(57)【要約】【解決手段】本発明は、人体内で生成された波形信号を受信し、格納し、処理し、人体内で生成された波形信号と実質的に対応しかつ人体器官機能の制御に作用する波形信号を生成することができるプロセッサから成る。本発明はまた、被験者の人体内で生成されかつ人体器官機能の調節に作用する少なくともひとつの波形信号を取得するためのセンサーを有するコンピュータシステム、取得した波形信号を受信し、格納し、処理し、人体により変調信号として認識される波形信号を生成することができるプロセッサ、及び人体へ生成した波形信号を分配するための送信機を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体器官機能を調節するためのニューロコンピュータであって、
波形信号を受信するための手段と、
受信した波形信号を格納するための記憶媒体と、
格納した波形信号を処理するための手段と、
人体器官機能の制御に作用する少なくともひとつの波形信号を生成するための手段と、
から成るニューロコンピュータ。
【請求項２】
請求項１に記載のニューロコンピュータであって、波形信号を受信するための手段は、少なくとも約１００００S/secの速度を有する信号を受信するよう適応される、ところのニューロコンピュータ。
【請求項３】
請求項２に記載のニューロコンピュータであって、波形信号を受信するための手段は、約１MS/secのサンプリング比を有する信号を受信するよう適応される、ところのニューロコンピュータ。
【請求項４】
請求項１に記載のニューロコンピュータであって、前記記憶媒体は、人体器官機能ごとに分類された受信した波形信号を格納する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項５】
請求項１に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、前記記憶媒体から選択した波形信号を検索する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項６】
請求項５に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、前記格納した波形信号を修正する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項７】
請求項６に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、周波数、電圧及び歩調から成る集合から選択された特性を調節することにより格納した波形信号を修正する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項８】
請求項６に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、格納した波形信号を周波数変調する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項９】
請求項８に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、約５００Hzに格納した波形信号を周波数変調する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項１０】
請求項６に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、コピー、カット、ペースト、デリート、クロップ、ビルド、アペンド及びインサートから成る集合から選択される動作を実行することにより格納した波形信号のセグメントを修正する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項１１】
請求項６に記載のニューロコンピュータであって、格納した波形信号を処理するための手段は、格納した波形信号からベースライン信号を生成する、ところのニューロコンピュータ。
【請求項１２】
請求項１に記載のニューロコンピュータであって、波形信号を生成するための手段は、約５Mbpsの速度を有する信号を与えるよう適応される、ところのニューロコンピュータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のニューロコンピュータであって、波形信号を生成するための手段は、約１Mbpsの速度を有する信号を与えるよう適応される、ところのニューロコンピュータ。
【請求項１４】
人体器官機能を調節するべく、波形信号を記録し、格納し、処理しかつ送信するためのコンピュータシステムであって、
被験者の人体内で生成されかつ人体器官機能の調節に作用する第1波形信号を取得するための第1センサーと、
取得した波形信号を受信し、それを格納し、それを処理し、前記第1波形信号と実質的に対応しかつ少なくともひとつの人体器官により変調信号として認識可能な第２波形信号を生成するよう適応されたニューロコンピュータと、
被験者の人体へ第２波形信号を分配するための送信器と、
から成るコンピュータシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、前記第1センサーにより取得した第1波形信号がアナログ形式からデジタル形式へ変換される、ところのシステム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムであって、前記第1センサーは被験者の神経と直接接続を与えるよう適応される、ところのシステム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムであって、前記第1センサーは被験者の人体と間接通信を与えるよう適応される、ところのシステム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムであって、前記ニューロコンピュータは、周波数、電圧及び歩調から成る集合から選択される特性を調節することにより、格納した波形信号を修正する、ところのシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムであって、前記プロセッサは前記格納した波形信号を周波数変調する、ところのシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記プロセッサは前記格納した波形信号を約５００Hzに周波数変調する、ところのシステム。
【請求項２１】
請求項１４に記載のシステムであって、前記第1センサーは高速センサーから成る、ところのシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記第1センサーは少なくとも約１００００S/secのサンプリング比を有する、ところのシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、前記第1センサーは約１MS/secのサンプリング比を有する、ところのシステム。
【請求項２４】
請求項１４に記載のシステムであって、前記送信機は前記被験者の神経と直接接続を与えるよう適応される、ところのシステム。
【請求項２５】
請求項１４に記載のシステムであって、前記送信機は前記被験者の人体と間接通信を与えるよう適応される、ところのシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、前記送信機は、磁気、電磁気、超音波、音波、弾性波及び広帯域から成る集合から選択されたエネルギーを使って前記神経へ接続を与える、ところのシステム。
【請求項２７】
請求項１４に記載のシステムであって、さらに、第2センサーを含むシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであって、前記第2センサーは低速センサーから成る、ところのシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、前記第2センサーは、呼吸装置、呼吸気流計、脈拍数モニター、気流モニター、生体モニター、温度センサー、動きセンサー、及び圧力センサーから成る集合から選択される、ところのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ここに参考文献として組み込む、２００４年６月１０日出願の米国仮特許出願第60/578,650号に基づくものであり、２００５年5月９日出願の米国特許出願第11/125,480号の部分継続出願であり、それは２００３年５月１６日出願の米国仮特許出願に基づく、２００４年５月１７日出願の米国特許出願代10/847,738の部分継続出願である。
