の運動パラメーター（６ｂ１、６ｂ２）に影響を与え、
エフェクター状態信号は、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサー（６ｃ）などその他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、プロテーゼ（６）の動きを制御し、プロテーゼ（６）の動きや周辺に関して、直接的な体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
エフェクター（６）は、生体の身体部分であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、運動ニューロンまたは身体部分の筋肉線維に影響し、
エフェクター状態信号は、レセプターまたは身体部分のレセプター・ニューロンからの信号であり、および／または、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、身体部分（６）の動きを制御し、身体部分（６）の動きやその周辺に関して、直接体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
エフェクターは、とくにインジケーターを装備したコンピュータ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、とくにインジケーター上に表示されるコンピュータ（６）の仮想の動きまたは機能に影響を与え、
評価装置（５）は、仮想の動きまたは機能を算入して、エフェクター状態信号を計算する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
増幅および抽出により、入力信号が前処理された入力信号へ変換され、および／または、出力信号が刺激信号へ変換される、請求項１９〜２２のいずれかひとつに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳とデータ処理装置間のデータ伝送プローブおよびこのプローブの製造方法に関するものである。さらに、本発明は、プローブを有する装置または生体の脳とデータ処理装置間のデータ伝送方法にも関連している。
【背景技術】
【０００２】
生きている動物またはヒトの脳におけるニューロンの活動を測定する場合には、組織を損傷することなく、空間的および時間的に詳しく解析された活動サンプルを得ることが非常に困難である。測定電極を頭蓋骨の外側の頭部表面に残す方法（脳波、ＥＥG）では、より大きな神経集団の活動を測定するには空間分解能が比較的悪い。
【０００３】
脳組織に電極を挿入し、これを導出するニューロンの間近におけば、正確な活動データを得ることができる。しかしながら、電極の挿入によって、神経組織は必然的に損傷を受け、神経接続は破壊される。また、ニューロンのネットワークは極めて複雑であるため、重要な神経機能が制限されるというリスクが伴う。動物を使った研究には、このような損傷はまだ容認できるであろう。しかしながら、治療目的でヒトの脳に用いる場合には、電極によって生じる損傷と治療の有効性とを考慮しなければならないというジレンマがある。
【０００４】
ひとつの解決方法は、電極を神経組織に挿入する代わりに、頭蓋骨に穴をあける必要はあるが、脳表面にのみ取り付ける電極を用いることである。この場合、脳組織自体は傷つかない。しかし、この方法では、測定信号が、外部の脳表面付近の神経集団だけに独占されてしまう。
【０００５】
この方法の欠点は、すでに述べたように、外部表面に直接接していない脳範囲には、部分的にしか届かないことである。従って、頭蓋骨の外側で測定する従来の方法に比べて、用途は広がるものの、依然、限定的でしかない。
【０００６】
ニューロン活動から生じる電圧を測定するニューロン活動の導出以外に、その逆の経路をたどることもまた興味深い。その場合、ニューロンは、電気インパルスによって刺激される。しかし、ここでも同様に、上述のような問題が生じる。すなわち、導出電極と同様に、できるだけ限定的に刺激するためには、刺激電極が該当するニューロンの間近まで達していなければならない。
【０００７】
ニューロン活動の正確な情報が重要な役割を担う適用領域は、近年になって研究されるようになった運動神経補綴学である。これは、器質的な治癒がもはや不可能な麻痺患者を対象としている。こうした患者の場合、随意運動のコントロールに重要な領域である皮質または運動皮質は、少なくとも部分的に正常であるにもかかわらず、筋肉への神経接続が中断されている。このような麻痺の主要原因は、虚血性脳梗塞または脳内出血（「脳卒中」）である。
【０００８】
とくに深刻なケースは、完全な骨格筋の麻痺によって随意運動能が失われた、いわゆる閉じ込め症候群の患者である。このような患者は、完全に意識がある状態で、完全な受動的状態を宣告される。同様に、四肢を失った患者や下半身不随の患者も考えられる。こうした麻痺や障害により、患者は自分の意図する動きが実行できなくなる。
【０００９】
運動神経補綴学は、自分の脳シグナルを使って、プロテーゼを意識的にコントロールして運動能力を生み出したり、回復または向上させたりすることが目的である。そのためには、（ここでは運動野における）ニューロン活動の正確な情報が基本前提となる。しかし、同様に、麻痺した身体部分の感覚信号（たとえば接触など）がもはや脳まで届かないという逆のケースも考えられるだろう。そうした場合、管轄する脳領域（たとえば、体性感覚野）のニューロンの刺激を、中断された体の信号伝達と置き換えることができる。
【００１０】
説明したすべてのケースにおいて、従来の方法は予測の正確性に問題があるか、または、正常な脳組織を損傷するかどちらかであるため、これを使用しても、動物実験の場合は、十分な結果を得られず、ヒトの場合では、治療が制限されるか、または阻害される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の課題は、脳組織の損傷を回避して、数多くのニューロンを正確にとらえることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１によるプローブ、または、請求項９による装置もしくは請求項２３による方法においてこのプローブを使用することにより解決される。発明に基づくプローブの製造方法は、請求項１６に示されている。その際、発明による解決方法は、脳の形態を利用して、測定電極および刺激電極を適合させることを前提としており、逆に、侵襲性の手術を介する測定／刺激により、電極の形状および結果として生じる損傷を組織に強制するという従来の方法とは異なっている。
【００１３】
脳（２）とデータ処理装置（５）との間でデータを伝送するためのプローブは、発明に従って提供される。このプローブは、電極（１ｃ、１ｄ）が取り付けられたキャリア（１ａ）を有しており、これらの電極はニューロン活動の検知および／または刺激伝達のために、脳（２）のニューロンと電磁的な相互作用を起こすことができ、データ処理装置（５）との接続が可能である。この場合、キャリア（１ａ）は、脳（２）の溝（２ｃ）の内部に挿入できるように形成されており、脳（２）の内部表面に適合することができる。また、キャリア（１ａ）は、柔軟性を有し、互いに向き合っている２つの表面があり、その際、少なくとも表面のひとつに最低ひとつの電極グループ（１ｃ、１ｄ）が取り付けられている。この場合、電極（１ｃ、１ｄ）は、接触面として形成され、少なくともひとつの電極グループ（１ｃ）は、溝（２ｃ）の少なくともひとつの側壁（２ａ）のニューロンと電磁的相互作用を起こすことができる。また、電極（１ｃ、１ｄ）の配置は、少なくともひとつの側壁（２ａ）の形態に適合させることが可能である。
