(57)【要約】  本発明は、個々の患者の神経特性に電極アレーを自動的に調整する方法に関する。神経の電気刺激に対する認知応答は、患者ごとに変化し、電流と、認知される輝度との関係はしばしば、非直線的である。各患者の補綴装置の設定を適合させるようにこの関係を決定することが必要である。認知応答を刺激にマップさせるのが好都合である。本発明のマッピング方法は、電流、電圧、パルス巾、周波数又は他の何らかの次元が変化する複数の刺激を与え、これら刺激に対する応答を測定し記録し、個々のポイントからマップを表す式又は方程式を導出し、その式を記憶し、そしてその式を使用して将来の刺激をマップする段階を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚補綴装置を適合させる方法において、
視覚神経組織に複数の刺激を付与する段階と、
前記刺激に対する輝度応答を測定する段階と、
前記輝度応答に基づいて式を導出する段階と、
前記式を視覚入力に適用することにより前記刺激を発生する段階と、
を備えた方法。
【請求項２】
前記式に基づいてテーブルを作成する段階を更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記刺激は、付与電流に基づいて変化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記刺激は、印加電圧に基づいて変化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記刺激は、適用周波数に基づいて変化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記刺激は、適用パルス巾に基づいて変化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記輝度応答は、ユーザにより報告される輝度の認知である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
前記応答は、ユーザの視覚神経組織から記録される神経応答である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項９】
前記応答は、ユーザの虹彩における記録された生理学的変化である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１０】
前記応答は、ユーザの記録された神経活動である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
前記式を適用することにより刺激を発生する前記段階は、前記テーブルからの値を適用することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記式は、傾斜及び形状を導出項とすれば、傾斜に形状の累乗までの電流を乗じたものとして輝度を定義する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１３】
前記式は、傾斜及びスレッシュホールドを導出項とすれば、傾斜に電流を乗じてスレッシュホールドを加えたものとして輝度を定義する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１４】
視覚神経組織の付近に配置するのに適した電極のアレーと、
視覚シーンを受け取るカメラと、
前記カメラを前記電極のアレーに結合する制御装置と、
を備え、前記制御装置は、
複数の刺激を視覚神経組織へ付与する神経刺激装置、
前記刺激に対する輝度応答を測定する手段、
前記輝度応答に基づいて式を導出する手段、及び
前記カメラからの視覚入力に前記式を適用することにより刺激を発生する手段、
を備えたものである視覚補綴装置。
【請求項１５】
輝度応答を測定する前記手段は、網膜における神経活動を測定する手段である、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項１６】
輝度応答を測定する前記手段は、視覚皮質における神経活動を測定する手段である、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項１７】
輝度応答を測定する前記手段は、患者の報告した応答を測定する手段である、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項１８】
輝度応答を測定する前記手段は、虹彩の動きを測定する手段である、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項１９】
