(57)【要約】人工内耳などの埋め込み可能な装置であって、埋め込み対象の神経ネットワークに可塑性情報伝達刺激を伝える装置を提供する。本装置は、刺激信号を生成する刺激装置(40)と、刺激信号を受け取り、前記刺激信号に応答して前記神経ネットワークに前記情報伝達刺激を供給する電極アレイとを含む。埋め込み対象に供給された刺激は、神経ネットワークに自然起源の作用物質の生成及び／または放出の助長及び／または制御を行い、これらの機能性に影響を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的刺激を埋め込み対象の神経ネットワークに供給するための埋め込み可能な装置であって、
刺激信号を生成する刺激装置と、
前記刺激信号を受け取り、前記刺激信号に応答して前記神経ネットワークに前記電気的刺激を供給する、少なくとも１つの電極部材と、を含み、
前記電気的刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または前記神経ネットワークへの放出を助長し、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与える、
埋め込み可能な装置。
【請求項２】
請求項１に記載の埋め込み可能な装置において、
前記電気的刺激は、所定の所望の方式で前記神経ネットワークの機能性を変更する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３】
請求項１に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、刺激を前記埋め込み対象の聴覚系に供給する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４】
請求項１に記載の埋め込み可能な装置において、
前記電気的刺激は、前記埋め込み対象の、蝸牛、視床下核（STN）、淡蒼球(GPi)、及び／または、視床、に供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項５】
請求項３に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能装置によって供給された前記電気的刺激は、前記埋め込み対象の聴覚知覚閾値よりも下の大きさを持つ可塑性情報伝達刺激を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項６】
請求項５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能装置は、
前記埋め込み対象の前記聴覚知覚閾値とほぼ同じ、或いは、それを超えるような大きさを持つ聴覚情報伝達刺激を前記埋め込み対象の聴覚系に供給するよう適合されている聴取用人工器官の構成要素である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項７】
請求項６に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴取用人工器官は、蝸牛インプラントである、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項８】
請求項６に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴取用人工器官は、補聴器である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項９】
請求項６に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴取用人工器官は、前記埋め込み対象の蝸牛に埋め込み可能な電極アレイを含み、可塑性情報伝達刺激と聴覚情報伝達刺激とを前記埋め込み対象の蝸牛に供給するよう適合されている、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴取用人工器官は、
前記埋め込み対象の聴覚系へ可塑性情報伝達刺激を供給する第１の電極アレイと、前記埋め込み対象の聴覚系へ聴覚情報伝達刺激を供給する第２の電極アレイとを含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の埋め込み可能な装置において、
前記第１の電極アレイは、前記第２の電極アレイが置かれた場所とは異なる場所にある前記神経ネットワークに挿入可能なものである、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の埋め込み可能な装置において、
前記第１の電極アレイと前記第２の電極アレイとは、複数のそこに装着された電極を持つ細長い支持部材を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激装置は、それぞれの細長い支持部材のそれぞれの電極から延びている１つまたは複数のワイヤーを含む導線で、前記細長い支持部材のそれぞれに電気的に接続されている、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１４】
請求項６に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴取用人工器官は、
前記埋め込み可能な装置と協働して作動する外部構成要素を含み、
前記外部構成要素は、
音を検出し、この検出した音を表す音響信号を出力するマイクロホンと、
前記マイクロホンから前記音響信号を受信し、前記刺激装置に皮膚を通して供給されることとなる、前記検出した音を表す刺激信号に変換するプロセッサと、を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記外部構成要素は、前記刺激装置の前記出力を制御するコントローラを含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記外部構成要素は、さらに電源を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１７】
請求項５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、可塑性情報伝達刺激を前記埋め込み対象の蝸牛に供給し、前記埋め込み対象の同じ蝸牛に聴覚情報伝達刺激を供給するように適合された蝸牛埋め込み装置と協働して作動する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１８】
請求項５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、外部構成要素と協働して作動し、
この外部構成要素は、前記刺激装置からの前記可塑性情報伝達刺激の前記出力を制御するコントローラを含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の埋め込み可能な装置において、
前記外部構成要素は、さらに電源を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２０】
請求項５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激装置は、前記埋め込み対象内にその全体を埋め込み可能であるような筐体に収容されている、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の埋め込み可能な装置において、
前記筐体は、
可塑性情報伝達刺激を供給するのに少なくとも十分な電力を前記埋め込み可能な装置に供給する電源をさらに収容する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２２】
請求項３に記載の埋め込み可能な装置において、
前記少なくとも１つの電極部材は、前記埋め込み対象の前記聴覚系に埋め込み可能な電極アレイの一部である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の埋め込み可能な装置において、
前記電極アレイは、複数のそこに装着されている電極を含む細長い電極支持部材を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激装置は、
前記細長い電極支持部材に装着されている前記電極アレイのそれぞれの電極から延びている１つまたは複数のワイヤーを含む導線で、前記細長い電極支持部材に電気的に接続されている、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２５】
電気的可塑性情報伝達刺激と聴覚情報伝達刺激とを埋め込み対象の聴覚系に供給する埋め込み可能な装置であって、
(i)前記埋め込み可能な装置に電力を供給する電源と、
(ii)刺激信号を出力する刺激装置と、
(iii)前記刺激信号を受け取り、前記刺激信号に応答して前記電気的可塑性情報伝達刺激を前記埋め込み対象の前記聴覚系に供給する、少なくとも１つの電極部材と、
を含み、
前記電気的可塑性情報伝達刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または前記聴覚系への放出を助長し、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与える、
埋め込み可能な装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激は、所定の所望の方式で前記聴覚系の前記機能性を変更する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激は、前記埋め込み対象の、蝸牛、視床下核（STN）、淡蒼球(GPi)、及び／または、視床、に供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２８】
請求項２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、前記少なくとも１つの電極部材が聴覚情報伝達刺激を供給しない場合を監視するよう適合されている、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の埋め込み可能な装置において、
前記少なくとも１つの電極部材によって聴覚情報伝達刺激が供給されていないことを検出した場合は、前記埋め込み可能な装置は可塑性情報伝達刺激の供給を開始する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、
最後の聴覚情報伝達刺激の供給されてから所定の時間が経過するまで、可塑性情報伝達刺激の供給を開始することを遅らせる、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３１】
請求項２８に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、
前記埋め込み可能な対象者の聴覚系への聴覚情報伝達刺激の供給の開始をうけて、可塑性情報伝達刺激の供給を中止する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３２】
請求項２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能な装置は、
そこに装着されている電極部材を持つ細長い電極支持部材を含む電極部材のアレイをさらに含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の埋め込み可能な装置において、
前記聴覚系内に埋め込まれた前記電極支持部材は、神経栄養因子を含む被覆を持つ、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３４】
請求項５または２８に記載の埋め込み可能な装置において、
前記可塑性情報伝達刺激は、刺激が活動中の時間間隔（t1）と刺激がない時間間隔（t2）とを含むデューティサイクルで供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の埋め込み可能な装置において、
刺激が活動中の時間間隔(t1)は、刺激がない時間間隔（t2）と比べて、相対的に短い時間間隔である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の埋め込み可能な装置において、
t1：t2は、ほぼ０．１：２或いはそれより少ない、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の埋め込み可能な装置において、
t1は、ほぼ０．００１秒からほぼ１００秒の範囲にある、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３８】
請求項３４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激が活動中の時間間隔は、個々の刺激からなる一連の刺激である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項３９】
請求項３４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能装置は、少なくとも２つの電極部材を持ち、前記可塑性情報伝達刺激は、前記少なくとも２つの電極部材によって、同時に或いは別個に供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４０】
請求項３４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能装置は、少なくとも２つの電極部材を持ち、それぞれの活動中の電極に対するデューティサイクルの活動中の部分は、同時に起こる、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４１】
請求項３４に記載の埋め込み可能な装置において、
前記埋め込み可能装置は、少なくとも２つの電極部材を持ち、いかなる任意の時間においても、１つの刺激電極のみが活動中である、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の埋め込み可能な装置において、
それぞれのデューティサイクルの活動中の部分は、前記少なくとも２つの電極部材によって順番に供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４３】
請求項３９に記載の埋め込み可能な装置において、
電極部材へのデューティサイクルの活動中の部分の開始は、
少なくとも１つの隣接電極部材のデューティサイクルの開始に対して遅延しているが、前記少なくとも１つの電極部材のデューティサイクルの活動中の部分が終わる前に、起こる、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４４】