【００１４】
また、電極は平坦または点状に形成されている。この方法により、プローブは両側壁のニューロンをとらえ、制御に応じてニューロンを刺激したり、導出したりすることができる。これによって、プローブは、両側壁の極めて多くのニューロンをとらえることを可能にしている。コストが高く、組織の損傷だけを伴う侵襲性の電極や表面電極では、こうしたことは、到底不可能であろう。
【００１５】
この方法の利点は、電極とプローブが脳を傷つけないという点である。それによって、さらに、電極を挿入する手術時の様々なリスクも低減される。同時に、長期間の適合性もよい。これは、キャリアは溝の中に挿入されているため、個々の脳の溝やねじれにぴったりと適合し、密着することができるので、この部分で固定されて、電極がずれることはまったくないからである。従って、隣接するニューロンが常に同じであることから、信号が安定しており、さらに、事故の際など、とりわけ急激な動きによって損傷を引き起こすような鋭いエッジや先端部はまったくない。従来の皮質内移植電極の場合では、そうした損傷は、通常の運動でさえも有効に回避することができない。つまり、この解決方法によって、下記に説明される実施例にとって重要であり、絶対に必要な脳領域、とりわけ皮質領域に達することが可能になる。
【００１６】
有利であるのは、第一および第二側壁のニューロンが異なる脳機能に属している場合である。この場合、溝は２つの機能領域に分かれている。従って、プローブのそれぞれの側から、固有の機能領域を反応させることができる。
【００１７】
さらに有利な形態では、第一側壁のニューロンが運動野に属し、第二側壁のニューロンが体性感覚野に属している場合である。運動野は、典型的な出力領域であり、体性感覚野は、逆に、入力領域である。この形態では、ひとつの同じキャリアが、運動の導出と体性感覚の刺激を担うことが可能である。
【００１８】
優先的に、第一グループは導出電極を有し、第二グループは刺激電極を有する。この配置の場合、導出電極が出力領域に配置され、刺激電極が入力領域に配置されると、極めて有利である。しかしながら、この分割は、必ずしも限定的でなくてもよい。なぜなら、出力領域の刺激または入力領域からの導出もまた重要な場合があるからである。
【００１９】
優先的に、キャリアは、ポリイミドまたはシリコンから製造される。この素材は、加工が容易で、生体適合性があり、長期間安定していることが証明された。
【００２０】
優先的に、電極は、１平方センチ当たり１〜１０００の電極コンタクトという密度で取り付けられている。１平方センチ当たり１０００の電極コンタクトという上限は、適切な技術が用いられ、必要性がある場合には、数を増やすことも当然可能である。これによって、必要なニューロン数に応じて、片方の側における空間分解ともう一方の側における計算複雑性もしくは電極の感度とのバランスを決定することができる。
【００２１】
優先的に、電極は、金、プラチナ、金属合金、導通性のプラスチックまたは半導体から構成されている。とくに、測定と刺激における結果が良く、長期間の安定性と適応性に優れた金属が適している。導通性のプラスチックまたは半導体は、柔軟性のあるキャリアと一緒に、とくに加工しやすい素材である。
【００２２】
発明に基づくプローブを有するデータ転送装置は、有利な場合では、導出電極として入力信号を読み取ることにより、電極の第一部分を制御し、刺激電極として出力信号を供給することにより、電極の第二部分を制御するために形成されており、それによって双方向のデータ交換を可能にしている。そのために、プローブは、２つの方向のひとつで電極を制御する方法が利用される。各電極は、ニューロン活動を測定することも、電気刺激を与えることもできる。制御する場合には、必要に応じて、どちらか一方の役割が電極に割り当てられる。これによって、本装置は、伝送ばかりでなく、それらの両方が可能である。従来の方法であれば、このために、全部使用することが不可能に思われるほど多数の侵襲的電極を用いる必要があるだろう。刺激と導出の異なる機能領域をとらえるだたひとつの表面電極も、同様に考えにくい。というのも、サイズが大きくなり過ぎることを避けるため、その表面電極は少なくとも２つの部分に分ける必要があると思われるからである。当然ながら、このことにより、手術や位置設定および長期の安定性が困難なものになる。
【００２３】
優先的に、評価システムはさらに、接続可能なエフェクターのエフェクター制御としても形成されており、入力信号を取り入れてエフェクターのためにエフェクター制御信号を計算し、および／または、エフェクター状態信号を取り入れて刺激信号を計算する。ニューロンの電磁信号は記録されるばかりでなく、直接エフェクターの制御に使用することができる。逆に、エフェクターは、このような方法で制御されながら、ニューロン活動に影響を及ぼすことができる。
【００２４】
優先的に、本装置は、次のように形成されている。
エフェクターはプロテーゼである。
入力信号は運動野のニューロンからの信号であり、体性感覚野のニューロンのための刺激信号である。
エフェクター制御信号は、プロテーゼの運動パラメーターに影響し、
エフェクター状態信号は、位置パラメーター、運動パラメーターおよび／または圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターである。
それによって、脳は、プロテーゼの動きを制御することができ、プロテーゼの動きやその周辺に関して、直接、生体感覚のフィードバックを受ける。
【００２５】
このようにして、患者は、随意のプロテーゼ制御が可能になるばかりでなく、さらに、感覚のフィードバック、すなわち、代替の身体部分の感覚を取り戻す。
【００２６】
その他に、本装置は、以下のように形成されている。
エフェクターは生体の身体部分である。
入力信号は運動野のニューロンからの信号であり、体性感覚野のニューロンのための刺激信号である。
エフェクター制御信号は、身体部分の運動ニューロンまたは筋肉線維に影響し、
エフェクター状態信号は、レセプターの信号または身体部分のレセプター・ニューロンであり、および／または、位置バラメーター、運動パラメーターおよび ／ または圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターである。
それによって、脳は、身体部分の動きを制御することができ、身体部分の動きやその周辺に関して、直接、生体感覚のフィードバックを受ける。
【００２７】
このようにして、身体部分は、その動きの面でも、感覚の面でも、コントロールを取り戻す。
【００２８】
その他に、本装置は、以下のように形成されている。
エフェクターは、とくにインジケーターを装備したコンピュータである。
入力信号は運動野のニューロンからの信号であり、体性感覚野のニューロンのための刺激信号である。
エフェクター制御信号は、コンピュータにおいて、とくにインジケーター上に表示される仮想の動きまたは機能に影響し、
評価システムは、仮想の動きまたは機能を取り入れて、エフェクター状態信号を計算する。
【００２９】
仮想エフェクターは、その機能性が極めて多様であり、低コストで、制限なく便利に使用可能である。さらに、環境設定が自由に行える上、あらゆる機械的トラブルがないという大きな利点がある。導出信号のクオリティが低い場合でも、なお、非常に有効な機能が作動し、そのフィードバックが伝えられる。
【００３０】
入力信号から前処理された入力信号へ、および／または、出力信号から刺激信号へ増幅・抽出するために形成されている増幅装置が準備されているのが有利である。電極が導出するニューロン信号は、その評価が始められる前に、調整を必要とすることがしばしばある。逆に、ニューロンのために処理可能な性質の刺激信号も当然なければならない。
