(57)【要約】開示文書の説明は、患者の神経機能の変化を頭蓋内電気刺激が治療した、または、該変化を実現するための幾つかの方法および装置に関するものである。本発明による方法の幾つかの実施形態は、神経系活動の持続変化を向上または誘発させて、特定の神経機能を実現することを目的としている。神経系活動のかかる持続変化は「神経可塑性」と定義される。本発明による方法を利用して、脳損傷（卒中、外傷など）、脳疾患（アルツハイマー秒、ピック病、パーキンソン病など）、および／または、脳障害（癲癇、鬱など）を治療することができる。本発明による方法を利用して、正常で健康な脳の神経機能（学習、記憶など）を向上させ、或いは、感覚機能（痛みなど）を抑制することができる。本発明による方法の或る実施形態は、神経可塑性が発生している場所である脳の刺激部位に電気刺激を加える。刺激部位は、通常は神経系活動が存在して脳の機能的編成にしたがって特定の神経機能を実施している脳の領域とは異なっている。神経機能に関連する神経可塑性が脳で発生する一実施形態では、当該方法はかかる神経可塑性が存在する部位を同定することを含む。神経可塑性が脳で発生していない代替の実施形態では、代替の局面は、神経可塑性が発生すると予想される刺激部位に神経可塑性を誘発することである。刺激部位で意図した神経系活動に持続効果を生じると予想されるこのような方法の幾つかの実施形態は、刺激部位における神経単位の休止膜電位を閾値以下のレベルまで上昇させる電気パルスを利用する。
2005516698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の神経機能を実現する方法であって、
神経系活動の変化が患者の特定の身体機能および／または認識機能を実施するために発生していると推測される患者の皮質に刺激部位を選定する工程と、
選定された刺激部位に電極を設置する工程と、
電極を介して刺激部位に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記方法は、複数の身体機能および／または認識機能を含む第１リスト、および、身体機能および／または認識機能のうちの特定の１つを実施するために神経系活動が変化すると推測される皮質の複数の神経系部位を含む第２リストを供与する工程を更に含んでおり、
刺激部位を選定する前記工程は、患者の変化した機能に相関づけられる第１リストの身体機能および／または認識機能を同定する工程と、これと対応する、第２リストの患者の皮質の神経部位を判定する工程とを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
刺激部位を選定する前記工程は、損傷時以前には皮質に発生していた、患者の損われた機能を実施するための神経系活動が実施されていた皮質の損傷領域に隣接する位置に刺激部位を選定する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
患者が前頭葉の一次運動皮質の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
患者が前頭葉の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
患者が表出言語障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
患者が言語理解障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の頭頂葉のウェルニッケ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、頭頂葉のウェルニッケ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
患者が学習障害と記憶障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
患者が気分障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、辺縁系部分に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、辺縁系部分に電極を配置する工程を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
患者の神経機能を実現する方法であって、
神経系活動の変化が変化を受けた患者の特定の身体機能および／または認識機能を実施するために発生していると推測される患者の皮質に刺激部位を選定する工程と、
選定された刺激部位に電極を設置する工程と、
電極を介して刺激部位に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
前記方法は、複数の身体機能および／または認識機能を含む第１リスト、および、身体機能および／または認識機能のうちの特定の１つを実施するために神経系活動が変化すると推測される皮質の複数の神経系部位を含む第２リストを供与する工程を更に含んでおり、
刺激部位を選定する前記工程は、患者の変化した機能に相関づけられる第１リストの身体機能および／または認識機能を同定する工程と、これと対応する、第２リストの患者の皮質の神経部位を判定する工程とを含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
刺激部位を選定する前記工程は、損傷時以前には皮質に発生していた、変化を受けた機能を実施するための神経系活動が実施されていた皮質の損傷領域に隣接する位置に刺激部位を選定する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
患者が前頭葉の一次運動皮質の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
患者が前頭葉の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
患者が表出言語障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
患者が言語理解障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の頭頂葉のウェルニッケ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、頭頂葉のウェルニッケ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
患者が学習障害と記憶障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
患者が気分障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、辺縁系部分に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、辺縁系部分に電極を配置する工程を含んでいる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
複数の身体機能および／または認識機能を含む第１リスト、および、身体機能および／または認識機能のうちの特定の１つを実施するために神経系活動が変化すると推測される皮質の複数の神経系部位を含む第２リストを供与する工程と、
変化を受けた患者の身体機能および／または認識機能について、第１リストの変化を受けた機能を同定してから、これと対応する、第２リストの患者の皮質の神経部位を判定することにより、患者の皮質の刺激部位を選定する工程と、
選定された刺激部位に電極を介して電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
患者が前頭葉の一次運動皮質の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
患者が前頭葉の卒中に罹患している場合には、刺激部位を選定する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
患者が表出言語障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の下位前頭葉のブロカ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
患者が言語理解障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の頭頂葉のウェルニッケ領域に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、頭頂葉のウェルニッケ領域に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
患者が学習障害と記憶障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、皮質の内側側頭葉に電極を配置する工程を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
患者が気分障害に罹患している場合に、刺激部位を選定する前記処置工程は、辺縁系部分に刺激部位を選定する工程を含んでおり、電極を設置する前記処置工程は、辺縁系部分に電極を配置する工程を含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
障害のある身体機能および／または認識機能を有する患者について、障害のある機能を実施するための神経機能を実現する方法であって、該方法は、
神経系活動の変化が障害のある機能を実施するために発生していると推測される患者の皮質に刺激部位を選定する工程と、
選定された刺激部位に電極を設置する工程と、
電極を介して刺激部位に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２７】
障害のある身体機能および／または認識機能を有する患者について、障害のある機能を実施するための神経機能を実現する方法であって、該方法は、
障害のある機能を実施するための神経系活動が障害を受ける以前に実施されていた皮質の損傷領域に隣接する位置に刺激部位を選定する工程と、
選定された刺激部位に電極を設置する工程と、
電極を介して刺激部位に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２８】
前頭葉の一次運動皮質の卒中に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の前頭葉の卒中の前側の前運動皮質に電極を設置する工程と、
電極を介して前運動皮質に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項２９】
前頭葉の一次運動皮質の卒中に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の前頭葉の卒中の前側の補充運動皮質に電極を設置する工程と、
電極を介して補充運動皮質に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項３０】
表出言語障害に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の皮質の下位前頭葉のブロカ領域に電極を設置する工程と、
電極を介して下位前頭葉のブロカ領域に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項３１】
言語理解障害に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の皮質の頭頂葉のウェルニッケ領域に電極を設置する工程と、
電極を介して頭頂葉のウェルニッケ領域に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項３２】
学習障害および記憶障害に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の皮質の内側側頭葉に電極を設置する工程と、
電極を介して内側側頭葉に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【請求項３３】
気分障害に罹患している患者について、神経機能を実現する方法であって、該方法は、
患者の辺縁系部分に電極を設置する工程と、
電極を介して辺縁系部分に電位を印加する工程とを含んでいることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についての相互参照
本願は2001年3月8日に出願された米国出願第09/802,808号の部分継続出願であり、これは、2000年7月13日に出願された米国予備出願第60/217,981号の優先権を主張するものであり、両出願ともそれぞれの全体が援用されて本件の一部となっている。
【０００２】
本発明による方法と装置の幾つかの実施形態は脳の皮質領域、または、脳の他の領域の或る区域に電気刺激を加えることで患者の生理学的機能および/または心理プロセスに持続する変化をもたらすことに関連している。
【背景技術】
【０００３】
脳の特定区域の神経活動によって制御される、または、かかる神経活動の影響を受ける広範な心理プロセスおよび身体プロセスは周知である。脳の領域によっては、例えば、感覚皮質または運動皮質のような領域では、脳の編成は人体地図に似ているが、これは「脳の体性感覚編成」と呼ばれるものである。かなり多数の人の脳の特定区域に位置して、個々に特徴的な諸機能を有していると思われる脳の領域がこれ以外にも幾つも存在する。例えば、後頭葉の各領域は視覚に関与しており、左下位前頭葉の各区域は大半の人々の言語感覚に関与しており、大脳皮質の各領域は自覚的認識力、記憶力、および、知力に一貫して関与していると思われる。この種の位置ごとに特徴づけられる脳の機能的編成は、脳の非連続的な各位置が統計上は正常な個人の特定の心理的諸機能または肉体的諸機能を制御しているように思われるのであるが、本件では「脳の機能的編成」と称することにする。