刺激を発生する前記手段は、付与電流により変化する、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項２０】
刺激を発生する前記手段は、印加電圧により変化する、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項２１】
刺激を発生する前記手段は、適用周波数により変化する、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【請求項２２】
刺激を発生する前記手段は、適用パルス巾により変化する、請求項１４に記載の視覚補綴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、神経刺激に係り、より詳細には、人工視力のための神経刺激レベルを最適化する改良された方法に係る。
【０００２】
政府権利通告：本発明は、国立衛生研究所により授与された認可番号Ｒ２４ＥＹ１２８９３−０１のもとで政府の支援によりなされたものである。政府は、本発明において幾つかの権利を有する。
【０００３】
関連出願へのクロスリファレンス：本出願は、２００５年２月１６日に出願された“A Method of Determining the Electrical Current Amplitude Required to Produce a Percept”と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／６５３，６７４号の優先権を請求する。本出願は、２００４年６月８日に出願された“Automatic Fitting for a Visual Prosthesis”と題する米国特許出願第１０／８６４，５９０号に関連しており、参考としてここに援用する。
【背景技術】
【０００４】
１７５５年に、レロイ(LeRoy)氏は、白内障で目の見えない人の眼窩にライデン瓶の放電を通し、患者は、「炎が迅速に下方に通過する」のを見た。それ以来、電気的に引き出される視覚認知が魅力的なものとなっている。網膜細胞を電気的に刺激してこれらの閃光即ち眼内閃光を発生する一般的な概念がいつか知られるようになった。これらの一般的な原理に基づいて、視覚障害者を助けるための補綴装置(prosthesis)を案出する幾つかの初期の試みは、患者の頭又はまぶたに電極を取り付けることを含む。幾つかのこれら初期の試みは、ある限定された成功を得ているが、これら初期の補綴装置は、大きくて、かさばり、そして視覚障害者を真に助けるような充分な模擬視力を生じることができない。
【０００５】
１９３０年代初期に、フォレスター(Foerster)氏は、１つの大脳半球の露出した後頭極を電気的に刺激する作用を実験した。彼は、末端の後頭極のポイントを刺激すると、患者が前方で動かずに直接的に小さな光のスポット（眼内閃光）を認知することが分った。その後、ブリンドレイ(Brindley)氏及びレウイン(Lewin)氏は、（１９６８年に）人間の後頭（視覚）皮質の電気的刺激について徹底的に研究した。刺激パラメータを変更することにより、これらの実験者は、刺激した後頭皮質の特定領域に対して、発生した眼内閃光の位置を詳細に述べている。これらの実験は、次のことを実証した。（１）眼内閃光の一貫した形状及び位置、（２）刺激パルスの巾を増加すると、眼内閃光の輝度が高くなること及び（３）分離を２．４ｍｍ程度に近づけた隣接電極間に検出可能な相互作用が生じなかったこと。
【０００６】
眼球内外科手術が進歩するにつれて、刺激を小さなグループで且つ個々の網膜細胞に付与して、目自体の中に植え込まれた装置を通して収束された眼内閃光を発生できるようになった。これは、視覚障害者を助けるための方法及び装置の開発に新たな関心をかきたてた。より詳細には、世界中の数百万の人々に影響を及ぼす色素性網膜炎や年齢に関連した黄斑変性のような光受容体変性網膜疾病により盲目が引き起こされるケースに視力を回復する努力において眼球内網膜補綴装置の領域において多大な努力が払われてきた。
【０００７】
神経組織は、補綴装置によりその電極を通して電流パルスを通すことで人為的に刺激し活性化することができる。電流が通されると、視覚神経細胞膜にまたがる電位が変化し、神経系統における情報伝達手段である視覚神経細胞活動電位を開始することができる。
【０００８】
このメカニズムに基づいて、電気的パルスのシーケンスとして情報をコード化することにより神経系統に情報を入力することができ、これらのパルスは、補綴装置を経て神経系統へ中継される。このようにして、視力を含む人工的な感覚を与えることができる。
【０００９】