【００３１】
発明に基づくプローブの製造方法で有利な点は、非侵襲的画像処理評価によって、溝の形状を検出することである。そのための方法として、研究から周知であるのは、コンピュータ・トモグラフィー（ＣＴ）および磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）ならびに機能的磁気共鳴映像法（ｆＭＲＩ）などである。利点としては、実際にプローブを挿入する前に、患者にさらに手術を要求する必要がないこと、もうひとつは、時間的制限がある中で、プローブの挿入中に成形を行わなければならないために、手術が長くなったり、プローブのクオリティが低下したりすることを回避できる点がある。通常では、もちろん画像処理によって形状が明らかにされることにより、極めて正確に適合する形を成形することが可能となる。
【００３２】
優先的に、電極は、内部の形態に適合するようにキャリアに配置されている。それによって、キャリアだけでなく、実際の情報伝達物もまた脳内の必要条件に適合する。このことは、形状においても、また、その他の形態学的必要条件、たとえば、ニューロンの密度または大きさ、ネットワークのレベル、電磁界の強さなどにも当てはまり、これらのものは、電極の配置、電極のサイズ、電極の感度などにおいて模倣される。
【００３３】
製造方法には、上述のプローブ自体の特徴および利点と類似した特徴や利点があり、それらは次に続く下位クレームにおいて例として挙げられているが、最終的なものではない。溝の中に埋め込まれる発明に基づいたプローブを有するデータ伝送方法もまた、その他の類似の特徴や利点をもっているが、下位クレームに記述されているそうした特徴や利点は例であって、最終的なものではない。
【実施例】
【００３４】
ヒトの大脳皮質は、強くねじ曲げられた形状をもち、溝（皺）は、個々の脳回を互いに分けている。医療的適用がまずヒトに焦点が当てられることを強調するのは、もっともである。しかし、本発明はヒトの脳に制限されず、脳が皺脳の形態を有している動物であれば（つまり、溝と脳回によって形成されている）、どの動物にでも適用可能である。このことは、治療目的だけでなく、ニューロン研究の目的にも利用できる。
【００３５】
図１ａ〜１ｃは、発明の使用実施形態を示し、脳について上から見た図と断面図でその配置を示している。マルチ電極１は、柔軟性あるいは弾性をもつ素材から作られたキャリア１ａとともに溝２ｃのなかに埋め込まれ、この溝は、隣り合う脳回２ａ、２bの２つの側面によって区切られている。従って、マルチ電極１は、脳表面の形に適合させることが可能であるか、もしくは、自然に適合することができる皮質形の電極である。
【００３６】
従って、キャリア１ａの形状は脳回の表面に正確に適合しているため、ぴったりと密着することができる。安定性の理由から、キャリア１ａは溝２ｃの底まで挿入することが推奨される。しかし、キャリア１ａの高さが十分に届かないような、高い側面に接触させなければならない場合には、必ずしも底まで達していなくともよい。キャリア１ａの素材としては、適合性、加工し易さおよび傷つき難いという理由から、ポリイミドまたはシリコンが提供される。しかし、必要な柔軟性と生体適合性を有していれば、他の素材も該当する。さらに、当然、この素材は非導電性でなければならない。また、例えば、簡単に切り取って形が整えられるなど、キャリアに個々の形を与えることが容易にできなければならない。最後に、このキャリアは、弾性があり、ｃｍ以下の十分な薄さが必要である。組織を傷つけないように、キャリアのエッジは丸く削られている。
【００３７】
キャリアには、電極１ｃ、１ｄ列が取り付けられており、ケーブル１bと接続され、このケーブルを介して、信号が外部へ送られたり、外部から信号が送り込まれたりする。キャリア１ａに取り付けられた電極１ｃ、１ｄおよびケーブル接続の詳しい構造は、後の部分で詳細に説明する。キャリア１ａが密着構造であるため、その表面に配置されている電極１ｃ、１ｄは、脳表面２ａ、２bに直接接触し、隣接する脳組織２ａ、２bのニューロンとの電磁的相互作用が生じやすい。一般に、脳組織２ａ、２bは、電流によってひとつの信号方向に刺激され、別の方向で電圧によってその活動が測定される。しかし、このことは、本発明がそれだけに制限されていることを意味するものではない。本発明には、電圧によって刺激し、電流によって測定することや、任意の電気的または電磁的大きさを測定したり、影響を与えたりすることも含まれる。重要なことは、各電極１ｃ、１ｄが、制御に応じてニューロン活動を測定し、電磁的刺激によってニューロンを刺激することが可能であるということである。
【００３８】
プローブの特殊な形態は、一次体性感覚野２ａと一次運動野２bとの間にある中心溝２ｃに特定されている。この場合、電極１ｃ、１ｄの役割は分担されており、一次運動野２bの表面と接触する電極１ｃが測定電極または導出電極１ｃとして制御され、一方、体性感覚野２ａの表面と接触する電極１ｄは刺激電極１ｄとして制御される。この割り当ては、正常な脳においては、主に入力情報を処理する体性感覚野２ａの役割に当てはまり、一方、一次運動野２bは、運動計画および実行を担っており、そのため、機能的に見た場合には、出力信号を下流の脳脊髄に伝達する。電極１ｃ、１ｄをこのように厳密に割り当てるのではなく、別の割り当てにして、例えば、一次運動野２bで刺激することも当然考えられる。例えば、刺激によって、一次運動野２bの機能的ニューロン活動サンプルを引き出したり、テストしたり、補助または増強したりすることも考えられるだろう。このことは、制御および適用の問題でもあり、本発明は、記述したような厳密な割り当てに制限されない。
【００３９】
体性感覚野２ａおよび一次運動野２bでの使用は、重要な適用例として、とくに入念に説明されるが、本発明は、これに制限されるものではない。原則的に発明に基づくプローブは、それぞれの溝に適合し、弓形の電極は、脳回にも適合することができるため、ひとつの溝から隣り合う溝に達することが可能となる。このケースは、ひとつの溝にキャリアが挿入されている図１bに類似する図１ｃの断面図に示されている。
【００４０】
キャリア１ａが挿入される手術では、特別な術前診断とオペレーション計画が必要である。もっとも重要な視点は、移植の正確な目標領域を決定することである。ヒトの脳は個々に神経解剖学的多様性が大きいため、このことを先験的に確定することはできない。あらかじめ個々に場所を決定しないで、挿入を希望するような場合しか例外とならないだろう。一般的な脳マッピングが知られているので、特定の機能領域がどこにあるかは分かる。さらに、運動野および体性感覚野の特別なマッピング例においては、人体が局部的に模写され、個々の身体部分が別個の皮質領域に位置的に割り当てられている。しかし、個々の患者に対しては、この程度の予備知識ではまだ不十分である。
【００４１】
従って、術前にはｆＭＲＩを使用して、個々の患者に対する目標領域の正確な位置特定を行う。ここでは、患者がエフェクターの制御を行ったり、イメージしたり、観察したりする間に、脳の部位特異的な活性化が測定され、位置的に高い正確性をもって、移植場所を確定することができる。位置特定を向上させるため、その後に続いて、ソース再構成を伴う脳波測定が、同様の運動パラダイム（エフェクター制御の試行、イメージまたは観察）の間に実行される。
【００４２】
解剖学的なＭＲＩ画像を用いて、溝２ｃの三次元構造が測定され、これを使用して、溝の隙間または内部空間にぴったりと適合し、移植後も頭部の動きに対して安定的であり、側壁２ａ、２bと良好に接触するように、キャリア１ａの形が整えられる。ある程度の許容誤差は、脳組織柔軟性によって与えられる。