【０００４】
肉体諸機能についての多数の問題点または異常は、脳の損傷、脳の病気、および／または、脳の障害によって引き起こされる。例えば、卒中は脳に損傷を生じる非常にありふれた症状の１つである。卒中は皮質の特定区域の血管系において塞栓症（血管の閉塞など）、出血（血管の破裂など）、または、血栓（血液凝固など）を原因として生じるのが一般的であるが、これがやがては神経機能（例えば、顔面筋肉、四肢、言語などに関する神経諸機能）の損失または障害を生じるのが一般的である。卒中患者は、通例、物理療法を利用して四肢またはそれ以外の肉体患部の機能喪失を回復するよう治療を受ける。大半の患者にとって、介在措置なしでも自然に生じる回復に優る、罹患四肢の機能向上を図るために行えることは、ほとんど皆無である。卒中患者を治療するための１つの既存の物理療法技術は、患者が身体の動く部分を使うことを拘束または抑制し、患者に患部の使用を強要するものである。例えば、四肢うちの１部を使えなくなっても、残りの部分を拘束することにより治療を図る。この種の物理療法は何らかの実験的効果を例証しているが、高額で時間がかかるうえに、ほとんど利用されていない。卒中患者は、物理療法に加えて補助療法を利用して治療されることもある。例えば、ある種の薬物でも、アンフェタミン（amphetamine）などの一般に神経単位の活性化を増進させるものは、神経系の向上させるように思われるが、効能には制限があり、というのも、このような薬剤の作用のメカニズムの選択性が非常に乏しいうえに、かかる薬剤が必要となる部位に直接、高濃度で搬送することができないからである。よって、卒中患者や、それ以外の種類の脳損傷に罹った患者を回復させる有効な治療を開発する必要がある。
【０００５】
それ外の脳障害と脳疾患も治療が困難である。アルツハイマー病などは皮質の各部に影響を及ぼすことが知られているが、アルツハイマー病の原因と、アルツハイマー病が皮質の神経系活動をどのように変えるかという点は、十分に解ってはいない。同様に、脳障害の神経系活動は（例えば、鬱や強迫神経症行動）も十分には理解されていない。よって、それ以外の脳障害や脳疾患のより効果的な治療を開発する必要もある。
【０００６】
脳の神経系活動は、体外の外的エネルギー源から供給される電気エネルギーの影響を及ぼすことができる。したがって、多様な神経系諸機能は、脳の皮質またはそれ以外の区域に電流を供与することにより、促進または途絶させることができる。その結果、脳の損傷、疾病、および、障害を治療する探査により到達これまでに到達した調査は、脳の諸機能を制御するために電気または磁気を利用する方向で進められていた。
【０００７】
治療の１種として経頭蓋電気刺激（TES）があり、これは頭皮の外に電極を設置し、頭皮と頭蓋骨を通して脳に電流を搬送することを含んでいる。TESに関与する特許として、ハイモヴィッチ（Haimovich）らに交付された米国特許第5,540,736号（無痛法を開示）、カトルビン（Katrubin）らに交付された米国特許第4,140,133号（麻酔法を開示）、カペル（Capel）に交付された米国特許第4,646,744号（薬物中毒、食欲障害、ストレス、不眠症、痛みの治療法を開示）、および、リス（Liss）らに交付された米国特許第4,844,075号（脳性麻痺に関与する痛みと運動機能障害の治療法を開示）が挙げられる。しかし、TESが広く利用されないのは、患者が多大な痛みを受けるうえに、電界を精度よく方向付け、または、集束させるのが困難だからである。
【０００８】
別種の治療は経頭蓋磁気刺激（TMS）であり、これは皮質の領域にわたって頭皮の外側に隣接して高出力磁界を生成することに関与している。TMSはTESの苦痛を伴う副次効果を生じることはない。1985年以来、TMSは、主として脳のマップ作成に精を出す際の研究目標のために採用されてきた。しかし、近年では、潜在的治療の応用例は、主として鬱症状の治療のために提案されてきた。少数例の臨床試験で、左前前頭皮質を刺激するために使用される場合は、TMSが鬱症状を治療するのに効果的であることが解ってきた。
【０００９】
２〜３の異なる患者群のTMS治療の研究の成果が実証的結果を生んでいるが、その例として、パーキンソン病や遺伝性脊髄小脳変性に罹患した患者がある。TMSに関連する特許および公開特許出願としては以下のものがある。公開国際特許出願WO98/06342（経頭蓋磁気刺激および脳のマップ作成研究と鬱病治療とにおけるその用途を記載）、サンダイク（Sandyk）に交付された米国特許第5,885,976号（セロトミン神経伝達不全症および松果体メラトニン諸機能不全との関連を疑われている多様な障害を治療することを目的とした経頭蓋磁気刺激の使用を記載）、および、シューリッヒ（Schuurig) らに交付された米国特許第5,092,835号（自閉症などの神経障害の治療、学習障害の治療、経頭蓋磁気刺激および辺縁電気刺激の組合わせによる「正常な」人々の精神力および体力の増強を記載）がその例である。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5,540,736号（無痛法を開示）
【特許文献２】米国特許第4,140,133号（麻酔法を開示）
【特許文献３】米国特許第4,646,744号（薬物中毒、食欲障害、ストレス、不眠症、痛みの治療法を開示）
【特許文献４】米国特許第4,844,075号（脳性麻痺に関与する痛みと運動機能障害の治療法を開示）
【特許文献５】公開国際特許出願WO98/06342（経頭蓋磁気刺激および脳のマップ作成研究と鬱病治療とにおけるその用途を記載）
【特許文献６】米国特許第5,885,976号（セロトミン神経伝達不全症および松果体メラトニン諸機能不全との関連を疑われている多様な障害を治療することを目的とした経頭蓋磁気刺激の使用を記載）
【特許文献７】米国特許第5,092,835号（自閉症などの神経障害の治療、学習障害の治療、経頭蓋磁気刺激および辺縁電気刺激の組合わせによる「正常な」人々の精神力および体力の増強を記載）
【特許文献８】米国特許第5,938,688号
【特許文献９】米国特許第6,066,163号
【特許文献１０】米国特許第5,713,922号
【非特許文献１】ジーマン（Ziemann）ほか共著、「前腕虚血神経閉鎖後の人体運動皮質における可塑性の調整（Modulation of Plasticity in Human Motor Cortex after Forearm Ischemic Nerve Block）」、ニューロサイエンスジャーナル18号の1115（1998年2月刊）
【非特許文献２】コーエン（Cohen）ら共著、「経頭蓋磁気刺激を利用した神経可塑性の研究（Studies of Neuroplasticity with Transcranial Magnetic Stimulation）」、臨床神経生理学ジャーナル15号の305（1998年刊）
【非特許文献３】パスキュエル-レオーネら共著、「経頭蓋磁気刺激と神経可塑性（Transcranial Magnetic Stiumulation and Neuroplasticity）」、神経心理学37号の207（1999年刊）
【非特許文献４】シュテファンほか共著、「対連合刺激による人体運動皮質における可塑性の誘発（Induction of Plasticity in Human Motor Cortex by Paired Associative Stimulation）」脳123号の572（2000年刊）
【非特許文献５】シーブナー（Sievner）ら共著、「運動皮質の反復TMS後の持続性皮質活性化（Lasting Cortical Activation after Repetitive TMS of the Motor Cortex）」、神経学54号の956（2000年2月刊）
【非特許文献６】パスキュエル-レオーネほか共著、「経頭蓋磁気刺激を利用した人体皮質興奮性の研究と調整（Study and Modulation of Human Cortical Excitability with Transcranial Magnetic Stimulation）」、臨床神経生理学ジャーナル15号の333（1998年刊）
【非特許文献７】ボイラン（Boylan）ら共著、「脳生理学と病態生理学の査定における磁気電気脳刺激（Magnetoelectric Brain Stimulation in the Assessment of Brain Physiology and Pathophysiology）」、臨床神経生理学111号の504（2000年刊）
【００１１】
個々の研究によっても、TMSが、TMS治療後、或る期間は皮質内の神経系活動に持続する変化を生じることができること（神経可塑性）が示されてきた。例えば、ジーマン（Ziemann）ほか共著の「前腕虚血神経閉鎖後の人体運動皮質における可塑性の調整（Modulation of Plasticity in Human Motor Cortex after Forearm Ischemic Nerve Block）」、ニューロサイエンスジャーナル18号の1115（1998年2月刊）は、二次閾レベル（例えば、運動が誘発されないレベル）での神経閉鎖モデルにおけるTMSでは、擬似切断が神経活動における持続変化を修正することができるが、これには通常、切断が付随する。同様に、パスキュエル-レオーネら（公開に向けて提出済み）は、5日間ギプス内で手を不動状態に固定させた正常な被検者の対側運動皮質全体にTMSを適用することで、通常は固定したことに付随して運動皮質興奮性が減退するのを阻止することができたことを開示している。上記以外の研究者の提案は、皮質に所望の変化を生じるというTMSの能力は、卒中などの脳損傷後の神経回復を向上させるのに、いつかは役立てられるかもしれないというものであるが、今のところ公開済みの研究は存在しない。
【００１２】
TMS関連の上記以外の刊行物として、コーエン（Cohen）ら共著の「経頭蓋磁気刺激を利用した神経可塑性の研究（Studies of Neuroplasticity with Transcranial Magnetic Stimulation）」と題する臨床神経生理学ジャーナル15号の305（1998年刊）、パスキュエル-レオーネら共著の「経頭蓋磁気刺激と神経可塑性（Transcranial Magnetic Stiumulation and Neuroplasticity）」、神経心理学37号の207（1999年刊）、シュテファンほか共著の「対連合刺激による人体運動皮質における可塑性の誘発（Induction of Plasticity in Human Motor Cortex by Paired Associative Stimulation）」脳123号の572（2000年刊）、シーブナー（Sievner）ら共著の「運動皮質の反復TMS後の持続性皮質活性化（Lasting Cortical Activation after Repetitive TMS of the Motor Cortex）」、神経学54号の956（2000年2月刊）、パスキュエル-レオーネほか共著の「経頭蓋磁気刺激を利用した人体皮質興奮性の研究と調整（Study and Modulation of Human Cortical Excitability with Transcranial Magnetic Stimulation）」、臨床神経生理学ジャーナル15号の333（1998年刊）、および、ボイラン（Boylan）ら共著の「脳生理学と病態生理学の査定における磁気電気脳刺激（Magnetoelectric Brain Stimulation in the Assessment of Brain Physiology and Pathophysiology）」、臨床神経生理学111号の504（2000年刊）がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
TMSは実際の刺激の時間以上に下層皮質の変化を生じることができると思われるが、TMSは多数の患者を治療するには目下のところ効果が無く、というのも、既存の搬送システムは適当な期間にわたって刺激を付与するのに実際的ではないからである。TMSシステムは、例えば、比較的複雑で、刺激療法が病医院の医療専門従事者によって実施されることを必要とする。TMSシステムが長期治療についても信頼できそうにない理由としては、（a）再現可能な態様で刺激の領域を高精度に局在させるのが困難であり、（b）患者が移動したり、リハビリテーションの最中である等の場合は特に、長期間、頭蓋の上の正確な位置に装置を保持するのが困難だからである。更に、現在のTMSシステムは、一般にその大半の応用例について、皮質の所望の領域に電磁エネルギーを十分に集束させるものではない。そのため、既存の機器を利用したTMSの潜在的治療の利点は比較的限定される。
【００１４】
多様な障害および症状を治療するための中枢神経系の直接電気刺激および間接電気刺激も既に提案されている。シッフ（Schiff)に交付された米国特許第5,938,688号は、神経可塑性という現象は、外傷または卒中を原因とする脳の損傷に関する認知障害を治療するために利用され、改善されるという点に注目している。シッフの移植は、意識に関与する深脳中枢部を刺激することにより昏睡状態の患者の覚醒レベルを上昇させるように設計されている。このために、シッフの発明は、例えば移植可能な多極電極と、移植可能なパルス発生器か外部高周波制御式パルス発生器のいずれかを利用して、患者の板内核（すなわち、深脳）の少なくとも一部を電気刺激することに関与している。しかし、シッフの深脳移植は相当に観血性が高いうえに、患者に深刻な合併症を生ずることがある。
【００１５】