神経組織刺激の１つの典型的な用途は、盲人のリハビリテーションである。ある形式の盲目は、網膜の光感知変換体が選択的に失われることを伴う。しかし、網膜の他の神経細胞は、生きたままであり、内部（硝子体に向かう）網膜面（外網膜）に補綴電極装置を配置することで上述したように活性化することができる。この配置は、機械的に安定したもので、装置電極と視覚神経細胞との間の距離を最小にし、且つ視覚神経細胞の不当な圧縮を回避するものでなければならない。
【００１０】
１９８６年に、ブララ(Bullara)氏は、神経に手術で植え込むための電極アッセンブリの特許を取得した（米国特許第４，５７３，４８１号）。マトリクスは、イリジウム電極が埋め込まれたシリコーンである。このアッセンブリは、神経の周りに適合してそれを刺激する。
【００１１】
ドーソン(Dawson)氏及びラドック(Radtke)氏は、網膜神経節細胞層を直接電気刺激することにより猫の網膜を刺激した。これらの実験者は、２匹の猫の内部網膜層（即ち、主として神経節細胞層）に９個の電極を、次いで、１４個の電極を配置した。それらの実験は、３０ないし１００μＡ電流で網膜を電気的刺激することにより視覚皮質応答を生じたことを示唆している。それらの実験は、ニードル型電極を網膜の表面に貫通させて行われた（ミケルソン(Michelson)氏の米国特許第４，６２８，９３３号も参照されたい）。
【００１２】
ミケルソン氏の‘９３３装置は、その表面上に感光装置のアレーを備え、これらは、装置の反対面に配置された複数の電極に接続されて、網膜を刺激する。これらの電極は、網膜細胞を刺激するように網膜に直接当たる導体を有する「くぎ床(bed of nails)」と同様のアレーを形成するように配置される。バイヤーズ(Byers)氏の米国特許第４，８３７，０４９号は、神経刺激のためのスパイク電極を説明している。各スパイク電極が神経組織を突き刺し、良好に電気的接触する。ノーマン(Norman)氏の米国特許第５，２１５，０８８号は、皮質刺激のためのスパイク電極のアレーを説明している。各スパイクは、皮質組織を突き刺し、良好に電気的接触する。
【００１３】
眼球内補綴装置を植え込んで網膜を電気的に刺激する技術は、網膜手術に網膜鋲を導入することで進歩した。デュークユニバーシティアイセンター(Duke University Eye Center)のデ・ジュアン(De Juan)氏等は、外側網膜、ひいては、光受容体のための血液供給源である下に横たわる脈絡膜から外れた網膜を取り付け直す努力において網膜鋲を網膜に挿入している。例えば、Ｅ．デ・ジュアン氏等の９９Ａｍ．Ｊ．Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌ．２７２（１９８５年）を参照されたい。これらの網膜鋲は、生体適合性があり、網膜及び脈絡膜／強膜に埋められたままにされて、眼球の脈絡膜及び後部観点に対して網膜を有効にピン止めすることが分った。網膜鋲は、網膜アレーを網膜に取り付ける１つの方法である。デ・ジュアン氏の米国特許第５，１０９，８４４号は、視覚刺激のために網膜に対して配置されるフラットな電極アレーについて述べている。ヒュマユン(Humayun)氏の米国特許第５，９３５，１５５号は、デ・ジュアン氏が述べたフラット網膜アレーに使用するための網膜補綴について述べている。
【００１４】
上述した電極アレーに加えて、高解像度のカメラ映像を低解像度の電極アレーにマップするための多数の方法が存在する。エックミラー(Eckmiller)氏の米国特許第６，４００，９８９号は、電極アレーにおける刺激のパターンを制御するための空間−時間フィルタを説明している。本出願の譲受人は、３つの関連する米国特許出願：２０００年２月２９日に出願された“Retinal Color Prosthesis for Color Sight Restoration”と題する第０９／５１５，３７３号；２００１年５月７日に出願された“Method, Apparatus and System for Improved Electronic Acuity and Perceived Resolution Using Eye Jitter Like Motion”と題する第０９／８５１，２６８号；及び本出願と同日に出願された“User Directed Pixel Re-Mapping”と題する代理人ドケットＳ２４２−ＵＳＡ、を有している。これら３つの出願は、参考としてここに援用する。
【００１５】