【００４３】
もちろん、こうした経費のかかる前段階を経ずにキャリア１ａを挿入することは、自由裁量に任されている。このことは、動物実験においても、また、患者の場合にはなおさら、到底最適な方法とは言えないであろう。本発明は、しかし、これをまったく除外するものではない。キャリア１ａの形状がある程度適合していることは不可欠であるが、それが、キャリアを挿入する個人の測定結果に基づいている必要はなく、例えば、見込みや理論的予想または経験データに基づくこともできる。
【００４４】
次に、図２ａ、２bに関して、キャリア１ａの形状および電極１ｃ、１ｄの配置ならびに接続について説明する。この場合、図２ａはキャリア１ａの表側、図２bは裏側を示している。これらの図は、キャリア１ａの一方の表面が刺激される脳領域と接続し、もう一方の表面が測定される脳領域と接続されている実施例に関連している。しかし、電極１ｃ、１ｄがその他の配置と接続をとる場合には、本発明はこれに限定されない。
【００４５】
キャリア１ａは、ほぼ長方形を示しており、この形で使用できる場合がしばしばある。キャリアは、例えば、一枚または二重のシート・フォイルとして設計することができる。しかし、溝２ｃに適合する実施形態では、キャリアの材料が、溝２ｃの面の形状になるように形成されている。その際、その形状で注意しなければならないことは、溝２ｃが極めて薄いキャリア１bしか許容しないことである。
【００４６】
通常、キャリア１ａは、柔軟な素材から作られている。キャリア１ａの原型があらかじめ適切に作られており、溝２ｃへの挿入が困難にならない場合には、他の素材も考慮することができる。いずれにしても、素材は生体適合性が必要であり、長期間の使用でもなるべく脳組織に影響しないようにしなくてはならない。そのために、ポリイミドやシリコンは、適切なキャリアの材料であるが、本発明は、この素材に限定されるものではない。
【００４７】
電極１ｃ、１ｄは、接触ポイントまたは接触面としてマトリックス形に配置されている。接触ポイントまたは接触面をもつキャリア１ａの表面は、本質的に平坦に形成されている。キャリア１b内部の回路１ｅは、各電極１ｃ、１ｄと個々につながり、それぞれの回路は重なることなく信号交換用のケーブル１bと接続している。ケーブル１bは、少なくとも２つの部分に分かれており、その際、測定ケーブル１b１は、測定電極１ｃの信号を外へ伝送し、刺激ケーブル１b２は、刺激電極用の信号を伝送する。また、ひとつの部分からなるケーブル１bも考えられ、その場合、測定データの外への伝送と内部への刺激データの伝送とで、それぞれの時間帯に分けてケーブルを使用する。専門家は、このような回路１ｅの製造方法とその配置方法に関する知識がある。
【００４８】
電極も様々な素材から製造することができる。主なものは、金、プラチナ、金属合金または導通性のあるプラスチックならびに半導体である。キャリア１ａは、１ｃｍより小さいサイズから１０ｃｍより大きなサイズまで採用することができる。電極コンタクトは、１平方センチ当たり１つの電極コンタクトから１０，０００以上の電極コンタクトまで、典型的な密度で取り付けられている。高密度の電極コンタクトでは、信号分解が向上するが、当然、電極１ｃ、１ｄの製造コストばかりでなく、増幅時間や制御の計算時間も増加する。
【００４９】
もちろん、必要に応じて、ここに示したような相互にずれた列の配置とは異なる配置にすることができる。表面の点は、どのような配置も可能である。例えば、１bおよび１ｃに示されているように、電極の両方のグループは、必ずしもキャリア１を通る切断面に対して左右対称に配置されなくてもよい。むしろ、一方の表面の電極を、もう一方の表面の電極に対しずらして配置したり、ｆＭＲＩの分析結果に応じて、異なる任意の配置にしたりすることもできる。また、キャリア１ａの表面は、図１ｃに示されているように、完全または部分的に電極がない状態にすることも可能である。
【００５０】
このキャリアが、侵襲性の電極とは反対に組織を損傷しないことは、とくに有利な点である。それによって、信号はさらに長期間安定して検知される。というのも、脳組織に侵入する電極は、局部の組織破壊を引き起こし、局部のニューロン活動の消滅につながるからである。また、適用に応じて、電極１ｃ、１ｄ付きキャリア１ａは、非常に小さくすることもできる（１ｃm以下）。この場合、患者にキャリア１ａを挿入する手術は、非常に少ないコストで行うことが可能であり、患者への負荷も極めて少ない。
【００５１】
図３は、キャリアの断面図（側面の形状）を示している。キャリアが２つの平坦な表面を有していることが分かる。
【００５２】
図４は、キャリア１ａの透視図である。プローブは、以下に説明されている技術行程によって製造―すなわち患者の脳に個別に調整される。
【００５３】
構造的な画像化方式を用いることによって、大脳皮質の正確な構造に関する情報が得られる。そのために、主としてＭＲＩのＴ１強調画像が用いられる。これは、電離放射線による負荷なしに、画像が得られるためである。さらに、機能の画像化方式によって、意図した動きを制御する脳領域の位置に関する情報を得ることができる。この場合、特殊な機能ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）法は、空間分解能がすぐれていることから、有利である。
【００５４】
構造および／または機能の画像化情報を利用して、移植する電極の以下の特徴を、できるだけ正確に個々の患者の脳に適合させる（図１０も参照）。
プローブの大きさ
プローブの形
プローブのキャリア１ａの各接触面の配置
移植プローブの総数
皮質上のプローブ位置
【００５５】
主として、解像度１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍまたはそれ以上に高い脳の構造画像データが基本である。さらに、機能画像データは、運動課題のテスト・バッテリーの間に撮影される。テスト・バッテリーは、ＢＭＩによって最終的に制御されるべき自然の運動課題レパートリーをできるだけ多く見出すことができる。
【００５６】
発明による製造方法は、以下の段階で行われる。
【００５７】
構造画像データが評価され、溝の構造が確定する（段階１０１０）。
【００５８】
機能画像データは、とくに以下の幾つかの段階または全段階とともに、溝のニューロン活動を確定するために用いられる。すなわち、測定中の頭部運動作用の修正、アーチフェクトの処理、標準脳座標系での標準化、空間フィルタリング、時間フィルタリング、パラメーター方式または非パラメーター方式に基づく静的評価である。
【００５９】
様々な運動課題の間に結果として生じる活動データから、さらに（オプションで）構造データを追加的に用いることによって、運動情報がもっとも多いと思われる脳領域が確定される。適切なアルゴリズムによって、できるだけ少ない移植プローブ数と移植プローブ総面積で、できるだけ高い運動情報を取り次ぐ最適な移植計画が立てられる。この段階において、上述のすべてのパラメーターを取り入れることが可能である。それぞれのキャリアのパラメーターに関するデータは、移植するキャリアを個別に作成するために使用される（段階１０３０を参照）。
【００６０】
段階１０１０および１０２０の結果に応じてキャリア１aが位置する溝の部分において、重要なニューロン活動の箇所に該当するように、接触面がキャリア１aの上に位置決めされる（段階１０４０）。
【００６１】
本製造方法により、特殊な構造と特別に配置されたコンタクト・ポイントとを有するキャリア１aの付いたプローブが提供される。
【００６２】