同様に、ジョン（John)に交付された米国特許第6,066,163号は、神経可塑性により損傷の結果の幾分かを克服する脳の能力を認知している。ジョンはまた、一連の論文を引用して、脳の直接電気刺激は、外傷性の損傷または卒中が意識のレベルに及ぼす影響を逆転させることができるという証拠として提示している。ジョンの特許に開示されているシステムは患者を刺激し、結果を最適化しようという努力のもとで、患者の現在の状態を基準状態と比較した結果に基づいてシミュレーションのパラメータを調整する。しかし、シッフの場合と同様に、ジョンの特許に開示された発明は相当に観血的な深脳刺激システムを目標としている。
【００１６】
脳の或る領域を刺激する別な装置がキング（King）により米国特許第5,713,922号に開示されている。キングは、患者の頭骨下に移植されたパドルの上に電極が取付けられた状態で皮質表面刺激を行う装置を開示している。電極は脳の表面で固定位置に移植される。したがって、キング特許の電極は脳の形状の変化に適合するように移動することはできない。キングはまた、頭蓋から遠隔の位置で患者に移植された（例えば、下位鎖骨移植された）パルス発生器により電気パルスが生成されることを開示している。パルス発生器は電極に直接接続されているのではなく、むしろ、遠隔移植されたパルス発生器から頭蓋に移植された電極まで延在しているケーブルによって、電極に電気接続されている。キング特許に開示されているケーブルはパドルから延びて、頭骨の周囲をとり巻いてから、首伝いにパルス発生器の下位鎖骨の位置まで下る。
【００１７】
キングは、電極を移植して皮質の表面に接触した状態に置くことで認知異常を生じさせるが、これは、患者には振動の感覚、すなわち、「ブンブン鳴る」刺激感覚である。もっと詳細に述べると、キングは、中枢神経系（例えば、皮質）のより上位の要素に電気刺激を付与することにより、大面積に認知異常を誘発させることを開示している。このように、キングは、所望の認知異常を誘発させるために、脳の特定領域に電極を設置することを開示している。肉体領域上に認知異常を生じさせる目的は、肉体領域において苦痛の認知を効果的に低減するかく乱刺激を生じさせることである。斯様に、キング特許は活性化レベルより高い刺激を必要としていると思われる。
【００１８】
キングは、皮質表面上の領域を刺激する装置を開示しているが、この装置は幾つかの欠点を有していると予想される。まず何より、高額であるうえに、パルス発生器とケーブルを患者に移植するのに時間を要する。第２に、頭骨に相対する脳の形状の解剖学的変化を補償することがない一定の高さに電極が保持されており、これにより、集束した特定の態様で皮質の所望の標的部位に電気刺激を高精度に付与することが困難になることは明らかである。第３に、神経単位を直接活性化させて認知異常を生じることをキング特許は開示しているが、このような認知異常が、物理療法または作業療法などの上述以外の形態の治療または適応行為で刺激を受けた神経単位の個体群の活動の同調化を引き起こすことは予測されていない。したがって、キングは幾つかの決定を有するものと予想される。
【００１９】
キング特許とそれ以外の前述の引例はまた所望の神経活動を生じる際にも欠点を有していると予想されるが、というのも、上述の引例は概ね、脳の機能的編成に従って生理学的機能または心理的プロセスの責任を負うべき脳の領域に治療を施しているからである。しかし、脳損傷または脳疾患の場合、罹患生理学的機能または影響を受けた認知プロセスと関与する脳の領域は刺激治療には反応しないことがある。従って、既存の技術が刺激期間より長く持続する適切な結果を生むことはないと思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の開示は、患者の神経機能を治療し、または、その変化を実行する経頭蓋電気刺激法およびその装置を幾つか記載している。本発明による方法の幾つかの実施形態は、特定の神経機能を実行する神経可塑性を向上させることを目的とし、また、そうでなければ、該神経可塑性を誘発することを目的としている。神経可塑性は、脳が経時的に変化する能力、または、脳が経時的に順応する能力のことをいう。成人の脳は比較的「配線接続された状態」になっているため、機能的に重要な神経網は経時的に、または、損傷に応じて、それほど変化し得ないと思われていたこともあった。このような神経網は経時的に変化して順応することが可能であるため、脳の損傷に応じて重要な機能を再び得ることができることが徐々に明白となってきた。本発明による方法の幾つかの実施形態の１局面は、適応神経可塑性に適切な誘発装置を設けることである。このような適切な誘発装置は、神経網の神経単位の機能的に重要な個体群の共時性を増大させる原因であり、また、そうすることを可能にすると思われる。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態による電気的に向上した神経刺激または電気的に誘発された神経刺激は、機能的に重要な仕事に関与する神経網の一部を励起し、神経単位の選択された個体群が神経網とより協力に関与し合えるようにする。かかる神経網は運動再学習のような機能的に意味のある仕事に仕えるようになるので、神経網の変化は、神経系の使用のメカニズムにより断続的に補強されつつあるので持続性をより有し易い。本発明の幾つかの実施形態による刺激の本質は、神経単位の刺激を受けた個体群が機能的神経網で他の神経単位に連結することを確実にする。このようなことが発生するのは、活動電位が現実には刺激を原因とするのではなく、むしろ、神経網の別な神経単位との相互作用によって起こるせいであると予測される。本発明の精選実施形態による電気刺激の幾つかの局面は、上述のような事態を生じさせる確率を純粋に高めることができるが、但し、神経網がリハビリテーションまたは四肢の使用などの好ましい活動で活性化される場合に限る。
【００２２】
本発明による方法を利用して、脳損傷（例えば、卒中、外傷など）、脳疾患（例えば、アルツハイマー病、ピック病、パーキンソン病など）、および／または、脳障害（例えば、癲癇、鬱病など）を治療することができる。本発明による方法を利用して、正常で健康な脳の諸機能（例えば、学習、記憶など）を向上させ、または、感覚機能（例えば、苦痛）を抑制することもできる。
【００２３】
本発明による方法の或る実施形態は、脳の、神経可塑性が発生している刺激部位を電気刺激する。刺激部位は、脳の機能的編成に従って特定機能を実施するために通常は神経系活動存在している脳の領域とは異なっていることがある。神経機能に関連する神経可塑性が脳で発生する実施形態では、当該方法は、かかる神経可塑性が存在している位置を同定することを含む。従って、この特定の処置手順は神経系活動の変化を高め、脳が特定の神経機能を実施するのを支援する。神経可塑性が脳で生じていない場合、または、画像化技術を利用して神経可塑性が検出されない場合の代替の実施形態では、本発明の１局面は、神経可塑性が生じると予測される刺激部位で神経可塑性を誘発することである。斯様にして、この特定の処置手順は神経系活動の変化を誘発し、神経機能の実施を煽動することができる。かかる方法の幾つかの実施形態は、刺激部位において意図した神経系活動を生じるものと予測している。
【００２４】
本発明の或る実施形態の特定の詳細は後段の説明および図１Ａから図４０に明示されており、当業者にはかかる実施形態を十分に理解できるようにしている。より詳しくいうと、本発明による方法の幾つかの実施形態が、まず、図１から図５Ｃを参照しながら説明されてから、脳の皮質領域および／または深脳領域を刺激する装置の幾つかの実施形態が図６から図４０を参照しながら説明される。当業者であれば、本発明が別な実施形態を有している場合もあること、本発明が後段に記載される詳細の幾つかを欠いていても実施できることを理解するだろう。
【００２５】
Ａ.  脳の領域を電気刺激する方法
１．  神経系活動を電気的に向上させる実施形態
図１Ａは幾つかの神経単位Ｎ１からＮ３の概略表示であり、図１Ｂは正常な神経単位における神経系活動に関連する「活動電位」を例示したグラフである。神経系活動は、神経単位で発生する電気インパルスによって統御される。例えば、神経単位Ｎ１は刺激入力を神経単位Ｎ２に送ることができ（図１Ｂの時間ｔ1、時間ｔ3、および、時間ｔ4など）、神経単位Ｎ３は抑制入力を神経単位Ｎ２に送ることができる（図１Ｂの時間ｔ2など）。神経単位は刺激入力および抑制入力を他の神経単位の個体群から受け取り、それら個体群に送る。刺激入力および抑制入力は神経単位で「活動電位」を生じることができるが、「活動電位」とは、細胞膜を横断するナトリウムＮａとカリウムＫのイオン束を変動させることにより神経単位を通って移動する電気パルスのことである。神経単位の休止膜電位が閾レベルを超過すると、活動電位が発生する。この閾レベルに達すると、「オール・オア・ナッシング（全か無か）」活動電位が生じる。例えば、図１Ｂに例示されているが、時間ｔ5における刺激入力により神経単位Ｎ２は活動電位を「インパルスとして発生」させるが、これは、刺激入力が活動電位を生じる閾レベルを超えたためである。活動電位は神経軸索（神経または神経路を構成する神経単位の長いプロセス）の長さにわたって伝播し、隣接する別な神経単位に更に影響を及ぼすことになるその神経単位から神経伝達物質を放出させる。
【００２６】
図１Ｃは、本発明の実施形態による患者の体内で神経機能を実行する方法１００を例示したフロー図である。例えば、神経機能は、脳の機能的編成に従って脳の「正常な」位置の神経系活動に関与するのが普通である特定の運動機能または感覚機能（例えば、四肢の運動）などの、特定の精神プロセスまたは心理機能を制御することができる。この方法１００の幾つかの実施形態では、神経機能に関する少なくともいくつかの神経系活動は、脳のどこかの部位で発生しているといえる。神経系活動の部位は、通例、脳の機能的編成に従って神経機能を実行するために神経系活動が生じる正常な位置にあり、または、神経系活動を実施するのに必要な材料を脳が保有している別な位置にある。いずれの状況であれ、方法１００の幾つかの実施形態の１局面は、この神経系活動か存在している脳の位置を決めることである。
【００２７】
方法１００は、刺激部位を、神経機能に関連する意図した神経系活動が存在している脳の位置と同定することに関与する診断処置手順１０２を含んでいる。１実施形態では、診断処置手順１０２は、正常位置から遠隔にある「辺縁」位置から、脳で意図した神経系活動を発生させてから、意図した神経系活動が実際に脳のどの位置に存在しているかを判定することを含んでいる。代替の実施形態では、診断処置手順１０２は、神経系活動が神経機能の変化に応じて変動した刺激部位を同定することにより実施することができる。方法１００は、既に同定された刺激部位に第１電極と第２電極を設置することに関与する移植処置手順１０４と、第１電極と第２電極の間に電流を付与することに関与する刺激処置手順１０６とを更に続けて実施する。移植処置手順１０４の多くの実施形態は刺激部位に２個以上の電極を設置するが、移植処置手順の別な実施形態は、刺激部位には１個の電極しか設置しないで、刺激部位から遠隔に別な電極を設置する。斯様に、方法１００の移植処置手順１０４は刺激部位に少なくとも１個の電極を移植することを含んでいてもよい。処置手順１０２から処置手順１０６を、以下により詳細に説明する。
【００２８】
図２から図４は診断処置手順１０２の実施形態を例示している。診断処置手順１０２を用いて、卒中、外傷、疾病、または、それ以外の症候を原因とする神経機能の損失を回復するといった所望の機能を刺激が実現することができそうな脳の領域を判定することができる。より詳細に言うと、図２は、脳の機能的編成に従って特定の神経機能を実現するように意図した神経系活動が生じる第１の領域２１０を含む正常で健康な脳２００の画像である。例えば、図２に例示された第１領域２１０の神経系活動は、一般に、患者の指の運動と関与している。第１領域２１０は高強度領域２１２と低強度領域２１４を有しており、それぞれの領域で異なるレベルの神経系活動が生じるものとしてもよい。診断処置手順１０２を実行するのに、図２に例示された第１領域２１０の神経系活動の画像を入手する必要はないが、むしろ、かかる画像は、正常の脳機能を有する大半の人々の脳２００の機能的編成に従って普通は「正常な位置」で生じる神経系活動の一例を示すために提供される。第１領域２１０の実際の位置は一般に個々の患者ごとに異なることが分かる。
【００２９】
しかし、第１領域２１０の神経系活動は減損を生じることがある。典型的な応用例では、診断処置手順１０２を開始するにあたり、神経系活動を検出して、興味の対象である特定の神経機能と関与する意図した神経系活動が脳の機能的編成に従って正常に発生している脳２００の領域で発生しているか否かを判定する。図３は、第１領域２１０が罹患した（例えば、卒中、外傷、または、それ以外の原因で）後の脳２００の画像である。図３に例示されているように、指を動かすための神経機能を制御していた神経系活動は、もはや、第１領域２１０で発生することはない。従って、第１領域２１０は「不活性」であり、この領域は指の運動および／または感覚がこれに対応して失われていることが予測される。場合によっては、脳２００の損傷が損傷領域の神経系活動の部分損失にすぎないこともある。いずれの事例にせよ、図３に例示された画像は、神経機能の損失が第１領域２１０で失われた神経系活動に関連していることを立証している。従って、脳２００は他の神経単位を補充することで、影響を受けた神経機能の神経系機能を実施することもあれば（すなわち、神経可塑性）、神経系活動が脳のどの位置にも存在していないこともある。
【００３０】
図４は、原初は図２に例示された第１領域２１０で実施されていた神経機能を実現するための複数の潜在的刺激部位２２０、２３０を例示している脳２００の画像である。図３および図４は神経可塑性の一例を例示しているが、ここでは、脳の他の領域を補充して、影響を受けた神経機能を実行するための神経系活動を実施することにより、脳はその一領域で神経機能の損失を補償している。診断処置手順１０２は脳で生じる神経可塑性を利用して、電気処置、磁気処置、超音波処置、遺伝子処置、生物学的処置、かつ／または、薬物処置の諸々の結果により強く反応して所望の神経機能を実現するものと予測される刺激部位の位置を同定するようにしている。