神経刺激に対する各個人の応答は様々である。網膜刺激の場合には、個人の応答が網膜のある領域から別の領域へと変化する。一般に、網膜は、中心窩に近いほど敏感である。認知のスレッシュホールド未満の大きさの刺激は、無効である。一方、最大レベルを越える刺激は、痛く、おそらく、患者にとって危険である。それ故、ビデオ像を各個々の電極に対して最小値と最大値との間の範囲にマップすることが重要である。簡単な網膜補綴では、患者に刺激を与えて質問することにより刺激を手動で調整することができる。解像度が増すにつれて、患者に刺激を与えて患者の応答を引き出すことにより各電極を調整することが厄介又は不可能になる。
【００１６】
聴覚補綴の刺激レベルを適合させ又は調整する手動方法が、ホチメイヤ(Hochmair)氏等の米国特許第４，５７７，６４２号に説明されている。ホチメイヤ氏は、ユーザが受信信号をその信号の視覚表示と比較することにより聴覚補綴を調整する。中間耳反射及び誘発電位を使用して聴覚補綴を調整する更に自動化されたシステムがファルティ(Faltys)氏等の米国特許第６，１５７，８６１号に説明されている。あぶみ骨筋肉を使用して聴覚補綴を調整する別の方法が、カーター(Carter)氏等の米国特許第６，２０５，３６０号に説明されている。筋原性誘発応答を使用する第３の形態が、マルタン(Maltan)氏の米国特許第６，４１５，１８５号に開示されている。
【００１７】
シャルマン(Shulman)氏の米国特許第６，２０８，８９４号は、全身に植え込まれた神経刺激装置及び記録装置のネットワークが中央制御ユニットとワイヤレス通信するものを説明している。ホワイトハスト(Whitehust)氏の米国特許第６，５２２，９２８号は、シャルマン氏が説明したシステムの改良であって、適応デルタ変調としても知られている機能電気刺激を使用して、植え込まれた装置と中央制御ユニットとの間で通信する改良を説明している。
【００１８】
認知のスレッシュホールドに最小刺激を、そして痛みのスレッシュホールドの近くに最大刺激レベルをセットすることにより、最大の動的範囲が達成される。患者にとって最初に最小認知を検出し、次いで、痛みのスレッシュホールド付近の刺激を受けることは、不快である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
人間の網膜は、ほぼ４百万の個々の光受容体を含む。有効な視覚補綴装置は、数千の電極を含む。長く且つ困難なプロセスにおいて患者の相互作用を必要とせずに最大の利益を得るために視覚補綴装置における個々の電極を調整する自動システムが要望される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、個々の患者の神経特性に対し電極アレーを自動的に調整する方法に関する。電気的な神経刺激に対する応答は、患者ごとに変化し、電流と、認知する輝度との関係はしばしば非直線的である。患者ごとに補綴装置の設定を適合させるようにこの関係を決定することが必要である。刺激に対する認知応答をマップするのが効果的である。本発明のマッピング方法は、電流、電圧、パルス巾、周波数又は他の何らかの次元が変化する複数の刺激を与え、これら刺激に対する認知応答を測定し記録し、個々のポイントからマップを表す式又は方程式を導出し、その式を記憶し、そしてその式を使用して将来の刺激をマップする段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するために現在意図される最良の態様を以下に説明する。この説明は、限定的な意味で行なうものではなく、本発明の一般的な原理を例示するものに過ぎない。本発明の範囲は、特許請求の範囲で決定される。
【００２２】
図１は、好ましい網膜補綴装置の植え込まれる部分の斜視図である。柔軟性回路１は、柔軟性回路電極アレー１０を備え、これは、網膜鋲（図示せず）又は同様の手段により外網膜表面に取り付けられる。柔軟性回路電極アレー１０は、柔軟性回路ケーブル１２により電気的に結合され、このケーブルは、強膜を突き刺し、強膜の外部の電子パッケージ１４に電気的に結合される。
【００２３】
電子パッケージ１４は、二次誘導性コイル１６に電気的に結合される。好ましくは、二次誘導性コイル１６は、巻線で作られる。或いは又、二次誘導性コイル１６は、柔軟性回路ポリマーの層間にワイヤトレースが配置された柔軟性回路ポリマーサンドイッチから作られてもよい。電子パッケージ１４及び二次誘導性コイル１６は、成形本体１８により一緒に保持される。又、成形本体１８は、縫合タブ２０を含んでもよい。成形本体１８は、細くなって、ストラップ２２を形成し、これは、強膜を取り巻き、成形本体１８、二次誘導性コイル１６及び電子パッケージ１４を位置保持する。成形本体１８、縫合タブ２０及びストラップ２２は、シリコーンエラストマーで作られた一体化ユニットであるのが好ましい。シリコーンエラストマーは、典型的な強膜の曲率に一致するように予めカーブした形状で形成することができる。しかしながら、シリコーンは、植え込みを受け入れ且つ個々の強膜の曲率の変化に適応するに充分なほど柔軟性を保つ。二次誘導性コイル１６及び成形本体１８は、楕円形状であるのが好ましい。ストラップ２２は、楕円形状のコイルを良好に支持できる。