神経外科的側面において、必要な場合には、これまでの段階において最適化された移植データがニューロ・ナビゲーション装置に伝送され、脳内におけるプローブの位置決めがコンピュータを使って行われる。
【００６３】
図５は、大脳２で実施された発明の実施形態の概要図と有利な周辺装置を示している。ニューロ活動または刺激を導出するマルチ電極１は、前述のように患者の頭蓋骨内にある溝の中に挿入されている。マルチ電極１は、ニューロン活動を測定し、それを後述する信号インターフェース３を介し、電磁的入力信号として増幅装置４に転送する。この増幅装置は、主として多チャンネル増幅装置として形成されている。増幅装置４には、増幅に加え、ハイ・パス・フィルター、ロー・パス・フィルターまたは帯域通過フィルターが使用される（例えば、ＳａｖｉＴｚｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルター、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈフィルター、Ｃｈｅｂｙｃｈｅｖフィルター）。リアル・タイム伝送のためには、高い時間解像度が有利であり、２００Ｈｚ以上の抽出率が理想的であるが、それより低い値も除外されない。
【００６４】
増幅装置は、電磁的入力信号を増幅・抽出し、そのように処理された信号をリアル・タイムで、信号処理のための評価チップやコンピュータ、または同様のシステム５に転送する。発明のひとつの実施形態では、これによって、目標はすでに達成されている。すなわち、ニューロン活動は測定され、希望どおりシステム５においてこれを分析することができる。
【００６５】
その他の発明の実施形態では、システム５で刺激信号を発生させ、それが増幅装置４と信号インターフェース３を介してマルチ電極１に供給され、そこで個々の電極１ｄが適切な刺激インパルスを与える。
【００６６】
さらに、別の実施形態では、システム５がエフェクター制御信号をエフェクター６に伝送し、逆にエフェクター６は、エフェクター状態信号をフィードバックすることができる。
【００６７】
選択されたコンポーネントのその他の組み合わせも可能であることを強調するのは、重要である。エフェクターを制御するための接続は双方向性に設計することができるが、エフェクターは、一方向性にアクションだけを指示されたり、一方的に（単純なセンサーとして）状態信号のみを送ったりすることも可能である。同様に、システム５とマルチ電極１との間の接続も、適用に応じて、双方向性または一方向性であってもよい。しかし、双方向の接続の方が優先的であり、これは、発明に基づく溝２ｃ内でのマルチ電極１の配置が、双方向に利用し得るからである。
【００６８】
マルチ電極１が様々な脳領域に挿入されるという多様な適用バリエーションを代表して、体性感覚野２ａと一次運動野２bとの間の中心溝２ｃにおける使用方法を次に説明する。このことは、決して限定的な意味ではない。本発明は、任意の他の脳領域を刺激および／または導出する方法も含んでいる。
【００６９】
エフェクター６には、主として３つのグループが考えられる。すなわち、ロボットやロボット・アームまたはプロテーゼのような機械的装置、自分の身体部分、あるいはコンピュータ、移動式無線装置、家電製品など、コンピュータの仮想コマンドによって制御される電気的装置である。
【００７０】
身体部分を人工的に模造したプロテーゼの第一のケースは、図６に示されている手のプロテーゼを使って、以下でさらに詳しく説明する。もちろん、どのような種類のプロテーゼも制御可能であり、第三の腕や足のプロテーゼなど、奇妙な印象を与えるプロテーゼの制御なども考えられる。
【００７１】
エフェクター入力ケーブル６ａ１を介して、エフェクター制御信号は、システム５からエフェクター６に伝送される。
【００７２】
プロテーゼは、手を回すための回転システム６b１を有している。回転シテステム６b１のモータ・コントロールが、エフェクター制御信号に応じて、プロテーゼを回転させる。その他に、このプロテーゼは、モータおよびコントロール付き捕捉システム６b２を有し、このシステムが、エフェクター制御信号に従って、手指の開閉運動を行う。言及しなければならないのは、ニューロン・データからのすべての制御を詳細に伝達するのではないということである。その代わり、システム５が意図された運動のみを予測することができれば、当然、必要な個々の段階を確定することが可能であろう。
【００７３】
脳への機能フィードバックを行うために、指の部分には圧力センサー６ｃが取り付けられている。センサーの測定したエフェクター状態信号は、エフェクター出力ケーブル６ａ２を介してシステム５にフィードバックされる。最後に、プロテーゼはヒトの手の外観と同じようなカバーが取り付けられる。ここでは、手のプロテーゼは開閉だけに限定されず、本発明において技術的に進歩したプロテーゼにより、複雑な動きを行うことも可能である。
【００７４】
さらに、この方法で腕および手のプロテーゼを用いることにより、全体的な腕および／または手の自然な動きが可能となり、さらに運動センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、適切なセンサーを用いて、腕の状態感覚（または固有受容感覚、すなわち、目を閉じた状態でも腕の状態が分かること）や接触感覚、熱感覚などを再構築することが可能となる。
【００７５】
とくに重要な第二グループのエフェクター６では、脳と身体部分のニューロン接続だけが中断されている場合に、機能的電気刺激によって、自分の身体部分がエフェクター６として制御される。この場合は、身体部分の正常な神経細胞が刺激されるか、あるいは筋肉線維が直接刺激されるか、そのどちらかである。同様にフィードバックは、まだ正常を保っている身体の圧受容器、伸張受容器などのセレプターを介して、あるいは、プロテーゼ制御の部分で説明したように、補助センサーを使って複合的に行うことができる。同様に、（わずかに）運動能力が依然として残されているような部分的麻痺の場合にも、モータで動く機械的装置によって、これらの残された動きを補助することが考えられる。
【００７６】
第三グループの「仮想」エフェクター６は、とくに規模が大きい。これによって、コンピュータのカーソルまたはメニュー選択、また、照明のスイッチ・オン、エマージェンシー・コールの送信なども操作することができる。想定されるフィードバックは、列の最後やページの終りでのカーソルのストップまたはあらゆる種類のエラー・メッセージであろう。
【００７７】
とくに興味深いのは、仮想プロテーゼの制御である。この場合、身体部分は、三次元的に画面に表示され、患者または被験者のニューロン活動によって制御される。仮想環境との相互作用により、プロテーゼが衝突したり、過熱したりすることもあり得る。こうした出来事は、ニューロン刺激によりフィードバックされる。それによって、プロテーゼは訓練され、キャリブレーションが行われる。刺激またはエフェクターのモニタリングによるフィードバックは、物理的なプロテーゼのキャリブレーションと同様に、仮想プロテーゼのキャリブレーションにも有効であり、ニューロン活動の学習および適合能力（ニューロンの柔軟性）により、コントロールをかなり向上させることができる。
【００７８】