【００３１】
診断処置手順１０２の１実施形態は、脳の第１領域２１０から遠隔の位置で意図した神経系活動を発生させてから、意図した神経系活動を発生させた脳の位置を検出または検知することを含んでいる。意図した神経系活動は、信号が脳に送られるようにする入力を付与することにより生成される。例えば、四肢の１つの使用を喪失した患者の場合、影響を受けた四肢を動かし、かつ／または、該四肢に刺激を加えながら、神経系活動を検知できる公知の画像化技術を利用して脳が走査される（例えば、機能的ＭＲＩ、陽電子放射断層撮影など）。或る特定の実施形態では、開業医または患者が影響を受けた四肢を動かして、感覚検査で四肢に刺激を与えるようにしてもよいし（例えば、痛覚検査）、或いは、辺縁電気刺激を受けさせてもよい。罹患四肢の運動／刺激は、脳の反応神経系活動を生じると予測される四肢からの辺縁神経信号を生じる。この反応神経系活動が存在する脳の位置は、画像化技術を利用して同定することができる。例えば、図４を作成するには、影響を受けた指を動かしてから辺縁刺激に反応して神経系活動が何処で生じているかに着目すればよい。意図した神経系活動を辺縁で発生させることにより、この実施形態は、脳が素材（すなわち、部位２２０および部位２３０）を補充して、神経機能と関与する意図した神経系活動を実施している場所を高精度に同定する。
【００３２】
診断処置手順１０２の代替の実施形態は、刺激部位を、患者の神経機能の変化に反応して神経系活動が変化した脳の第２の位置と同定することに関与する。この方法の実施形態は、辺縁で身体部分を動かしたり刺激したりすることで意図した神経系活動を生じさせることを必ずしも必要とはしていない。例えば、影響を受けた四肢を患者が再度使用できるようになった時に、或る期間の経過後に患者が作業を習得した時に、障害のある神経機能と慣用する神経系活動を探して、脳を走査することができる。しかし、この実施形態は、上述の、脳から遠隔の位置で意図した神経系活動を辺縁で生じさせることも含んでいる。
【００３３】
また別な実施形態では、診断処置手順１０２、意図した神経系活動が発達を続けて神経機能を実施するようになっている脳の位置を刺激部位と同定することを含んでいる。この実施形態は診断処置手順１０２の別な実施形態に類似してはいるが、（a）意図した神経系活動が脳の機能的編成に従って発生すると予測される脳の正常な領域、および／または、（b）脳が別な素材を補充することで神経機能を実施するようになっているせいで神経系活動が生じている、また別な領域を刺激部位と同定するために利用することができる。この方法の特定の実施形態は、興味の対象である特定の神経機能に反応して神経系活動が生じる１個所以上の位置において神経系活動を監視することを含んでいる。例えば、特定の作業を習得する能力（例えば、楽器演奏、記憶など）を向上させるために、被検者が作業を実施している間に、または、被検者が作業を実施することについて思考している間に、神経系活動を監視することができる。神経系活動が最高強度を示し、最大の上昇を示し、かつ／または、特定の作業を実施するために使用されている脳の領域を示すまた別なパラメータを含んでいる脳の領域によって、刺激部位を限定することができる。
【００３４】
図５Ａおよび図５Ｂは、患者５００の脳の一部に相対して第１電極および第２電極を設置するための、図１Ｃを参照しながら先に説明した移植処置手順を例示した概略図である。図５Ａを参照すると、刺激部位５０２が診断処置手順１０２の実施形態に従って同定される。１実施形態では、頭骨区分５０４は、刺激部位５０２に隣接しており、患者５００から除去される。頭骨区分５０４は当該技術で公知の態様で頭骨に穴をくり抜くことで除去することができるが、そうでなければ、当該技術で公知のドリル技術を利用して、もっと小さな穴を頭骨に形成するようにしてもよい。一般に、穴は直径が0.2センチメートルから4.0センチメートルであればよい。図５Ｂを参照すると、第１電極および第２電極５２０を備えた移植可能な刺激装置５１０が患者５００に移植することができる。移植処置手順に関与する好適な技術が当業者には公知である。刺激装置５１０が患者５００に移植された後で、第１電極および第２電極５２０によって刺激部位５０２に送信された電気パルスをパルスシステムが生成する。本発明にようる方法の前述の実施形態を実現するのに好適な刺激装置を、図６から図４０を参照しながら後段により詳細に説明する。
【００３５】
本発明による神経系活動を向上させる方法の幾つかの実施形態は、刺激を終えた後でさえ、所望の神経機能を生じ、促進し、または、延長する結果を供与するものと予測される。本発明以前は、神経機能に関連する神経系活動が脳の機能的編成に従って発生した脳の正常な位置を、電気刺激技術と磁気刺激技術で刺激するのが通例であった。しかし、かかる従来技術は、脳の「正常な位置」の神経単位が脳損傷、脳疾患、脳障害、および／または、個々の患者にごとに位置が変動するせいで、神経系活動を実行することができないことがあるという理由で、有効でないことがある。本発明による神経系活動を向上させる方法の幾つかの実施形態は、神経機能に関連していると思われる神経可塑活動に基づいて刺激部位を同定することにより、この欠点を克服している。本発明の幾つかの別な実施形態は、神経可塑性が発生すると推測されている、または、神経可塑性が特定の機能を実施するために生じると予測されている特定の解剖学的位置に基づいて、刺激部位を選択することにより神経可塑活動を発生させ、促進し、または、延長する。神経系活動を実施するために補充を受けている、または、そのために補充をうけていると推測される位置をまず同定し、または、選択することにより、この位置に適用される治療（電気治療、磁気治療、遺伝子治療、生物学的治療、および／または、薬物治療）が従来技術よりも効果的であることが予想される。これは、脳が神経系活動に対して現在補充を行っている位置が、脳の機能的編成によれば該神経系活動が本来発生すると思われる「正常な位置」ではないかもしれないせいである。よって、本発明に従って神経系活動を向上させる方法の幾つかの実施形態は刺激終了後も或る期間持続する結果を供与すると予測されるが、それは、特定の患者について、神経機能を実行するための神経系活動が現実に発生している脳の部分に、治療が適用されているせいである。
【００３６】
２．  所望の神経系活動を電気的に誘発する処理
神経機能を実現する方法１００を利用して神経系活動を誘発するにあたり、かかる神経系活動が存在してない脳の領域に誘発させることもできる。既存の神経系活動を向上させるための上述の方法１００の実施形態とは逆に、神経系活動を誘発する方法１００の幾つかの実施形態は、神経可塑性が生じると予測される刺激部位に神経系活動を起こす。この特定の状況では、神経可塑性を局在させる必要のある脳の画像は図３に類似しているかもしれない。よって、神経系活動を誘発するという局面は、神経可塑性が特定の機能を実現するために何処に生じ易いかを判定するための処置手順を開発することである。
【００３７】
刺激部位は、神経機能を実施するために脳が神経単位を補充しがちな場所を推定することによって同定することができる。一実施形態では、刺激部位の位置は、神経機能に関連する神経系活動が脳の機能的編成に従って一般に存在している正常な位置の近位の脳の領域を限定することにより、推定される。刺激部位を局在させる代替の実施例は、類似する症状を有している患者の何処に神経可塑性が発生しているかを判定することを含む。例えば、脳が皮質の第２領域を補充して皮質の正常領域の神経系活動の喪失を補償する場合には、脳の神経系活動を画像化して、或いは、画像化せずに、いずれであれ、皮質の第２領域を刺激部位として選択することができる。
【００３８】
本発明による神経系活動を誘発する方法の幾つかの実施形態は、所望の神経機能を起こしたり、促進したりする持続する結果をもたらすことも予測される。所望の神経可塑性が起こると予測される刺激部位の位置をまず推定することにより、この位置に適用される治療は、神経系活動を向上させることに関して先に説明した理由と類似する理由により、従来の治療よりも更に有効となることもある。更に、神経系活動を誘発する方法は実現するのが一層簡単かつ廉価であるが、これは、意図した神経系活動が治療を適用する前には何処に発生しているかを判定するのに、神経系活動を生じさせ、かつ／または、脳を画像化することを当該方法が必要としないせいである。
【００３９】
３．  特定の解剖学的位置に基づいて神経可塑性を誘発または向上させる処理
本発明の別な局面は、特定の機能実行するための特定の解剖学的位置に神経可塑性を誘発または向上させることである。上述の方法の大半は、神経可塑性が発生している領域を局在化するために脳を画像化することにより、刺激部位を判定するが、画像化を採用しようと採用しないでいようと、いずれであれ、特定の解剖学的位置に応じて刺激部位を選択するのが望ましいこともある。従って、本発明による方法の幾つかの別な実施形態は、所望の機能を実現するために神経可塑性を誘発または向上させる特定の解剖学的領域を限定する。
【００４０】
図４Ａは、本発明の実施形態に従って特定の位置を刺激することにより、神経機能を実現する方法１００ａを例示するフローチャートである。この実施形態では、この発明１００ａは、選択処置１１２ａ、位置決め処置１１４ａ、および、活性化すなわち刺激処置１１６ａを含んでいる。選択処置１１２ａは、所望の神経系活動が生じていると推測される、または、該活動が発生し始めたと予測される皮質の解剖学的機能部を刺激部位に選択することを含む。刺激部位は、例えば、神経系活動が患者の特定の身体機能および／または認知機能を実行すると予測される解剖学的機能部であることがある。特定の認知機能または身体機能は損傷または疾病によって変わってしまっているかもしれないし、特定の機能は、障害の無い機能（例えば、技術習得など）を向上させるために変わってしまったという意味で、変動するかもしれない。位置決め処置１１４ａは、選択された解剖学的機能部に１個以上の電極を設置することを含んでいてもよいし、また、活性化処置１１６ａは電極に電位を印加することを含んでいることもある。
【００４１】
機能的ＭＲＩまたはそれ以外の画像化技術を利用して神経可塑性の存在を探る直接検査を行わなくても、上述の方法１００ａの実施形態を利用することができる。この特定の方法は、特定の機能を実行することに付随する神経可塑性の領域が脳の特定の解剖学的位置で生じるものと予測されることが分かっていることを前提としている。例えば、皮質の特定領域は、特定の種類の脳損傷または脳障害に応じて神経可塑性が発生する部位であると思われる。脳の神経可塑性の領域は、心理機能または身体機能を実行する神経系活動の持続する変化を生じる一連の生物化学的変化、電気生理学的変化、構造的変化、細胞変化を受けていると推測される位置、または、それが立証された位置である場合がある。持続変化期間は、数秒または患者の全生涯相当期間など、活性化処理１１６ａを終端した後の期間となることがある。選択処置１１２ａは、特定の解剖学的位置を特定機能を実行する神経可塑性の領域として特に標的化するという点で特異である。
【００４２】
選択処置１１２ａは、複数の身体症候および／または認知状態を含む第１リストと、特定機能を実行するために神経系活動が変化すると推測されている場所である皮質の複数の神経系部位を含む第２リストを準備することにより実施することができる。この実施形態では、患者の症状と相関関係のある第１リストの身体症状および／または認知状態を識別してから、第２リストを用いて、これと対応する患者の皮質の神経系部位を判定することにより、刺激部位を選択することができる。選択処置１１２ａのこのような実施形態は、特定種類の脳損傷または脳障害を含む特定症状を治療するのに特に好適であると予想される。
【００４３】
図４Ｂは身体機能および／または認知機能に影響を与える複数の症候を含む第１リストと、神経系活動が特定機能を実行するための発生していると推測される複数の解剖学的位置を含む第２リストを例示した表である。例えば、前頭葉の一次運動皮質で患者が卒中に罹ったとすると、神経可塑性が発生していると推察される刺激部位、または、将来に神経可塑性が発生すると予測される刺激部位は前頭葉の卒中部の前側の運動前皮質および／または補充運動皮質に位置している。表出言語障害を治療するためのホ法１００ａのまた別な特定の実施形態では、刺激部位は皮質の下位前頭葉のブロカ領域に位置する。言語理解障害を治療するための方法１００ａのまた別な実施形態では、刺激部位は皮質の頭頂葉のウェルニッケ領域に位置する。ここでも図４Ｂを参照すると、方法１００ａは皮質の側頭葉を刺激部位に選択することにより、学習障害および記憶障害を治療するために実施される。更に、方法１００ａの別な実施形態は辺縁系部分を刺激部位と選択することにより、気分障害を治療することを含む。
【００４４】
電極が設置される特定の解剖学的部位の数個の具体的位置を、方法１００ａの前述の特定の実施形態が供与することが分かる。この方法１００ａは前述の実施形態に限定されないが、この方法により別な症候を治療するために、それ以外の解剖学的部位を刺激することができる。例えば、皮質損傷時以前に異なる機能を実行するための神経系活動が実施されていた皮質の損傷領域に隣接する位置を刺激部位と選択することにより、選択処置１１２ａが代わりに実施される。
【００４５】
４．  脳領域を電気刺激するための方法の応用例
既存の神経系活動を向上させる前述の方法、または、新しい神経系活動を誘発させるための前述の方法は、多数の応用例にとって有用であると予測される。上述のように、方法１００の幾つかの実施形態は脳の効験のある部位を判定して所望の神経機能を引き起こす意図した神経系活動を向上または誘発させることを含む。また別な治療は、上述の電気刺激法と組合わせても実現される。本発明による電気刺激法の実施形態を単独または補助治療と一緒に利用する幾つかの特定の応用例をここに記載するが、本発明による方法を多数の別な応用例で利用することができることが分かる。
【００４６】
ａ.  一般的応用例