【００２４】
好ましい補綴装置は、外部（図示せず）を備え、これは、カメラと、ビデオ処理回路と、電力及び刺激データを植え込み部分へ送信するための外部コイルとを含む。
【００２５】
図２ａ−ｄは、４人の患者から収集した典型的な認知応答を示す。この認知応答は、応答曲線の振幅と、応答曲線の形状の両方が相違する。しかしながら、４人の患者の全ての認知応答は、関数Ｂ＝ａＩbにより適合させることができる。但し、Ｂは輝度であり、Ｉは電流振幅であり、そしてａ及びｂは、実験データを適合させることから推定されるべきパラメータである。３つのデータポイントがあれば、この関数が充分に定義される。この関数を３つのデータポイントに自動的に適合させる統計学的なツールは多数ある。
【００２６】
この例では、ｘ軸は、単一パルスを使用して刺激の振幅を表わす。ｙ軸は、輝度についての患者の主観的等級付けを表わし、「１０」と等級付けされる刺激は、「５」と等級付けされる刺激の２倍の明るさである。
【００２７】
図３は、適合手順のフローチャートである。この場合に、主観的輝度についての患者の等級付けを使用するが、神経記録又は瞳孔応答（以下に述べる）のような神経活動の尺度を同様に使用することができる。先ず、適合システムは、認知輝度応答対電流関係を決定しなければならない。これは、３つのポイントにおいて刺激を与えて対象報告輝度応答等級を測定することにより達成される。応答は、ほとんどの場合に、ほぼ直線であることに注意されたい。ここで、２つのポイントを使用して、応答を近似できるが、３つのポイントの方がより正確な適合を生じる。先ず、刺激が与えられる（２３）。応答がない場合には（２４）、刺激が増加され（２５）、再び刺激が与えられる（２３）。刺激に対する応答があり（２４）、応答が痛みである（２６）場合には、刺激が減少され（２７）、再び刺激が与えられる（２３）。非痛み応答である場合には、補綴装置の不揮発性メモリにそれが記録される（２８）。応答を記録することは、主観的応答、神経記録、又は他の生理学的応答を含む。このプロセスを繰り返して、必要な数、通常３個の記録応答を得る。３つの記録応答がある（２９）場合には、電流と輝度との関係を表わすための方程式又は式を導出する（３０）。式は、入力値に適用されるべき実際の方程式として、又は入力値及び出力値のテーブルとしてセーブされてもよい。又、安全性の理由で視覚補綴装置に最大電荷限界が送信されねばならないことに注意されたい。従って、電流の変動は、予めプログラムされた最大変化により制限されねばならない。好ましい実施形態では、電流が輝度にマップされる。輝度に影響する他のファクタ、例えば、電圧、パルス巾、又は周波数が、同じ方法によりマップされてもよいことに注意されたい。
【００２８】
式が確立された後に、入力がカメラにより受け取られ（３１）、入力データに式が適用され（３２）、そして出力値を使用して、神経組織を刺激する（３３）。
【００２９】
図４は、図３に示す方法に必要な３つのポイントを得るために使用でき、又は別の適合手順としても使用できる自動適合シーケンスのフローチャートである。このフローチャートにおいて、値Ｎは、選択された電極であり、Ｘは、記録される神経活動であり、そしてＬは、刺激のレベル（電流振幅）である。最初に、Ｎは、０にセットされ（４０）、次いで、増加される（４２）。第１電極、即ち電極Ｎがアドレスされる（４４）。刺激レベルが０にセットされ（４６）、次いで、増加される（４８）。神経組織が最小レベルで刺激される（５０）。刺激の直後に、神経組織の活動が記録される（５２）。或いは又、隣接電極により記録を同時に行うこともできる。記録が同時に行なわれる場合には、神経活動と、刺激電極からの荷電との間を区別しなければならない。神経応答が刺激に続く（図６を参照）。刺激と記録を同時に行なうには、記録段階を刺激段階より長くすることが必要である。もしそうであれば、刺激と神経応答をデジタルで分離することができる。記録された神経活動が所定レベル未満である場合には（５４）、刺激レベルが増加され、ステップ４８−５４が繰り返される。
【００３０】