請求項３５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記装置は、使用の期間にわたって、聴覚情報伝達刺激を供給する前記電極部材のうちの１つまたは複数の活動を計測する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４５】
請求項４４に記載の埋め込み可能な装置において、
各電極部材によって供給される前記可塑性情報伝達刺激は、前記使用の期間にわたって当該電極のために決定された前記活動の測定に依存して変化する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４６】
請求項４５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記可塑性情報伝達刺激の供給は、使用の期間にわたっていずれかの特定の電極からその全体にわたって供給された刺激が、その他の電極部材から受け取ったものと同じ、或いはほぼ同じになるように、変化する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４７】
請求項１または２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激装置は、プロセッサのなかにソフトウェアの形式で格納されている命令のセットを処理するプロセッサである、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４８】
請求項１または２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記自然起源の作用物質は、
脳由来神経栄養因子（BDNF）、NGF、NT-3、NT-4/5、NT-6、LIF、GDNF、CNTF、及びIGF-Iを含む群から選択された、１つまたは複数の神経栄養因子、即ち、神経伝達物質を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項４９】
請求項１または２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記自然起源の作用物質は、らせん神経節細胞の生存を増加させる神経栄養因子を含む、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項５０】
請求項１または２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激は、前記少なくとも１つの電極部材に向かってらせん神経節細胞から伸び出ることを誘発する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項５１】
請求項１または２５に記載の埋め込み可能な装置において、
前記刺激は、５ｋHz未満、より好適にはほぼ５０Hz未満の周波数で供給される、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項５２】
請求項５または２９に記載の埋め込み可能な装置において、
前記装置は、この装置が聴覚情報伝達刺激を供給していないときに、可塑性情報伝達刺激を供給する、
ことを特徴とする埋め込み可能な装置。
【請求項５３】
埋め込み対象の神経ネットワークに刺激を供給する方法であって、
(i)前記刺激を前記埋め込み対象に供給するのに適した位置に、少なくとも１つの電極部材を位置決めするステップと、
(ii)刺激信号を生成するステップと、
(iii)前記刺激信号を前記少なくとも１つの電極部材に送信するステップと、
(iv)前記刺激信号に応答して前記刺激を供給するステップと、を含み、
前記刺激は、
自然起源の作用物質の生成及び／または前記神経ネットワークへの放出を助長、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与える、
ことを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の神経ネットワークに刺激を供給する方法において、
前記刺激は、所望の方式で、前記神経ネットワークの前記機能性を変える、
ことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５３に記載の神経ネットワークに刺激を供給する方法において、
前記刺激は、前記埋め込み対象の聴覚系に供給される、
ことを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５３に記載の神経ネットワークに刺激を供給する方法において、
ステップ(i)では、前記少なくとも１つの電極部材は埋め鋳込み対象の蝸牛に位置決めされる、
ことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５６に記載の神経ネットワークに刺激を供給する方法において、
前記少なくとも１つの電極は、可塑性情報伝達刺激及び聴覚情報伝達刺激を前記埋め込み対象の前記蝸牛に供給するのに適合されている、
ことを特徴とする方法。
【請求項５８】
埋め込み対象の神経ネットワークの機能性に対して所望の変更を加える埋め込み装置であって、
刺激信号を生成する刺激装置と、
前記刺激信号を受信し、前記刺激信号に応答して前記神経ネットワークに前記刺激を供給する少なくとも１つの電極部材と、を含み、
前記刺激は、
自然起源の作用物質の生成及び／または前記神経ネットワークへの放出を助長、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与える、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み対象者（inplanntee）の神経系の神経ネットワークの少なくとも一部に電気的刺激を供給する埋め込み可能な装置に関し、より詳細には、自然起源の作用物質(agent)の生成及び／または神経ネットワークへの放出を助長し制御して神経ネットワークの機能性に影響を与え制御することを目的とするもの関する。この機能性には、神経の可塑性(plasticity)、神経細胞から伸び出たもの（outgrows of neurons）及び神経発火閾値を含み得るがこれらに限定はされない。
【背景技術】
【０００２】
中枢及び末梢を含む人体の神経系は、動的な実体（dynamic entity）である。この両者の神経系が現れる道すじでは、両者の間でやり取りを可能にするように神経細胞（ニューロン）が接続され即ち配置されるような一定の変化がある。神経系におけるやりとり即ち伝達には、シグナリング（信号伝達）、即ち、神経細胞内及び神経細胞間の情報伝達が含まれる。神経細胞の構造は固有であり、神経系のこのような本質的機能性を反映している。その他の生物の細胞と構造的に同様である体細胞と呼ばれる神経細胞体に加えて、神経細胞は、その他の生体細胞に構造的に似ており、神経細胞は、シグナリングプロセス、即ち、軸策(axon)と樹状突起(dendrite)に対して不可欠である、２つの構造的要素を特徴付ける。
【０００３】
軸策は、長い距離にわたる細胞内での情報伝送に特化した細胞構造である。軸策は、軸策小丘と称する細胞体上で三角錐の形状を太くしたところから出ている。情報は、電気信号を介して神経細胞内で伝送される。このような電気信号は、膜極性の一時的な反転である活動電位(action potential)で表現され、この電位は、単一(single)である。活動電位は、神経系のシグナリングの基本単位である。細胞内の情報伝送は、軸策に沿った活動電位の伝導によって実行され、この伝導メカニズムは跳躍伝導として知られている。
【０００４】
シナプス末端（終末）は、軸策の端部の反対側に置かれている。シナプス末端は、神経間のやり取りで重要な役目をするシナプス小胞を含んでいる。
【０００５】
脊椎神経系の軸策の全てではないが多くのものは、ミエリン鞘で囲まれている。この鞘は、中枢神経系の軸策上の乏突起膠細胞(oligodendrocyte)によって、及び、末梢神経系のシュワン細胞によって形成される。この鞘は、連続構造ではないが、数ミクロンの幅のギャップを持つことを特徴とする。これらのギャップは、ランビエ絞輪(Nodes of Ranvier)として知られており、情報の神経間の伝達において重要な役割をする。
【０００６】
樹状突起は、その他の神経細胞即ちニューロンから情報を受け取ることに特化された細胞構造である。樹状突起は、一般に、軸策よりも短く、多くの場合、高度に枝分かれしており、樹枝状の木として知られる密度の濃いネットワークを形成する。
【０００７】
シグナリングのために必要な、その他の重要な構造実体は、シナプスである。シナプスは、ある神経細胞からその他のものへの情報の伝達を仲介する、高度に特化された構造である。一般に、用語「シナプス」は、２つの興奮細胞(excitable cells)、例えば、神経細胞と神経細胞、或いは、神経細胞と筋肉細胞、などの間でのやり取りが起こるような接点をさす。シナプスとシナプス伝達は、情報伝達の本質に依存して電気的なもの、かつ、化学的なものとすることができる。
【０００８】
典型的な化学的なシナプスの場合、求心性、或いは、シナプス前軸策の枝は、末端で膨張し、その結果こぶを形成し、これは、非常に近接しているが、実際にはシナプスの特化されたシナプス後の側には物理的には接触していない。殆どの神経細胞は、シナプス前軸策から伝送された化学的信号に応答する能力を持つ樹状突起を持つ。やり取りを行う２つの神経細胞の間のギャップは、典型的には幅２０ｎｍであり、シナプス間隙と呼ばれている。２つの神経細胞間にある、この液体で満たされたかギャップは、ある神経細胞から他のものへの電流の直接的な伝達を防止する。代わりに、神経細胞間の信号伝達は、神経伝達物質と呼ばれる自然起源の化学物質の高速拡散によって実行される。シナプス前神経細胞の神経伝達物質を含む分子は、シナプス小胞内に含まれている。信号伝達は、シナプス小胞がシナプス前神経細胞の細胞膜と共にとけることによって、神経伝達物質の分子を、間隙へ排出することによって発生し、この間隙は、より高速に拡散し、興奮性或いは抑制性シナプス後電位のどちらかを生成し得るようなシナプス後神経細胞に相互作用を及ぼす。
【０００９】
多くの場合、環境に関する情報を知覚する神経細胞の数は、数千と見積もられており、多くの数の感覚器で収集されたこの情報は、処理のために脳に取り込まれる。一方、２つの神経細胞間の情報は、シナプスを通じてまだ伝達されており、相互作用するネットワークは、収集され脳に伝送されるべき情報の完全なスペクトルのために必要とされる。
【００１０】
シグナリング、即ち信号伝達は、以下のことを望む場合には有機体に不可欠なものである。
１．環境に関する情報を知覚する。
２．処理可能な脳へその情報を取り込む。
３．行動の応答を生成する。
【００１１】
神経系の再構成は、通常の発展過程に必要な部分である。しかしながら、神経再構成は、自然の機能性を抑制するような事象に対する有機体の応答として起こり得るものである。例えば、個人の聴覚系における機能的及び構造的な変化は、個人の音の知覚の仕方に影響を及し得るものでり、音を受け取ることを完全に奪うことさえも可能である。音の感覚神経を失うなどのような、聴覚系の機能における実質的な変化があるとしても、多くの場合は、聴覚系の構成は保持されたままである。
【００１２】
聴覚系は、２つの大きなサブシステム、即ち、周辺聴覚系と中枢聴覚系とに分割することができる。
【００１３】
末梢聴覚系は、特定音を生成するような濃密な空気及び希薄な空気を、音を表象するものとして中枢聴覚系によって解釈されるような、神経コードに変換する。
【００１４】
末梢聴覚系は、外耳、中耳、内耳の３つにさらに細かく分割される。外耳は、鼓膜の力学的運動に変換される圧力波として、音のエネルギーを収集する。この運動は、中耳全体にわたって変換され、そして内耳に伝達され、そこで、周波数を分析され、中枢聴覚系の８番目の脳神経、即ち、聴覚神経によって実行されるような神経コードに変換される。
【００１５】
数千の聴覚神経線維のアレイにおける放電(discharge)として符号化される、音響情報は、中枢聴覚系を構成する核で処理される。主要な中心部（major centers）は、蝸牛神経核、(CN)、上オリーブ複合体(SOC)、外側毛帯核(NLL)、下丘(IC)、視床の内側膝状体(MGB)、及び聴覚皮質を含む。このCN、SOC、NLLは、脳幹の神経核であるが、ICは、中脳レベルにあり、MGBとACは聴覚視床皮質系を構成する。
【００１６】
力学的な波の形式である音は、蝸牛の正円窓に入る。蝸牛は液体で満たされており、この力学的な波は、はじめに前庭階を通って、蝸牛の先端部に向かって上方に伝わる。蝸牛の最頂部では、前庭階と鼓室階とは蝸牛孔を通じてつながっている。力学的な波が鼓室階を通って下方に移動するのに応じて、基底膜に変位を発生させる。この運動は、この膜の機能や周りの構造から生じる周波数依存特性を持つ。
【００１７】
基底膜の変位は、コルチ器(Organ of Corti)に関連するメカニズムを通じて内有毛細胞によって知覚され、この時点で、力学的信号は電気的信号に符号化される。その後、このような電気的信号は、放射状線維を通ってらせん神経節細胞に伝達される。
【００１８】
この電気的信号は、さらに、上に向かう聴覚経路にある第１の必須シナプス(first obligatory synapse)である、蝸牛神経核に伝達され、その後は前述したとおりとなる。基底膜の周波数依存特性は、蝸牛の先端部において低い周波数の音により感度があり、蝸牛の基底部おいて高い音により感度があるという事実を反映する。一般に、このような基底膜の周波数局在即ち音の配置は、有毛細胞に伝達され、そして聴覚系の残りの部分に伝えられる。聴覚系は、トノトピックに(tonotopically)、即ち、周波数の順序で構成される。その理由は、蝸牛の周波数の順序は、この系の連続的なレベルをつうじてマップされるからである。
【００１９】
聴覚系のトノトピックな構成は、同調曲線とも呼ばれる閾値曲線によって表すことができる。聴覚神経の軸策のための閾値同調曲線は、わずかにより強い音に応答する狭い周波数範囲における周波数特性で最小閾値（最大感応性）を示す。閾値レベルは、自然放電頻度よりも顕著に高い放電頻度(discharge rate)を誘発するような、最小強度として識別することができる。この閾値、即ち神経同調曲線は、刺激強度が周波数に対応してどれくらい変化しなければならないかを示すような力学的な同調曲線と混同されるようなものではなく、従って、基底膜の特定のポイントは、常に同じ偏向の振幅(deflection amplitude)を持つ。音を区別するための能力、即ち選択性の尺度として同調曲線の幅を使用することができる。
【００２０】
さらに、聴覚系は、２つの独立した源即ち２つの耳から信号を受け取るように設計されている。２つの独立した入力部の通常での存在は、音の定位などのような多くの処理において重要な役目を果たす。
【００２１】