このような制御データおよび刺激データを、コンピュータ処理の可能な形で使用すれば、インターネットや類似のネットワークにより、空間的な距離はもはや考慮されない。従って、制御するエフェクターは、これを制御している個人のすぐ近くにある必要がなく、また、直接、空間的に接続される必要もない。こうすれば、実際には別の場所にあるプロテーゼやロボットを仮想上で表示および制御することが可能となるであろう。医学への応用では、外科医の遠隔手術があり、軍隊においては、危険な場所に人間を送り込むことなく、ロボットを正確に制御することが可能である。あるいは、汚染地域や核施設、深海、宇宙といった人間の入り込めない場所での使用が考えられる。頭蓋骨への手術および介入を、このようなことに用いるというのは、一見すると、尋常なことではないように思われるかもしれない。しかし、本発明に基づく、柔軟で適応性のあるマルチ電極１によって、その受容はかなり高められている。すでに、今日では、ディスコへの入場といったありきたりなことを行うために、腕にチップが移植されている。従って、将来的には、重篤な病気がなくても、そのリスクを承知で、マルチ電極１の挿入を行うこともあり得るだろう。
【００７９】
図７は、信号インターフェース３の優先的な実施形態である。方法としては、選択的に、これまで神経外科的診断において標準的に使用されてきたケーブルによるデータ転送を行うこともできるだろう。しかしながら、身体表面に長期間ケーブルを接続することは感染のリスクを高め、外見的な面でも実用的な面でも魅力がない。ここに説明されている実施形態では、電極と増幅装置との間の信号伝送は、経皮的ケーブル接続なしに、誘導エネルギー伝送により行われる。
【００８０】
無線の信号伝送システム３は、皮膚表面３ａの上部と下部の２つに分割されている。体の外にある外部送受信ユニット（ここでは、皮膚表面３ａの上部に示されている）は、代表してコイル３bのみが示されている。この外部送受信ユニットが、データだけを増幅装置４またはデータ処理システム５に無線または直接のケーブル接続で送るか、または、増幅装置４および／またはデータ処理システム５自体を、頭蓋骨表面に取り付ける移動式チップの中に部分的または完全に含めるかどうかは、本質的に使用の複雑性の問題である。今のところ、小型の送受信ユニットは、ほとんど任意の距離から（移動無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷＬＡＮ）、外部の増幅装置４またはデータ処理システム５に対して、技術的には何の問題もなく送受信が可能である。
【００８１】
言及した伝送方法は、エフェクター６とのデータ交換にも利用することができる。麻痺した身体部分を制御する場合、ここで説明したものと同じような、もうひとつの２分割の信号伝送インターフェースをそれぞれの身体部分に挿入することができる。外部送受信ユニットは簡単にアクセス可能であるため、新たに手術を行わなくても、先進技術に対応させることができ、交換も可能である。
【００８２】
皮膚表面３ａの下部には、外部送受信ユニットに対応するものとして、内部送受信ユニットである多機能チップ３ｃが挿入されている。この多機能チップ３ｃは、受信ユニット３ｃ１、送信ユニット３ｃ２およびオプションでバッテリー・ユニット３ｃ３を有している。信号は、ケーブル１bを介して、キャリア１ａの電極１ｃ、１ｄから受信ユニット３ｃ１へ送られ、また、送信ユニット３ｃ２からキャリア１ａの電極１ｃ、１ｄへ送られる。
【００８３】
作動中、外部の送受信ユニットのコイル３bは、エネルギーと刺激信号を誘導的に高周波信号によって受信ユニット３ｃ１に伝送する。多機能チップ３ｃは、通信技術において周知の方法で、変調された刺激信号を特定し、ケーブル１bを介して、これらの信号をキャリア１ａの電極１ｄへ転送する。多機能チップ３ｃのコントロール・ユニットによる必要な算術操作のためのエネルギーは、高周波信号から受け取る。あるいは、バッテリー３ｃ３もしくは高周波信号によって誘導的にアキュムレータに充電することができる。そのため、エネルギー供給はインターフェースの伝送から時間的に切り離されている。この場合、もちろん、充電信号と刺激信号との間は、時間枠または周波数帯の分離などによって、分けられなければならない。
【００８４】
逆に測定電極１ｃの信号は、ケーブル１bを介して送信ユニット３ｃ２に伝送され、そこで、優先的にＭＩＣＳ（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｂａｎｄ）の４０２〜４０５ＭＨｚの信号帯域において、コイル３bまたは受信用に設計された、代表で表示されているコイル３bの類似物に伝送される。
【００８５】
これまで、伝送インターフェースは、送信ユニット３ｃ２の送信性能が外部送受信ユニットのコイル３bまでしか達しないように説明されてきた。選択的に、送信ユニット３ｃ２は、可能な場合、頭蓋骨表面にない増幅装置４に直接送信することもできる。この場合、多機能チップ３ｃのエネルギー供給は、長寿命バッテリー（現時点の技術では十分ではない）か、前述の方法で誘導により充電することによって、確実に行うことができる。
【００８６】
図８は、ニューロン信号からエフェクター制御信号への変換図例を示している。左側には、３つの電極１ｃの電圧経過例が示されている。これらの電圧信号は、まず、入力信号として増幅装置４で増幅され、抽出される。抽出機能は、システム５に移すこともできる。抽出方法の例として（詳細は、増幅装置４との関連で説明されている）、圧力信号を帯域通過で抽出し、その後、小さな時間枠によって平均化し、短い時間枠で区分けする。次に、数学的方法で活動が評価され、典型的な場合では、（１） 信号の前処理、または、ａ）フィルタリング（例えば、ロー・パスまたは帯域通過）、b）時間・周波数分析（例えば、フーリエ変換またはＭｕｌｔｉ−Ｔａｐｅｒｉｎｇ）および／またはｃ）時間枠での区分けおよび平均化；（２）前処理した信号の解読または判別分析（線形、正方形または正則化）あるいはサポート・ベクター・マシン（線形または放射基底関数）によって評価される。とくに、継続的な動きの解読には、いわゆる判別分析およびサポート・ベクター・マシン以外に、例えば、線形フィルターやカルマン・フィルターが使用され得る。
【００８７】
右側に示されているエフェクター制御信号がその結果である。この際、ここに例として示されているのは、２つのエフェクター装置（２つのモータ）、および、回転速度に応じてそれらに加えられる出力である。
【００８８】
もちろん、すべてを評価することは容易なことではない。しかし、常に新しいことが加わり、現在あるものが改良され、開発されたとしても、専門家は、それに対応する方法を知っている。また、システム５を使用する前にトレーニングの期間が設けられるべきであり、その間に、患者は、システム１〜６の取り扱いについて学習し、逆に、システム５はキャリブレーションされる。
【００８９】
図９は、逆のデータ経路であり、エフェクターのフィードバック・データから電極の刺激信号への変換図例を示している。左には、様々な圧力センサーおよびモータの作動強度が時間を追って記録されている。この作動強度は、エフェクター状態信号としてシステム５に伝送される。そこで、持続的（Ｔｏｎｉｃ）な圧力信号またはモータ作動が相動的-持続的（ｐｈａｓｉｃ−ｔｏｎｉｃ）に高周波の刺激信号に変換される。これらの刺激信号は、圧力の時間経過として右側に示されているように、それぞれ、ひとつまたは複数の電極へ伝達され、この電極が、キャリア１aの適切な挿入によって、その電極に隣り合う刺激に対応するニューロンと電磁的相互作用を生じるか、またはこれらのニューロンを刺激する。このシステムをキャリブレーションする場合は、患者の協力を得て、様々なグループの電極を介して刺激される際に受ける感覚を表現してもらうことが有効である。すでに測定信号の変換との関連で説明したように、ここでも、常に改良されることによって発達し続ける。
【００９０】
引き続き、発明の利点について、再度短くまとめて説明する。
【００９１】