ほとんどの場合に、プリセット最小レベルは、測定可能な神経活動である。しかしながら、患者による認知が、決定ファクタである。神経活動が検出されそして患者が認知を報告しない場合には、最小レベルをより高くセットしなければならない。最小神経活動が記録されると、刺激レベルがメモリにセーブされる（５６）。次いで、レベルが更に増加され（５８）、刺激が繰り返される（６０）。再び、刺激の直後に、神経活動が記録される（６２）。所定の最大レベルに到達しない場合には、所定の最大刺激レベルが得られるまで、ステップ５８−６４が繰り返される。所定の最大刺激レベルが得られると、次の電極に対してステップ４２−６４が繰り返される。各電極に対して最小及び最大刺激レベルが決定されるまでプロセスが続けられる（６６）。
【００３１】
必要な３つのポイントに対して主観的な輝度又は神経応答を得るために、最初に、患者がかろうじて検出できるか又は検出可能な最小神経応答を引き起こす刺激振幅を見出す（刺激の強度を他の次元に沿って変更することもできる）。次いで、その値（例えば、振幅値Ｖ＝４２）で繰り返し刺激を与え、やがて、その刺激強度で主観的な輝度又は神経応答の正確な測定値を得る。次いで、安全限界又は痛みスレッシュホールドのすぐ下の刺激振幅を見出し、そしてその刺激強度における見掛け上の輝度又は神経応答を測定する。最終的に、振幅がこれら２つのポイント間の中途（又は中間）であるような刺激に対して見掛け上の輝度又は神経応答を見出す。付加的なデータポイントが望まれる場合には、２５％及び７５％のような等距離ポイントを使用しなければならない。
【００３２】
装置の動作中に刺激として使用する強度の範囲は、適合手順中に測定される範囲内に入る。非常に低い又は高い強度値が通常の機能に使用されることはない。
【００３３】
最大刺激レベルは、患者の不快感を境とする。自動適合手順が自動化されているので、高レベルの刺激は、数マイクロ秒間しか印加されない。これは、患者からの応答を引き出すに充分なほど長く刺激を与えるのに比して、患者の不快レベルを著しく低下させる。
【００３４】
適合プロセスは、増分的プロセスとして上述した。適合プロセスは、より効率的なパターンで促進することができる。例えば、検出された応答が希望の応答より著しく低い場合には大きなステップで変化させ、その後、希望の応答に近付くにつれて次第に小さなステップにすることができる。システムは、変化を各ステップで半分に分割して、希望の応答の上下でジャンプすることができる。
【００３５】
多くの場合、網膜の神経応答は、地理的な近さに一部分基づく。即ち、中心窩に近い神経細胞は、中心窩から離れた神経細胞より必要な刺激が低い。従って、刺激のレベルが電極について設定されると、そのレベルは、隣接電極についても同様であると仮定することができる。適合プロセスは、その前に適合された隣接電極に対して設定されたレベル付近のレベルでスタートすることにより促進することができる。
【００３６】
適合プロセスを自動化することは、多数の効果がある。プロセスを著しく促進させ、患者及び臨床医の努力を減らす。更に、測定された神経応答に基づく自動化プロセスが目的となる。患者認知応答は、主観的であり、疲労により時間と共に変化し得る。ある場合には、患者は、年齢、気質、及び／又は制限されたメタルアビリティ(metal ability)のために、必要な応答を与えられないことがある。
【００３７】
図５は、制御ユニットのブロック図である。このブロック図は、機能図である。多数の機能的ユニットがマイクロプロセッサにおいて実施される。制御ユニット８０は、刺激装置８４の刺激レベルを制御するために、カウンタ８２をセットして増加させる。刺激信号は、ＭＵＸ８６においてマルチプレクスされ、個々の電極８８をアドレスする。各刺激の後に、アドレスされた電極が神経活動信号をレコーダ９０へ返送する。この信号は、比較器９４において、記憶された最小又は最大レベル（メモリ９２に記憶された）と比較される。プログラミングの後に、ビデオソース９６又は他の神経刺激ソースからの信号は、メモリ９２に記憶された最小及び最大レベルに基づいて、マッピングユニット９８において調整される。調整された信号は、刺激装置８４へ送信され、この刺激装置８４は、ＭＵＸ８６と同期して電極８８へ信号を印加する。制御ユニットのための電極は、植え込まれた補綴装置内でもよいし、外部でもよい。
【００３８】
図６は、電気的刺激に対する神経応答のグラフ表示である。この図は、蛙の網膜の実際の記録から導出されたものである。人間の網膜の応答も同様であり、網膜電極、植え込まれた皮質電極、又は外部皮質電極により測定することができ、視覚誘発応答又はＶＥＰとして一般に知られている。縦軸は電流であり、横軸は時間である。４つの曲線１００−１０６は、変化する入力電流レベルにおける応答を示す。入力パルス１０８に続いて、短い遅延１１０、及び神経応答１１２がある。従って、検出機能を適切にタイミングどりすることが重要である。刺激電極を短い遅延中に検出電極へスイッチしなければならないか、或いは別の電極で検出を行なって神経応答を記録するに充分なほど長く継続しなければならないかのいずれかである。又、遅延周期１１０は、刺激電流の増加と共に短くなることに注意されたい。従って、システムは、電流の増加に伴い刺激モードから検出モードへ迅速にスイッチしなければならない。又、遅延時間の変化を神経応答の付加的な指示として使用してもよい。即ち、所定の出力レベルではなく所定の遅延時間を一致させることで最小値及び最大値を決定することができる。刺激が高くなるにつれて、次の別の実施形態で説明する別の記録手段を使用する方が有用になる。