【０００２】
本発明は、概して、人間及び動物の体の器官及び構造の治療及び／または管理をする医療方法及び装置に関する。特に、本発明は体器官の機能を調節するべく神経電気波形信号を受信し、格納し、処理し、かつ生成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
周知のように、脳は、神経組織を通じて送信される電気的信号（すなわち、活動電位または波形信号）を通じて人体機関の機能を変調（または制御）する。神経組織は、脳及び脊髄から成る中枢神経組織、並びに概して脳及び脊髄の外側にある神経細胞（すなわち、ニューロン）及び末梢神経の集合から成る脳神経及び末梢神経組織を含む。さまざまな神経ネットワーク及び組織は解剖学的に分離しているが、機能的に相互接続している。
【０００４】
上記したように、神経組織は神経細胞（またはニューロン）及びニューロンをサポートするグリア細胞（またはグリア）から構成されている。脳からの信号を運ぶ活動ニューロン単位は、遠心性神経と呼ばれる。遠心性神経は脳にセンサーまたはステータス情報を運ぶものである。神経系のこれらの成分は、人体器官、筋肉、分泌腺及び他の生理的組織の機能、調整及び変調に応答可能である。
【０００５】
典型的なニューロンは、形態学的に定義された４つの領域、(i)細胞体、(ii)樹状突起、(iii)軸索、及び(iv)シナプス前終末を含む。細胞体は細胞の代謝の中心である。細胞体は、細胞の遺伝子を格納する核及び細胞のタンパク質を合成する粗くて滑らかな小胞体を含む。
【０００６】
典型的に、神経細胞体は二種類の外殖（または処理）すなわち樹状突起及び軸索も含む。ほとんどのニューロンはいくつかの樹状突起を有し、これらは枝のように分岐し、他の神経細胞からの信号を受信するためのメイン装置として機能する。
【０００７】
軸索はニューロンの主要な伝導単位である。軸索は短くて０.１ｍｍから長くて２ｍまでを範囲とする距離に沿って符号化した電気信号を運ぶことができる。多くの軸索がいくつかの枝に分割され、それにより情報が異なるターゲットに運ばれる。
【０００８】
活動電位と呼ばれる、軸索に沿って送信された電気信号は急激な過度変化する、全か無かの神経電気インパルスである。典型的に、活動電位は約１００mVの振幅及び約１msecの間隔を有する。活動電位は、約１〜１００m/secの範囲の速度で破損または歪むことなく軸索に沿って伝導される。インパルスは軸索を横切る際に連続して再生されるため、活動ポテンシャルの振幅は軸索を通じて一定に維持される。
【０００９】
神経信号は適切な器官機能に対する命令のセットとして機能する多くの活動電位を含む合成信号である。例として、効率的なベンチレーションを実行するために横隔膜に対する命令のセットは、周波数、初期筋肉張力、筋肉移動の程度（または深さ）等に関する情報を含む。これらの信号の人体への送信または印加は、小さい呼吸、大きい呼吸、早いまたは遅い呼吸、または呼吸プロセスの一時停止を誘導する。
【００１０】
したがって神経信号は、完全な器官機能のための情報の完全なセットを含む符号である。これらの符号は、目標の器官により認識されまたは実行されるよう復号化されなければならない。ここで詳細に説明する本発明の技術は、従来許容されたものより正確でかつ完全な情報を神経信号が含むことを達成する。
【００１１】
従来技術は、人体器官機能を調整するために、活動電位または信号を記録するための装置または工程を有するさまざまな装置、システム及び方法を含む。しかし、典型的に、信号は膨大な処理にさらされ、続いてベンチレータまたは人工器官のような機械的装置またはシステムを調節するのに使用される。このようなシステムの例が、米国特許第6,360,740号及び第6,522,926号に開示されている。
【特許文献１】米国特許第6,360,740号
【特許文献２】米国特許第6,522,926号
【００１２】
米国特許第6,360,740号には、呼吸援助を与えるためのシステム及び方法が開示されている。当該方法は、患者の呼吸中枢内に生成される呼吸信号を記録する工程を含む。呼吸信号は、筋肉刺激装置またはベンチレータを制御するように処理され、かつ使用される。
【００１３】
米国特許第6,522,926号には、心臓血管の機能を調節するためのシステム及び方法が開示されている。当該システムは心臓血管機能を示す信号を記録するために取り付けられたセンサーを含む。その後、システムは記録した信号の関数として制御信号を生成し、それは圧受容器付勢デバイスを付勢し、消勢しまたは変調する。
【００１４】
上記特許及びほとんどの周知システムで開示されるシステム及び方法に関連する主な欠点は、生成されかつ送信される制御信号をユーザーが決定しかつ装置が限定されることである。したがって、上記制御信号は人体内に生成される信号を代表するかまたは関連していない。器官、筋肉、脊髄及び脳の間で通信するのに人体が使用する生体神経信号を模した信号を使用する試みは為されていない。したがって、これらの従来技術の装置により生成される任意の信号は、直接送信されなければ人体器官機能の制御または変調に作用しない。
【００１５】
現在有用なシステム及び方法は、人体内部で生成された神経信号を識別し、取得し、格納しかつ処理するように、または毎秒数千サンプルから数百万サンプルまでのサンプル比でミリボルトまたはマイクロボルトの振幅を有する複素神経信号を生成するように設計されまたは適応されていない。したがって、従来技術は、所与の人体機能に対応する無傷な神経信号を完全に識別しかつ補足することに失敗した。従来技術はまた、人体内に生成された神経信号に実質的に対応する生成された波形信号を使って人体機能を調整することにも失敗した。
【００１６】
したがって、人体内で生成された神経信号（または波形信号）をリアルタイムで受信若しくは記録し、格納し、解析し及び／または処理し、かつ記録した波形信号に実質的に対応し、人体器官機能の制御に作用する波形信号を生成するよう適応されたプロセッサ（またはコンピュータシステム）を与えることが所望される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の目的は、人体内で生成された神経信号（または波形信号）をリアルタイムで受信しかつ処理するよう適応されたプロセッサを与えることである。
【００１８】
本発明の他の目的は、信号により実行される機能に従い取得されまたは記録された波形信号を分類するように適応されたプロセッサを与えることである。
【００１９】
本発明の他の目的は、人体内で生成され、または人体器官機能の制御に作用する人体内に生成される波形信号に対応する波形信号を格納するよう適応される記憶媒体を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調節するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２０】
本発明の他の目的は、人体内で生成された波形信号を修正するための手段を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調整するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、人体内で生成された波形信号と実質的に対応し、かつ人体の器官機能の制御に作用する波形信号を生成するための手段を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調整するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２２】
本発明の他の目的は、波形信号のセグメントを修正するための手段を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調整するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２３】