上述の電気刺激法の実施形態は、脳への損傷を原因とする精神機能、運動機能、および／または、感覚機能の喪失を回復させるのに特に有用となると予測される。典型的な応用例では、脳は卒中または外傷（例えば、自動車事故などにおり損傷を受けている。特定の脳損傷の程度は、図３に関して先に説明したような機能的ＭＲＩまたはそれ以外の適切な画像化技術を利用して査定することができる。シミュレーション部位は次のように同定することができる：（a）脳損傷により影響を受けた身体部分を辺縁刺激することで意図した神経系活動を誘発し、反応性神経系活動が生じる場所を判断することで同定する、（b）影響を受けた身体部分を患者が以前より使えるようになってから神経系活動のどの部位が変わったかを判定することで同定し、かつ／または、（c）脳が神経単位を補充して脳の損傷を受けた部分によって以前に実施されていた神経系活動を実行することができる場所が何処かを指定することにより同定する。刺激部位に相対する第１電極および第２電極を設置して、脳の該当部に電流を付与することにより、選択された刺激部位に電気刺激治療を適用することができる。後段でより詳細に説明するが、影響を受けた身体部分に関する神経系活動を実施するために補充された脳の一部に電流を付与することで、刺激時間より長期にわたって、影響を受けた身体部分を回復させる神経効果を生じることが期待される。
【００４７】
幾つかの特定の応用例は皮質に刺激部位を置くことを予測しており、というのも、卒中または外傷によってよく影響を受ける運動機能および／または感覚機能を脳のこの部分の神経系活動が実現するからである。このような応用例では、電気刺激は脳の柔膜表面に、または、少なくとも柔膜表面の近位（例えば、硬膜、皮質を包囲している流体、または、皮質内の神経単位など）に直接、電気刺激を付与することができる。皮質に電気刺激を供与するための好適な装置は、図６から図４０を参照しながらより詳細に説明される。
【００４８】
電気刺激法を補助治療と併用して、脳の損傷部を回復させることもできる。一実施形態では、電気刺激法は物理療法および／または薬物療法と組み合わされて、影響を受けた神経機能を回復させることができる。例えば、卒中患者が四肢を使えなくなった場合、影響を受けた四肢に物理療法を施しながらも、同時に、意図した神経系活動が存在している刺激部位に電気治療を付与することにより、患者は治癒される。代替の実施形態は刺激部位に電気治療を付与することと、アンフェタミンまたはそれ以外の好適な薬物を利用することで患者を化学治療することができる。
【００４９】
上述の電気刺激法の実施形態は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの脳疾患とそれ以外の脳疾患を治療するのに有用であるとも予想される。この応用例では、経時的に機能的MRIまたは他の好適な画像化技術を利用しながら神経系活動を監視することで、脳が素材を補充して疾患によって影響を受けている神経系活動を実施している場所が何処であるかを判定することにより、刺激部位を同定することができる。特定の疾病が影響を与えている行為を患者に実施させようとすることで、また、反応性神経系活動が脳に存在している場所が何処であるかを判定するために脳を監視することにより、刺激部位を同定することができるようになるかもしれない。脳が別な素材を補充している場所を同定した後で、脳のこの部分に電気刺激を供与することができる。疾病によって影響を受ける神経系活動を実施するように補充された脳の領域を電気刺激することで、その疾病を原因とする損傷を脳が補うのを支援することが予想される。
【００５０】
上述の電気刺激法の実施形態も、鬱、受動的攻撃性行動、体重抑制、および、それ以外の障害などの神経障害を治療するのに有用となると予想される。このような応用例では、電気刺激は、特定の障害に関連する神経系活動が存在している脳の皮質またはそれ以外の好適な部分の刺激部位に供与することができる。特定の治療を実施するための電気刺激法の実施形態は、所望の結果を生じる態様で特定の神経系活動の増大または減退のいずれかを引き起こすようにすることができる。例えば、切断手術を受けた患者は切断された四肢と関与する幻想感覚を感じることがある。この現象は、幻想感覚を減退させる電気パルスを付与することによって治療することができる。脳の該当部分の神経単位が感覚機能を実行する能力を変調させるように、電気治療を施すことができる。
【００５１】
ｂ.  パルス形態および電位
本発明による電気刺激法は幾つかの異なるパルス形態を利用して所望の神経可塑性を実行することができる。パルスは、刺激部位に存在する十分なパーセンテージの神経単位の個体群において所望の電極を達成するために付与される２相刺激または単相刺激である。一実施形態では、パルス形態は約2 Ｈｚから1000 Ｈｚの周波数を有しているが、周波数は約40 Ｈｚから200 Ｈｚの範囲で特に有用となることがある。例えば、初期の臨床的試みは約50 Ｈｚから100 Ｈｚの周波数を利用するものと予想される。パルスは約10マイクロ秒から100ミリ秒のパルス幅を有していてもよいし、或いは、より特定すると、パルス幅は約20マイクロ秒から200マイクロ秒であってもよい。例えば、50マイクロ秒から100マイクロ秒のパルス幅が有利な結果を生じることがある。
【００５２】
本発明の１つの特定の有用な応用例は、神経単位の休止膜電位を上昇させて神経単位を閾レベルにより近づけて活動電位をインパルスとして発生させることにより、神経可塑性を向上または誘発させることを含んでいるものと思われる。刺激が神経単位の休止膜電位を上昇させるため、これら神経単位がより低レベルの興奮性入力に応答して活動電位を「インパルスとして発生させる」ことがより容易となるものと予想される。
【００５３】
図５Ｃは、図１Ａの神経単位Ｎ１からＮ３に閾値レベル以下の電位を供与しているのを例示しているグラフである。時間ｔ1およびｔ2では、別な神経単位からの興奮性入力／抑制入力は、−Ｘ mVの休止電位から閾レベル電位への「ギャップの橋架け」をすることはない。時間ｔ3では、電気刺激が脳に付与されて、刺激を受けた個体群の神経単位の休止電位を上昇させるため、休止電位は−Ｙ mVのレベルである。斯様にして、神経単位が別な興奮性入力を受信する時間ｔ4では、僅かな入力でさえ上昇した休止電位−Ｙ mVと閾レベル電位との間のギャップを超過し、これら神経単位に活動電位を誘発する。例えば、休止電位が約−70 mVで閾電位が約−50 mVである場合、電気刺激が付与されると、十分な数の神経単位の休止電位を約−52 mVから−60 mVの間のレベルにまで上昇させることができる。
【００５４】
脳に移植された電極に付与されて閾レベル以下の電位刺激を達成した実際の電位は、個々の患者ごとに変動し、治療の種類ごとや電極の種類ごと、更に、それ以外の要因ごとに変動する。一般に、電気刺激のパルス形態（例えば、周波数、パルス幅、波形、および、電位）が選択されると、刺激部位における十分な数の神経単位の休止電位が上昇して、神経単位の個体群中の統計上の一部分に対する閾レベル電位よりも低いレベルに達する。例えば、パルス形態は、刺激を受けていない休止電位と閾電位との差の約10％から95％の休止電位の変化を刺激の印加電圧が達成するように、より具体的には、両電位の差の60％から80％の変化を達成するように、パルス形態を選択することができる。
【００５５】
患者の手を治療するための閾レベル以下の印加の特殊な一例では、電気刺激は最初は刺激部位には付与されない。患者の手に関する物理療法は、「手の機能」に関与することが分かっている神経単位の特定個体群の何らかの活動を引き起こすことがあるかもしれないが、低レベルの活動のみしか起こり得ず、というのも、物理療法はその神経単位の個体群においては低レベルの活動電位しか発生しないからである。しかし、閾レベル以下の電気刺激が付与されると、刺激を受けた個体群の神経単位の休止膜電位は高まる。これら神経単位の休止膜電位はここでは活動電位生成に必要な閾レベルに遥かに近いため、同じ種類の物理療法が施された場合、この細胞の個体群のほうが高レベルの活動をするようになり、それは、これらの細胞のほうが活動電位をインパルスとして生成する見込みがより高いからである。
【００５６】
閾レベル以下の刺激は、活動電位生成に要する閾レベルを超過するのに十分なエネルギーレベルで神経単位を刺激するだけよりも良好な結果を生じることがある。閾レベル以下の刺激の一局面は、物理療法などの通常の活性原因に反応して活動電位が発生する可能性を増大させることである。これにより、この機能的神経網における神経単位が一緒に同調し合えるようになるか、或いは、上記タイプの活動を付随するように「学習する」ことができるようになる。神経単位が、付加的な興奮性入力（閾レベル以下の刺激）が無くても連続して活動電位を発生させるだけの電気を得た場合には、機能の向上を引き起こしそうにない「ノイズ」と混乱を生じることになる。実際、「暴走した」神経単位は間もなく自らの神経伝達物質が欠乏して、効果的に沈黙する。
【００５７】
閾レベル以下の刺激の供与は閾レベルを超える刺激とは非常に異なっている。本発明の幾つかの実施形態による閾レベル以下の刺激は、例えば、刺激部位における重要な神経単位の個体群において、電気刺激で神経単位に活動電位を直接発生させることを意図してはいない。その代わり、閾レベル以下の刺激は、刺激部位において神経単位の大部分を活性化させるのに要する「活性化エネルギー」を低減しようとの試みである。斯様に、本発明の或る実施形態による閾レベル以下の刺激は、四肢の１つを動かそうとすること、物理療法、または、単に四肢の１つを動かすことを考えるだけといったようなごくありふれた内在する誘因に反応して神経単位が電位を発生させる可能性を増大させると予測される。更に、物理療法に付随する同時刺激は、閾レベル以下の刺激のせいで可能性が上昇すると発生する活動電位が単なる「ノイズ」ではなく、重要な誘因に関連することになる可能性を増大させるものと期待される。
【００５８】
約50 Ｈｚから100 Ｈｚの周波数選択域や、休止電位と閾電位との差の60％から80％の上昇を達成するのに十分な振幅のような、上述の刺激パラメータが特に選択された結果、これらパラメータが神経単位の休止膜電位を上昇させることにより、神経単位個体群の大半に活動電位を直接引き起こさなくとも、神経単位が活動電位を発生させる見込みは増大する。更に、図６から図４０に関して後段でより詳細に説明するが、本発明による刺激装置の幾つかの実施形態は、約１センチメートルから２センチメートル（皮質の「機能単位」の推定寸法）の大脳皮質の領域を選択的に刺激し、柔膜表面を電極と直接接触させて、休止膜電位の同一変動量を一貫して生じるようにし、かつ／または、柔膜表面に押付けて電極を偏倚させて、電極と皮質との間に正接続を設けることにより、閾レベル以下の刺激を生じるパルス形態を高精度に供与するように設計されている。
【００５９】
Ｂ．  脳の領域を電気刺激する装置
図６から図４０は、本発明の幾つかの実施形態による刺激装置が上述の１つ以上の方法により脳の領域を電気刺激しているのを例示している。図６から図４０に例示された装置は、一般に、脳の柔膜表面の近位の皮質の領域（例えば、硬膜、脳軟膜、硬膜と脳軟膜との間の流体、脳の白質の外側の皮質の深部など）を刺激するために利用される。この装置はまた、他の実施形態では、脳の上記以外の部位を刺激するのに適するようにされてもよい。
【００６０】
１．  一体型パルスシステムを設けた移植可能な刺激装置
図６は柔膜表面の近位の皮質の領域を刺激するように図った本発明の実施形態による刺激装置６００の等角図であり、図７はその断面図である。一実施形態では、刺激装置６００は支持部材６１０、支持部材６１０によって保持された一体型パルスシステム６３０（概略的に例示されている）、および、第１電極および第２電極６６０（参照番号６６０ａおよび６６０ｂにより個々に識別される）を備えている。第１電極および第２電極６６０はパルスシステム６３０に電気接続されている。支持部材６１０は患者の頭骨またはそれ以外の頭蓋内の領域に移植されるように構成されている。一実施形態では、例えば、支持部材６１０はハウジング６１２と、ハウジング６１２に接続された取付け部材６１４とを備えている。ハウジング６１２はパルスシステム６３０を保持するための内部空洞を設けた生体適合性材料から成形された鋳造物である。代替例として、ハウジングは生体適合性金属またはそれ以外の好適な材料であってもよい。ハウジング６１２は約１センチメートルから４センチメートルの直径を有していればよく、大半の応用例で、ハウジング６１２は直径が1.5センチメートルから2.5センチメートルである。ハウジング６１２は他の形状（直線形、楕円形、長円形など）であってもよいし、他の表面寸法を有していてもよい。刺激装置６００は重量が35グラムまたはそれ未満で、かつ／または、占有体積は20 ccまたはそれ未満である。取付け部材６１４は可撓性被覆材、剛性プレート、輪郭成形されたキャップ、または、患者の頭骨またはそれ以外の身体部分に対して支持部材６１０を保持するのに好適な別な部材であってもよい。一実施形態では、取付け部材６１４は生体適合性重合体網状組織、金属網状組織、または、これら以外の好適な織物材などのメッシュである。代替例では、取付け部材６１４はマイラー、ポリエステル、または、それ以外の好適な材料の可撓性シートであってもよい。
【００６１】
より具体的には、図７は刺激装置６００が本発明の実施形態に従って患者に移植されてしまった後の状態を例示した断面図である。この特定の実施形態では、刺激装置６００は、頭皮７０２に開口を設けたり、頭骨７００と脳硬膜７０６をそれぞれに貫通する穴７０４を切り抜いたりすることにより、患者に移植される。穴７０４はは支持部材６１０のハウジング６１２を受容する寸法に設定されるべきであるが、大半の応用例では、穴７０４は取付け部材６１４よりも小型となるはずである。医者は支持部材６１０を穴７０４に挿入してから、取付け部材６１４を頭骨７００に固定する。取付け部材６１４は、複数の締め具６１８（例えば、ネジ、スパイクなど）または粘着剤を利用して、頭骨に固定することができる。代替の実施形態では、複数の下方向に垂れたスパイクが取付け部材６１４と一体に成形されて、頭骨７００に押し込めるようになった固定具を画定するようにしてもよい。