ヒト大脳皮質の多くの領域は、表面ではなく、皺や溝の中に曲げられている。その形態に合った電極であれば、組織を押しのけることなく、挿入することができる。このことは、体性感覚野および運動野における優先的な実施形態にとって、とくに重要である。なぜなら、一次運動野の大部分（ここは、随意運動を実行する場合の中心的役割を果たし、そのニューロンによる動きのコーディングが主に研究されている）が、いわゆる「中心溝」にねじ曲げられているからである。従って、この方法により、個々の脳回の奥にねじ曲げられている皮質部分（意識的な手および腕の動きを制御する重要な部分である、いわゆるブロードマンの脳地図４を含む）に達することか可能となる。
【００９２】
ここに移植される電極は、さらに、一次体性感覚野（固有感覚信号を受信、処理し、それによって動きの感知に働く）が運動野のちょうど反対側にあり、それも同じ対部位配置である（つまり、例えば手などの動きの実行を管轄する領域の反対側に、おそらく調整を伴って、手の動きの適切な感知を担う領域がある）、という利点を有する。
【００９３】
この溝内に移植された電極によって制御される運動プロテーゼは、さらに、同じ電極を介して、センサーのフィードバックが可能となる。それによって、簡単で、適合性があり、患者の負担が非常に少ない方法で、さらに双方向のコミュニケーションも可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
次に、さらなる特徴および利点に関して、添付の図を用い、本発明を詳細に説明する。図は以下のとおりである。
【図１ａ】脳に埋め込まれた発明の実施形態を上から見た図
【図１ｂ】図１ａの点線に沿って切断した、図１ａの実施形態の断面図
【図１ｃ】発明の選択的実施形態の断面図
【図２ａ】図１による実施形態の前方キャリア表面および電極の側面図
【図２ｂ】図１による実施形態の後方キャリア表面および電極の側面図
【図３】図２によるキャリアの断面図
【図４】キャリアの透視図
【図５】埋め込まれた発明の実施形態の概要図および有利となる周辺装置
【図６】発明のひとつの形態によって制御することのできるエフェクター例としての手のプロテーゼを示した図
【図７】発明の実施形態のための信号伝達インターフェース概要図
【図８】エフェクターのための制御信号におけるニューロン信号データの変換図の例
【図９】電極のための刺激信号におけるエフェクターのフィードバック・データの変換図例
【図１０】発明に基づく製造方法のチャート
【００９５】
図の番号の説明
１  マルチ電極
１ａ  キャリア
１ｂ  ケーブル
１ｃ  （導出）電極
１ｄ  （刺激）電極
１ｅ  回路
２  大脳／皮質
２ａ  体性感覚野
２ｂ  一時運動野
３  信号インターフェース
３ａ  皮膚表面
３ｂ  外部送受信ユニットのコイル
３ｃ  多機能チップ
３ｃ１  受信ユニット
３ｃ２  送信ユニット
４  増幅装置
５  評価および中央制御システム
６  エフェクター
６ａ１  エフェクター入力ケーブル
６ａ２  エフェクター出力ケーブル
６ｂ１  回転システム
６ｂ２  捕捉システム
６ｃ  圧力センサー
６ｄ  カバー
【図１ａ】
2009527303.tif 000003
【図１ｂ】
2009527303.tif 000004
【図１ｃ】
2009527303.tif 000005
【図２ａ】
2009527303.tif 000006
【図２ｂ】
2009527303.tif 000007
【図３】
2009527303.tif 000008
【図４】
2009527303.tif 000009
【図５】
2009527303.tif 000010
【図６】
2009527303.tif 000011
【図７】
2009527303.tif 000012
【図８】
2009527303.tif 000013
【図９】
2009527303.tif 000014
【図１０】
2009527303.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月24日(2007.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブが、電極（１ｃ、１ｄ）の取り付けられたキャリア（１ａ）を有し、これらの電極は、脳（２）のニューロンとの電磁的相互作用によって、ニューロン活動の検知および／または刺激の伝送を行い、データ処理装置（５）と接続可能であり、その際、キャリア（１ａ）は、これを脳（２）の溝（２ｃ）の内部空間へ挿入できるように、その形状を脳（２）の内部表面に適合させることができる、脳（２）とデータ処理装置（５）間のデータ伝送プローブであって、その際、キャリア（１ａ）は、柔軟に形成されており、２つの互いに対面する表面を有し、少なくともその表面のひとつに最低ひとつの電極 （１ｃ、１ｄ）グループが取り付けられ、その際、電極（１ｃ、１ｄ）は接触面として、少なくともひとつの電極（１ｃ）グループが溝（２ｃ）の最低ひとつの側壁（２ａ）のニューロンと電磁的相互作用を起こすように形成され、このとき、電極（１ｃ、１ｄ）の配置は、少なくともひとつの側壁（２ａ）の形態に適合可能である、脳（２）とデータ処理装置（５）間のデータ伝送プローブ。
【請求項２】
キャリア（１ａ）の両方の表面が平坦に形成されている、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
２つの互いに対面する表面に、第一または第二グループの電極（１ｃ、１ｄ）グループが取り付けられ、その際、第一グループの電極（１ｃ）は、溝（２ｃ）の第一の側壁（２ａ）のニューロンと、第二グループの電極（１ｄ）は、第二の側壁（２ｂ）のニューロンと電磁的相互作用を起こし、このとき、電極（１ｃ、１ｄ）の配置は、第一の側壁（２ａ）または第二の側壁（２ｂ）の形態に適合可能である、請求項１または２に記載のプローブ。
【請求項４】
第一グループ（１ｃ）が導出電極を有し、第二グループが（１ｄ）が刺激電極を有している、請求項１〜３のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項５】
キャリア（１ａ）がポリイミドまたはシリコンから作られている、請求項１〜４のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項６】
電極（１ｃ、１ｄ）が、１平方ｃｍ当たり１〜１，０００の電極コンタクト密度でキャリア（１ａ）に取り付けられている、請求項１〜５のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項７】
電極（１ｃ、１ｄ）が、金、プラチナ、金属合金、導電性プラスチックまたは半導体を有している、請求項１〜６のいずれかひとつに記載のプローブ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかによる少なくともひとつのプローブと評価装置（５）を有し、電極（１、１ｃ、１ｄ）の信号をデータ処理装置（５）で処理可能なニューロン信号に変換するために形成されているか、および／または、データ処理装置（５）の出力信号を電極（１、１ｃ、１ｄ）のための刺激信号に変換するために形成されている、生体の脳（２）とデータ処理装置との間でデータ転送を行うための装置。
【請求項９】
評価装置（５）が、導出電極として入力信号を読み取ることにより、電極（１ｃ）の第一部分を制御し、刺激電極として出力信号を供給することにより、電極（１ｄ）の第二部分を制御するために形成されており、それによって双方向のデータ交換を可能にしている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