本発明の他の目的は、記録した波形信号からベースライン信号を生成するための手段を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調整するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２４】
本発明の他の目的は、記録した波形信号をベースライン信号と比較するための手段を含む少なくともひとつの人体器官機能を動作及び／または調整するために容易に使用できるプロセッサを与えることである。
【００２５】
本発明の他の目的は、人体内に生成された波形信号を記録するための手段と、受信した波形信号を受信し、記録及び／または格納し、解析及び／または処理するように適応されかつ記録した波形信号と実質的に対応しかつ人体器官機能の制御に作用する波形信号を生成するプロセッサと、生成された波形信号を人体へ転送するための手段を含む人体器官機能を動作及び／または調節するためのコンピュータシステムを与えることである。
【００２６】
本発明の他の目的は、これに限定されないが、無呼吸睡眠、呼吸困難、喘息、急性低血圧、鼓動異常、麻痺、脊髄損傷、酸還流、肥満、勃起機能不全、発作、緊張性頭痛、免疫低下、腸過敏性症候群、精子数減少、性不感症、筋肉痙攣、不眠症、失調症、便秘症、催吐症、痙直、ドライアイ症候群、ドライマウス症候群、うつ病、癲癇、低レベル成長ホルモン及びインシュリン、異常レベルの甲状腺ホルモン、メラトニン、副腎皮質刺激ホルモン、ADH、副甲状腺ホルモン、エピネフリン、グルカゴン及び性ホルモン、痛みブロック及び／または軽減、物理療法、並びに深組織障害を含む、多数の疾患の評価及び／または治療に容易に使用できる人体器官機能を調節するためのコンピュータシステムを与えることである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的及び以下の詳細な説明の記載に従い、人体器官を調節するための本発明のプロセッサ（以下、ニューロコンピュータという）は、人体内で生成される波形信号を受信するための手段、受信した波形信号を格納するための記憶媒体、格納した波形信号を処理するための手段、及び受信した波形信号に実質的に対応しかつ少なくともひとつの人体器官機能の制御で動作する波形信号を生成するための手段を含む。
【００２８】
本発明のひとつの実施例において、波形信号を受信するための手段は、少なくとも約１００００S/s、より好ましくは少なくとも約１MS/sec（１秒間のサンプル数）のサンプリング比を有する信号を受信するように適応される。
【００２９】
ひとつの実施例において、記憶媒体は、特定の人体器官機能ごとに分類された受信した（または記録した）波形信号を格納する。
【００３０】
ひとつの実施例において、格納した波形信号を処理するための手段は、格納した波形信号を修正する。好ましくは、格納した波形信号を処理するための手段は、周波数、電圧、歩調（またはバースティング）及び電流から成る集合から選択した特性を調節することにより格納した波形信号を修正する。
【００３１】
他の実施例において、格納した波形信号周波数を処理するための手段は、格納した波形信号を変調する。ひとつの態様において、信号は約４５０〜５５０Hzの範囲、より好ましくは約５００Hzに変調される。
【００３２】
約５００Hzの周波数は、神経の髄鞘形成に浸入するための最適周波数であると考えられる。当業者に周知のように、周波数は所望の目標の器官（例えば、筋肉）及び／または人体構成物（例えば、脂肪、皮膚等）を扱うために変更することができる。
【００３３】
本発明のさらに他の実施例において、格納した波形信号を処理するための手段は、格納した波形信号のセグメントを、コピー、カット、ペースト、デリート、クロップ、アペンド、ビルドまたはインサートすることにより、格納した波形信号のセグメントを修正する。
【００３４】
本発明のひとつの実施例において、波形信号を生成するための手段は、少なくとも約１Mbps（ビット・パー・セコンド）、より好ましくは少なくとも約５Mbpsの速度で信号を与えるよう適応される。
【００３５】
さらに他の実施例において、人体器官機能を調節するべく波形信号を記録、格納、解析、処理、生成及び送信するための本発明の集積化コンピュータシステム（以下、ニューロコードシステム）は、被験者の人体内で生成されかつ人体器官機能の調整に作用する少なくとも最初の波形信号を取得するためのセンサー、取得した波形信号を受信し、取得した波形信号を格納し、格納した波形信号を解析及び／または処理し、かつ最初の波形信号に実質的に対応しかつ変調（または動作）信号として少なくともひとつの人体器官により認識可能な少なくとも第2波形信号を生成するように適応されたニューロコンピュータと、第2波形信号を人体へ分配するための送信機とを含む。
【００３６】
ひとつの実施例において、センサーにより取得された第1波形信号はアナログ形式からデジタル形式に変換される。
【００３７】
本発明のひとつの実施例において、センサーは被験者の神経に直接接続を与えるよう適応される。
【００３８】
ひとつの実施例において、ニューロコンピュータは、デジタル形式からアナログ形式へ波形信号を変換することにより、格納した波形信号を修正する。
【００３９】
他の実施例において、ニューロコンピュータは、信号の周波数、電圧、または歩調を調節することにより格納した波形信号を修正する。
【００４０】
本発明のひとつの実施例において、センサーは高速センサーから成る。好適に、センサーは少なくとも約２５００００S/sec、より好ましくは約１MS/secまでのサンプリング比を有する。
【００４１】
本発明のひとつの実施例において、送信機は被験者の神経に直接接続を与えるよう適応される。他に、送信機は、好適に磁石、電磁石、超音波、音波、弾性波及び／または広帯域手段を使って、被験者の人体と間接接続を与えるよう適応される。
【００４２】
本発明のさらに他の実施例において、ニューロコードシステムは、低速センサーを含む。当該センサーは、呼吸装置、呼吸気流計、脈拍数モニター、気流モニター、生体モニター、温度センサー、動きセンサー、及び圧力センサーを含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明を詳細に説明する前に、本発明は特定の装置、システム、構造または方法に限定されず、もちろんそれは変更可能である。したがって、ここで説明するものと類似または同等の多くの装置、システム及び方法が本発明の実施に使用可能であるが、ここでは好適な装置及び方法が説明される。
【００４４】
ここに使用される専門用語は本発明の特定の実施例を説明するためのものであり、限定する意図はない。
【００４５】
特に断らない限り、ここで使用されるすべての技術及び科学用語は、発明が属する技術分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。
【００４６】
また、ここに引用されたすべての文献、特許及び特許出願は、ここに参考文献として組み込む。
【００４７】
最後に、この明細書及び特許請求の範囲で使用される際、特に断らない限り単一形式の冠詞は複数の指示を含む。よって、例えば、“波形信号”とは、そのような信号の２つまたはそれ以上を含み、“ニューロン”とは、そのようなニューロンの２つまたはそれ以上を含む。
【００４８】
定義
ここで使用される用語“神経系は”、脊髄、脳神経、髄質、脳橋、小脳、中脳、間脳及び大脳半球、並びにニューロン及びグリアを含む末梢神経系を意味しかつ含む。
【００４９】
ここで使用される用語“波形”及び“波形信号”は、人体内で生成されかつ人体内部の神経（またはニューロン）によって運ばれるニューロコード及び成分並びにそのセグメントを含む合成電気信号を意味しかつ含む。
【００５０】
ここで使用される用語“人体器官”は、これに限定されないが、脳、脳神経、皮膚、骨、軟骨、腱、靭帯、骨格筋、平滑筋、心臓、血管、脊髄、末梢神経、鼻、眼、耳、口、舌、咽頭、喉頭、気管、肺、食堂、胃、肝臓、膵臓、胆嚢、小腸、大腸、直腸、肛門、腎臓、尿管、膀胱、尿道、視床下部、下垂体、甲状腺、副腎、副甲状腺、松果腺、卵巣、卵管、子宮、膣、乳腺、精巣、精嚢、前立腺、ペニス、リンパ節、脾臓、胸腺、骨髄を意味しかつ含む。
【００５１】
ここで使用される用語“患者”及び“被験者”は、人間及び動物を意味しかつ含む。
【００５２】
ここで使用される用語“叢”は、中枢神経系の外側の神経繊維の分岐またはもつれを意味しかつ含む。
【００５３】
ここで使用される用語“神経節”は、中枢神経系の外側に配置された神経細胞体の集合を意味しかつ含む。