【００６２】
図７に例示された刺激装置６００の実施形態は患者に移植される形状をとっているため、電極６６０は脳の所望の部分の刺激部位と接触する。ハウジング６１２および電極６６０は距離Ｄだけ取付け部材６１４から突出して、皮質７０９を包囲している脳軟膜７０８の少なくとも近位に電極６６０が設置されてもよい。電極６６０は、図７に例示されたハウジング６１２から突出していてもよいし、または、電極６６０はハウジング６１２の内表面と同一平面であってもよい。図７に例示された特定の実施形態では、ハウジング６１２は厚さＴを有しており、電極６６０は距離Ｐだけハウジング６１２から突出した結果、電極６６０が脳軟膜７０８の表面を押圧する。ハウジング６１２の厚さは約0.5センチメートルから4センチメートルであればよく、約１センチメートルから2センチメートルであるのがもっと一般的である。刺激装置６００の形状は図６および図７に例示された実施形態に限定されないが、ハウジング６１２、取付け部材６１４、および、電極６６０は脳の幾つかの異なる領域に電極を設置するような構成にすることができる。例えば、代替の実施形態では、ハウジング６１２および電極６６０は、皮質７０９および／または深脳領域７１０の内部の深い位置に電極を設置するような構成になっていてもよい。一般に、電極はハウジングと同一平面上にあるか、或いは、ハウジングから0.1ミリメートルないし5センチメートルの長さで拡張していてもよい。刺激装置のパルスシステム形状および電極形状のもっと具体的な実施形態を後段で説明する。
【００６３】
刺激部位６００の幾つかの実施形態は、既存の経頭蓋電気刺激装置と経頭蓋磁気刺激装置よりも効果的であると予想される。経頭蓋療法に必要な電極の大半は脳に達する前に頭皮と頭骨で消散してしまうことが分かる。従来の経頭蓋刺激装置と比べて、刺激装置６００は、電極が少なくとも脳７０８の柔膜表面の近位にくるように移植される。本発明による装置の幾つかの実施形態は刺激装置６００を使って、脳軟膜７０８、脳硬膜７０６、および／または、それ以外の皮質の一部７０９に対して直接的に、既存の経頭蓋療法よりも相当に低い電力レベルで電気療法を適用することができる。例えば、約1ミリボルトから10ボルトの電位が電極６６０に印加されるが、大抵の場合、選択された適用例ごとに、100ミリボルトから5ボルトの電位が電極６６０に印加すればよい。本発明の他の実施形態によれば、刺激装置６００の電極６６０に上記以外の電位を印加してもよいことが分かる。
【００６４】
刺激装置６００の選択された実施形態は、厳密な刺激部位に刺激を付与することもできる。ここでも、刺激装置６００が柔膜表面７０８の少なくとも近位に電位６６０を設置するため、良好なパルス波形忠実度の厳密なレベルの刺激が脳の刺激部位に精度よく伝達される。頭皮と頭骨の磁気特性および電気特性が患者ごとに異なるために、経頭蓋装置による同じ刺激が患者ごとの神経単位では異なるレベルの刺激を生じることもあるせいで、経頭蓋療法は厳密な刺激部位に刺激を付与することができない場合もある。更に、頭皮、頭骨、および、硬膜は全て経頭蓋装置からのエネルギーを拡散するため、刺激を経頭蓋搬送することにより、厳密に寸ぷん違わない領域に刺激を集束させる能力は阻害される。電極６６０が頭骨７００の下方に設置されることで、刺激装置６００により生成されたパルスが頭皮７０２およぎ頭骨７００によっては拡散されないせいで、刺激装置６００の幾つかの実施形態は上記欠点の克服している。
【００６５】
２．  移植可能刺激装置用一体型パルスシステム
図６および図７に例示されたパルスシステム６３０は電気パルスを生成し、かつ／または、該パルスを電極６６０に送信し、脳の領域の刺激部位に電界を生じるようにする。図７に例示されたパルスシステム６３０の特定の実施形態は、支持部材６１０により保持された「一体型」ユニットである。例えば、パルスシステム６３０は、ハウジング６１２の内部に収容されるため、電極６６０は刺激装置６００の外部にリードを設けなくても、パルスシステム６３０に直接接続することができる。電極６６０とパルスシステム６３０の間の距離は４センチメートル未満であってもよいが、一般に、0.10センチメートルから2.0センチメートルの間である。刺激装置６００は、患者の身体を貫いて延びるトンネルを外科手術で設けることで電極６６０を刺激部位の遠隔に移植されたパルス発生器に接続する必要なしに、刺激部位に電気パルスを供給することができる。しかし、本発明による刺激装置の代替の実施形態のパルスシステムは、頭蓋の刺激装置６００または外部パルスシステムとは別個に移植されたパルスシステムを備えていてもよいことが分かる。刺激装置６００と併用するのに好適であるパルスシステムの幾つかの特定の実施形態を以下により詳細に説明する。
【００６６】
図８および図９は、刺激装置６００の内部で頭蓋に移植されるように図った、本発明の一実施形態による一体型パルスシステム８００を概略表示したものである。図８を参照すると、パルスシステム８００は、電源８１０、一体型コントローラ８２０、パルス発生器８３０、および、パルス送信機８４０を備えているようにしてもよい。電源８１０は、再充電可能バッテリーまたは電気エネルギーを蓄えるための別の好適な装置のような一次バッテリーであってもよい。代替の実施形態では、電源８１０は高周波（ＲＦ）変換器または磁気変換器であって、外部電源から放出された伝播エネルギーを受けて、該伝播エネルギーをパルスシステム８００の電気構成要素の動力に変換するものであってもよい。一体型コントローラ８２０は、外部コントローラ８５０によって送信されたコマンド信号に応答する無線装置であってもよい。一体型コントローラ８２０は、例えば、高周波リンクまたは磁気リンク８６０により外部コントローラ８５０と通信することができる。一体型コントローラ８２０は、外部コントローラ８５０によって送信されたコマンド信号に応じて、制御信号をパルス発生器８３０に供与する。パルス発生器８３０は適切な電気パルスをパルス送信機８４０に送信する複数のチャネルを有していてもよいが、該発生器は電極６６０に連結されている。電源８１０、一体型コントローラ８２０、パルス発生器８３０、および、パルス送信機８４０として好適な構成要素は、移植可能な医療装置の技術分野の当業者には周知である。
【００６７】
図９を参照すると、図６および図７を参照しながら先に説明した態様で刺激装置６００の支持部材６１０によってパルスシステム８００を保持することができる。外部コントローラ８５０は患者５００の体外に設置されて、外部コントローラ８５０を使用してパルスシステム８００を制御することができるようにしている。一実施形態では、コントローラ８５０の近位にある操作部内に患者を置くことにより、一個の外部コントローラ８５０を用いて共通の治療を必要とする複数の患者を同時に治療することができる。  従って、一個のコントローラ８５０を用いて、患者用の一体型コントローラ８２０の特定の操作コードに対応して適切な操作コードをコントローラ８２０に入れることにより、複数の異なる患者を治療することができる。
【００６８】
図１０は、本発明の別な実施形態による刺激装置６００と併用するためのパルスシステムおよび外部コントローラ１０１０を例示した概略図である。この実施形態では、外部コントローラ１０１０は、電源１０２０、電源１０２０に連結されたコントローラ１０２２、および、コントローラ１０２２に連結されたユーザインターフェイス１０２４を備えている。外部コントローラ１０１０はまた、電源１０２０に連結されたパルス発生器１０３０、パルス発生器１０３０に連結されたパルス送信機１０４０、および、パルス送信機１０４０に連結されたアンテナ１０４２を備えていてもよい。外部コントローラ１０１０は、動力とパルス信号を生成し、アンテナ１０４２は刺激装置６００のパルスシステム１０００にパルス信号１０４４を送信する。パルスシステム１０００はパルス信号１０４４を受信し、電気信号を電極に搬送する。それゆえ、パルスシステム１０００は、一体型電源、コントローラ、および、パルス発生器をハウジング６１０の内部に必ずしも備えている必要はなく、というのも、前述の構成要素は外部コントローラ１０１０の内部に存在しているからである。
【００６９】
図１１は、パルスシステム１０００の実施形態をより詳細に例示した概略図である。この実施形態では、パルスシステムは刺激装置６００の支持部材６１０により保持されている。パルスシステム１０００はアンテナ１０６０と、アンテナ１０６０に連結されたパルス搬送システム１０７０とを備えていてもよい。アンテナ１０６０は外部コントローラ１０１０からパルス信号１０４４を受信し、パルス信号１０４４をパルス搬送システム１０７０に送信するが、該システムはパルス信号１０４４を電気パルスに変成する。従って、電極６６０はパルス搬送システム１０７０に連結することができる。パルスシステム１０７０は、パルス信号１０４４からノイズを除去するフィルターと、パルス信号１０４４から電気信号を生成するパルス成形器とを備えていてもよい。パルス成形器はパルス信号１０４４の形式のエネルギーにより駆動することができ、或いは、代替の実施形態では、パルスシステム１０００は一体型電源を備えて、パルス成形器を駆動するようにしてもよい。
【００７０】
図１２は刺激装置６００の実施形態で使用するためのパルスシステム１２００と、ＲＦエネルギーを使用して患者の遠隔でパルスシステム１２００を制御する外部コントローラ１２１０の実施形態を例示した概略図である。この実施形態では、外部コントローラ１２１０は電源１２２０、電源１２２０に連結されたコントローラ１２２２、および、コントローラ１２２２に連結されたパルス発生器１２３０を備えている。外部コントローラ１２１０は、パルス発生器１２３０に連結された変調器１２３２、および、変調器１２３２に連結されたＲＦ発生器１２３４を備えていてもよい。動作については、外部コントローラ１２１０はアンテナ１２４２を介してＲＦエネルギーのパルスを搬送する。
【００７１】
パルスシステム１２００は、刺激装置６００（図示せず）の内部に収容することができる。一実施形態えは、パルスシステム１２００はアンテナ１２６０とパルス搬送システム１２７０を備えている。アンテナ１２６０はアンテナ１２４２からの搬送ＲＦエネルギーを整流するダイオード（図示せず）を組入れている。パルス搬送システム１２７０はフィルター１２７２と、アンテナ１２４２から搬送されたＲＦエネルギーに対応する電気パルスを形成するパルス成形装置に１２７４とを備えていてもよい。パルスシステム１２００は、従って、外部コントローラ１２１０からのパルス信号の形式でＲＦエネルギーにより動力供給されるため、パルスシステム１２００は刺激装置６００によって保持された別個の電源を必要とはしない。
【００７２】
図１３は、パルスシステム１３００の断面図であるが、該システムは移植可能な刺激装置６００の別な実施形態において、磁気エネルギーを利用して患者の遠隔でパルスシステム１３００を遠隔制御する外部コントローラ１３１０と併用するためのものである。この実施形態では、外部コントローラ１３１０は電源１３２０、電源１３２０に連結されたコントローラ１３２２、および、コントローラ１３２２に連結されたユーザーインターフェイス１３２４を備えている。外部コントローラ１３１０は、コントローラ１３３２に連結されたパルス発生器１３３０、パルス発生器１３３０に連結されたパルス送信機１３４０、および、パルス送信機１３４０に連結された磁気カプラー１３５０を備えていてもよい。磁気カプラー１３５０は、強磁性コア１３５２と、強磁性コア１３５２の一部の周囲に巻きつけられたコイル１３５４とを備えていてもよい。コイル１３５４はパルス送信機１３４０に電気接続されて、コイル１３５４に付与される電気パルスが対応する磁界の変化を生じるようにすることもできる。磁気カプラー１３５０は、移植された刺激装置６００の上に磁気カプラー１３５０を設置するための可撓性キャップ１３５６を備えていてもよい。
【００７３】
パルスシステム１３００は、強磁性コア１３６０と、強磁性コア１３６０の一部の周囲に巻きつけられたコイル１３６２とを備えていてもよい。パルスシステム１３１０は、整流器とパルス成形器とを備えているパルス搬送システム１３７０を有していてもよい。動作については、強磁性コア１３６０とコイル１３６２が磁気カプラー１３５０により生成された磁界の変化を、パルス搬送システム１３７０に送信された電気パルスに変換する。電極６６０はパルス搬送システム１３７０に連結されているため、外部コントローラ１３１０のパルス発生器１３３０によって生成された電気パルスに対応した電気パルスが患者の刺激部位に搬送される。
【００７４】
３．  電極構造
図１４から図２４は、本件に開示された刺激装置と併用することのできる、本発明の多様な実施形態に従った電極を例示している。図１４ないし図２２は、皮質の少なくとも柔膜表面の近位の刺激部位に電流を付与するように構成された電極の実施形態を例示している。電極の他の構造を他の移植可能な刺激装置と併用することもできることが分かる。
【００７５】
図１４は、本発明の実施形態による刺激装置１４００の底面図であり、図１５はその断面図である。この実施形態では、刺激装置１４００は第１電極１４１０と、第１電極１４１０を同心包囲している第２電極とを備えている。第１電極１４１０は、パルス発生器１４３０の正端子に接続することができ、第２電極１４２０はパルス発生器１４３０の負端子に接続することができる。図１５を参照すると、第１電極１４１０および第２電極１４２０は、トロイダル電界１４４０を生成している。
【００７６】
図１６は、本発明の別な実施形態による刺激装置１６００の底面図であり、図１７はその断面図である。この実施形態では、刺激装置１６００は第１電極１６１０、第１電極１６１０を包囲している第２電極１６２０、および、第２電極１６２０を包囲している第３電極を備えている。第１電極１６１０は第１のパルス発生器１６４０および第２のパルス発生器１６４２のそれぞれの負端子に接続することができ、第２電極１６２０は第１のパルス発生器１６４０の正端子に接続することができ、第３電極１６３０は第２のパルス発生器１６４２の正端子に接続することができる。動作については、第１電極１６１０および第３電極１６３０は第１のトロイダル電界１６５０を生成し、第１電極１６１０および第２電極１６２０は第２のトロイダル電界１６６０を生成する。第２のトロイダル電界１６６０は操作により、第１のトロイダル電界１６５０が刺激装置１６６０の基部から離れる方向に突出している深さを変動させることができる。
