(57)【要約】【解決手段】骨格筋を制御する方法および装置が提供される。本方法は，身体の器官の機能を表す，記憶領域からの神経電気コード化信号を選択することを含む。選択された神経電気コード化信号は処理部材に伝達される。処理部材は，身体に直接接触させるもので，身体の器官の機能を調整するために，特別な身体の骨格筋神経または器官に，神経電気コード化信号を一斉に伝送するものである。制御モジュールが処理部材への伝達のために設けられる。制御モジュールは，選択され，処理部材に伝送される神経電気コード化信号を含み，コンピュータの記憶部は，神経電気コード化信号の記憶および操作のために設けられる。
2007524457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格筋を制御するための方法であって，
a.  身体で形成され，身体の神経細胞により伝えられるひとつ以上の波形を，記憶領域から選択する工程と，
b.  選択された波形を，身体に接する処理部材に伝達または伝導する工程と，
c.   骨格筋を制御するために，処理部材からの選択された波形を，作用する身体の筋肉に一斉に伝送する工程と，
を含む方法。
【請求項２】
前記工程aがさらに，前記波形をコンピュータの記憶領域から選択することを含む，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程bがさらに，選択された波形を，処理部材に遠隔的に伝達する工程を含む，請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記工程bがさらに，選択された波形の振動による伝達を含む，請求項１に記載の方法。
【請求項５】
骨格筋を制御する装置であって，
a.  骨格筋の機能を示す，身体で形成され，収集された波形源と，
b.  身体に直接接するように形成された処理部材と，
c.  収集された波形のひとつ以上を処理部材に伝達する手段と，
d.  骨格筋を制御するために，処理部材からの収集された波形を，骨格筋に作用する身体の領域に一斉に伝送する手段と，
を含む装置。
【請求項６】
前記伝送手段がデジタル・アナログ変換器を含む，請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記波形源が，収集された波形をデジタル形式で記憶するコンピュータを含む，請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記コンピュータは，種々の骨格筋のカテゴリーの波形を収集する別個の領域を含む，請求項７に記載の装置。
【請求項９】
処理部材が骨格筋信号を一斉に伝送するアンテナを含む，請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
処理部材が電極である，請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は，“神経コード化信号による骨格筋の制御”と題する米国出願第６０／４７９４０７号に基づく。
【０００２】
本発明は神経電位コード化信号による骨格筋の制御装置および方法に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人間または動物の骨格の主要な筋肉は脳により操作される。筋肉の収縮や動きは大脳皮質，小脳，脳幹などを含む脳の多くの部分より調整され，支配される。神経電気信号（“信号”）の形態で与えられる指示は筋肉に送られ，段階的にそして滑らかな運動を行わせ，必要な作業が達成される。
【０００４】
腕，脚，他の筋肉運動による場所の移動は人や他のほ乳類には一般的である。指，手，腕を使って道具，構造物を作ることが，歴史的に観て，著しい進歩をもたらした。体全体にわたって筋肉の動きを操り，命令する過程で，脳は人や動物の日常の生活の役割や要求を達成していく。本発明は，生涯を通じて一般的に，動きの滑らかなパターン，変化のある調和パターンに調整する，自然で実際の神経電気信号により，おおよそ通常の筋肉活動を与える仕方を提供する。
【０００５】
脳から筋肉に送り，筋肉を収縮させる神経電気信号は，電気的にコード化された信号として神経を経て伝えられる。これら自然の信号は信号に関連する神経細胞のタイプおよび集まりにより変化する。約３００種およびタイプの神経細胞がある。神経細胞は，繰り返し可能な電気的な信号を発生する能力をもつ細胞である。電圧，周波数および振幅の信号の成分は，筋肉が役割を果たすため変化する。