ランダムなパターンの活動を聴覚神経に供給し、神経に擬似自然生起の活動を発生させる装置は、米国特許第6295472号で説明されている。このシステムは耳鳴りを治療するのには便利であるとして説明されているが、この特許は、自然起源の作用物質を聴覚系に生成し、及び／または、放出するための刺激の供給の仕方に関しての装置の用途は説明していない。
【００２２】
最近では両耳の高度な難聴は（即ち重度の難聴）は、蝸牛インプラント（埋め込み物）で成功裏に治療されている。
【００２３】
蝸牛インプラントの成功裏な使用は、らせん神経節細胞（SGC）、及び、聴覚皮質を通じての聴覚系の残りのものが埋め込み対象（者）の機能が依然として十分に機能しているという事実に立脚している。ここで重要であり留意しておかなければならないことは、蝸牛インプラントは聴覚系の損傷を受けた機能（即ち、機能していないもの）、主として内有毛細胞、を回復しないということであり、これは、実際には、通常の聞く対象が有毛細胞で生成され、放射状線維によってらせん神経節細胞へ伝送されるといった、らせん神経節ニューロンと電気的活動との機能のことである。
【００２４】
蝸牛インプラントは、音を解析し、その音を聴覚神経線維を刺激するような、一連の電気的パルスに符号化する。この一連のパルスは、周波数と時間との情報を伝える。現状で利用可能な蝸牛インプラントの全ては、蝸牛に挿入された、フレキシブルな支持部材上に配置されている、複数の刺激電極の活動による、神経線維の刺激を通じてこの仕事を達成するものである。蝸牛インプラントの成功裏な使用は、蝸牛インプラントユーザが意味のある音としてインプラントによって表現された電気的信号を解釈することを学習する間の慣れるためのプロセスに関連している。
【００２５】
SGCに対して提示された電気的刺激の結果として、埋め込み対象者（移植対象者）の聴覚系に大きな変化をもたらし得る。蝸牛インプラントは、１つの耳だけに全体を埋め込まれるものであり、そのため、２つの源からの代わりに１つの源から来る刺激を生じる。第２に、現在最も進歩的な蝸牛インプラントであっても、非常に限定された数の刺激パッド、典型的には６から２２の間の電極しか持たない。このことは、聴覚刺激を受けて聞く通常の人が３０００−４０００の有毛細胞によって処理されることと対照的である。
【００２６】
非常に限定された数の刺激電極を通じての刺激と１つだけの蝸牛のSGCの助長された活動の結果として、SGCから聴覚皮質へ信号を伝える神経経路は、あるシナプスの消滅と、神経活動のパターンを反映して形成されるその他の全く新たなシナプスとで再構成をすることができる。このような神経経路の再構成は、本質的に制御を受けないものであり、蝸牛インプラントの通常使用は、埋め込み対象の神経経路の制御された変更のための何らかののメカニズムを提供しない。
【００２７】
蝸牛インプラントがもたらし得る効率と潜在的な恩恵は、埋め込み対象の神経系の可塑性(plasticity)に大きく依存する。例えば、埋め込み対象の効率は難聴の長さに応じて減少し、特に、言語習得期前難聴者（Prelinguallly deaf people）の場合は増加する。
【００２８】
損傷、或いは損傷の治療の結果として神経再構成が起こる場合のその他の例には、視力障害、感覚神経の損傷、及び運動系系神経(motorneural)の損傷などがあるが、これらに限定されるものではない。さらに、本発明による装置を使用して神経系の一部の異常な機能を治療することもできる。うつ病(depression)、パーキンソン病、アルツハイマー病などの感覚神経、及び運動系系神経の機能異常も、本明細書で説明する装置で治療することができる。これらの病気は、現在でも自然起源の作用物質を、例えば錠剤の形式で作用物質を患者に経口投与するなどして、患者に投与することで電気的刺激以外の仕組みで治療することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、蝸牛インプラント（人工内耳）で患者の神経系の可塑性を改善し、或いは保持するように適合された装置を目的とする。
【００３０】
本明細書に含ませた、文書、法令、物質、装置、論文、或いはこれらに類するものに関する記述は、本発明の文脈を提供する目的だけのものである。これらの全て或いはいかなるものについても、本願の各請求項の優先日の前に存在したものとして、先行技術の基盤の一部を形成し、本発明に関する分野の一般的知識であるということを認めるものと解釈すべきでないことに注意されたい。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
発明の概要
本明細書の全体をつうじて用語「含む」、或いは、これの変化したもの「含み」、「含んだ」などは、記述した要素、完全なもの（integer）或いはステップ、要素のグループ、複数の完全なもの或いは複数のステップ、を含むことを意味するが、その他の要素、完全なもの（integer）或いはステップ、要素のグループ、複数の完全なもの或いは複数のステップ、を含むことを除外するものではないと理解すべきである。
【００３２】
ある実施態様では、本発明は埋め込み対象（者）の神経ネットワークに電気的刺激を供給する埋め込み可能な装置である。この装置は、
刺激信号を生成する刺激装置と、
刺激信号を受信し、前記信号に応答して神経ネットワークに前記電気的刺激を供給するような、少なくとも１つの電極部材と、を含み、
前記電気的刺激は、自然起源の作用物質(agent)を生成し、及び／または、神経ネットワークに放出して、神経ネットワークの機能性に影響を及ぼすような装置である。
【００３３】
さらなる実施態様では、本発明は、埋め込み対象の神経ネットワークの機能性に所望の変更を加える埋め込み可能な装置である。この装置は、
刺激信号を生成する刺激装置と、
刺激信号を受信し、前記信号に応答して神経ネットワークに前記電気的刺激を供給するような、少なくとも１つの電極部材と、を含み、
前記電気的刺激は、前記電気的刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または前記神経ネットワークへの放出を助長し、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与えるような装置である。
【００３４】
本明細書で使用するように、用語「神経ネットワーク」は、末梢神経系と中枢神経系を含む埋め込み対象の神経系の全体を含むものである。
【００３５】
好適な実施多様では、電気的刺激は、所定の所望のやり方で神経ネットワークの機能性を変化、即ち変更させる。特に、本発明は、神経ネットワークの制御された再構成を実施するような装置を提供することが好適である。
【００３６】
好適な実施態様では、本装置は、埋め込み対象の聴覚系に刺激を与えるように適合されている。この刺激は、蝸牛（例えば、蝸牛内電極、或いは骨内膜の電極を介して）、蝸牛神経核（例えば、聴覚脳幹インプラント(ABI)或いはPABI電極を介して）、下丘（例えば、MBI電極を介して）、或いは、聴覚系のその他の部分に供給することができる。さらに、刺激は、埋め込み対象の視床下核（STN）、淡蒼球(Gpi：Globus Pallidus)、及び／または、視床、に供給することができる。このような刺激は、脳深部電気刺激（deep brain stimulation）によって管理される。
【００３７】
本装置によって供給された刺激は、埋め込み対象の聴覚知覚閾値よりも下の大きさを持つ可塑性情報伝達刺激(plasticity informative stimuli)を含むことができる。
【００３８】
さらなる実施態様では、本装置は、埋め込み対象の聴覚知覚閾値とほぼ同じ、或いはそれを超えるような大きさ(magnitude)を持つ聴覚情報伝達刺激を供給するように適合されている聴取用人工器官の構成部品とすることができる。
【００３９】
この聴取用人工器官は、蝸牛インプラント、中耳インプラント、或いは、補聴器とすることができる。
【００４０】
この蝸牛インプラントは、埋め込み対象の蝸牛に埋め込み可能な電極アレイを含むことができ、これらは、可塑性情報伝達刺激と聴覚情報伝達刺激とを埋め込み対象の蝸牛に供給するように適合されている。
【００４１】
さらに、聴取用人工器官は、蝸牛の流体力学的な性質が保持されることを可能にするような、鼓室階に挿入されたものでなく、蝸牛の自然な裂け目に挿入された、骨内膜電極アレイを持つ蝸牛インプラントとすることができる。さらに、聴取用人工器官は、刺激電極が蝸牛に挿入したものではなく、蝸牛神経核に隣接して配置することによる、聴覚脳幹インプラント(ABI)とすることができる。さらに、さらに、聴取用人工器官は、刺激電極が下丘に隣接して配置され、適切な刺激を与えるような、中脳インプラント(MBI)とすることができる。
【００４２】
ある実施態様では、この人工器官は、埋め込み対象（者）の聴覚系に、可塑性情報伝達刺激を供給する第１の電極アレイと聴覚情報伝達刺激を供給する第２の電極アレイとを含むことができる。これに関して、第１の電極アレイは、第２の電極アレイの位置とは異なる位置で神経ネットワーク内に挿入可能なものとすることができる。
【００４３】
さらなる実施態様では、第１及び第２の電極アレイは、そこに装着された複数の電極を持つ細長い支持部材を含むことができる。刺激装置は、電気的な導線（導電線）によって細長い支持部材のそれぞれに電気的に接続されており、この導線は、それぞれの細長い支持部材のそれぞれの電極から延びている１つまたは複数のワイヤーを含む。
【００４４】
さらなる実施態様では、聴取用人工器官は、埋め込み可能な装置と共に協働して作動する外部構成要素を含むことができ、この外部構成要素は、
音を検出し、この検出した音を表す音響信号を出力するようなマイクロホンと、
前記マイクロホンから前記音響信号を受信し、この信号を、刺激装置に皮膚を通して供給されることとなる、検出された音を表す刺激信号に変換するようなプロセッサと、を含む。
【００４５】
この実施態様では、外部構成要素は、刺激装置の出力を制御するコントローラも含むことができる。さらに、外部構成要素は、電源を含むことができる。コントローラは、刺激装置によって出力される刺激のタイプを制御することができる。これは、特定のタイプの刺激が刺激装置から電極に供給されるときを制御することもできる。また、これは、刺激の特性（例えば、刺激の大きさ、刺激の繰り返し率、各刺激の間の時間間隔）も制御することができ、さらに前記少なくとも１つの電極のどの電極が刺激装置の出力を受信した場合でも制御できる。
【００４６】
さらにその他の実施態様では、埋め込み対象の蝸牛に可塑性情報伝達刺激を供給し、聴覚情報伝達刺激を蝸牛インプラント或いはその他の補聴装置と協働して作動する。この実施態様では、本装置は、蝸牛インプラントの埋め込み（即ち移植）可能な構成要素の筐体とは異なる筐体のなかに収容することができる。
【００４７】
さらなる実施態様では、埋め込み可能な装置は、外部構成要素と協働して作動するものであり、この外部構成要素は、刺激装置からの可塑性情報伝達刺激の出力を制御するコントローラを含む。この実施態様では、外部構成要素は、さらに電源を含むことができる。この電源は１つまたは複数の充電可能なバッテリーを含むことができる。この実施態様では、本装置は可塑性情報伝達刺激を供給する能力のみを持つように適合させることができる。
【００４８】
その他の実施態様では、刺激装置は、その全体を埋め込み対象内に収容されるような筐体に収容することができる。この場合、筐体は、さらに、本装置に少なくとも十分なパワー(power)で可塑性情報伝達刺激を供給する電源を含むことができる。
【００４９】
さらなる実施態様では、前記少なくとも１つの電極部材を、埋め込み対象の聴覚系に埋め込み可能であるような電極アレイの一部とすることができる。この実施態様では、電極アレイは、そこに装着された複数の電極を持つような細長い形状の支持部材を含むことができる。刺激装置は、導電性で前記細長い形状の部材に電気的に接続することができ、この導電線は、前記細長い部材上に装着されたアレイの各電極から延びている１つまたは複数のワイヤーを含む。
【００５０】
ある実施態様では、本装置は、埋め込み対象の蝸牛に、より好適には蝸牛の基底膜に電気的刺激を供給するように適合されている蝸牛インプラントを含むことができる。蝸牛インプラントのより詳細な事項を下記で説明する。
【００５１】
しかしながら、本装置の適用は聴覚系のみには限定されず、自然な機能性欠如、或いは機能性異常によって引き起こされるその他の症状の治療にも成功裏に使用することができる。例えば、うつ病、パーキンソン病、アルツハイマー病、などの感覚神経の異常、運動系神経(motorneural)の異常、脊髄損傷、視力障害は、本明細書で説明した装置で治療することができる。
【００５２】
視覚系の問題を治療するために、視力を失った患者の網膜或いは視覚野に刺激を供給することもできる。このことに関して、網膜および視覚野のインプラントは、視覚障害の人にこのような刺激を与えるための最も一般に調査・研究された２つの装置である。この実施態様では、本装置は、埋め込み対象の視覚系に可塑性情報伝達刺激のみを供給するように適合させることができる。
【００５３】
脊髄損傷の患者を治療するため、前記刺激は、患者の脊髄に沿った様々な位置に供給させることができる。
【００５４】
本装置が刺激を蝸牛に供給しているとき、この電気的刺激は、埋め込み対象の聴覚知覚閾値よりも小さい大きさを持つことができ、これを本明細書では、以降、「可塑性情報伝達刺激」という用語で呼ぶこととし、または、この電気的刺激は、埋め込み対象の聴覚知覚閾値とほぼ同じ或いはそれを超える大きさを持つことができ、これを本明細書では、以降、「聴覚情報伝達刺激」という用語で呼ぶこととする。本装置は、埋め込み対象に双方のタイプの刺激を供給するように適合させることができる。
【００５５】
同様に、本装置が視覚系に刺激を供給しているときは、電気的刺激は、埋め込み対象の視覚知覚閾値未満の大きさを持つことができ、これを本明細書では以降「可塑性情報伝達刺激」と呼ぶこととし、また、埋め込み対象の視覚知覚閾値とほぼ同じ或いはこれを超える大きさを持つことができ、これを本明細書では以降「視覚情報伝達刺激」と呼ぶこととする。本装置は、埋め込み対象に双方のタイプの刺激を供給するように適合させることができる。
【００５６】
その他の実施態様では、本装置は、埋め込み対象の蝸牛に可塑性情報伝達刺激のみを供給するように適合させることもできる。
【００５７】
その他の実施態様では、本装置は、埋め込み対象の視覚系に可塑性情報伝達刺激のみを供給するように適合させることもできる。
【００５８】
蝸牛に一旦供給された可塑性情報伝達刺激は、蝸牛神経核(CN)、上オリーブ複合体(SOC)、外側毛帯核(NLL)、下丘(IC)、視床の内側膝状体(MGB)、及び聴覚皮質(AC)を含む、埋め込み対象の中枢聴覚系をつうじて伝えられる。可塑性情報伝達刺激信号がその系のより上位、例えば、ＩＣ（MBIを介して）、或いはＣＮのレベル（ABIを介して）、に供給される場合は、この可塑性情報伝達刺激信号は、刺激の場所の上に位置する聴覚系の構造をつうじて伝送させることができる。上述したように、CN、SOC、NLLは、脳幹の神経核(brainstem nuclei)であるが、ICは中脳のレベルにあり、MGBとACとは聴覚視床皮質系を構成するものである。