【００５４】
ここで使用される用語“プロセッサ”及び“ニューロコンピュータ”は、人体により生成されまたは人体により生成された神経信号に実質的に対応する波形信号を受信、格納、処理及び生成するよう適応されたデジタル計算機を意味しかつ含む。
【００５５】
本発明は、人体器官機能を調整するために、従来技術の方法及び装置に付随する短所及び欠点を実質的に削減または除去する。ここで詳細に説明するように、本発明は、脳または神経システムの他の部分から分離されかつ取得（または記録）された正確な神経信号、すなわちニューロ信号（ここでは、波形信号と呼ぶ）、または記録した信号に実質的に対応する信号に応答する能力を利用する。上記信号は、医学的治療、医学的診断、医学的調査等に使用するために採用される。自然のニューロ信号に対応する波形信号を使用することにより、本発明の方法及び装置は約１ボルトまたはそれ以下で動作することができる。
【００５６】
ひとつの実施例において、本発明は、被験者（人間または動物）の体内で生成されたニューロ信号または波形信号を受信、格納、分析及び／または処理し、ニューロ信号に対応する波形信号を生成するように適応されたニューロコンピュータから成り、被験者の人体の適当な領域に生成信号が送信され、転送されまたは伝達されて、目標の器官、腺組織または筋組織の動作、調節、調整または操作を生じさせることができる。
【００５７】
本発明に従い、生成された神経特定波形命令（すなわち、波形信号）は、有害な付加的電圧または電流無しでインプラントによりまたは経皮的に、例えば、呼吸を回復させ、鼓動を再開させ、痛みを除去し、血圧を低下または上昇させ、性的機能を回復させ、膀胱及び腸の機能を調整し、体重を減少させ、足及び腕のような附属器を動かし、乾燥眼が潤すために採用される。
【００５８】
概して、本発明のニューロコンピュータは、人体器官機能を制御するための信号に必要な信号完全性を維持するべく十分に高いサンプル比で波形信号を受信するよう適応される。ニューロコンピュータはまた波形により制御された人体器官機能ごとに好適に分類された、波形を格納するように適応される。
【００５９】
ニューロコンピュータはまた、格納した波形信号を解析しかつ処理するように適応される。本発明に従い、信号の処理は、記憶媒体から格納した波形信号を検索する工程と、波形信号で符号化した関数を変更または変調するよう、あるいは人体へ送信するために波形信号を最適化するよう信号を付加的に修正する工程とを含む。処理はまた、特定のパターンまたは制御関数を識別するのを助けるよう、ひとつまたはそれ以上の被験者から受信した複数の波形信号を比較する工程を含む。
【００６０】
付加的に、信号を処理する工程は、ひとつまたはそれ以上の信号バースト及び／または消音を実現するべく波形信号を修正または編集する工程と、ひとつまたはそれ以上の信号を遅延させる工程と、持続させる工程を含む。
【００６１】
さらに信号を処理する工程は、波形信号の所望のセグメントをコピー、カット、ペースト、デリート、クロップ、アペンドまたはインサートすることにより、波形信号を修正または編集する工程を含む。
【００６２】
付加的に、ニューロコンピュータは、人体へ送信するための波形信号を生成するよう好適に適応され、ここで、生成された波形信号は、人体器官の制御に作用するニューロ信号として所望の人体器官により認識されるに十分なサンプル比を有する。好適に、生成された波形信号はまた、目標の人体器官に繋がる神経構造の上または内部を移動する能力を有する。
【００６３】
本発明のひとつの実施例において、本発明のニューロコンピュータは、人体内部で生成された波形信号を分離、取得及びリアルタイム記録、格納、解析及び／または処理するよう、及び人体器官機能を調節する波形信号を生成しかつ被験者に送信するよう適応された、コンピュータ化したニューロ符号システムに統合される。好適に、ニューロ符号システムは、被験者の人体内で生成されかつ人体器官機能の調節に作用する少なくともひとつの波形信号を取得するよう適応されたセンサー、補足した波形信号に実質的に対応しかつ変調信号として少なくともひとつの人体器官により認識可能な少なくともひとつの波形信号を生成するよう適応されたニューロコンピュータ、人体へ生成した波形信号を分配するための送信機を含む。
【００６４】
図１を参照して、人体器官機能を調節するためのニューロコードシステム10のひとつの実施例が示されている。図１に示されるように、正及び負の高速信号プローブ14a及び14bの電気配線12a及び12bが高インピーダンスのヘッドステージまたは分離プリアンプ16に接続されている。当業者に周知のように、本発明の態様内でさまざまなプリアンプが使用可能である。本発明の好適実施例において、プリアンプ16はCWEインコーポレイテッド社製のスーパーZ高インピーダンスプリアンプから成る。
【００６５】
周知のように、上記プリアンプは、非常に高いインピーダンス、低ドリフト、差動入力増幅及びビルトインDCオフセット調節を有する。高インピーダンスプリアンプの使用は、システムからの電力が被験者から分離されることを保証するのを助ける。好適に、装置はAC（交流）モードに設定され、それは任意のDC（直流）オフセットを消去する。装置の増幅率は好適に１.０に設定される。この実施例において、プリアンプは約９〜１０V及び０〜１０mAの範囲の出力能力を有する。
【００６６】
図１に示されるように、信号は配線20a及び20bを通じて、高インピーダンスヘッドステージプリアンプ16から生体アンプ18へ送信される。接地プローブ22はまたは配線24を通じて生体アンプ18に接続されている。ひとつの実施例において、好適に生体アンプ18は所望の信号を生成するべく波形信号を５０のホールドに拡大するよう設定される。
【００６７】
当業者に周知のように、取得した神経信号は、暗騒音及び異物以外に、人体内で生成された信号を表す波形信号を含む。したがって、好適に生体アンプ18は暗騒音及び異物を実質的に減少させ、より好ましくは消去するよう取得した信号を濾過する。
【００６８】
本発明に従い、取得した信号を濾過するのにさまざまな従来装置及び技術が使用可能である。好適実施例において、生体アンプ18は、信号を濾過するために選択したカットオフ周波数信号以外の周波数に対して−１２dB/オクターブの合成減衰を有する四極バッタワースフィルタを組み込む。
【００６９】
また、生体アンプ18はAC電力６０Hzの電気機器により生成されたノイズのような信号ノイズを減少させるためのカットオフフィルタを組み込む。上記フィルタは、約１００Hzから５０kHzの範囲、好適には１０kHzで動作する高周波カットオフフィルタ、及び１Hzから３００Hzの範囲、好適には１Hzで動作する低周波カットオフフィルタを含む。概して、カットオフフィルタは、制限以外の周波数を有するすべての信号を消去する。
【００７０】
取得した信号の濾過に加え、生体アンプ18は約５０から５００００の範囲の増加率で信号を増幅する。好適に、生体アンプ18は通過信号内にほとんどまたは全く歪みを生じさせることなく、AC及びDC信号の両方を増幅する。
【００７１】
本発明のひとつの実施例において、生体アンプ18からの増幅信号は配線28a及び28bを通じて、アナログ形式からデジタル形式へ信号を変換するよう適応されたアナログ-デジタル変換装置26へ送信される。この変換は、アナログ波形の情報をデジタルデータポイントのストリームに変更することによりニューロコードシステム10の波形信号の、表示、読み取り、処理及び格納を容易にする。当業者に周知のように、アナログ形式からデジタル形式へ波形信号を変換することは、コンピュータベースの解析、デジタルコピー及び送信、並びに反復可能な再生をもたらす。
【００７２】
本発明に従い、上記変換を与えるようさまざまなアナルグ−デジタル変換が使用可能である。本発明の好適実施例において、変換装置は、ナショナル・インスツルメンツ・コーポレイションのFireWireデータ取得カード（部品番号DAQPad 6070E）から成る。
【００７３】
図１を参照して、本発明の実施例は、生体信号を取得するために低速入力プローブ30を使用する。低速プローブ30により取得された信号は配線32を介してアナログ-デジタル変換機26に直接接続され、続いてデジタル化される。接地プローブ22は配線24を介してアナログ-デジタル変換機26に同様に接続される。
【００７４】