【０００６】
正しく動作するために，筋肉は，血液により提供される栄養や酸素源を必要とし，命令を伝える，損なわれていない神経を必要とする。筋肉への神経命令は，中枢神経系（脳）から始まり，末梢神経系に信号を伝える遠心性神経を経る，神経電気コード化信号の形態をとる。生物学的および位置的ステータス情報が遠心性神経により筋肉から脳へと通過し，筋肉の動きが完了または完了しつつあることを調整し，知らせる。バランスと微妙な動きは，任務（task）を達成する微妙な動きはや反応，そのものである。
【０００７】
疾病も，けがもない人や動物では，場所の移動，食物，道具，衣服，他の日々の生活における手段の取り扱いが苦労なく，そして，自らの脳や筋肉が望むときに行える。
【０００８】
活動は，筋肉の病気やけがにより，筋肉に至る神経の損傷，切断により損なわれる。脳，脊髄，骨格の特別な損傷，心血管の異常，気道の損傷による酸素や他の栄養の欠乏が生じても，筋肉の動作が阻害される。
【０００９】
骨格筋を動かすことを不可能，困難にする，または苦痛と感じさせる脊髄または他の損傷のある人または動物にとって，筋肉を動かすとき，患った筋肉を動かすことがもはやできなくなった信号に替えて，自然の神経電気コード化信号による筋肉制御でもって動くことができるように，患者，介護者により信号を制御することができると，非常に助けになる。
【００１０】
神経電気コード化信号により制御，調整することができる筋肉の代表的なものは以下の通りである（このリストはすべてを意味するものではなく，本発明が操作する領域を提供するものである）。
【００１１】
A.  胴の筋肉
多劣筋；腹横筋；腹直筋；腰横方筋；腸骨筋；内外肋間筋；内外斜筋；回旋筋および脊柱起立筋
【００１２】
B.  頭，顔および首の筋肉
後頭前頭筋；そしゃく筋；側頭筋；胸鎖乳突筋
【００１３】
C.  臀部および腿部の筋肉
四頭筋；膝屈曲筋；内転筋；縫工筋；梨状筋；臀部回旋筋；大殿筋；中殿筋；小殿筋：恥骨筋
【００１４】
D.  肩および腕から肘の筋肉
肩甲挙筋；胸筋；三角筋；二頭筋；三頭筋；鎖骨下筋；棘下筋および棘上筋；菱形筋および僧帽筋
【００１５】
E.  手および前腕の筋肉
指伸筋；回外筋；指および手首屈筋；円回内筋および腕橈骨筋
【００１６】
F.  足および脚の筋肉
長指屈筋；長母指屈筋；ヒラメ筋；長腓骨筋および短腓骨筋；長指伸筋；長母指伸筋および前脛骨筋
【００１７】
本発明は，通常の人や動物の骨格筋に至る神経における実際の信号を記録することで働く。
【００１８】
多くの脊髄損傷の被害者で，対麻痺または四肢麻痺で苦しむ患者は，記憶された神経電気信号を患った筋肉に直接伝えることができ，脊髄によって伝える必要がないために有益である。信号は，ひとつ以上の筋肉が動作を遂行し，所望の活動を行うように小さなコンピュータにより調節される。
【００１９】
けがをしていない人や動物から獲得した信号は，脊髄損傷や他の損傷のために，脳から筋肉にへと神経信号を送ることができない人たちのための治療に有益となろう。これはまた，前に筋肉に適用したものと同様の神経電気コード化信号により機能訓練される必要のある個々の筋肉に適用される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は骨格筋を制御する方法を提供する。身体内で生成され，伝えられる，記憶された神経電気コード化信号が記憶領域から選択される。選択された波形は，身体と直接接する処理部材に伝えられる。処理部材は，選択された神経電気コード化信号を身体の筋肉に一斉に伝送する。
【００２１】
神経電気コード化信号は，科学コンピュータのようなコンピュータの記憶領域から選択することができる。選択された神経電気コード化信号を伝達するプロセスは，遠隔的になしても，または制御モジュールに接続された処理部材でもってなされてもよい。伝達は，振動的なものでも，電子的なものでも，あるいは他の適切な方法を介してでもよい。
【００２２】
本発明は，骨格筋を制御する装置を提供する。本装置は，骨格筋の機能を示す，収集された，神経電気コード化信号源，身体に直接接する処理部材，処理部材に収集された波形を伝達する手段，および収集された神経電気コード化信号を処理部材から骨格筋に一斉に伝送する手段を含む。
【００２３】
伝達手段はデジタル・アナログ変換器を含む。収集された波形源は好適に，デジタル形式で記憶されている，収集された波形を有するコンピュータを含む。コンピュータは，異なるカテゴリーの，収集された神経電気コード化信号のための，別個の記憶領域を含むことができる。