【００５９】
このような可塑性情報伝達刺激の供給は、前記の自然起源の作用物質の生成し神経系に放出し、それれの機能性に影響を与え、より望ましくは機能性を制御する。
【００６０】
ある実施態様では、前記自然起源の作用物質は、１つまたは複数の神経栄養因子、即ち、神経伝達物質を含むことができる。ある実施態様では、神経栄養因子の１つは、脳由来神経栄養因子（BDNF）とすることができる。
【００６１】
その他の実施態様では、神経栄養因子は、NGF、NT-3、NT-4/5、NT-6、LIF、GDNF、CNTF、及びIGF-Iを含む群から選択されたものとすることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６２】
その他の実施態様では、前記自然起源の作用物質は、神経伝達物質のみならず１つまたは複数の物質とすることができ、これらは、例えばアデノシンや神経修飾物質などのような、神経栄養物質レセプター(neurotrophic receptor)を活性化する能力を持つものである。
【００６３】
神経栄養因子は、trkレセプターやp75と呼ばれるグルコプロテイン(glucoprotein)などの神経栄養物質レセプターと結合することによって神経細胞に影響をもたらす。レセプターは、原形質膜へ橋をわたす。レセプター分子の細胞外部分は、神経栄養物質のための結合サイトを含む。レセプターの細胞内部分は、酵素活性構造要素、即ちチロシンキナーゼを特徴とする。TrkA、trkB、trkCと称する３つのtrk蛋白質が知られているが、これらは、遡及的(restrspectively)にNGF、BDNF、NT-4/5、NT-3と選択的に結合する。そのmRNAに正比例して神経栄養物質は体細胞の小胞に合成され収容されるものであると一般には仮定するが、局所的な分布のためにシナプス後樹状突起或いはシナプス前軸策へ伝送される。分泌された神経栄養物質は、シナプス前（及び後）膜にあるtrkレセプターと結合しそれを活性化する。神経栄養因子NT-3は、trkBと結合するが、trkCとはそれほど選択的に結合するものではない。神経栄養物質がtrkレセプターと結合することは、レセプターチロシンリン酸化反応を導く。リン酸化のプロセスは、細胞の機能性を制御する経路即ち分子カスケード(molecular cascades)の活性化させる契機となる。同時に、神経栄養物質をレセプターp75と結合させることは、非特異的なものではない。単独では、レセプターは何らかの神経栄養作用を仲介することはできないが、それが存在することは、ある細胞の機能性、特に顕著にはアポトーシスには必要とされる。
【００６４】
神経栄養因子はシナプスの保持や確立において鍵となる要素である。シナプス後細胞によって分泌される神経栄養物質は、分泌する場所の近くの細胞表面に結合する性質のため非常に局在化しやすいものであある。神経活動に応答して分泌される内因性神経栄養物質(endogenous neurotrophins)は、存在する神経細胞の保持、或いは、新たなシナプス接合の形成を導く形態変化を生じさせる。信号が不在の場合は、シナプス接合は切断され特定の神経伝達経路が壊れることがある。神経栄養物質のシナプスの活動は、２つのモードから構成される。休止「許容」モード(resting permissive mode)では、神経栄養物質は、閾値下及び低頻度のシナプス活動によって引き起こされる調整された分泌或いは構成的分泌をつうじて低いレベルで分泌される。この休止許容モードは、長期増強(potentiation)を生成する能力を含むシナプス機能の栄養の調整をもたらす。活性「指示」モード(active instructive mode)では、神経栄養因子は、シナプス後細胞質の一時的な高レベルのカルシウム濃度という結果になるような強いシナプス活動に応答してより高いレベルで分泌される。神経栄養物質の分泌は、活性依存合成(activity-dependent synthesis)及び神経栄養物質の輸送によって補うこともできる。高いレベルの神経栄養物質は、シナプス機能性及び新たなシナプス接合の形成を生じさせる。
【００６５】
さらなる実施態様では、可塑性情報伝達刺激の供給によって神経細胞から放出される神経栄養因子は、らせん神経節細胞の生存を増大させるような神経栄養因子である。このような細胞は、埋め込み対象が蝸牛インプラントを成功裏に利用しようとする場合には、機能させなければならない。
【００６６】
その他の実施態様では、前記刺激の供給によって神経細胞から放出される神経栄養因子は、ニューロン発火閾値を低下させるような神経栄養因子である。閾値の低下によって、蝸牛インプライント装置などの機器と協働して使用される刺激装置、或いは本装置の電力消費を減少させることができる。
【００６７】
さらなる実施態様は、前記刺激を使用して、刺激を供給する蝸牛インプラントによって使用される刺激電極に向かってらせん神経節細胞を成長させることを生じさせる。これらの細胞と刺激電極とをの間の距離を減少させることによって、聴覚情報伝達刺激のより良い選択性及び感応度を達成することができる。
【００６８】
蝸牛に供給される可塑性情報伝達刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または放出を生じさせ、神経組織の５つのレベルのうちの最初の４つを調整するための制御などを訓練するように適合されている。この４つは以下のとおりである。
１．個々の細胞（例えばらせん神経節細胞）
２．シナプスによって接続される、例えば、蝸牛神経核などの細胞のペア
３．例えば外側毛帯、或いは下丘の核などの相互作用する細胞のネットワーク
４．例えば、聴覚皮質などの挙動を調整する脳内の系
【００６９】
従って、神経組織の５番目のレベル、受け手の挙動（behavior of recipinet）も、可塑性情報伝達刺激を受け取っていないような、全く同じ聴覚情報伝達刺激の受け手のものとは異なる方式の聴覚情報伝達刺激に応じて受け手が行動するのに従って制御することができる。
【００７０】
可塑性情報伝達刺激は、自然起源の作用物質の生成、及び／または、放出を生じさせるように適合され、この刺激を、神経組織（neural organisation）の５つのレベルのうちの最初の４つのレベルで聴覚系に供給することができる。この４つのレベルは下記のとおりである。
１．個々の細胞（例えば、らせん神経節細胞（例えば、Cｌ、骨内膜電極などによって）
２．例えば蝸牛神経核などのシナプスによって接続される細胞のペア（例えば、ABIによって）
３．例えば外側毛帯、或いは下丘の核（例えばMBI）などの相互作用する細胞のネットワーク
４．例えば、聴覚皮質などの挙動を調整する脳内の系（例えば、聴覚皮質インプラント）
【００７１】
前記刺激は、前記刺激が適用されるような上述したレベル、及び、適用された神経組織のレベルを調整するための制御を訓練する。
【００７２】
可塑性情報伝達刺激は、５ｋHz未満の周波数で蝸牛に供給することが望ましく、より好適には２ｋHz未満であり、さらにより好適にはこの周波数よりもさらに低くする。ある実施態様では、この周波数は、１と１００Hzとの間にすることができる。他の実施態様では、周波数は、２０と１００Hzとの間にすることができる。さらに他の実施態様では、周波数は、約０Hzとすることができる。
【００７３】
その他の実施態様では、可塑性情報伝達刺激の供給は、方装置が聴覚情報伝達刺激を供給しない即ちできないときに、発生させることができる。例えば、可塑性情報伝達刺激の供給は、埋め込み対象が睡眠中であり本装置を聴覚情報伝達刺激の供給のために使用していない場合に、発生させることができる。
【００７４】
本装置は、埋め込み対象が就寝中でり場合に刺激を供給するように適合させることができる。コントローラは、この機能を制御するクロック装置を含むことができる。例えば、刺激は、所定の時間帯に供給することができる。コントローラは、本装置がそうするよう適合されている場合には、最後の聴覚情報伝達刺激が本装置によって供給されてから経過した時間を監視し測定することもできる。
【００７５】
上述したように本装置は蝸牛印インプラントを含むことができる。また、説明したように、蝸牛インプラントは蝸牛内の有毛細胞をバイパスし聴覚神経線維に電気的刺激を直接的に供給し、これによって、脳が、聴覚神経に通常、供給される「自然な聴こえ感覚」に似ている「聴こえ感覚」を知覚させることができるようになる。米国特許第４５３２９３０号は、参照によって本明細書に合体させるものとし、これは可塑性情報伝達刺激を供給することを修正し得るような蝸牛インプラントシステムの１つのタイプの説明を提供するものである。
【００７６】
ある実施態様では、蝸牛インプラントシステムは、２つの主たる構成要素、即ち一般にプロセッサユニットと呼ばれる外部構成要素と、刺激装置／レシーバー（受け取り装置）とを含むことが好適である。これらの構成要素は、相互に協働して音の感覚を埋め込み対象に供給するようにすることが好適である。
【００７７】
外部構成要素は、話し声や環境音などのような音を検出するマイクロホンと、
マイクロホンによって検出された音を符号化信号に変換する音声処理器と、充電可能な、或いは充電可能でないバッテリーなどの電源と、外部アンテナトランスミッターコイルとを含むことができる。
【００７８】
音声処理器によって出力された符号化信号は、埋め込み対象の側頭骨のくぼみの中に据えられた、埋め込まれた刺激装置／レシーバーに皮膚を通して伝えることが好適である。この経皮伝達は、刺激装置／レシーバーユニットと、提供され埋め込まれているアンテナレシーバーコイルと通信するするために置かれた外部アンテナコイルとの間でもたらされる誘導結合(inductive coupling)に利用をつうじて発生する。
【００７９】
この通信は、２つの重要な目的、１つ目は符号化信号を経皮で伝達すること、２つ目は埋め込まれた刺激装置／レシーバーに電力を供給する役目を果たす。
【００８０】
埋め込まれた刺激装置／レシーバーは、外部処理器構成要素から電力および符号化信号を受け取るアンテナレシーバーコイルと、符号化信号を処理し、電気的な刺激を聴覚神経に直接与える蝸牛内電極アセンブリ（組み立て体）に刺激信号を出力する刺激装置とを含むことが好適である。通常の運転では、この電気的刺激は、外部構成要素のマイクロホンによって最初に検出された音に相当する、埋め込み対象（者）の聞こえの感覚を生成することが好適である。
【００８１】
蝸牛インプラントの外部構成要素は、埋め込み対象者の服のポケット、ベルトポーチ、或いはハーネス（取り付け具）、などように埋め込み対象者の体において持ち運ぶことができるが、マイクロホンは、埋め込み対象者の服の下襟、或いは耳の裏側にはさんで装着することができる。
【００８２】
その他の実施態様では、外部構成要素は、埋め込み対象者の耳の裏側に装着することができる小さなユニット内に収容することができる。
【００８３】
その他の実施態様では、蝸牛インプラントは、埋め込み対象のなかに完全に埋め込み可能なものとすることができる。このようなシステムの一例では、完全埋め込み可能型蝸牛システムは、国際特許出願PCT/AU01/00769号で説明されているシステムの特徴を持つことができ、これの内容は参照によって本明細書に合体させるものとする。
【００８４】
ある実施態様では、本システムは、下記のものを含む埋め込み可能なユニットを持つことができる。
(i) 埋め込み可能なユニットの所要電力を供給する電源(a)を含む密閉された筐体
他の実施態様では、筐体は、
(b)音を検出し検出した音を表す音響信号を出力するマイクロホン；及び
(C)マイクロホンから前記音響信号を受信し、この信号を検出した音を表す刺激信号に変換する刺激信号処理装置、
をさらに含むことができる。
【００８５】
好適な実施態様では、使用するときに、前記密閉された筐体は、埋め込み対象者の耳に隣接する側頭骨に形成されているくぼみに埋め込まれるものであり、即ち、従来のインプラントの埋め込みを通じて完成されているような従来の方法でインプラントを埋め込む。
【００８６】
好適な実施態様では、前記筐体は、生体適合性材料で作られている。筐体はチタンから製造し、埋め込み対象者に埋め込む前に密閉することが好適である。
【００８７】
好適な実施態様では、側頭骨からの骨の切削の必要性を最小化するように筐体を形成する。筐体は従来のインプラントと同様の寸法を持つことが好適であり、従って、埋め込む手術のあいだに使用されるべき手術において同様の手術手順で行うことが可能になる。
【００８８】
前記筐体は、平滑な１つ或いは複数の表面で形成することが好適である。また、筐体は、パリレンやシリコンの層などの追加の保護層で被覆することが好適である。
【００８９】
この実施態様では、マイクロホンを筐体内に収容することが好適である。マイクロホンは筐体の外面に、或いはそこに隣接して装着することができる。
【００９０】
マイクロホンは、指向性のデュアルキャビティ(directional dual cavity)或いはシングルキャビティのマイクロホンとすることができる。デュアルキャビティマクロホンは、体の機能、噛むこと、呼吸、血流などから放出される、共通モードの体を伝達するノイズを除去する効果的な手段を提供する。
【００９１】
マイクロホンがエレクトレット型マイクロホンにすることができることを想定している。他の実施態様では、マイクロホンは、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）などの圧電ポリマー或いは圧電セラミック材料などを利用することができる。
【００９２】
マイクロホンは、当該分野で知られる補聴マイクロホンを含むことができる。これに適したマイクロホンの一例は、ノールス(Knowles)マイクロホンである。
【００９３】
前述の全てを埋め込み可能なシステムのマイクロホンは、１．５気圧から０．７気圧までの範囲で機能する。これは、携帯者が、レクリエーションのダイビング中、旅客機、軽飛行機でのフライト中、或いは高地にいるときでもなお、本インプラントシステムを使用することを可能にする。本マイクロホンは、上記の範囲の外側の気圧にさらされた後でもなお操作するものとすることが好適である。また、マイクロホンは５気圧から０．５気圧の範囲の圧力にさらされても生き残るものとすることが好適である。
【００９４】
完全に埋め込み可能か否かに拘らず、本インプラントシステムは、埋め込み対象者の蝸牛内に挿入するのに適したした電極アレイをさらに含む。このアレイは一旦挿入された後は、刺激信号を受信し、一部は、埋め込み対象者の聴覚神経に聴覚情報伝達刺激を出力するように適合されている。このアレイは、本明細書で説明したように可塑性情報伝達刺激を出力するように適合させることが好適である。
【００９５】
電極アレイは、そこに装着された複数の電極を持つ細長い電極支持部材を含むことができる。この支持部材は、適切な生体適合材料から形成することが好適である。ある実施態様では、この材料は、シラスティックＭＤＸ４−４２１０などのシリコンとすることができる。他の実施態様では、この細長い部材はポリウレタンから形成することができる。