生体信号は、本発明に従う低速プローブ30を使って検知された多くの条件に対応することができる。ひとつの実施例において、プローブ30は肺の一回呼吸量をモニターするよう適応される。上記実施例において、プローブ30は呼吸に関連する正及び負の圧力を電気信号に変換する。適当な入力圧力トランスデューサは、最小の哺乳類から最大の哺乳類までの被験者の肺の予想容積を扱うことができる。好適な入力トランスデューサは約０.１mlから１０００mlの範囲の一回呼吸量を測定することが可能であり、一回呼吸量を電気信号に変換することができる。
【００７５】
他の実施例において、呼吸装置、呼吸気流計、脈拍数モニター、気流モニター、生体モニターまたは他の医療機器からのセンサー情報が使用されてもよい。適当なプローブの例として、温度センサー、動きセンサー及び圧力センサーが含まれる。
【００７６】
本発明に従い、アナログ-デジタル変換機26は、少なくとも１００００S/sec、好ましくは約１MS/secまでのサンプリング比で８分割までの高速アナログ入力差動チャネルを扱うことができる。ひとつの実施例において、８分割までのデジタル出力チャネルが制御される。アナログ-デジタル変換機26はさらに、サンプリング比を制御するためのタイミングトリガーを含み、それは好適には約１０kHzから２０MHzまでの範囲である。
【００７７】
本発明のニューロコードシステム10を医学的治療に有用にするために、各波形信号は、人体の恒常性または機能に関連する特定の目的用に同定されかつ特徴づけられなければならない。したがって、アナログ-デジタル変換機26からのデジタル信号は配線34により本発明のニューロコンピュータ36に接続される。当業者に周知のように、ニューロコンピュータ36はさまざまなオペレーティングシステムを含むことができる。好適実施例において、ニューロコンピュータ36はウインドウズ（商標）オペレーティングシステムを含む。
【００７８】
上記したように、ニューロコンピュータ36は、人体内部で生成された波形信号を受信し、取得した波形信号を格納しかつ処理し、人体器官機能を変調する信号の能力を保持するのに十分なデータ速度で少なくともひとつ好ましくは複数の波形信号を生成するよう適応される。その目的のため、好適にニューロコンピュータ36は少なくとも約１.５GHzまたはそれ以上の速度で動作する。
【００７９】
ニューロコンピュータ36はまた、少なくとも１００００S/sec、好ましくは約１MS/secまでのサンプリング比を有する波形信号を処理することができる。
【００８０】
好適に、ニューロコンピュータ36は、少なくとも１Mbps、好ましくは少なくとも５Mbpsまでのデータ速度でニューロコードシステム10の各コンポーネント（またはサブシステム）と通信するよう適応されている。
【００８１】
また、ニューロコンピュータ36は約−１０から＋１０Vの範囲の電圧を有する波形信号を受信するよう適応される。
【００８２】
好適には、ニューロコンピュータ36は、少なくとも１００００S/sec、好ましくは少なくとも３MS/sec、より好ましくは約５MS/secまでの速度で波形信号を生成することができる。
【００８３】
本発明の好適実施例において、生成した波形信号の通常の出力電圧は約１から２Vの範囲内にある。また好適に、調節した信号は０.２５Aを超えない。
【００８４】
好適には、DCオフセットを有しないAC電圧信号は筋肉組織にダメージを与えるレベルを超えない。したがって、上記AC電圧は好適に約１.０から１００Vの範囲内に維持される。
【００８５】
同様に、DC電圧信号は神経にダメージを与えるレベルを超えない。したがって上記DC電圧は好適に約０.０〜３.０Vの範囲に維持される。
【００８６】
本発明に従い、ニューロコンピュータは、約±０.０１mVの分散（すなわち、正確さ）を有する生成した波形信号を与えることができる。
【００８７】
図１を参照して、本発明のひとつの実施例において、ニューロコンピュータ36は、プローブ14a及び14bからの高速デジタル信号及びプローブ22からの低速デジタル信号を格納しかつ表示するよう適応される。所望により、ニューロコンピュータ36は、取得した波形信号を格納し、当該信号を解析しかつ修正し、取得しまたは修正した信号を比較し、波形信号を生成し、取得し及び／または生成した波形信号を表示する。
【００８８】
上記したように、ニューロコンピュータ36は波形信号を処理するように適応されている。ひとつの実施例において、処理は記憶媒体から所望の波形信号を検索する工程から成る。他の実施例において、波形信号を処理する工程は波形信号を修正する工程からなる。
【００８９】
本発明のひとつの実施例において、取得した波形信号の修正は波形信号を正の電圧信号に変更する工程を含む。他の実施例において、修正は波形信号のエンベロープを作成し、その中に周波数変調を配置する工程からなる。
【００９０】
本発明に従い、取得した波形信号の修正はまた、被験者への波形信号の再送信前に、周波数、電圧または歩調を調節する工程を含む。好適に、当該信号は、医学的な治療処置中に遭遇する抵抗を補償するよう調節され、増幅されまたは減衰され、かつ神経、筋肉または器官へのダメージを避けるように構成される。
【００９１】
本発明の付加的実施例において、ニューロコンピュータ36は、信号により制御された人体機能を分類するために波形信号に対して解析アルゴリズムを実行することにより波形信号を処理するよう適応される。付加的実施例において、ニューロコンピュータ36はまた、信号により制御された人体系の所望の機能を与えるよう記録した信号を補正または変更するべく波形信号を処理するよう適応される。
【００９２】
図２を参照して、ニューロコンピュータ36の記憶モジュール38のひとつの実施例が示されている。図２に示すように、記録モジュール38は目標器官または筋肉の制御に作用する少なくともひとつの取得信号を受信するよう適応された複数のセル（またはファイル）40を含む。例として、記憶セルAは呼吸系の制御に作用する取得した信号から成り、記憶セルBは心血管系の制御に作用する取得した信号から成る。
【００９３】
好適に、本発明のニューロコンピュータ（またはそのプログラム手段）はさらに、信号により実行される機能に従って取得した信号を格納するよう適応される。本発明に従い、上記信号は指定された記憶セル40（例えば、記憶セルA）内に別々に格納されるか、または別々のサブセル内に格納される。
【００９４】
本発明に従い、各セル（例えば、A）及び／またはサブセルの格納した信号は、続いて各人体機能または器官に対するベースライン信号を確立するために使用される。その後、ニューロコンピュータ36はひとつまたはそれ以上のプローブから複数の信号を受信し、特定の信号を識別するためにそれをベースライン信号と比較し、適当なセル40内に識別した信号を格納するようプログラムされる。
【００９５】
上記したように本発明の他の実施例において、ニューロコンピュータ36はさらに被験者から取得した異常信号を比較し、かつ、被験者に戻すための修正したベースライン信号を生成するようプログラムされる。この修正は、例えば、呼吸器信号の振幅を増加する工程、信号の速度を増加する工程等を含む。
【００９６】
上記したように、ニューロコードシステム10は、植物性人体機能、腺組織、筋組織及び選択した脳構造の調節に作用するデジタル波形信号を分離し、取得（または記録）しかつ格納するように適応される。ニューロコードシステム10はさらに、個別の符号化調節波形信号を出力するための手段を含む。
【００９７】
図１を参照し、被験者へ送信するための所望の波形信号へのアクセスは、記憶モジュール38から好適に得られる。最小時間で、所望の信号がメモリから検索される。本発明のひとつの実施例に従い、ニューロコンピュータ36は、メモリから検索した選択した波形信号のデジタル表現を、当該信号をアナログ形式に変換するために、配線44を通じてデジタル-アナログ変換機42へ接続することにより波形信号を生成する。上記したように、検索した信号は人体から記録した未修正信号であるか、または修正済みの信号である。
【００９８】
本発明に従い、所望の変換を与えるべくさまざまなアナログ-デジタル変換機が、本発明の態様内で使用可能である。好適実施例において、変換機42はナショナル・インスツルメンツDAQ Pad-6070Eコンバータから成る。
【００９９】
同様に、デジタル-アナログ変換機42は、少なくとも１００００S/sec、好ましくは約１.０S/secまでを扱う。デジタル-アナログ変換機42はまた、少なくとも２つの別個のアナログ出力チャネルを生成することができ、タイミングトリガー関数を含む。