【００３９】
第１の別の実施形態では、記録電極は、視覚皮質上又はその付近に取り付けられた皮質電極でよい。視覚皮質の近くで頭皮に配置された一時的外部電極が視覚皮質における神経活動を記録することができる。これは、システムが、網膜と視覚皮質との間の神経処理における変動を考慮するのを許す。しかしながら、これは、視覚皮質内に植え込まれるか又は視覚皮質付近に一時的に配置された電極を必要とする。この別の実施形態は、先ず、皮質電極を使用して診療所で補綴装置の初期適合を遂行することにより、好ましい実施形態と結合することができる。その後、網膜記録を使用して、経時変化に対して補綴装置を再調整することができる。
【００４０】
図７は、第１の別の網膜補綴装置を示す。刺激電極アレー１５０は、網膜１５２の外面に対して配置される（外網膜に）。ケーブル１５４は、強膜１５６を突き刺し、電子制御ユニット１５８に取り付けられる。戻り電極１６０は、網膜１５２から離れて配置されてもよい。刺激電極アレー１５０は、複数の小さな電極である。１つ以上の記録電極１６２が視覚皮質付近に配置される。記録電極は、一時的な外部電極、頭皮の下に植え込まれた電極、又は視覚皮質内に植え込まれた電極でよい。
【００４１】
第２の別の実施形態では、記録電極は、虹彩に植え込まれるか又は虹彩付近で外部に配置される。虹彩は、目に入る光レベルが増加するときに収縮する。又、網膜の電気的刺激も、虹彩を収縮させる。というのは、身体が目に入る光の増加を認知するからである。逆に、虹彩は、電気刺激の減少に応答して膨張する。虹彩の応答は比較的低速であるが、虹彩における変化を開始する神経学的信号は、迅速に応答する。これらの信号を測定すると、電気的刺激に対する身体応答に関する別のフィードバックを与えることができる。或いは又、目に向けられた光学装置が、虹彩の直径を検出してもよい。
【００４２】
図８は、第２の別の網膜補綴装置を示す。刺激電極アレー２１０は、網膜２１２の外面に対して配置される（外網膜に）。ケーブル２１４は、強膜２１６を突き刺し、電子制御ユニット２１８に取り付けられる。戻り電極２２０は、網膜２１２から離れて配置されてもよい。刺激電極アレー２１０は、複数の小さな電極である。記録電極２２４が虹彩の周囲に配置され、虹彩への電気的刺激を感知する。
【００４３】
第３の別の装置では、エレクトロルミネセント顔料を網膜に塗布することができる。エレクトロルミネセント顔料は、個々の細胞を、それがアクション電位を発射するときにグローさせる。網膜写真に使用される形式のカメラは、塗布された顔料のエレクトロルミネセントグローを検出することにより、神経応答を検出することができる。
【００４４】
従って、輝度に対する応答を改善するための、神経組織を刺激する改良された方法が開示された。本発明は、特定の実施形態及びその応用により説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに多数の変更及び修正がなされることが理解されよう。それ故、特許請求の範囲内で、本発明は、ここに述べた以外の仕方で実施できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】好ましい網膜補綴装置の植え込まれる部分の斜視図である。
【図２ａ】典型的な電流対輝度応答を示すグラフである。
【図２ｂ】典型的な電流対輝度応答を示すグラフである。
【図２ｃ】典型的な電流対輝度応答を示すグラフである。
【図２ｄ】典型的な電流対輝度応答を示すグラフである。
【図３】輝度マッピング方法を示すフローチャートである。
【図４】電極アレーを自動的に適合させる別のプロセスを示すフローチャートである。
【図５】網膜補綴電子制御ユニットのブロック図である。
【図６】電気的入力に対する典型的な神経応答を示すグラフである。
【図７】皮質記録を使用する別の適合プロセスを示す図である。
【図８】虹彩記録を使用する別の適合プロセスを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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