【００９６】
各電極は、プラチナなどの生体適合材料から形成することが好適である。ある実施態様では、電極アレイは、支持部材に沿って間隔を離して置かれた２２個のプラチナ電極を含むことができる。
【００９７】
支持部材は、埋め込み対象者の蝸牛内に支持部材を挿入することが可能となる第１の構成に変る、即ち、この構成を採用する能力を持つことができるようにすることが好適である。さらに支持部材は、細長い部材が蝸牛の表面に合致するよう曲線をなしているような、第２の構成に少なくとも変る、即ち、この構成を採用する能力を持つことができるようにすることが好適である。
【００９８】
金属製のスタイレット、或いは、生体吸収硬化部材などの硬化部材（stiffening element）を使用して細長い部材を前記第１の構成に偏らせる、即ちバイアスさせることができる。埋め込んまれた後、スタイレットを引き抜くことができ、或いは、硬化部材は溶解する、少なくとも柔らかくなり、その結果、支持部材は好適な第２の構成を採用することができるようになる。
【００９９】
好適な実施態様では、第１の構成は、実質的に直線状、即ちまっすぐなものとすることが好適である。第１の構成は直線状にすることがより好適である。第２の構成は曲線であることが好適であるが、より好適には、らせん状に湾曲させる。
【０１００】
さらなる実施態様によれば、前記細長い部材は、本体の第１の端部から前方に延びている弾性的でフレキシブルなチップ部材を持つことができる。このチップ部材は、前記アレイを挿入してある蝸牛によって引き起こされるトラウマ（trauma）を最小化を助けることに寄与させることができる。
【０１０１】
利用されるときは、硬化部材の生体吸収材料は、ポリアクリル酸（PAA）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ乳酸(polylactic acid;PLA)、及びポリグリコール酸(polyglycolic acid;PGA)からなる群から選択することができる。特別な用途のための必要な特性を提供する他の材料を使用することもできる。
【０１０２】
さらなる実施態様では、前記細長い部材の外面の少なくとも一部が潤滑性の材料の被覆を持つことができる。ある実施態様では、前記細長い部材の全ての外面、或いはかなりの部分が、潤滑性の材料の被覆を持つことができる。
【０１０３】
この実施態様では、潤滑性の材料は、ポリアクリル酸（PAA）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ乳酸(polylactic acid;PLA)、ポリグリコール酸(PGA)からなる群から選択することができる。その他の同様な材料を使用することができることも想定している。
【０１０４】
本インプラントシステムは、当該分野で知られている単極刺激をサポートする、１つまたは複数の容量結合蝸牛外電極(capacitively coupled extracochlea electrodes)も含むことができる。
【０１０５】
ある実施態様では、本装置に含まれる少なくとも１つの電極部材は、可塑性情報伝達刺激と聴覚情報伝達刺激とを蝸牛に供給するように適合させることができる。
【０１０６】
本装置は少なくとも１つの電極部材を含むことができるが、他の実施態様では、この少なくとも１つの電極部材を含むさらに含むこともできる。この場合、このさらなる少なくととも１つの電極部材は、聴覚情報刺激を供給するよう適合し、さらに、前記電極部材は可塑性情報伝達刺激を供給するよう適合することが好適である。
【０１０７】
前記少なくとも１つの電極部材は、埋め込み対象の蝸牛内に挿入するのに適した電極アレイの一部とし、前記のさらなる少なくとも１つの電極部材は第２の電極アレイの一部とすることが好適である。
【０１０８】
第１及び第２の電極アレイの電極は、埋め込み可能な構成要素の埋め込まれた刺激装置(stimulator device)から刺激信号を受信することができる。この刺激装置は、電気的な導線によって電極アレイの細長い部材と電気的に接続させることが好適である。この導線は、細長い部材に装着されている前記アレイの各電極から延びる１つまたは複数のワイヤーを含むことができる。１つの導線は、刺激装置から第１及び第２の電極アレイまで延びることができる。他の実施態様では、個々の導線が刺激装置からそれぞれの電極アレイに延びることができる。さらなる実施態様では、本装置は、刺激信号を、可塑性情報伝達刺激を蝸牛に供給するための第１の電極アレイに供給する第１の刺激装置と、刺激信号を、聴覚情報伝達刺激を蝸牛に供給するための第２の電極アレイに供給する第２の刺激装置とを含むことができる。
【０１０９】
ある実施態様では、導線は、細長い部材から、刺激装置、或いは、少なくなくともそれの筐体に延びることができる。ある実施態様では、この導線は、電気的なコネクタを持たずに、この電極から刺激装置に延びるワイヤーと接続する必要がある少なくとも刺激装置の筐体の外側と連続する、即ちつながるものである。この構成の１つの利点は、電極から延びるワイヤーと刺激装置との間で電気的な接続をするためにこの装置を手術で埋め込む必要がないことである。筐体内の処理装置と電極アレイと蝸牛外電極との間の電気的接続は、それぞれの密閉されかつ孤立された貫通接続端子(feedthroughs)によって提供することができる。各貫通接続端子は、米国特許出願第5046242号で説明される方法を使用して形成することができ、これの内容は参照によって本明細書に合体させるものとする。
【０１１０】
本発明は、刺激電極が細長い電極支持部材上に位置させることを必ずしも必要としないということを想定している。刺激電極と刺激装置の筐体（電極、電源、RFアンテナを収容している）とは、一体化した装置として製造することが可能である。このことに関して、電極は、刺激電極に非常に近接したところに位置しており、その間に電極を電気的な構成要素から分離するための不透水性の相対的に薄い隔壁のみがある。
【０１１１】
上述したように、埋め込み可能なユニットの筐体は、１つまたは複数の充電可能なバッテリなどのような電源を収容する。この電源は、外部構成要素を使用していないないときであり、かつ、埋め込み対象が聴覚情報伝達刺激を受け取ることができないときでさえ、インプラントは、可塑性情報伝達刺激を供給することができるのに十分な電力を持つことができる。このことは、本システムが、埋め込み対象者が睡眠しているときなどに可塑性情報伝達刺激を供給することができるため利点となる。
【０１１２】
この点に関連して、埋め込み可能なユニットに収容されている電子機器には、装置の全体的な操作を制御するクロックが設けられている。このクロックは、タイミングを制御することがででき、このタイミングを使って所定の刺激パターンを起こすことが可能である。このクロックは、受け手が眠っているとき、或いは聴覚伝達刺激を受け取っていないときに可塑性情報伝達刺激を受け取ることができるなどのようにリアルタイムで作動するようプログラムすることができる。このようなクロックは、理想的には交代制勤務などの個人的な設定や時間の変化を考慮するものであり、従って、従来の外部音声プロセッサなどの外部装置をつうじて制御可能なものである。
【０１１３】
さならる実施態様では、本発明は、電気的可塑性情報伝達刺激と聴覚情報伝達刺激とを埋め込み対象（者）の聴覚系に供給するインプラント可能な即ち埋め込み可能な装置とすることできる。この装置は、
(i)電力を本装置に供給する電源と、
(ii)刺激信号を出力する刺激装置と、
(iii)刺激信号を受信しこの信号に応答して前記刺激を埋め込み対象の聴覚系に供給する少なくとも１つの電極部材と、を含み、
前記刺激は、自然起源の作用物資値を生成し、及び／または、埋め込み対象の聴覚系に放出して、その神経可塑性に影響を与えることを、助長し、及び／または、制御する。
【０１１４】
好適な実施態様では、前記刺激は、所定の所望の方法で聴覚系の機能性を変形或いは修正する。特に、本発明は、神経ネットワークの制御された再構成をすることができるような装置を提供することが好適である。
【０１１５】
好適な実施態様では、本装置は、前記刺激を埋め込み対象の聴覚系に供給するように適合されている。前記刺激は、蝸牛（例えば蝸牛内電極或いは骨内膜電極を介して）、蝸牛神経核（ABI電極を介して）、下丘（MBI電極を介して）、或いは、聴覚系のその他の何らかの部位に供給することができる。
【０１１６】
さらに、前記刺激は、脳深部刺激技法を必要としている、埋め込み対象者の視床下核（STN）、淡蒼球(GPi)、及び／または、視床、に供給されるようにすることができる。
【０１１７】
この実施態様及びその他の実施態様では、前記刺激装置は、前記少なくとも１つの電極部材が聴覚情報伝達刺激を供給していないときをモニタする、即ち検出することができるように適合させることができる。聴覚情報伝達刺激が電極部材によって供給されていないことを監視し、即ち検出したことを受け、本装置は、可塑性情報伝達刺激の供給を開始する。
【０１１８】
これのさらなる実施態様及びその他の実施態様では、本装置は、外部コントローラの非活動化（休止）或いは埋め込み対象からの除去を原因とするなどで外部コントローラからの経皮刺激が停止したときを検出し、これを受け可塑性情報伝達刺激の供給を開始することができる。これに関して、刺激装置は、最後の聴覚情報伝達刺激を供給してから所定の時間間隔で可塑性情報伝達刺激の供給を遅延させるように適合させることができる。例えば、この時間間隔は、臨床医学に携わる人、或いは、本装置の機能や維持管理に責任を持つその他の人物、によって定められたものに従って、数秒から数時間の範囲にすることができる。このような人物には、医者、聴覚学者、及び、聴覚人工器官技術者を含み得る。
【０１１９】
可塑性情報伝達刺激の供給は、刺激装置や制御装置などの装置にプログラムして組み込むことが好適である。このプログラミングは、あらかじめ定められたものとすることができ、所定の刺激の供給のタイプ及び所定のパターンを含むことができる。前記刺激は、
水泳などのように、埋め込み対象者が典型的に使用していないときである、スポーツ、及び／または、睡眠中に供給されるように適合させることができる。前記刺激は、埋め込み対象者の言語処理器の故障、或いは、例えば、頭、耳、皮膚の傷などのように埋め込み対象者が音声処理器を携行するのを妨げるような、傷の発生があった場合などのような、異常な、或いは、予期せぬ事態において供給するように適合させることができる。
【０１２０】
刺激のタイプは、所定のパラダイム、及び／または、刺激パターンを持つことができる。刺激のタイプは、装置によって受けとられるフィードバックに依存させることもできる。例えば、刺激のタイプは、聴覚情報伝達刺激が供給されたかどうか、及び、最後の聴覚情報伝達刺激が供給されてからの経過時間がどうかに依存させることができる。これは、一日中にわたってなどのような、所定の期間にわたって供給された全体的な刺激レベルに依存させることもできる。
【０１２１】
前記刺激は、刺激を受け取っている、神経ネットワークの性質(nature)に依存して変化させることもできる。
【０１２２】
前記刺激措置は、本システムが聴覚情報伝達刺激が再開する、或いは、オンボードのバッテリが放電されるなどのような、時間になるまでは、可塑性情報伝達刺激の供給を続けることができる。使用しているときは、外部コントローラを使用して、経皮誘導結合を使用してオンボード（装置内に搭載された）バッテリに再充電することができる。
【０１２３】
この実施態様では、前記少なくとも１つの電極は、その上に設けられた複数の電極を持つ細長い電極支持部材を含む電極アレイの一部とすることができる。
【０１２４】
さらなる実施態様では、聴覚系内に少なくとも埋め込まれている前記支持部材は、適切な作用物質、好適には自然起源の作用物質、即ち、自然起源作用物質の生成、及び／または放出を制御し、及び／または、助長する作用物質を供給するような供給メカニズムを持つことができる。ある実施態様では、前記作用物質は、神経栄養因子とすることができる。
【０１２５】
聴覚系に供給される作用物資は、
(1)聴覚系に作用する所望の作用物質、或いは
(2)聴覚系に作用する所望の作用物質のための前駆体
とすることができる。
【０１２６】
所望の作用物質のための前駆体は、化学、物理、生物学的な変化を受け、所望の作用物質の形態を取るような前駆体と同様の形式のものとすることができ、或いは、所望の形態変化をもたらす作用を持つ作用物質とすることができる（例えば、遺伝子自体は所望の作用物質ではないが遺伝子の活性化によって所望の作用物質を生成するような注入された遺伝子(gene injection)、例えばBNDF遺伝子は所望の作用物質ではないがその作用はBDNFの生成及び分泌を制御する）。
【０１２７】
供給メカニズムは、神経栄養因子を含む徐放性フィルムを含む、被覆の形式にすることができる。神経栄養物質或いはその他の因子の初期投与量は、電気的刺激によって保持されることとなるような、細胞応答を始動させるのに必要なものにできると見なされる。追加として或いは代わりに、前記支持部材を使用して、支持部材が埋め込まれた場所に神経栄養物質を供給することができる。このことに関して、前記インプラントは、液体容器と、支持部材から神経栄養因子をくみ出し聴覚系に注入するポンプ装置とをさらに含むことができる。
【０１２８】
さらに、前記作用物質は、本装置が前述したような追加の構成要素を持たない場合は手術中に急性方式(acute manner)で加えることができる。例えば、作用物質は、手術中に注射によって加えられる。
【０１２９】
１つを超える、即ち複数の作用物質を聴覚系に供給することができる。これらに作用物質は、同時に、或いは、順次に、所定の方式で供給することができる。
【０１３０】
複数の作用物質を投与する場合は、すべての薬剤の投与は、
１．標的の器官にそって均一なもの、
２．特定の場所、及び／または、時間（例えば、少なくとも１つの薬剤は蝸牛の先端部などの標的の器官のある部分に供給し、もう１つの薬剤は蝸牛の基底部などのような標的器官のその他の場所に供給することが好適な場合などにおいて）
にすることができる。
【０１３１】
薬剤の投与は、同時に或いは異なる時間に発生させることができる。
【０１３２】
上記の説明は、可塑性情報伝達刺激を供給する変形した蝸牛インプラントの使用に焦点を置いたものであるが、このような刺激は、蝸牛インプラントの代わり、或いは、これと一緒に埋め込まれた装置を使用して供給することができる。さらには、本装置は、蝸牛インプラントを受けていない、すなわち埋め込まれていない患者の蝸牛に可塑性情報伝達刺激を供給するために導入することができる。例えば、可塑性情報伝達刺激の供給は、中耳インプラント、或いは補聴器などの使用と協働して実施することができる。
【０１３３】
ある実施態様では、可塑性情報伝達刺激は、刺激が活性の時間間隔(t1)と、刺激がない時間間隔(t2)とを含むデューティサイクルで供給することが好適である。時間間隔(t1)は、高周波数(high frequency)刺激（活動期）である比較的短い時間間隔と、そして、それに続く非活動期（非活動部）である比較的長い時間間隔(t2)とを含むものであり、即ち、ｔ１＜ｔ２、ここでｔ１：ｔ２は少なくとも約０．２或いはそれ未満である。この実施態様では、t1は約０．００１秒から約１００秒までの間の範囲にすることができる。