【０１００】
ひとつの実施例において、ニューロコードシステム10は、８つの高速入力チャネル、２つの低速入力チャネル及び２つの高速出力チャネルを含む。当業者に周知のように、チャネルの数及び種類は、信号の取得または送信に必要なものと一致するように容易に変更される。
【０１０１】
デジタル-アナログ変換機から変換に従い、ひとつの実施例において、波形信号は、配線48を通じて、デジタル-アナログ変換機42から二相（または一相）の励振アイソレータのような信号調整器へ接続される。アイソレータ装置46はその他の電子装置から被験者に送られた信号を分離するよう適応される。
【０１０２】
二相励振アイソレータ46は、好適に波形信号を通じて定常電流を与えるよう設定される。好適実施例において、電圧変化は信号を通じて±１０Vの割合に変換される。
【０１０３】
例として、アナログ波形信号内の特定ポイントが６Vに等しければ、その割合は６０％に等しい。この割合はその後、出力すべき電流を計算するのに使用される。アイソレータ260が１０mAの出力範囲に設定されると、アナログ波形内のそのポイントで６mAの出力を生じさせる。
【０１０４】
アナログ波形信号の電圧がゼロから最大値に変化するに従い、アイソレータ46からの出力はゼロから出力範囲の対応する割合までの電流の変化レベルを有する。アイソレータ46は供給されている電流が人体の抵抗変化と無関係に一定であることを保証する。
【０１０５】
本発明のひとつの実施例において、アイソレータ46から送信された波形信号を表示するためにオシロスコープが使用される。波形信号形状は出力窓のグラフに表示されたものと一致しなければならない。可能な変更はアイソレータ46からの波形信号の振幅または電圧のみでなければならない。
【０１０６】
好適に、信号調節器は、約１MHzまでのサンプリング比で、８つの個別アナログまたはデジタル入出力差分チャネルを扱うことができる。信号調節器は、入力及び出力を同期させるために、上記したタイミングトリガーを受信することができる。
【０１０７】
好適実施例において、ニューロコンピュータ36、アナログ-デジタル変換機26、デジタル-アナログ変換機42及び二相アイソレータ46の間のデータ送信は、５Mbpsまでである。好適には、システム10がモニター上への信号の表示を適切に扱うことが可能であり、かつエラー無しで完全な速度でデータの取得及び送信を扱うことが可能であることを保証するために、ニューロコンピュータ36は１０GBまたはそれ以上の記憶容量を有する。
【０１０８】
図１に示すように、ひとつの実施例において、二相励振アイソレータ46から送信される波形信号は、配線52a及び52bによりプローブ50a及び50bに接続される。
【０１０９】
当業者に周知のように、アイソレータ46の必要性を消去するのに十分な電力を与えるデジタル-アナログ変換機を開発することも可能である。しかし、この修正型のデジタル-アナログ変換機が残りの電子装置から人体を分離する機能を実行することを保証するために熟練したケアが必要となる。
【０１１０】
本発明の他の実施例において、アナログ-デジタル及びデジタル-アナログ変換機26及び42が消去される。これは、入力サンプリング用の脈拍数検出器及び出力信号生成用の脈拍数生成器を採用することにより達成される。パルス検出用の閾値及び生成したパルスの振幅は、神経のサイズ及び使用された電極のコンタクト面積の直接関数として容易に観測される。
【０１１１】
他の実施例において、ニューロコンピュータの既存の好適実施例で説明した機能は、離散論理回路、プログラム可能論理回路、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、あるいは神経検出及び励振生成のために設計されたASICを使用することにより実行されてもよい。
【０１１２】
人体からの波形信号を取得するためにさまざまな装置及び方法が従来技術で説明されかつ使用されてきた。典型的に、従来の装置及び方法は、装置（例えば、プローブ）の直接の連結を介して目標の神経と通信する。この接触は、タングステン、銀、銅、プラチナまたは金配線によるものである。付加的に、合成金属から成る電極が神経直結システム用に導入される。例として、ワールド・プレシジョン・インスツルメンツ、及びハーバード・アパレータスにより製造されたプローブがあり、それぞれ商品名Metal Electrodes Tungsten Profile B 及びReusable Probe Point 28 gauge 9.5 mmとして販売されている。
【０１１３】
他の適当なプローブデザインは、ここに参考文献として組み込む２００５年５月９日出願の米国特許出願第11/125,480号で議論されている。
【０１１４】
概して、直接電気接触入力電気プローブは、直径０.２mmから６.５mmの神経を傷つけることなく、強く接続しまたは神経に付着するために、異なるサイズを有する。好適に、上記したプローブは、非破壊機構により、神経を握り、はさみ、包囲し、または係合する。
【０１１５】
本発明の最大の特徴は、ニューロコードシステム10により生成されかつ被験者に送信される信号は、人体内部で生成されたニューロ信号（または波形信号）の代表であるという点である。特に、被験者に送信された波形信号は人体により生成された少なくともひとつの波形信号に実質的に対応し、少なくともひとつの人体器官の制御に作用する（すなわち、脳または選択した器官により変調または制御信号として認識される）。波形信号は、器官、腺、筋肉、または脳構造により忠実な応答が生じるパターンでニューロンを発射することにより実際の通信または信号を実行する。
【０１１６】
本発明に従い、ニューロコンピュータ36（またはその処理手段）により生成される波形信号 は、さまざまな従来の手段（以下に詳細に説明する）により被験者へ送信される。好適実施例において、信号は、直接伝導、すなわち目標神経への信号プローブの直接係合により被験者の神経系へ送信される。直接接続に関して、上記したような波形信号の記録に適したプローブが使用される。インプラントプローブに関して、電極は好適に生体互換性があり、適当な生体互換性金属または非金属から形成され、人体による腐蝕に耐性を有しかつ必要な絶縁体として機能するようMylarまたはTeflonなどの絶縁性及び非反応性物質により被覆される。
【０１１７】
小さい神経（例えば、ねずみの神経）に対して、好適に目標の神経を揺り動かす一つのプローブ及び内部筋肉に取り付けられた接地プローブとともにフックプローブが採用される。しかし、外科医は、目標の神経を分離する際に熟練した極度の注意がなければならない。目標神経はほぐされ、過度に伸ばされ、または捻れてはならない。わずかなダメージでも送信した波形信号の効果を減少させる。
【０１１８】
より大きい神経（例えば、犬、豚、人間）に対して、被験者に信号を送信するためにさまざまな神経プローブが使用され得る。例として、ニードルプローブ（例えば、ワールド・プレシジョン・インスツルメント社製PTM23B05）が目標の神経内に挿入される。電子が目標神経に接触するようにしながら神経を包囲する神経カフスまたは螺旋状カフスが採用されてもよい。
【０１１９】
本発明の他の実施例において、信号は、人体と通信しかつ目標神経または選択した器官に近接配置されるように適応された信号プローブを通じて外部から送信される。
【０１２０】
例えば、神経の磁気励振が可能である（例えば、Magstim 200）。皮膚を通じて神経を磁気的に励振する経皮的電気神経励振器(TENS)（例えば、Bio Medical BioMed 2000）が採用されてもよい。また、目標神経を励振するためにレーザーが採用されてもよく、または電磁気的な励振が採用されてもよい。最後に、マイクロフォン、振動センサー、フォトニクス、レーザー、他の電磁的装置またはそれらの任意の組み合わせを使って、超音波、音波、弾性波、広帯域及び／または他の非侵襲的な信号送信も可能である。ここで、信号は目標の神経と通信する受信アンテナにより取得される。
【０１２１】
本発明に従い、被験者への波形信号の分配は特定のプローブまたはプローブデザインには基づかない。したがって、ユーザーは特定の処理ごとに特定のプローブを選択することができる。
【０１２２】