【００２４】
処理部材は，アンテナもしくは電極，またはひとつ以上の神経電気コード化信号を身体に一斉に伝送する他の手段からなってもよい。
【００２５】
本発明は本発明の好適な実施例を，図面に関連して記述した説明において詳細に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の原理の理解のために，図に示した実施例が参照される。しかし，本発明の範囲を制限するためのものと理解すべきではなく，図示の装置の変形，変更，本発明の原理の適用例が，当業者であれば考え得る。
【００２７】
自然な動きの機能は，バランスをとりながら移動すること，重いものを持ち上げること，または針仕事，石盤に鉛筆，ブラシまたはのみで情報を記載し，絵を描くといった絶妙な技能を制御するために，身体全体にわたる筋肉も含め，ひとつ以上の筋肉に，電気的に再生された神経波形またはコード化信号を送ることを必要とする。本発明は，動作，移動，巧みな技能，逃走，狩猟または戦いを開始するために，人や動物の骨格にある筋肉に，実際かつ自然に生じた適切な波形または信号を利用する。生じた実際かつ自然の信号は，選択された神経に神経電気コード化信号を伝導または一斉伝送することにより，腕，脚，指，足に現れる筋肉の活動を適合または調節するために使用することができる。人や動物の中枢神経系により必要とされる機能を果たすのに必要な筋肉に，実際の信号を送ってもまたは一斉に伝送してもよい。
【００２８】
筋肉の歪みを処理するために使用される信号に，電気的または機械的に導入されるノイズがある，またはあるかも知れない。これらの信号は，実際の神経電気コード化信号に正確なものまたは非常に近似的なものであるが，信号の形成は，実際の信号に，より正確なものとなるように，フィルターにかけられ，形状を整え，または修正されてもよい。しかし，信号は，患者に同じ信号について利用できるように，健常者または健康な動物から収集した実際の信号を表している。このような信号は，全てのほ乳類または人において，同じかまたは非常に類似したものである。
【００２９】
肌の抵抗は通常１０００ないし３００００オームである一方，人体の内部は良好な導電性をもつ。すべてのコード化した信号は，自然のままでは１ボルトより低い電圧で動作する。必要なコード化信号の伝達または伝導の間において電圧の損失を考慮し，適用される電圧は本発明にしたがって２０ボルトまでとすることができる。本発明では，電流は常に，２アンペアの出力より低くならなければならない。神経に直接接続された電極による神経への直接の伝導の出力は３ボルトより小さく，１アンペアの十分の一より小さい。１０までまたはそれ以上のチャネルが，治療として患者の健康に適した筋肉活動を行わせまたは達成させるべく，筋肉制御の治療を同時に行わせるために使用することができる。
【００３０】
本発明は，神経電気コード化信号による骨格筋の制御のための装置と方法に関する。図１に示されているように，骨格筋の制御のための一態様の装置１０は，少なくともひとつの処理部材１２，および制御モジュール１４を含む。処理部材１２は身体に直接接して，制御モジュール１４からの神経電気コード化信号を受信する。処理部材１２は，人間または動物の筋肉機能を調整し，働かせる骨格筋信号を一斉に伝送する電極，アンテナ，振動子または他の適切な伝導アタッチメントである。処理部材１２は，外科的処理において，適切な神経または頸部棘，首または骨格筋に取り付けることができるものである。このような外科処理は，胸部ステレオスコープ処置において，“キー穴（key-hole）”エントランスでもって達成される。必要であれば，処理部材１２を適切に配置するためにより広範囲な開胸術アプローチが必要となる。骨格筋を調節するために知られた神経電気コード化信号は脳幹の極近傍にある神経へと伝達され得る。
【００３１】
制御モジュール１４は少なくとも一つの制御部１６およびアンテナ１８を含む。制御部１６は装置による身体への信号の伝達を調節する。図１に示されているように，制御モジュール１４および処理部材１２は，装置１０の遠隔操作ができるように，完全に分かれた要素からなる。制御モジュール１４は独特のものでもよく，神経電気コード化信号を処理部材１２へ伝達することができる在来の装置でもよい。
【００３２】
図２に示されているように，装置１０の他の実施例では，制御モジュール１４’および処理部材１２’は接続されている。図面において同様の部材には同じ符号が付けられている。また，図２は，コンピュータ２０’（神経電気コード化信号を記憶する大きな容量をもつ）に接続された装置１０’の他の実施例も示す。処理の間，装置１０’により与えられる出力電圧，電流は，各信号に対して，２０ボルトを越えることはなく，また２アンペアを越えることもない。