【０１３４】
前述したように、２つの刺激の時間間隔の合計（t1+t2）は、デューティサイクルとし規定される。この実施態様では、デューティサイクルは、可塑性情報伝達刺激の基本単位である。デューティサイクルの繰り返しレート及び性質は、埋め込み対象者の装置に対して責任を持つ臨床医学に携わる者、即ち臨床医によって規定されることができることが好適である。ある実施態様では、デューティサイクルは、それぞれの個別のチャンネルに対して、t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2などの順番で繰り返すことができる。他の実施態様では、デューティサイクルの間にポーズ（小休止）を設けることができる。ポーズの長さは可変とすることができる。例示であるが、多数のデューティサイクルを前述したような順番（t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2）で適用させることができる。このような複数のサイクルのなかのグループの各自は、ポーズt3（非活動の時間）で離すことができる。例えば、
（t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2）−t3−（t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2）−t3−（t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2）−t3−（t1-t2、t1-t2、t1-t2、t1-t2）とすることができる。
【０１３５】
この場合は、t3はt1或いはt2よりも顕著に長いものとすることが好適である。デューティサイクル及びその間のポーズの何らかの組み合わせは、相談役の臨床医学に携わる者によって適切と考えられることに応じて本発明によって利用されることができる。
【０１３６】
上で規定したように、支持部材は、複数の電極、別名、刺激パッドを具えることができる。埋め込みの際には、各電極は、刺激を加える組織に対してわずかに異なる位置に置かれる。さらに、可塑性情報伝達刺激は、単一の刺激チャネル、幾つかの刺激チャネル、或いはアレイの全ての刺激チャネルに与えることができる。さらに、可塑性情報伝達刺激は、複数の刺激電極に適用されるときには、デューティサイクルの活動中の部分に関して順次に或いは同時に与えることができる。
【０１３７】
可塑性情報伝達刺激は、唯一無二のデューティサイクル（ＤＣ）を特徴とすることができることを想定する。或いは、可塑性情報伝達刺激は、１つよりも多い、即ち複数のデューティサイクルを持つことができる。２つまたはそれ以上のデューティサイクルの組み合わせが可能であり、例えば、
DC1-DC1- DC1-DC1-LP- DC2-DC2- DC2-DC2-
ここでＬＰ＝DC1或いはDC2よりも長い長時間ポーズ（小休止）である。
【０１３８】
すべての電極は、例えば、
DC1-DC2-LP-DC2-DC2
などの同じ刺激パターンを供給する。
【０１３９】
各電極は、様々な刺激パターンを供給することができるが、電極は全て同じ時間には同じパターンを供給する。
【０１４０】
各電極は多様な刺激パターンを供給することができ、各電極は、他の電極と異ならせることができるパターンを供給する。換言すれば、デューティサイクルで規定される可塑性情報伝達刺激の供給は、場所に特有のものである。例えば、刺激のあるパターンは、蝸牛の基底回転に適用可能とされ得るものであり、他の刺激パターンは蝸牛の先端部に適用され得るものである。
【０１４１】
可塑性情報伝達刺激の供給は、少なくとも時間間隔の間の１つまたは複数の薬剤の供給と一致させることができる。刺激と薬剤との供給は、例えば、１つのタイプの薬剤、及び／または、刺激が蝸牛の基底部に適用され、他のタイプの薬剤、及び／または、刺激は、蝸牛の先端部に適用されるように、場所及び時間に特有なものとすることができる。
【０１４２】
簡単化のため全ての場合において、蝸牛は、基底部と先端部とに分割されているが、可塑性情報伝達刺激及び／または作用物質はより多数の区画に供給することができる。効果的に、可塑性情報伝達刺激に関連する限り、刺激パッドの合計の数＋仮想チャネルの合計の数は、可塑性情報伝達刺激が供給され得るような独立した区画の最大数を決定する。
【０１４３】
例えば、同時モードでは、全部ではないが複数の電極が、全ての或いは一部の活動状態のチャネルに適用されるデューティサイクルの活動部において同時に活動状態にされ得るものであり、即ち、それぞれの活動状態の電極に対してのデューティサイクルの活動部は同時に発生する。
【０１４４】
他の実施態様では、前記刺激は、順次モードで、全てではないが複数の刺激電極に適用され得るものであり、１つの刺激電極へのデューティサイクルの活動部は、他の全ての電極がデューティサイクルの非活動部にあるときに発生し、従って、任意の時間にはただ１つの刺激電極だけが活動状態である。
【０１４５】
さらに、前記刺激は、半順次モードで、全てではないが複数の刺激電極に適用され得るものであり、この場合、全て或いは一部の刺激電極のためのデューティサイクルの活動部の開始部分の時間がシフトしており、そのため１つの電極からの刺激が、他の刺激電極に関して遅延が発生するが、その遅延はデューティサイクルの活動部が終わる以前の範囲内におさまるものである。
【０１４６】
さらに、可塑性情報伝達刺激のパターンは上述したモードの全てを組み合わせとすることもできる。
【０１４７】
その他の実施例では、可塑性情報伝達刺激は、複数のデューティサイクルが、アレイの他の刺激電極に適用される前に１つの刺激電極をつうじて供給されるような形式で、順次に適用させることができる。
【０１４８】
上述したような可塑性情報伝達刺激モードは、所定の順番に従って供給され得るものであり、或いは、聴覚情報伝達刺激を伝える刺激電極の活動に依存させることができる。
【０１４９】
他の実施例では、本装置は、一日中などのようにある使用期間にわたって聴覚情報伝達刺激を供給する、１つまたは複数の刺激電極の活動を計測する。例えば、本装置は、刺激の周波数、刺激の電流、及び／または、刺激電極の各々に対する応答を測定することができる。この場合、本装置は、例えば、各電極によって提示されるその日の間における異なるレベルの活動を測定することができ、従って、蝸牛に沿って置かれた聴覚線維の間の差異、及び／または、活動の測定を提供することができる。
【０１５０】
この場合、各電極によって供給された可塑性情報伝達刺激は、その前の時間間隔の間の当該電極のために決定された活動の測定に依存して変化させることができる。可塑性情報伝達刺激の供給は、所定の時間間隔にわたる特定の電極からの聴覚線維によって受け取られた全体の刺激が実質的に同じになる、即ち、アレイのその他の電極から刺激を受ける他の聴覚線維と同じになる、というふうに変化させることができる。
【０１５１】
このような環境においては、アルゴリズムを使用して可塑性情報伝達刺激を伝える電気的刺激を制御することができる。可塑性情報伝達刺激を供給するいずれの刺激電極N0の場合も、対応する重み関数W0は、下記のように計算することができる。
W0=Σ(Ti×Ei×Ni)、iは１からnの間である。
ここで、nは、刺激電極の合計の数
N0は、重みが計算される刺激電極
Tiは、刺激の時間
Eiは、刺激の大きさ（振幅）
Niは、個々の電極のための寄与ファクター（N0は、最も強い寄与度を持ち、N0から遠くに位置する電極ほど低い寄与度を持つが、均一に低下する形式である必要はない）
【０１５２】
同様の方式で、可塑性情報伝達刺激のための重み関数Wpを下記のように計算することができる。
Wp0=Σ(Tpi×Epi×Npi)、iは１からnの間である。
ここで、nは、刺激電極の合計の数
N0は、重みが計算される刺激電極
Tpiは、刺激の時間
Epiは、刺激の大きさ（振幅）
Npiは、個々の電極のための寄与ファクター（N0は、最も強い寄与度を持ち、N0から遠くに位置する電極ほど低い寄与度を持つが、均一に低下する形式である必要はない）
【０１５３】
このようにして直接刺激の効果は、隣接する刺激電極によって供給される刺激と同様に考慮に入れられる。可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための「聴覚」確率（auditory probability）Paは、聴覚情報伝達刺激の重み(Wi)の関数、Pai=f(Wi)である。聴覚情報伝達刺激の重みと可塑性情報伝達刺激の確率とに関する関数は、複雑である。さらに、可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための「可塑性」確率（plasticity probability）Ppは、可塑性情報伝達刺激の重み(Wpi)の関数、Ppi=f(Wpi)である。
【０１５４】
可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための合計確率は、下記のような聴覚及び可塑性情報伝達刺激の重みの関数である。
P=f(Pa,Pb)
【０１５５】
他の実施態様では、聴覚及び可塑性の情報伝達刺激を一緒に供給することもできる。
【０１５６】
さらに他の実施態様では、聴覚情報伝達刺激は、可塑性情報伝達刺激に重ね合わせることができる。
【０１５７】
さらなる実施態様では、システムは、電極の活動を監視し、上述した式と同様に、聴覚情報伝達刺激の重みを決定する。可塑性情報伝達刺激を供給する刺激電極の確率は、聴覚情報伝達刺激重みWxに反比例させることができる。結果は、神経細胞が活動（発火しない）で過ごす時間間隔が長いほど、刺激電極が聴覚系に可塑性情報伝達刺激を供給する確率、Pxi=f(1/Wi)、Wxi=f(txi)が高くなり、ここでPxiは、聴覚情報伝達刺激の期間に関連する、可視性情報伝達刺激を供給する確率であり、Wxiは、聴覚情報伝達刺激の重みであり聴覚情報伝達刺激txiがない時間間隔に比例する。
【０１５８】
可塑性情報伝達刺激を供給する刺激戦略は、埋め込み対象者の蝸牛インプラントによって使用される音声符号化戦略などのような個々の状況に依存させることができる。可塑性情報伝達刺激を適用、即ち与えることによって、聴覚系全体を刺激することができ、よってその可塑性を維持管理して良好な状態に保つことができる。
【０１５９】
本装置は、複数の入力を持つことができる。ある入力は、本装置に所望のパラメータを設定するのに使用することができるプログラミングシステムである。他の入力は、上述した関数（Wi,Wp,Wa,P,Pa,Pp）の使用に依存させることができ、本装置にある結果を与えるものである。このシステムは、もし設けられているならば、例えば蝸牛インプラントなどの隣接する刺激装置、即ちその他の聴覚情報伝達刺激と同様に、本装置から入力を受け取ることができる。このシステムは装置の刺激部から入力を受け取ることができ、よって刺激電極の電気的出力を測定するということに注意すべきであり重要なことである。
【０１６０】
他のケースでは、神経反応テレメトリ（ＮＲＴ）機能を使用して刺激信号への応答としての神経活動を計測する関数を生成することできる。
【０１６１】
全体的に、予め決められていないケースでは、可塑性情報伝達刺激の確率は、下記の関数で表すことができる。
P=f{(Ca(PIVTF)×Pa(PIVTF)),(Ca(NRT PIVTF)×Pa(NRT PIVTF)),(Cp(PIVTF)×Pp(PIVTF)), (Cp(NRT PIVTF)×Pp(NRT PIVTF))}
ここで、cはそれぞれの確率の寄与係数であり、
添え字aは、聴覚情報伝達刺激への関連を表し、
添え字pは、可塑性情報伝達刺激への関連を表し、
添え字PIVTFは、関数から受け取った入力への関連を表し、以降、可塑性情報可変トラッキング関数と称し、
添え字NRT PIVTFは、NRTベースの可塑性情報可変トラッキング関数から受け取った入力への関連を表す。
【０１６２】
本システムは２つのモード、即ち、慢性と急性で機能させることができる。急性モードでは、可塑性情報伝達刺激は、蝸牛インプラントが活動している時間間隔に比較して短い時間の間、聴覚系に供給させることができる。慢性モードでは、可塑性情報伝達刺激は、蝸牛インプラントが活動している時間間隔に匹敵するほどの、即ち同じ期間にわたって提示させることができる。
【０１６３】
刺激装置は、ソフトウェアの形式でプロセッサに格納されている命令セットを処理するプロセッサを含むことが好適である。
【０１６４】
さらなる実施態様によれば、本発明は、埋め込み対象の神経ネットワークに刺激を供給する方法であり、下記のステップを含む。
(i)前記刺激を前記埋め込み対象に供給するのに適した位置に少なくとも１つの電極部材を配置するステップ
(ii)刺激信号を生成するステップ
(iii)前記信号を前記少なくとも１つの電極部材へ伝送するステップ
(iv)前記信号に応答して前記刺激を供給するステップ
ここで、前記刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または前記神経ネットワークへの放出を助長し、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与えるものである。
【０１６５】
この実施態様では、前記刺激は、所定の所望の方式で神経ネットワークの機能性を変更させるものとすることが好適である。特に、本発明は、神経ネットワークの制御された再構成をできるような装置を提供することが好適である。
【０１６６】
この実施態様では、ステップ(i)は、蝸牛などのような埋め込み対象の聴覚系に配置するように、前記少なくとも１つの電極部材を配置するステップを含ませることが好適である。この実施態様では、前記少なくとも１つの電極は、聴覚情報伝達刺激を埋め込み対象者の蝸牛に供給するように適合させることが好適である。他の実施態様では、聴覚情報伝達刺激は、蝸牛インプラント以外の聴覚人工器官、中耳インプラント(MEI)や補聴器(HA)などによって供給させることができる。
【０１６７】
この実施態様では、可塑性情報伝達刺激を埋め込み対象者の神経ネットワークに供給する本方法は、本明細書で定義される１つまたは複数の機能を持つインプラント或いは装置を使用して実行させることが好適である。
【０１６８】
この説明を目的として、化学的な神経細胞−神経細胞のシナプスプロセスのみを説明する。当業者は本発明が神経細胞−効果器官組織(effector tissue)のシナプスの可塑性に影響を与える目的のために同様に適用され得ることを認識するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１６９】
本発明を実行するための好適な態様