また、送信した信号は神経系内の仮想的に任意のターゲット神経に送信される。好適に、信号は、目標の筋肉または器官のさまざまな部分に分岐した、分割神経節に近接する効果神経の枝に送信される。横隔膜神経の場合、好適な位置は首内の神経叢と横隔膜との間である。
【０１２３】
周知技術のように、神経を励振するためのパラメータは、神経から神経、器官から器官、人間から人間、及び動物から動物で変化する。出願人は２.５V以上のDC電圧が横隔膜の神経にダメージを与え、５V以上のAC電圧が横隔膜の筋肉を非常に収縮して痛み及び／またはダメージを生じさせることを発見した。
【０１２４】
人間の目標の神経を適切に励振するために、本発明に従い、波形信号の電圧量は低い値に好適に設定される。好適には、最大送信電圧は、１００mV〜５０Vの範囲であり、好ましくは１００mV〜５.０Vの範囲、より好ましくは約１００〜５００mVの範囲である。好適実施例において、最大送信電圧は２V以下である。
【０１２５】
好適には、電流値は２A以下であり、好ましくは１μA〜２４mAの範囲、より好ましくは１〜１０００μAの範囲である。好適実施例において、電流値は１〜１００μAの範囲である。
【０１２６】
上記したように、信号の修正は、被験者の人体の目標領域に対する生成した波形信号の送信を改善することができる。当業者に周知のように、信号はしばしば、天然の絶縁体として機能する皮膚、毛、筋肉、皮下脂肪層及び髄鞘を貫通しなければならない。よって、本発明に従い、周波数変調は、神経の髄鞘形成とともに皮下脂肪層及び結合組織を通じた信号の有効な送信を容易にするために為される。
【０１２７】
本発明の好適実施例において、ニューロコンピュータ36は、記録した波形信号を記録、格納、解析及び／または処理するよう、並びに器官特定波形信号を生成するように適応されたソフトウエアが附属する。ソフトウエアは上記したハードウエアを制御するのに必要な関数を実行するよう適応される。
【０１２８】
好適実施例において、ソフトウエアは、少なくとも、高及び低速入力並びに高速出力の異なるチャネルを構成し、波形信号及び／または人体機能信号を表示し、波形信号及び／または人体機能信号をメモリ内に記録かつ格納し、異なる倍率及び変化した速度で波形信号を生成し、異なる波形信号及び／または人体機能信号を比較し、信号のキーセグメントを分離するために波形信号及び／または人体機能信号のセグメントを取得し、波形信号を電気的に正の信号に修正または変換し、波形信号を信号のエンベロープに修正し、波形信号のエンベロープ内に周波数変調を配置し、及び／または取得した波形信号のキーポイントをマッピングすることにより波形信号の手動作成をもたらすように設計されかつ適応される。
【０１２９】
本発明のひとつの実施例において、ソフトウエアは所望の機能を実行するべく入力チャネル及び／または出力チャネルを構成する。上記したように、入力チャネルは高速及び低速チャネルに分割される。上記実施例において、ユーザーは、約１０kHzから１MHzの範囲で、個別にまたはグループでソフトウエアを介して高速チャネルのサンプリング比を設定することができる。また、好適には、ソフトウエアにより、約１mVから１０Vの範囲で高速チャネル用の入力範囲を調節することができる。
【０１３０】
さらに、ソフトウエアは高速入力を得るために複数のハードウエア機器内で選択をもたらす。同様に、ユーザーはサンプリング比及び入力範囲を設定しかつ低速機器を選択することができる。ソフトウエアはまた、ニューロコンピュータスクリーン上に表示された高速及び低速入力チャネルに対する取得間隔を選択するのに使用される。ひとつの実施例において、取得間隔は、約０.０１〜１０秒の範囲で好適に選択可能である。
【０１３１】
上記実施例において、ソフトウエアは好適に単純な変換（例えば、水銀柱ミリメートル／秒を立方センチメートル／秒に）をもたらすよう手動で選択したスカラー値関数を含む。ソフトウエハはまた、所与の機器の既定範囲を補償するべく任意の所与の低速チャネルに対してオフセットの設定を与える（例えば、機器停止状態のソフトウエアへの入力が３Vであれば、オフセットは−３Vに設定される）。
【０１３２】
ひとつの実施例において、ソフトウエアは所望の波形信号の選択及び出力を調節する。所望の波形信号はコンピュータのメモリ内の適当なファイルから選択され、表示される。出力機器もまた入手可能なハードウエア出力機器のリストから選択可能である。
【０１３３】
好適には、ソフトウエアは、所望の波形信号に為されるであろう任意の修正の制御を与える。例えば、それにより波形信号が拡大されまたは縮小される出力スケール因子がソフトウエアを通じて選択される。好適には、出力スケール因子は約０.０１から１００の範囲で選択可能である。
【０１３４】
本発明に従い、ソフトウエアはまた、上記したニューロコードシステム10で使用されるアナログ-デジタル変換機26及びデジタル-アナログ変換機42のスイッチングを有効にするよう適応される。
【０１３５】
また、上記したように、波形信号は周波数変調される。この実施例において、ソフトウエアは、エンベロープファイルを映し、エンベロープ内に周波数変調を配置し、周波数変調した信号を必要により拡大する能力を与える。
【０１３６】
好適実施例において、ソフトウエアは単一のトリガー及び複数のトリガーを与える。単一のトリガーは、手動動作あたり１回波形信号を送信する。複数のトリガーは出力インターバルごとに選択された比で波形信号を送信する。選択した入力チャネルからの結果は同じ比で表示される。出力インターバルは例えば約０.０１から１秒の範囲でソフトウエアを通じて選択される。
【０１３７】
好適に、ソフトウエアはまた、記録しかつ送信した信号を見るためのさまざまなオプション、並びに、高及び低速入力並びに高速出力チャネルを与える。好適には、表示オプションは記録関数を調整するように適応され、その場合選択されると入力信号は表示されかつ記録される。
【０１３８】
ひとつの実施例において、ソフトウエアは高及び低速入力チャネルの任意の所望の組み合わせを表示または記録する。好適には、これは、高速入力チャネル上で取得した波形信号による低速入力チャネルからの信号の補正を可能とする。
【０１３９】
他の実施例において、ソフトウエアはクリッピング機能を与え、これにより記録した波形信号のセグメントが選択される。本発明に従い、記録した信号の任意の数のセグメントが選択可能である。セグメントはまた所望のように修正される。例えば、セグメントの負電気部分は消去される。
【０１４０】
記録した波形信号のひとつまたはそれ以上のセグメントは、記録したセグメントに基づき新しい波形信号を作成するべく、各セグメントをコピー、カット、ペースト、デリート、クロップ、インサート及びアペンドすることにより編集可能である。
【０１４１】
好適には、ソフトウエアはグラフィカルインターフェースを使って上記した操作を実行するように構成され、ユーザーに対し編集中の波形セグメントを視覚化することができる。
【０１４２】
本発明に従い、ソフトウエアは他の解析ツールを与えることもできる。例えば、波形信号の選択したセグメントのボリュームが計算される。
【０１４３】
ソフトウエアにより好適に与えられる他のツールは波形信号をオーバープロットする能力である。任意の所望数の波形信号は信号フィールド上に表示されかつ互いに関して移動または変調される。上記機能により、波形信号内のパターンは比較及び分析可能となる。
【０１４４】
好適には、ソフトウエアはテキスト及びアイコンベースのアプリケーションであり、それは上記機能を制御するグラフィカルユーザーインターフェースを採用する。当業者に周知のように、上記特徴は、単独実行形式及び供給ライブラリ形式を使って確立される。
【０１４５】
実施例
以下の例は、当業者が本発明をより良く理解しかつ実施することができるように与えられる。例は本発明の態様を制限するものではなく、例示に過ぎない。
【０１４６】
実施例１
図３(a)及び(b)を参照して、本発明のニューロコードシステムにより取得された波形信号64a及び64bを有するトレース60及び62が示されている。呼吸系の制御に作用する信号64a及び64bが横隔膜神経から取得された。
【０１４７】
図３(a)は、停止間隔66を有する２つの信号64a及び64bを示す。図３(b)は、信号64bの拡大図を示す。
【０１４８】