【００７７】
図１８は本発明のまた別な実施形態による刺激装置１８００の底面図であり、図１９はその断面図である。この実施形態では、刺激装置１８００は第１電極１８１０と、第１電極１８１０から間隔を設けた第２の電極１８２０とを備えている。第１電極１８１０と第２電極１８２０は、パルス発生器１８３０の互いに対向する両端子を接続する線形電極である。図１９を参照すると、第１電極１８１０と第２電極１８２０は略線形の電界を生成することができる。
【００７８】
図２０は、本発明のまた別な実施形態による刺激装置２０００の底面図である。この実施形態では、刺激装置２０００は、第１電極２０１０、第２電極２０２０、第３電極２０３０、および、第４電極２０４０を備えている。第１電極２０１０および第２電極２０２０は第１のパルス発生器に接続されており、第３電極２０３０および第４電極２０４０は第２のパルス発生器２０６０に接続されている。より詳細には、第１電極２０１０は正端子に接続されており、第２電極は第１のパルス発生器２０５０の負端子に接続されており、第３電極２０３０は正端子に接続されており、第４電極２０４０は第２のパルス発生器２０６０の負端子に接続されている。第１電極２０１０および第２電極２０２０は第１の電界２０７０を生成するものと予測されており、第３電極２０３０および第４電極２０４０は第２の電界２０７２を生成すると予測されている。イオンは脳を通って比較的自由に移動するため、多数のイオンが矢印２０７４で例示されているように、第１の電界２０７０と第２の電界２０７２の間を横断する。この実施形態は、刺激部位において電界勾配を制御する。
【００７９】
図２１は、本発明の刺激装置２０００の別な実施形態の底面図である。この実施形態では、第１電極２０１０は第１のパルス発生器２０５０の正端子に接続されており、第２電極２０２０は該パルス発生器２０５０の負端子に接続されている。図２０に例示された実施形態と対比すると、第３電極２０３０は第２のパルス発生器２０７０の負端子に接続されており、第４の電極２０４０は該パルス発生器２０７０の正端子に接続されている。この電気配置は電極同士の間に複数の電界を生じることが予測されている。これにより、電界の方向と配置を制御することができるようになる。
【００８０】
図２２は、本発明のまた別な実施形態による刺激装置２２００を概略的に例示した底面図である。この実施形態では、刺激装置２２００は第１電極２２１０、第２電極２２２０、第３電極２２３０、および、第４電極２２４０を備えている。これらの電極は、スイッチ回路２２５０により、パルス発生器２２４２に接続される。スイッチ回路２２５０は、第１電極２２１０に接続された第１スイッチ２２５２、第２電極２２２０に接続された第２スイッチ２２５４、第３電極に接続された第３スイッチ２２５６、第４電極２２４０に接続された第４スイッチ２２５８を備えていてもよい。動作においては、上述の各スイッチ２２５２ないしスイッチ２２５８は開閉動作により、各電極間、２２１０〜２２４０、に多様な電界を確立することができる。例えば、第１スイッチ２２５２と第４スイッチ２２５８は、パルスは正規２２４７からのパルスと調和して閉回路を作り、第１の電界２２６０を生成し、かつ／または、第２のスイッチ２２５４および第３のスイッチ２２５６はパルス発生器２２４２からの別なパルスと調和して閉回路を作り、第２の電界２２７０を生成することができる。第１の電界２２６０および第２の電界２２７０は同一パルスで生成されて、同時併発電界を生成し、交互の連続パルスで生成された場合は、交互の電界すなわち回転電界を生成する。
【００８１】
図２３は、本発明の別な実施形態による刺激装置２３００の底面図であり、図２４はその側面立面図である。この実施形態では、刺激装置２３００は第１電極２３１０、第２電極２３２０、第３電極２３３０、および、第４電極２３４０を有している。電極２３１０から電極２３４０は、図１４から図２２を参照しながら先に明示した配置のいずれの態様で構成されてもよい。電極２３１０ないし電極２３４０はまた、導電ピン２３５０および／または導電ピン２３６０も備えている。ピン２３５０およびピン２３６０は、皮質の柔膜表面の下層まで延びるように構成されていてもよい。例えば、ピン２３５０の長さは皮質７０９の厚さよりも短いので、ピン２３５０の先端はこれに応じて柔膜表面の下層の皮質７０９の内部の刺激部位に電気パルスを導通させる。ピン２３６０の長さは皮質７０９の厚さよりも長く、深脳領域７１０のような皮質７０９より下層の脳の一部に電気パルスを導通させる。ピンの長さは、脳軟膜７０８より下層の刺激部位に電気パルスを導通させるように選択されている。斯様に、ピン２３５０およびピン２３６０の長さは各電極ごとに同じであってもよいし、個々の電極ごとに異なっていてもよい。更に、電極の選択された部分とピンとは露出した導電領域を有していてもよい。例えば、電極２３１０ないし電極２３４０とピン２３５０およびピン２３６０の一部とは絶縁材で被覆されているため、露出した導電材のみが各ピンの先端部に位置している。図１４ないし図２２に明示された電極の形状は、図２３および図２４に例示された電極に類似する態様でピン状の電極を設けることにより、脳軟膜の下層の刺激部位に電流を付与するのに適するようにしてもよいことも認識できる。
【００８２】
図６から図２４を参照しながら先に説明した刺激装置の幾つかの実施形態は、既存の経頭蓋刺激装置または下位頭蓋刺激装置よりも有効であると予測される。頭骨の下に電極を設置する処理に加えて、上述の刺激装置の多数の実施形態はまた、脳軟膜７０８、脳硬膜７０６、および／または、皮質７０９に相対して所望のパターンで電気エネルギーを精度よく集束させる。電極またはそれ以外のタイプのエネルギー放出器が刺激部位の比較的遠くに設置され、かつ、頭骨がエネルギーの幾らかを拡散させるせいで、経頭蓋装置はエネルギーを精度よく集束させることができないことが分かる。また、既存の下位頭蓋装置は一般に特定の神経の近位に電極を設置するにすぎず、刺激部位ごとに設計されたパターンで電界を発生させる電極構造を供与しているわけではない。図６から図２４を参照しながら先に説明した刺激装置の実施形態のうちの幾つかはこの欠点を克服しており、というのも、電極を所望の刺激部位で神経単位に当接設置することができるからである。更に、刺激装置の電極構造は、頭骨７００によっては拡散されない所望の電界を供与するように構成することができる。よって、本発明による刺激装置の幾つかの実施形態は、刺激部位において精度よくエネルギーを集束させることができるため、一層効果的であると予想される。
【００８３】
４．  バイアス素子を備えた移植可能な刺激装置
図２５から図３０は、本発明の別な局面によるバイアス素子を備えている刺激装置の幾つかの実施形態を例示している。図２５から図３０に例示されている刺激装置は、図６から図２４を参照しながら先に説明した装置に類似していてもよい。よって、図２５から図３０に例示されている刺激装置の実施形態は、図６から図２４を参照しながら先に説明したのと同じパルスシステム、同じ支持部材、および、同じ電極構造を有していてもよい。
【００８４】
図２５は本発明の実施形態による刺激装置２５００の等角図であり、図２６はその断面図である。一実施形態では、刺激装置２５００は支持部材２５１０、支持部材２５１０によって保持されたパルスシステム２５３０、および、パルスシステム２５３０に連結された第１の電極および第２の電極２５６０を備えている。支持部材２５１０は図６および図７を参照しながら先に説明した支持部材６１０と同一であるか、または、それに類似していてもよい。支持部材２５１０は、従って、頭骨７００に移植されるような形状のハウジング２５１２、締め具２５１８（図２）によって頭骨７００に接続されるような形状の取付け部材２５１２、粘着材、および／または、固定具から構成される。パルスシステム２５３０は、図６から図１３を参照しながら先に説明したパルスシステムのいずれかと同一であってもよいし、類似していてもよく、また、第１電極および第２電極２５６０は図１４から図２４を参照しながら先に説明した電極構造のいずれを有していてもよい。しかし、上述の刺激装置とは異なり、刺激装置２５００は電極２５６０に連結されたバイアス素子２５５０を有しており、電極２５６０を支持部材２５１０から離れる方向に機械的に偏倚させる。代替の実施形態では、バイアス素子２５５０はハウジング２５１２と取付け部材２５１４との間に設置されてもよく、また、電極２５６０はハウジング２５１２に直接装着されてもよい。後段でより詳細に説明するが、バイアス素子２５５０は圧縮部材、流体充満嚢、バネ、または、反発性によりかつ／または弾性により電極２５６０を支持部材２５１０から離れる方向に駆動する上述以外の好適な部材であればどのようなものであってもかまわない。
【００８５】
図２６は、患者の頭骨７００に移植された後における、刺激装置２５００の実施形態を例示している。締め具２５１８が頭骨７００に取付けられると、バイアス素子２５５０はわずかに圧縮されて、電極２５６０が刺激部位に接触するようになる。図２６に例示された実施形態では、圧縮されたバイアス素子２５５０は脳軟膜７０８の表面に電極２５６０をゆっくりと押圧する。バイアス素子２５５０が各電極２５６０と皮質７０９の柔膜表面との間に均一で一貫した接触部を設けることが期待される。刺激装置２５００は、移植可能な装置が頭骨に取付けられ、かつ、刺激部位が脳軟膜７０８または脳硬膜７０６上に置かれると、特に有用になると予測される。脳が頭骨と相対的に移動すると、また、深さが患者ごとに異なると、頭骨７００と脳硬膜７０６と脳軟膜７０８との間の距離が頭蓋内部で変動するせいで、脳軟膜７０８への押圧接触部を位置決めするのが困難になるかもしれない。バイアス素子２５５０を有する刺激装置２５００は頭骨７００と脳軟膜７０８との間の互いにそれぞれ異なる距離を補償するため、たった１種の装置で異なる多数の患者に本質的に適合し得る。更に、脳が頭骨内で移動すると、バイアス素子２５５０を有している刺激装置２５００は変動に順応する。バイアス素子２５５０を有している刺激装置２５００と比較して、バイアス素子２５５０を有していない移植可能な装置は特定患者には適合しないこともあり、または、脳軟膜に電気接触を一貫して供与しないこともある。
【００８６】
図２７および図２８は、バイアス素子が圧縮可能な部材である刺激装置の断面図である。より詳細にいうと、図２７は、本発明の実施形態により刺激装置２７００がバイアス素子２７５０を有しているのを例示している。刺激装置２７００は、激装置２５００に類似する態様で、一体型パルスシステム２５３０とパルスシステム２５３０に連結された電極２５６０とを有していてもよい。この実施形態のバイアス素子２７５０は、生体適合性の独立気泡発泡体または連続気泡発泡体のような圧縮可能な発泡体である。図２７に最もうまく例示されているように、刺激装置２７００が頭骨に取付けられると、バイアス素子２７５０は収縮する。図２８は、本発明の別な実施形態に従って刺激装置２８００がバイアス素子２８５０を有しているのを例示している。バイアス素子２８５０は、シリコンゴムまたはそれ以外の好適な圧縮可能な材料のような、圧縮可能な固体であってもよい。電極２５６０はバイアス素子２８５０に取付けられる。
【００８７】
図２９は、本発明の別な実施形態に従って刺激装置２９００がバイアス素子２９５０を有しているのを例示した断面図である。刺激装置２９９０は支持部材２９１０を有していてもよく、同部材は内部通路２９１２と隔膜２９１４から構成されている。バイアス素子２９５０は、支持部材２９１０に取付けられた可撓性嚢２９５２を備えていてもよく、また、電極２５６０が可撓性嚢に取付けられていてもよい。動作については、可撓性嚢２９５２は、電極２５６０が刺激部位を押圧するまで、可撓性嚢２９５２には流体２９５４が充満している。一実施形態では、可撓性嚢２９１４は、注射器２９５６の針を隔膜２９１４に通してから内部通路２９１２および可撓性嚢に流体２９５４を注入することにより、充満する。
【００８８】
図３０は、本発明の別な実施形態による、バイアス素子３０５０を備えている刺激装置３０００の断面図である。この実施形態では、バイアス素子３０５０はバネであり、電極２５６０はこのバネに取付けられている。バイアス素子３０５０は波形バネ、板バネ、または、刺激部位を押圧して電極２５６０を機械的に偏倚させることのできる上記以外の好適なバネであってもよい。
【００８９】
図２５から図３０に例示されている刺激装置の幾つかの実施形態は、バイアス素子と、図６から図１３に関して先に説明したパルスシステムのいずれかを有していてもよいが、パルスシステムを支持部材の内部に包含させる必要はない。よって、本発明による移植可能な刺激装置の或る実施形態はそのパルスシステムおよび／またはバイアス素子を、図６から図３０に関して先に明示した実施形態のいずれの組合わせで設けてもよい。
【００９０】
５．  外部パルスシステムを有している移植可能な刺激装置
図３１から図３５は、外部パルスシステムを有している移植可能な刺激装置の多様な実施携帯の概略断面図である。より詳細に言うと、図３１はバイアス素子３１５０を有している刺激装置の実施形態を例示しているが、該バイアス素子には電極３１６０が図２５から図３０を参照しながら先に述べた刺激装置に類似する多様で取付けられている。刺激装置３１００はバイアス素子３１５０を備えていなくてもよいことが分かる。刺激装置３１００は外部受容部材３１２０を備えていてもよいが、該受容部材は電気ソケット３１２２と電極３１６０をソケット３１２２の接点（図示せず）に連結する移植リードライン３１２４とを有している。リードライン３１２４は、当業者に公知の態様で皮下トンネルまたはそれ以外の通路に移植されていてもよい。
【００９１】