例示のみを目的として本発明の好適な実施態様は、付属の図面を参照して説明する。図１と図９とに、本発明による可塑性情報伝達刺激を供給するのに使用される蝸牛インプラントの実施態様を示す。この説明を目的とするあいだは、蝸牛インプラントは、埋め込み対象の他の場所を刺激するその他の装置を想定し、これも本発明の応用に含まれることが理解されるように図示してある。例えば、図１０、本発明による埋め込み可能な装置の他の実施態様を示す。
【０１７０】
図１の蝸牛インプライントは、２つの主たる構成要素、即ち、音声処理器２９を収容する外部筐体を含む外部構成要素と、刺激ユニット２２と埋め込まれたレシーバーとを含む内部構成要素とを含む。外部構成要素はマイクロホン２７を含む。音声処理器２９は、この説明では、外耳１１の裏側に装着することができるように構成されている。代替の態様では、音声処理器２９、及び／または、マイクロホン２７のための筐体は体に身に着けさせることもできる。音声処理器２９には装着されたものは、電気的信号を埋め込まれたユニット２２に周波数変調（ＦＭ）無線周波数（ＲＦ）リンクを介して送信する外部アンテナコイル２４である。
【０１７１】
埋め込まれた構成要素は、トランスミッターコイル２４からデータと電力とを受信するレシーバーアンテナコイル２３を含む。ケーブル２１は、この埋め込まれたレシーバー及び刺激ユニット２２から蝸牛１２まで延在しており、電極アレイ２０で終わっている。受信した信号は、アレイ２０によって基底膜８に適用され、これによって聴覚神経９を刺激する。
【０１７２】
聴覚刺激を基底膜８に供給する機能を持つアレイ２０に加えて、蝸牛インプラントは、可塑性情報伝達刺激を基底膜８に供給するように適合されている。このような電気的な刺激の供給は、埋め込み対象者の聴覚系の神経ネットワークに自然起源の作用物質の生成及び／または放出を助長し、及び／または、制御し、これらの機能性に影響を与える、ことを目的として持つ。図９に示すように、ユニット２２の筐体は、インプラントが従来の蝸牛インプラントのように機能することができるように従来の回路とみなされるようなものを収容する部分Ａを含むことができる。また、これは、電極アレイ２０が本明細書で定義したように可塑性情報伝達刺激を供給することを可能にする適切な回路を収容するような、部分Ｂを含む。
【０１７３】
図１０は、全体を１００で示した本装置の代替の実施態様を示すものであり、本装置は、可塑性情報伝達刺激を聴覚系などの神経ネットワークに供給するように簡単に適合させたものである。この実施態様では、本装置は、刺激装置とそこから延びる電極アレイ１０２のための筐体１０１を持つ。図に示すように、電極アレイ１０２は、複数の電極１０３を含むことができる。図１０に示した本装置１００は、埋め込み対象者の蝸牛に埋め込むように適合させることができる。しかしながら、これは、その他の適切な場所に埋め込むことができる。聴覚系における場合は、アレイ１０２は蝸牛神経核（ABIを介して）、上オリーブ、外側毛帯核、下丘(MBI装置を介して)、視床の内側膝状体(MGB)、及び聴覚皮質のいずれかのなかに埋め込むことができる。
【０１７４】
可塑性情報伝達刺激は、
埋め込み対象者の聴覚知覚閾値未満の大きさを持ち、よって、これは、インプラントが聴覚刺激を供給している場合に対照的に埋め込み対象者に音の知覚を引き起こさせない。
【０１７５】
可塑性情報伝達刺激は、これが蝸牛１２に供給されるときには、埋め込み対象者の中枢聴覚系をつうじて伝送される。この中枢聴覚系には、蝸牛神経核、(CN)、上オリーブ複合体(SOC)、外側毛帯核(NLL)、下丘(IC)、視床の内側膝状体(MGB)、及び聴覚皮質が含まれる。上述したように、CN、SOC、NLLは、脳幹の神経核であるが、ICは、中脳レベルにあり、MGBとACは聴覚視床皮質系を構成する。この聴覚系の説明は、下記の構符号で表される図１１で提供される。
(a)蝸牛を表す
(b)蝸牛神経核を表す
(c)上オリーブを表す
(d)下側毛帯核を表す
(e)下丘を表す
(f) 内側膝状体を表す
(g)聴覚皮質を表す
【０１７６】
このような可塑性情報伝達刺激の供給は、神経ネットワークへの前記自然起源の作用物質の生成及び放出をもたらし、これの神経可塑性に影響を与える結果となる。本装置は、前記刺激が所定の所望の方式で神経ネットワークの機能性を変更する、という利点を持つ。
【０１７７】
図に示した実施態様では、生成及び／または放出された自然起源の作用物質は、脳由来神経栄養因子（BDNF）などのような１つまたは複数の神経栄養因子、すなわち神経栄養物質である。他の実施態様では、神経栄養因子は、NGF、NT-3、NT-4/5、NT-6、LIF、GDNF、CNTF、及びIGF-Iを含む群から選択することができる。
【０１７８】
他の実施態様では、自然起源の作用物質は、神経伝達物質のみならず１つまたは複数の物質とすることができ、これらは、例えばアデノシンや神経修飾物質などのような、神経栄養物質レセプター(neurotrophic receptor)を活性化する能力を持つものである。
【０１７９】
神経栄養因子は、シナプスの維持・管理及び確立において鍵となる要素である。シナプス後細胞によって分泌される神経栄養物質は、分泌する場所の近くの細胞表面に結合する性質のため非常に局所化しやすいものであある。シナプス活動に応じて分泌される内因性神経栄養物質は、新たなシナプス接合の形成を導く形態変化を生じさせる。神経栄養物質のシナプスの活動は、２つのモードから構成される。休止「許容」モード(resting permissive mode)では、神経栄養物質は、閾値下及び低頻度のシナプス活動によって引き起こされる調整された分泌或いは構成的分泌をつうじて低いレベルで分泌される。この休止許容モードは、長期増強(potentiation)を生成する能力を含むシナプス機能の栄養の調整をもたらす。活性「指示」モード(active instructive mode)では、神経栄養因子は、シナプス後細胞質の一時的な高レベルのカルシウム濃度という結果になるような強いシナプス活動に応答してより高いレベルで分泌される。神経栄養物質の分泌は、活性依存合成(activity-dependent synthesis)及び神経栄養物質の輸送によって補うこともできる。高いレベルの神経栄養物質は、シナプス機能性及び新たなシナプス接合の形成を生じさせる。
【０１８０】
さらなる実施態様では、可塑性情報伝達刺激の供給によって神経細胞から放出される神経栄養因子は、らせん神経節細胞の生存を増大させるような神経栄養因子である。このような細胞は、埋め込み対象が蝸牛インプラントを成功裏に利用しようとする場合には、機能させなければならない。
【０１８１】
可塑性情報伝達刺激の供給を使用して、アレイ２０の刺激電極に向かってらせん神経節細胞が延び出ることを誘発させることができる。これらの細胞と刺激電極との間の距離を減少させることによって、聴覚情報伝達刺激のより良い選択性と感応性とを達成することができる。
【０１８２】
蝸牛１２に供給された可塑性情報伝達刺激は、自然起源の作用物質の生成及び／または放出を生じさせ、神経組織の５つのレベルのうちの最初の４つを調整するための制御などを訓練するように適合されている。この４つは以下のとおりである。
１．個々の細胞（例えばらせん神経節細胞）
２．シナプスによって接続される、例えば、蝸牛神経核などの細胞のペア
３．例えば外側毛帯、或いは下丘の核などの相互作用する細胞のネットワーク
４．例えば、聴覚皮質などの挙動を調整する脳内の系
【０１８３】
従って、神経組織の５番目のレベル、受け手の挙動（behavior of recipinet）も、可塑性情報伝達刺激を受け取っていないような、全く同じ聴覚情報伝達刺激の受け手のものとは異なる方式の聴覚情報伝達刺激に応じて受け手が行動するのに従って制御することができる。
【０１８４】
可塑性情報伝達刺激は、自然起源の作用物質の生成、及び／または、放出を生じさせるように適合され、この刺激を、神経組織（neural organisation）の５つのレベルのうちの最初の４つのレベルで聴覚系に供給することができる。この４つのレベルは下記のとおりである。
１．個々の細胞（例えば、らせん神経節細胞（例えば、Cｌ、骨内膜電極などによって）
２．例えば蝸牛神経核などのシナプスによって接続される細胞のペア（例えば、ABI、PABIによって）
３．例えば外側毛帯、或いは下丘の核（例えばMBI）などの相互作用する細胞のネットワーク
４．例えば、聴覚皮質などの挙動を調整する脳内の系（例えば、聴覚皮質インプラント）
【０１８５】
前記刺激は、前記刺激が適用されるような上述したレベル、及び、適用された神経組織のレベルを調整するための制御を訓練する。
【０１８６】
図２−２ｂは、その他の、全体を埋め込み可能な蝸牛インプラントシステム４０を支援す。インプライント４０は、埋め込み対象者の人体の外部で支持され、或いは携行され構成要素に依存せずに、少なくとも時間間隔での操作する機能を持つ。
【０１８７】
インプラント４０は、インプラントを受け入れる埋め込み対象者の耳に隣接する側頭骨に形成されるくぼみに埋め込むように適合されている。インプラント４０は、図１に示した刺激ユニット２２及びレシーバーを埋め込んだ方式で埋め込むことができる。
【０１８８】
インプラント４０は、インプラント４０の重要な電子回路４４を収容する生体適合であり密閉されたチタニウムの筐体４１を含む。筐体４１のなかに収容されているものは、マイクロホン４２と再充電可能なバッテリ４３である。埋め込む前に、筐体４１は、インプラントをより保護するシリコン或いはパリレンの層で被覆されている。このような被覆は、当該技術分野では良く知られたものであり、本出願ではさらなる説明はしない。
【０１８９】
前述したように、筐体４１は、側頭骨からの骨の切削の必要性を最小化するように形成され。
【０１９０】
この特定の実施態様では、マイクロホン４２は、そのダイアフラムが、筐体４１の注入に続いて外側に向いている筐体の一面４５に隣接している。図に示したマイクロホン４２は、単一キャビティのマイクロホンであるが、指向性のデュアルキャビティ(directional dual cavity)或いはシングルキャビティのマイクロホンを本システムで使用することができ、このれ同じ或いは同様の機能を実行できることを想定している。
【０１９１】
本発明のインプラント４０と共に協働して使用される電極アレイは図に示していないが、図１に示したアレイ２０と同じ或いは同様のものすることができる。しかしながら、インプラント４０はコントア(Contour(登録商標))アレイ（Cochlear Limited, Lane Cove, NSW, Austria）を副腎皮質ステロイドと共に使用して刺激に必要な電流を減少させることが好適である。
【０１９２】
再充電可能なバッテリ４２は、筐体４１に収容されている、マイクロホン４２と電子回路４４のための電力を供給する。様々なタイプのバッテリを使用することができるが、リチウムイオンバッテリが好適な選択肢である。この用途のための選択されたバッテリのタイプは、当業者によって理解されるように、システム要件に大きく依存する。
【０１９３】
図に示した実施態様では、バッテリ４３は、筐体４１から取り外し不可能なものである。他の実施態様では、筐体４１は、筐体４１に手術的にアクセスすることによってバッテリ４３の取り外しが可能になるよう変更することができる。
【０１９４】
インプラント４０は、バッテリ４３が充電中であっても動作する能力を持つ。パッケージ全体からバッテリを分離するためには、熱的、及び電気的に絶縁する素材をバッテリ４３とそれを取り囲む筐体４１との間に設ける。
【０１９５】
インプラント４０は、筐体４１の外側に装着されたアンテナコイル４６を含む。図に示したコイル４６は、３回(3-turn)電気絶縁プラチナワイヤーアンテナコイルである。図に示したアンテナコイル４６のための電気的絶縁は、フレキシブルなシリコンモールディングで提供される。アンテナコイル４６は、図２で見ることができるように、筐体４１から外へ延在している。
【０１９６】
図に示したアンテナコイル４６は、中央に位置した希土類永久磁石４７のまわりに配置されており、この磁石は、アンテナコイル４６のまわりにあるシリコンモールディング４８によってアンテナコイル４６の中心に保持されている。磁石４７を設けることは、磁石の誘引力によって埋め込まれたコイル４６と、図１に示した外部コイル２４などのような、外部コイルユニットとの位置合わせを助け、これによって、従来の蝸牛インプラントシステムとして使用されるべき本システムを提供することができる。磁石４７は、埋め込み対象者が、必要であれば、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャニングを受けることが可能となるように、手術的に除去可能なものとすることが好適である。
【０１９７】
コイル４６と筐体４１内の構成要素との間の電気的な接続は、２つの密閉されかつ孤立された貫通接続端子(feedthroughs)によって提供される。コイル４６は、無線周波数(RF)リンクの部品とし機能し、インプラント４０と外部装置との間で双方向のデータ伝送を可能にする。コイル４６は、電力レシーバーとして機能し、よってＲＦリンクをつうじてバッテリ４３を誘導的に充電するための手段を提供する。
【０１９８】
筐体内の回路４４は、フレキシブル回路基板上に装着し筐体４１内に回路を容易に設けることを可能にすることが好適である。回路４４は、１つの集積回路内に一体化された刺激処理器と音声処理器とを含む。
【０１９９】
回路４４内の刺激処理器は、聴覚情報伝達刺激を図１のアレイ２０などのような電極アレイに出力する。このアレイは、本明細書で説明したように、可塑性情報伝達刺激を出力するように適合させることが好適である。
【０２００】
電極アレイは、そこに装着された複数の電極を持つ細長い電極支持部材を含むことができる。この支持部材は、適切な生体適合材料から形成することが好適である。図１に示した実施態様では、この材料は、Silastic MDX 4-4210などのようなシリコンにすることができる。
【０２０１】
アレイ２０の各電極は、プラチナなどの生体適合材料から形成される。図に示した実施態様では、電極アレイ２０は、支持部材に沿って離間された２２個のプラチナ電極うを含む。
【０２０２】
アレイ２０の支持部材は、埋め込み対象者の蝸牛内に支持部材を挿入することが可能となる第１の構成と、前記細長い部材が蝸牛１２の面に合致するため湾曲しているような、少なくとも第２の構成とを持つことができる。
【０２０３】
金属製のスタイレット、或いは、生体吸収硬化部材などの硬化部材（stiffening element）を使用して細長い部材を前記第１の構成に偏らせる、即ちバイアスさせることができる。埋め込まれた後、スタイレットを引き抜くことができ、或いは、硬化部材は溶解する、または少なくとも柔らかくなり、その結果、支持部材は好適な第２の構成を採用することができるようになる。第１の構成は、実質的に直線、或いは直線にすることが好適であるが、第２の構成は曲線、或いはらせん状の曲線とする。
【０２０４】
利用されるときは、硬化部材の生体吸収材料は、ポリアクリル酸（PAA）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ乳酸(polylactic acid;PLA)、及びポリグリコール酸(polyglycolic acid;PGA)からなる群から選択することができる。特別な用途のための必要な特性を提供する他の材料を使用することもできる。