評価装置（５）が、追加的に、接続可能なエフェクター（６）のエフェクター制御として形成されており、入力信号を取り入れて、エフェクター（６）用のエフェクター制御信号を計算し、および／または、エフェクター（６）のエフェクター状態信号を取り入れて、刺激信号を算出する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
エフェクターはプロテーゼ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター信号は、プロテーゼ（６）の運動パラメーター（６ｂ１、６ｂ２）に影響を与え、
エフェクター状態信号は、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサー（６ｃ）などその他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、プロテーゼ（６）の動きを制御し、プロテーゼ（６）の動きや周辺に関する直接的な体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
エフェクター （６） は、生体の身体部分であり、
入力信号は、運動皮質のニューロンからの信号および体性感覚皮質のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、運動ニューロンまたは身体部分の筋肉線維に影響し、
エフェクター状態信号は、レセプターまたは身体部分のレセプター・ニューロンからの信号であり、および／または、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、身体部分（６）の動きを制御し、身体部分（６）の動きやその周辺に関して、直接的な体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
エフェクターは、とくにインジケーターを装備したコンピュータ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号であり、また体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、とくにインジケーター上に表示されるコンピュータ（６）の仮想の動きまたは機能に影響し、
評価装置（５）は、仮想の動きまたは機能を取り入れて、エフェクター状態信号を計算する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
入力信号を前処理された入力信号に、および／または、出力信号を刺激信号に増幅および抽出するために形成された増幅装置（４）が準備されている、請求項８〜１３に記載の装置。
【請求項１５】
キャリア（１ａ）を溝（２ｃ）に挿入できるようにするため、特定された構造に従って、キャリア（１ａ）を形成する、
脳の機能的画像データに基づいて、溝（２ｃ）の部分におけるニューロン活動を特定する、
特定されたニューロン活動に従って、キャリア（１ａ）の接触面（１ｃ、１ｄ）を、著しいニューロン活動のある溝部分に配置することができるようにキャリア（１ａ）の接触面（１ｃ、１ｄ）を取り付ける、
脳（２）および以上の段階を含むデータ処理装置との間のデータ交換プローブの製造方法。
【請求項１６】
機能的画像データは、一連の運動課題を行う場合の、脳（２）のニューロン活動を示しており、運動課題には、とくに観察および動きが含まれている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
キャリア（１ａ）が柔軟性のある材料から製造される、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
双方向のデータ交換のために、電極（１ｃ）の第一部分が、導出電極として入力信号を読み取るために形成され、電極（１ｄ）の第二部分が、刺激電極として出力信号を供給するために形成されている、請求項１５〜１７のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１９】
電極（１ｃ、１ｄ）の第一グループ（１ｃ）は、第一側壁（２ｂ）のニューロンと電磁的に接触するため、電極（１ｃ、１ｄ）の第二グループ（１ｄ）は、第二側壁（２ａ）のニューロンと電磁的に接触するため、キャリアに取り付けられている、請求項１５〜１８のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜７によるプローブが、溝の中に挿入されており、その際、
脳（２）のニューロンと電磁的相互作用を介して、活動信号および／またはニューロンの刺激を検知する、
電極（１、１ｃ、１ｄ）からの検知信号をコンピュータ・システム（５）のために処理されたニューロン信号へ変換し、および／または、コンピュータ・システム（５）の出力信号から電極（１、１ｃ、１ｄ）のための刺激信号へ変換する、
という段階を有する、データ処理装置（５）と生体の脳（２）とのデータ伝送方法。
【請求項２１】
接続されているエフェクター（６）を制御するために、入力信号を算入して、エフェクター（６）のためのエフェクター制御信号を計算し、および／または、エフェクター（６）のエフェクター状態信号を算入して、刺激信号を計算する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
エフェクターはプロテーゼ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター信号は、プロテーゼ（６）の運動パラメーター（６ｂ１、６ｂ２）に影響を与え、
エフェクター状態信号は、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサー（６ｃ）などその他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、プロテーゼ（６）の動きを制御し、プロテーゼ（６）の動きや周辺に関して、直接体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
エフェクター（６）は、生体の身体部分であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、運動ニューロンまたは身体部分の筋肉線維に影響し、
エフェクター状態信号は、レセプターまたは身体部分のレセプター・ニューロンからの信号であり、および／または、位置パラメーター、運動パラメーター、および／または、圧力センサー、接触センサー、距離センサーまたは温度センサーなど、その他のセンサーの状態パラメーターであり、
それによって、脳（２）は、身体部分（６）の動きを制御し、身体部分（６）の動きやその周辺に関して、直接体性感覚のフィードバックを受け取る、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
エフェクターは、とくにインジケーターを装備したコンピュータ（６）であり、
入力信号は、運動野のニューロンからの信号および体性感覚野のニューロンのための刺激信号であり、
エフェクター制御信号は、とくにインジケーター上に表示されるコンピュータ（６）の仮想の動きまたは機能に影響を与え、
評価装置（５）は、仮想の動きまたは機能を算入して、エフェクター状態信号を計算する、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
増幅および抽出により、入力信号が前処理された入力信号へ変換され、および／または、出力信号が刺激信号へ変換される、請求項１９〜２２のいずれかひとつに記載の方法。
【国際調査報告】
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