しかし、刺激装置３１０は、患者５００の頭骨７００に移植された装置の一部によって保持された内部パルスシステムを有してはいない。刺激装置３１００は外部パルスシステム３１３０から電気信号を受信する。外部パルスシステム３１３０はその電気コネクタ３１３２に、受容部材３１２０の内部の接点と係合する形状の複数の接点３１３４が設けられている。外部パルスシステム３１３０は、電源、コントローラ、パルス発生器、および、パルス送信機を有して、電気パルスを生成するようになっていてもよい。動作については、外部パルスシステム３１３０が、コネクタ３１３２、受容部材３１２０、および、リードライン３１２４を介して、刺激装置３１００に電気パルスを送信する。
【００９２】
図３２および図３３は、本発明の別な実施形態による、外部パルスシステムと併用するための刺激装置の実施形態を例示している。図３３を参照すると、刺激装置３２００は支持構造体３２１０を備えており、該構造体がソケット３２１２、ソケット３２１２内部に配置された複数の接点３２１４、および、ソケット３２１２を被覆している隔膜３２１６から構成されているようにすることができる。刺激装置３２００は、バイアス素子３２５０と、バイアス素子３２５０に取付けられた複数の電極３２６０とを有していてもよい。電極３２６０は各々が支持構造体３２１０の内部の接点３２１４のうちの１個に直接接続されている。刺激装置３２００の代替の実施形態はバイアス素子３２５０を備えてはいないことが分かる。
【００９３】
図３２および図３３を一緒に参照すると、刺激装置３２００は外部パルスシステム３２３０から電気パルスを受信するが、該システムは電源、コントローラ、パルス発生器、および、パルス送信機から構成されている。外部パルスシステム３２３０はプラグ３２３２を備えており、該プラグは針３２３３（図３３）と、針３２３３に配置されてソケット３２１２の内部接点３２１４と接触するようにした複数の接点３２３４（図３３）とを有している。動作については、針３２３２をソケット３２１２に挿入して接点３２３４を接点３２１４と係合させてから、パルスシステム３２３０が作動状態にされて、電気パルスを電極３２６０に送信する。
【００９４】
図３４および図３５は、外部パルスシステムと併用するための刺激装置の別な実施形態を例示している。図３４は、刺激装置３４００が患者５００の頭皮７０２の下に延びているリード線３４２０に連結された電極３４１０を備えているのを例示している。リード線３４２０は外部パルスシステム３４５０に接続されている。図３５は、刺激装置３５００の実施形態が支持部材３５１０、支持部材３５１０に連結された電極３５１２、および、頭皮７０２に搭載された外部受容部材３５２０を有しているのを例示している。外部受容部材３５２０は支持部材３５１０に接続されていてもよい。外部受容部材３５２０はソケット３５２２の接点（図示せず）が電極３５１２に電気接続されていてもよい。ソケット３４２２にプラグ３１３２を挿入して、最終的にはプラグ３１３２の接点３１３４がソケット３５２２内部の接点に係合させることにより、刺激装置３５００は、図３１を参照しながら先に説明した外部パルスシステム３１３０と併用することができる。
【００９５】
６．  移植可能な刺激装置の代替の実施形態
図３６は、本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置３６００の概略断面図である。一実施形態では、刺激装置３６００は支持構造体３６１０と、支持構造体３６１０に連結された複数の電極３６２０とを有している。支持構造体３６１０は、頭骨７００の内表面７０１と脳の柔膜表面との間で頭骨７００下に移植されるような形状になっていてもよい。支持構造体３６１０を可撓性に富む部材または圧縮可能な部材にして、刺激装置３６００が頭骨７００の下に移植されると、電極３６２０が脳軟膜７０８に接触するようにしてもよい。別な実施形態では、支持構造体３６１０は電極３６２０を設置して、電極が脳軟膜７０８に接触しない程度に近位にくるようにしてもよい。
【００９６】
一実施形態では、刺激装置３６００は外部コントローラ３６３０から電気パルスを受信することができる。例えば、外部コントローラ３６３０は、頭骨７００の穴７１１を通るリード線３６３２によって、刺激装置３６００に電気接続することができる。代替の実施形態では、刺激装置３６００は、図６から図１３を参照しながら先に述べたパルスシステムに類似する一体型パルスシステムを備えていてもよい。従って、刺激装置３６００のかかる実施形態は無線外部制御ユニットを使用することができる。刺激装置３６００の電極３６２０は、図１４から図２４を参照しながら先に述べた電極構造のうちの幾つかを備えていてもよいことが分かる。
【００９７】
図３７および図３８は移植可能な刺激装置３６００の一実施形態を例示している。図３７を参照すると、支持構造体３６１０は可撓性の基盤であってもよく、また、電極３６２０は可撓性基板上に印刷される導電素子であってもよい。例えば、刺激装置３６００は、電気構成要素で使用される可撓性の印刷基板に類似する態様で製造することができる。刺激装置３６００は、挿入器具３７００を用いて、頭骨７００の下に移植することができる。一実施形態では、挿入器具３７００はハンドル３７０２と、ハンドル３７０２から突出しているシャフト３７０４を有している。シャフト３７０４は、支持部材３６１０の平坦部を受容するような形状になったスロット３７０６を有していてもよい。図３８を参照すると、支持部材３６１０がシャフト３７０４の周囲に巻かれてから、刺激装置３６００は頭皮７００および脳硬膜７０６を貫通する穴７１１に設置された管材３７２０に通される。刺激装置３６００は、管材３７２０に通されてから広がって、電極３６２０を少なくとも脳軟膜７０８の近位に設置する。電極３６２０はリード線３６３２によって外部コントローラに接続することができる。
【００９８】
図３９は、頭骨７００と脳軟膜７０８の間に設置されるような形状になった移植可能な刺激装置３９００の別な実施形態を例示している。一実施形態では、刺激装置３９００は、支持部材３９１０と、支持部材３９１０に連結された複数の電極３９２０とを備えていてもよい。電極３９２０は個々のリード線３９２２に連結されて、電極３９２０を外部パルスシステムに接続することができる。代替の実施形態では、一体型パルスシステム３９３０は支持部材３９１０によって保持されて、外部リード線３９２２が無くても電極３９２０が一体型パルスシステム３９３０に直接接続されるようにしてもよい。支持部材３９１０は弾性圧縮可能部材、膨張可能なバルーン状装置、または、実質的に固相の圧縮不可能な部材であってもよい。図３９に例示された特定の実施形態では、支持部材３９１０は、電極３９２０を保持した膨張可能なバルーン状装置である。動作については、頭骨７００の穴７１１に支持部材３９１０の遠位端部を通して、最終的に電極３９２０を所望の刺激部位に設置することにより、刺激装置３９００が移植される。
【００９９】
図４０は、本発明の別な実施形態による刺激装置４０００を内部パルスシステム４０３０と一緒に例示した概略図である。刺激装置４０００は支持部材４０１０、支持部材４０１０に保持されたバイアス素子４０１５、および、バイアス素子４０１５に保持された複数の電極４０２０を備えていてもよい。内部パルスシステム４０３０は図６から図１３を参照しながら先に説明した一体型パルスシステムのうちのどれに類似していてもよいが、内部パルスシステム４０３０は、ハウジング４０１０によって保持されているわけではないので、一体型パルスシステムとはなっていない。内部パルスシステム４０３０はケーブル４０３４により電極４０２０に連結することができる。典型的応用例では、ケーブル４０３４は下位鎖骨領域から頚部の背面に沿って、更に頭骨の周囲を巡って、トンネル内に皮下移植される。刺激装置４０００は図１４から図２４を参照しながら先に説明した電極構造のいずれかを備えていてもよい。
【０１００】
前述のことから、本発明の特定の実施形態が例示のために本明細書に記載されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、多様な修正を行うことができることが分かる。従って、本発明は添付の特許請求の範囲の各請求項によって限定される場合を除いて、如何なる限定もされない。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１Ａ】神経単位の概略図である。
【図１Ｂ】正常な神経活動と関与する「活動電位」がインパルスとして生じるのを例示したグラフである。
【図１Ｃ】本発明の１実施形態に従って脳の或る位置に関与する患者の神経機能を実現する方法のフローチャートである。
【図２】脳の体性感覚編成に従った患者の神経機能に関与する脳の第１領域における神経系活動を例示した、脳の一部の頂面図である。
【図３】本発明の実施形態に従った方法の一段階で使用される患者の神経機能に関与する神経活動の損失を例示した、脳の一部の頂面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った方法の別な段階における患者の神経機能と関与する神経活動の位置の変化を例示した、図３の脳の頂面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従った特定の解剖学的位置を刺激することにより神経機能を実現する方法１００ａを例示したフローチャートである。
【図４Ｂ】身体機能および／または認知機能に影響を与える複数の症状を含む第１のリストと、特定機能を実行するために神経系活動が起こると推察される複数の解剖学的位置を含む第２のリストを例示した表である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による方法の一段階における移植処置手順を例示した概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による方法の一段階における移植処置手順を例示した概略図である。
【図５Ｃ】本発明の１実施形態による刺激神経系活動に関与する「活動電位」がインパルスとして生じるのを例示したグラフである。
【図６】本発明の１実施形態による移植可能な刺激装置の等角図である。
【図７】本発明の１実施形態による移植可能な刺激装置の一部を例示した概略断面図である。
【図８】本発明の１実施形態によるパルスシステムの概略図である。
【図９】本発明の１実施形態による移植済み刺激装置と外部コントローラを例示した概略図である。
【図１０】本発明の別な実施形態によるパルスシステムを設けた移植可能な刺激装置と外部コントローラとを例示した概略図である。
【図１１】本発明の実施形態による移植可能な刺激装置の一部を例示した概略断面図である。
【図１２】本発明の別な実施形態によるパルスシステムを設けた移植可能な刺激装置と外部コントローラとを例示した概略図である。
【図１３】本発明の別な実施形態によるパルスシステムを設けた移植可能な刺激装置と外部コントローラとを例示した概略断面図である。
【図１４】本発明の実施形態による移植可能な刺激装置の電極構造を例示した底面図である。
【図１５】図１４の移植可能な刺激装置の電極構造を例示した断面図である。
【図１６】本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置の電極構造を例示した底面図である。
【図１７】図１６の移植可能な刺激装置の電極構造を例示した断面図である。
【図１８】本発明のまた別な実施形態による電極構造の底面図である。
【図１９】図１８の電極構造の断面図である。
【図２０】本発明のまた別な実施形態による移植可能な刺激装置の電極構造の底面図である。
【図２１】本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置の電極構造の底面図である。
【図２２】本発明による移植可能な刺激装置と併用するための電極構造のまた別な実施形態の底面図である。
【図２３】本発明のまた別な実施形態による刺激装置と併用するための電極構造の底面図である。
【図２４】図２３の電極構造の断面図である。
【図２５】本発明の実施形態による機械バイアス素子を設けた移植可能な刺激装置の一部を例示した概略等角図である。
【図２６】本発明の実施形態による患者の頭骨に移植された機械バイアス素子を設けた刺激装置の断面図である。
【図２７】本発明の実施形態によるバイアス素子を設けた刺激装置の一部を例示する概略断面図である。
【図２８】本発明のまた別な実施形態によるバイアス素子を設けた刺激装置の断面図である。
【図２９】本発明のまた別な実施形態によるバイアス素子を設けた刺激装置の断面図である。
【図３０】本発明のまた別な実施形態によるバイアス素子を設けた刺激装置の断面図である。
【図３１】本発明の実施形態による移植可能な刺激装置が外部電源とパルス発生器から構成されているのを例示した概略断面図である。
【図３２】本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置の一部が外部電源とパルス発生器から構成されているのを例示した概略断面図である。
【図３３】図３２の移植可能な刺激装置の一部をより詳細に例示した断面図である。
【図３４】本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置の一部と外部コントローラとを例示した概略断面図である。
【図３５】本発明の別な実施形態による移植可能な刺激装置の一部と外部コントローラとを例示した概略断面図である。
【図３６】本発明のまた別な実施形態による移植可能な刺激装置の一部を例示した概略断面図である。
【図３７】本発明の実施形態による移植可能な刺激装置を例示した等角図である。
【図３８】図３７の移植可能な刺激装置の断面図である。
【図３９】本発明のまた別な実施形態による移植可能な刺激装置を例示した断面図である。
【図４０】本発明の実施形態による移植可能な刺激装置を例示した概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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