図４(a)及び(b)を参照して、本発明のニューロコードシステムにより同様に取得された信号66及び68が示されている。上記信号66、68は、苦痛状態のねずみを表す。図３(a)に比べ、信号66のパターンは、ねずみが速く呼吸しようとするに従い大きく変化した。信号66のセグメント70において、最初のセグメントはより長くかつパルスの数はより多い。
【０１４９】
図５A及び５Bを参照し、本発明のニューロコンピュータにより処理されかつ生成された、人体内で生成された波形信号に実質的に対応する信号72及び78が示されている。上記信号は本発明の装置及び方法により生成された信号の代表に過ぎず、本発明の態様を制限するものではない。
【０１５０】
図５(a)を参照して、送信信号の負の半分を除去するよう修正された横隔膜波形信号72の例が示されている。信号72は初期セグメント74及びスパイクセグメント76の２つのセグメントのみから成る。
【０１５１】
図５(b)を参照して、５００Hzで周波数変調された横隔膜波形信号78が示されている。信号78は、同じく初期セグメント80及びスパイクセグメント82の２つのセグメントを含む。
【０１５２】
実施例２
実験は、首内の横隔膜神経を捜し、横隔膜を励振させるように実行された。取得した波形信号を格納しかつ処理し、横隔膜を制御する際に作用する波形信号を生成するために、本発明の特徴を実行するニューロコンピュータが使用された。０.５８kgのめずみが麻酔をかけられ、首、首の後ろ及び旨が剃られた。気管切開が実行され、１４gのカテーテルを使って挿管された。脊柱を探すため首の後ろを切開した。椎弓切除及びC-2、C-3での脊髄の分断を実行するための皮膚ツールが使用された。横隔膜及び肋間動作が停止した。
【０１５３】
首内の右横隔膜神経を探すために気管切開が延長された。その後イソフルランは１から０.２５％に減少され、酸素流量は０.３L/minに減少された。
【０１５４】
フックプローブが首内の右横隔膜神経に取り付けられた。赤（信号）配線がフックプローブに取り付けられ、黒（接地）配線が首内の露出した筋肉に取り付けられた。
【０１５５】
ニューロコンピュータにより生成された波形信号を使って、強い横隔膜動作とともに励振が午後２：３５に開始され、午後９：３５に停止された。７時間を通して、ねずみは入力信号を使って呼吸していた。表１に示すように、生命兆候は通常の限界内にあった。
【０１５６】
【表１】
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実施例３
実験は、首内の横隔膜神経を捜しかつ横隔膜を励振するように行われた。取得した波形信号を格納かつ処理し、横隔膜を制御する際に作用する波形信号を生成するために本発明の特徴を有するニューロコンピュータが使用された。０.７４kgのめずみが麻酔をかけられ、首、首の後ろ及び旨が剃られ、気管切開が実行された。ねずみは、１４gのカテーテルを使って挿管された。脊柱を探すため首の後ろを切開した。椎弓切除及びC-2、C-3での脊髄の分断を実行するための皮膚ツールが使用された。横隔膜及び肋間動作が停止した。
【０１５７】
首内の右横隔膜神経を探すために気管切開が延長された。その後イソフルランは１から０.２５％に減少され、酸素流量は０.３L/minに減少された。
【０１５８】
フックプローブが首内の右横隔膜神経に取り付けられた。赤（信号）配線がフックプローブに取り付けられ、黒（接地）配線が首内の露出した筋肉に取り付けられた。ニューロコンピュータ内に格納された記録した波形信号に対応するニューロコンピュータにより生成された波形信号を使って、強い横隔膜移動とともに励振が午後３：５０に開始された。午後４：０５に、肋間筋肉がそれ自身で再び動き始めた。励振が停止され、脊髄を完全に分断するために他の方法が為された。肋間動作が停止した。右横隔膜神経にプローブが取り付けられたが、励振しても動かなかった。その後、左横隔膜神経が探され、フックプローブが取り付けられた。
【０１５９】
ニューロコンピュータにより生成された波形信号を使って、強い横隔膜動作とともに午後４：３０分に励振が開始し、実験終了の午後７：３０まで続いた。表２に示すように、ねずみが呼吸していた３時間を通じて生命兆候は通常の範囲内であった。
【０１６０】
【表２】
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当業者に周知のように、上記波形信号を記録し、格納し、解析し、処理しかつ送信するためのニューロコンピュータ及びニューロコードシステムは多くの利点を与える。ニューロコンピュータを使用する利点は、
リアルタイムで人体内に生成されるニューロ信号（または波形信号）を受信しかつ処理し、
人体内に生成され、人体器官機能の制御に作用する波形信号に実質的に対応する波形信号を生成し、
人体内で生成された分類した波形信号及びニューロコンピュータの処理手段により生成された波形信号を格納し、
取得した波形信号及びそのセグメントを修正し、
取得した波形信号からベースライン波形信号を生成し、
取得した波形信号とベースライン波形信号を比較し、その比較に基づいて波形信号を生成する、ように適応されていることである。
【０１６１】
さらなる利点は、被験者からの波形信号を取得しかつ該信号をニューロコンピュータに通信するための手段及び被験者へ生成した波形信号を送信するための手段を有する統合システム内に容易に組込み可能なニューロコンピュータを与えることである。
【０１６２】
本発明のニューロコンピュータ及びニューロコードシステムはひとつまたはそれ以上の人体機能を制御するための多くの応用に採用される。応用として、無呼吸睡眠、呼吸困難、喘息、急性低血圧、鼓動異常、麻痺、脊髄損傷、酸還流、肥満、勃起機能不全、発作、緊張性頭痛、免疫低下、腸過敏性症候群、精子数減少、性不感症、筋肉痙攣、不眠症、失調症、便秘症、催吐症、痙直、ドライアイ症候群、ドライマウス症候群、うつ病、癲癇、低レベル成長ホルモン及びインシュリン、異常レベルの甲状腺ホルモン、メラトニン、副腎皮質刺激ホルモン、ADH、副甲状腺ホルモン、エピネフリン、グルカゴン及び性ホルモン、痛みブロック及び／または軽減、物理療法、並びに深組織障害が含まれる。
【０１６３】
ここに説明した本発明のニューロコードシステムを使った器官及び／または系制御の特定の例は、ここに参考文献として組み込む、２００４年２月１８日出願の米国特許出願第10/781,078号、２００４年５月１７日出願の米国特許出願第10/847,738号、２００４年６月１８日出願の米国特許出願第10/871,928号、２００４年７月１２日出願の米国特許出願第10/889,407号、２００４年７月２３日出願の米国特許出願第10/897,700号、２００４年９月２０日出願の米国特許出願第10/945,463号、２００４年１１月４日出願の米国特許出願第10/982,093号、２００５年５月９日出願の米国特許出願第11/125,480号、２００５年５月９日出願の米国特許出願第11/129,264号、２００５年５月２０日出願の米国特許出願第11/134,767号、２００４年７月３０日出願の米国特許出願第60/592,751号、２００４年８月１３日出願の米国特許出願第60/601,233号、２００４年８月１８日出願の米国特許出願第60/602,435号、２００４年８月２４日出願の米国特許出願第60/604,279号、２００４年８月２５日出願の米国特許出願第60/604,669号に開示されている。
【０１６４】
本発明の思想及び態様から離れることなく、さまざまな修正及び変更が可能であることは当業者の知るところである。よって、これらの変更及び修正は特許請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】図１は、本発明に従う、ニューロコードシステムのひとつの実施例の略示図である。
【図２】図２は、本発明に従う、格納媒体のひとつの実施例の略示図である。
【図３】図３(a)及び(b)は、呼吸系の制御に作用する波形信号を示し、それは本発明のニューロコードシステムにより被験者の横隔膜神経から取得したものである。
【図４】図４(a)及び(b)は、呼吸系の制御に作用する波形信号を示し、それは本発明のニューロコードシステムにより被験者の横隔膜神経から取得したものである。
【図５】図５(a)及び(b)は、本発明のコンピュータシステムにより修正された波形信号を図示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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