【００３３】
コンピュータ２０は，複雑で，骨格筋，骨格筋の機能特有の，唯一の波形信号を記憶するために使用される。制御モジュール１４’へ伝達し，患者の処理のために使用される，コンピュータ２０の記憶された波形ライブラリーから，神経電気コード化信号が選択される。波形信号およびその形成は，特許文献１（２００１年１１月２０日に出願された“身体の器官の機能を調節するための特定の脳波形を記録し，記憶し，一斉に知らせる装置および方法”と題する米国出願，ここの参考文献として組み込まれる）に詳説されている。
【特許文献１】米国特許出願第１０／０００００５号明細書
【００３４】
本発明はさらに，図３に示されているように，骨格筋の制御のための装置１０，１０’を使用する方法を含む。本方法は，工程２２で，カタログが作られた神経電気コード化信号のメニューから，ひとつ以上の記憶された神経電気コード化信号を選択することで開始する。選択された神経電気コード化信号は骨格系を始動させ，停止させ，調整する。このような神経電気コード化信号は，筋肉活動を平衡化し，制御する脳幹により通常生成されるものと似たものである。選択がされると，工程２４で，神経電気コード化信号は，身体の特定の機能を達成するために調節されてもよい。また，神経電気コード化信号が調節される必要がないとされるときには，工程２４はスキップされ，手順は直接工程２６と進む。工程２６では，神経電気コード化信号は装置１０，１０’の処理部材１２，１２’へ伝達される。
【００３５】
処理部材１２，１２’は，神経電気コード化信号を受信すると，工程２８で示されているように，適切な骨格筋または神経位置へと神経電気コード化信号を一斉に伝送する。装置１０，１０’は，選択された神経への神経電気コード化信号の伝達または一斉伝送を介して，骨格筋の活動を調節または調整するために，適切な神経電気コード化信号を利用する。骨格筋の機能を制御することは，ひとつ以上の神経（同時には１０までの神経を含む）に神経電気コード化信号を送ることを必要とする。ターゲットの筋肉は，自らの神経電気コード化信号についてのみ“応答（respond）”すると考えられている。
【００３６】
本発明の一実施例では，処理部材１２，１２’による一斉伝送のプロセスは，首部，頭部，手足部，背骨，または胸部の，選択された適切な領域での，損傷のない皮膚を通して直接伝達または伝送により達成される。このような領域は，信号が入る神経または神経叢に近い位置に接近している。処理部材１２，１２’を，ターゲットの神経に信号を伝達することができる選択された領域の皮膚に接触させる。
【００３７】
本発明の他の実施例では，神経電気コード化信号の一斉伝送のプロセスは，受信神経または神経叢に電極を付設して直接伝導することにより実行される。このことは，選択された，ターゲットの神経に電極を物理的に付設することを必要とする外科的な処理を必要とする。選択された筋肉または筋肉神経節の神経系への直接的な挿入は，すべてまたは一部の神経機能を制御すべく信号を伝達するために実施される。このような挿入は前後シナップスであってもよく，所望の動き機能に関連した神経節または筋肉神経叢に取り付けることもできる。
【００３８】
さらに，本発明の他の実施例では，一斉伝送は，振動形式で神経電気コード化信号を伝達すること（適切な“神経”が振動信号をコード化した指示を受信し従うことができるようにして，頭部，首部，手足部，脊柱，または胸部の領域に送られる）により実行される。処理部材１２，１２’は伝送を補助するために電極伝導性ジェルまたはペースト媒体を使用して，損傷のない皮膚に押し付けられる。
【００３９】
本発明のいろいろな特徴は特に，本発明の図示の例に関連して説明されている。しかし，これら方法および装置は図示のためであり，本発明は特許請求の範囲内で解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明にしたがった方法を実施する装置の一態様の略示ブロック図である。
【図２】図２は本発明にしたがった方法を実施する装置の他の態様の略示ブロック図である。
【図３】図３は本発明にしたがった方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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