【０２０５】
図に示していないが、前記細長い部材の外面の少なくとも一部が潤滑性の材料の被覆を持つことができる。ある実施態様では、前記細長い部材の全ての外面、或いはかなりの部分が、潤滑性の材料の被覆を持つことができる。この施態様では、潤滑性の材料は、ポリアクリル酸（PAA）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ乳酸(polylactic acid;PLA)、ポリグリコール酸(PGA)からなる群から選択することができる。その他の同様な材料を使用することができることも想定している。
【０２０６】
本インプラントシステムは、当該分野で知られている単極刺激をサポートする、１つまたは複数の容量結合蝸牛外電極(capacitively coupled extracochlea electrodes)も含むことができる。
【０２０７】
電極アレイ２０の電極は、可塑性信号を回路４４の一部を構成する、埋め込まれた刺激処理器から刺激信号を受信する。筐体４１内の構成要素は、図１に示した導線２１などのような電気的導線の手段によってアレイ２０に電気的に接続されている。導線２１は、細長い部材の装着されたアレイの各電極から延在する１つまたは複数のワイヤーを含むことができる。
【０２０８】
上述したように、埋め込み可能なユニットの筐体４１は、充電可能なバッテリ４３を収容する。バッテリ４３は、外部構成要素がインプラント４０と共に使用していないないときであり、かつ、埋め込み対象が聴覚情報伝達刺激を受け取ることができないときでさえ、インプラントは、少なくとも可塑性情報伝達刺激を供給することができるのに十分な電力を持つ。このことは、本システムが、埋め込み対象者が睡眠しているときなどに可塑性情報伝達刺激を供給することができるため利点となる。
【０２０９】
図２−２ｂに示した実施態様を考えたとき、埋め込み可能なユニットはマイクロホン４２と音声処理器とを含まずに設けることができる。この場合、マイクロホンによる検出と、所望の音声技法を使用した音声処理とは、図１で示したプロセッサ２９などの外部構成要素を使用して実施することができる。この場合、オンボードのバッテリ４３を使用して回路４４を作動し、アレイ２０への可塑性情報伝達刺激の供給だけを保証することができる。
【０２１０】
この実施態様では、インプラントは、アレイ２０が聴覚情報伝達刺激を供給していないときを検出し、その場合には可塑性情報伝達刺激の供給を開始するよう適合させることができる。インプラントは、埋め込み対象者による操作によるプロセッサ２９の除去、或いは、プロセッサ２９の非活動化（停止）によるなどのように、プロセッサ２９などのような外部コントローラからの経皮刺激が停止するときを検出し、これを受け可塑性情報伝達刺激の供給を開始することができる。これに関して、刺激装置は、アレイ２０による最後の聴覚情報伝達刺激を供給してから所定の時間間隔になるまで可塑性情報伝達刺激の供給を遅延させるように適合させることができる。例えば、この時間間隔は、数秒から何時間もの範囲にすることができる。
【０２１１】
刺激装置（器）は、システムが聴覚情報伝達刺激が再開する、或いは、オンボードバッテリ４３が放電するなどのような時間にいたるまでは、可塑性情報伝達刺激の供給を続けることができる。使用されているときは、それ独自のバッテリを持つ外部プロセッサ２９を使用して、経皮膚誘導結合を用いてオンボードバッテリ４３を再充電することができる。
【０２１２】
図に示していないが、アレイの支持部材は神経栄養因子を含む徐放性フィルムで被覆することができる。神経栄養因子或いはその他の因子の初期投与量は、電気的刺激によって保持されることとなるような、細胞応答を始動させるのに必要なものにできると考えられる。追加として或いは代わりに、前記支持部材を使用して、支持部材が埋め込まれた場所に神経栄養物質を供給することができる。このことに関して、前記インプラントは、液体容器と、支持部材から神経栄養因子をくみ出し聴覚系に注入するポンプ装置とをさらに含むことができる。
【０２１３】
上記の説明では可塑性情報伝達刺激を供給する変更を加えた蝸牛インプラントの使用を説明してきたが、このような刺激は、蝸牛インプラントの代わり、或いは、これと共に埋め込まれた装置を使用して供給することもできる。さらに、本装置を導入し、蝸牛インプラントを受け入れていない患者の蝸牛１２に可塑性情報伝達刺激を供給することができる。
【０２１４】
図に示したシステムによって蝸牛１２に供給される可塑性情報伝達刺激は、５KHz未満の周波数であり、役５０Hzとすることが好適である。
【０２１５】
可塑性情報伝達刺激の供給は、本装置が聴覚情報伝達刺激を供給する能力がないときに生じさせることが好適である。例えば、可塑性情報伝達刺激の供給は、埋め込まれた者が睡眠中であり装置を聴覚情報伝達刺激の供給に使用していないときに、生じさせることができる。図３に示すように、聴覚情報伝達刺激（線５１）が、蝸牛１２に全く供給されておらず、このとき、可塑性情報伝達刺激５３の定期的な発生が蝸牛１２に供給されている。
【０２１６】
図４に示すように、可塑性情報伝達刺激のパターンは、高周波数(high frequency)刺激５３（活動期）である比較的短い時間間隔(t1)と、そして、それに続く非活動期（非活動部）である比較的長い時間間隔(t2)とを含むものであり、即ち、ｔ１＜ｔ２、ここでｔ１：ｔ２は少なくとも約０．２或いはそれ未満である。この実施態様では、t1は約０．００１秒から約１００秒までの間の範囲にすることができる。２つの刺激５３の間の時間間隔の合計(t1+t2)は、デューティサイクルで規定される。この実施態様では、デューティサイクルは、可塑性情報伝達刺激の基本単位である。
【０２１７】
上記で規定したように、アレイ２０は、複数の電極、別名、刺激パッドを持つことができる。埋め込むとき、各電極は、刺激を加える蝸牛１２の組織に対してわずかに異なる位置に置かれる。さらに、可塑性情報伝達刺激は、単一の刺激チャネル、幾つかの刺激チャネル、或いはアレイの全ての刺激チャネルに与えることができる。さらに、可塑性情報伝達刺激は、複数の刺激電極に適用されるときには、デューティサイクルの活動中の部分に関して順次に或いは同時に与えることができる。
【０２１８】
例えば、同時モードでは、全部ではないが複数の電極が、全ての或いは一部の活動状態のチャネルに適用されるデューティサイクルの活動部において同時に活動状態にされ得るものであり、即ち、それぞれの活動状態の電極に対してのデューティサイクルの活動部は同時に発生する（図５に示すように）。
【０２１９】
他の実施態様では、前記刺激は、順次モードで、全てではないが複数の刺激電極に適用され得るものであり、１つの刺激電極へのデューティサイクルの活動部は、他の全ての電極がデューティサイクルの非活動部にあるときに発生し、従って、任意の時間にはただ１つの刺激電極だけが活動状態である（図６に示すように）。
【０２２０】
さらなる実施態様では、さらに、前記刺激は、半順次モードで、全てではないが複数の刺激電極に適用され得るものであり、この場合、全て或いは一部の刺激電極のためのデューティサイクルの活動部の開始部分の時間がシフトしており、そのため１つの電極からの刺激が、他の刺激電極に関して遅延が発生するが、その遅延はデューティサイクルの活動部が終わる前にとどまるものである（図７に示すように）。
【０２２１】
さらに、可塑性情報伝達刺激パターンは情報したモードの全ての組み合わせとすることもできる。
【０２２２】
他の実施態様では、可塑性情報伝達刺激は、複数のデューティサイクルが、それがアレイの他の刺激電極に適用される前に１つの刺激電極をつうじて提供されるような形式で、順次に適用させることができる（図８に示すように）。
【０２２３】
上述したような可塑性情報伝達刺激は、所定の順番に従って提供させることができ、或いは、聴覚情報伝達刺激を伝える刺激電極の活動に依存させることもできる。
【０２２４】
その他の実施態様では、本装置は、一日中などのようにある使用期間にわたって聴覚情報伝達刺激を供給する、１つまたは複数の刺激電極の活動を計測する。例えば、本装置は、刺激の周波数、刺激の電流、及び／または、刺激電極の各々に対する応答を測定することができる。この場合、本装置は、各電極によって提示されるその日の間における異なるレベルの活動を測定することができ、従って、蝸牛に沿って置かれた聴覚線維の間の差異、及び／または、活動の測定を提供することができる。
【０２２５】
この場合、各電極によって供給された可塑性情報伝達刺激は、その前の時間間隔の間の当該電極のために決定された活動の測定に依存して変化させることができる。可塑性情報伝達刺激の供給は、所定の時間間隔にわたる特定の電極からの聴覚線維によって受け取られた全体の刺激が実質的に同じになる、即ち、アレイのその他の電極から刺激を受ける他の聴覚線維と同じになる、というふうに変化させることができる。
【０２２６】
このような状況においては、アルゴリズムを使用して可塑性情報伝達刺激を伝える電気的刺激を制御することができる。可塑性情報伝達刺激を供給するいずれの刺激電極N0の場合も、対応する重み関数W0は、下記のように計算することができる。
W0=Σ(Ti×Ei×Ni)、iは１からnの間である。
ここで、nは、刺激電極の合計の数
N0は、重みが計算される刺激電極
Tiは、刺激の時間
Eiは、刺激の大きさ（振幅）
Niは、個々の電極のための寄与ファクター（N0は、最も強い寄与度を持ち、N0から遠くに位置する電極ほど低い寄与度を持つが、均一に低下する形式である必要はない）
【０２２７】
同様の方式で、可塑性情報伝達刺激のための重み関数Wpを下記のように計算することができる。
Wp0=Σ(Tpi×Epi×Npi)、iは１からnの間である。
ここで、nは、刺激電極の合計の数
N0は、重みが計算される刺激電極
Tpiは、刺激の時間
Epiは、刺激の大きさ（振幅）
Npiは、個々の電極のための寄与ファクター（N0は、最も強い寄与度を持ち、N0から遠くに位置する電極ほど低い寄与度を持つが、均一に低下する形式である必要はない）
【０２２８】
このようにして直接刺激の効果は、隣接する刺激電極によって供給される刺激と同様に考慮に入れられる。可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための「聴覚」確率（auditory probability）Paは、聴覚情報伝達刺激の重み(Wi)の関数、Pai=f(Wi)である。聴覚情報伝達刺激の重みと可塑性情報伝達刺激の確率とに関する関数は、複雑である。さらに、可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための「可塑性」確率（plasticity probability）Ppは、可塑性情報伝達刺激の重み(Wpi)の関数、Ppi=f(Wpi)である。
【０２２９】
可塑性情報伝達刺激を提供するためのそれぞれの個々の刺激電極のための合計確率は、下記のような聴覚及び可塑性情報伝達刺激の重みの関数である。
P=f(Pa,Pb)
【０２３０】
他の実施態様では、聴覚及び可塑性の情報伝達刺激を一緒に供給することもできる。
【０２３１】
さらに他の実施態様では、聴覚情報伝達刺激は、可塑性情報伝達刺激に重ね合わせることができる。
【０２３２】
さらなる実施態様では、システムは、電極の活動を監視し、上述した式と同様に、聴覚情報伝達刺激の重みを決定する。可塑性情報伝達刺激を供給する刺激電極の確率は、聴覚情報伝達刺激重みWxに反比例させることができる。結果は、神経細胞が活動（発火しない）で過ごす時間間隔が長いほど、刺激電極が聴覚系に可塑性情報伝達刺激を供給する確率が高くなる。
【０２３３】
可塑性情報伝達刺激を供給する刺激戦略は、埋め込み対象者の蝸牛インプラントによって使用される音声符号化戦略などのような個々の状況に依存させることができる。可塑性情報伝達刺激を適用、即ち与えることによって、聴覚系全体を刺激することができ、よってその可塑性を維持管理して良好な状態に保つことができる。
【０２３４】
本システムは２つのモード、即ち、慢性と急性で機能させることができる。急性モードでは、可塑性情報伝達刺激は、蝸牛インプラントが活動している時間間隔に比較して短い時間の間、聴覚系に供給させることができる。慢性モードでは、可塑性情報伝達刺激は、蝸牛インプラントが活動している時間間隔に匹敵するほどの、即ち同じ期間にわたって提示させることができる。
【０２３５】
筐体２２即ち回路４４内の刺激装置は、ソフトウェアの形式でプロセッサに格納されている命令セットを処理するプロセッサを含むことが好適である。
【０２３６】
本発明は、
BDNFなどの自然生起の作用物質を神経ネットワークに生成、及び／または、放出し、それの神経可塑性に影響を与え、好適には向上させることを目的として埋め込み対象者の神経ネットワークに刺激を供給する装置を提供する。
【０２３７】
広く説明してきた本発明の範囲或いは本質を逸脱することなく、具体的な実施態様に示した本発明には、当業者によって様々な変形及び／または修正を加えることができることが理解されるであろう。よって本実施態様は、全ての態様において説明のための例示であり、制限するものとして考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０２３８】
【図１】本発明による蝸牛インプラントの一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施態様に蝸牛のための埋め込み可能な筐体の平面図であり、２ａは、図２のＡ−Ａ線で切った図２の筐体の断面図であり、２ｂは、図２のＢ−Ｂ線で切った図２の筐体のさらなる断面図である。
【図３】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激を説明する図である。
【図４】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激のさらなる説明図である。
【図５】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激のさらなる説明図である。
【図６】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激のさらなる説明図である。
【図７】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激のさらなる説明図である。
【図８】本装置による出力のような時間の関数である情報伝達刺激のさらなる説明図である。
【図９】本発明による装置のその他の実施態様を概略図である。
【図１０】本発明による装置のさらなる実施態様を概略図である。
【図１１】人体の聴覚系の概略図である。
【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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