(57)【要約】  プローブおよびプローブ・コントローラを使用して光遺伝学治療を実施するための技法的解決策を記載する。プローブ・コントローラはプローブを、組織に埋め込み可能であるプローブの光源により光波を放射して、組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させることを含む方法を実施するように制御する。この方法はさらに、プローブのセンサによって、対応する化学物質と相互作用する光波の分光を取得することを含む。この方法はさらに、プローブにより分光を分析システムへ送信することを含む。この方法はさらに、プローブにより、光源用の調整されたパラメータを分析システムから受信すること、およびプローブのコントローラによって、受信された調整パラメータに応じて光源の設定を調整して、対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射することを含む。【選択図】  図４
2021502138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブおよびプローブ・コントローラを使用して光遺伝学治療を実施するためのコンピュータで実施される方法であって、前記プローブ・コントローラは、前記方法を実行するために前記プローブを制御するように構成され、前記方法は、
組織に埋め込み可能である前記プローブの光源により光波を放射して、前記組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させること、
前記プローブのセンサによって、前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得すること、
前記プローブにより、前記分光に基づく前記光源用の調整されたパラメータを受信すること、および
前記プローブのコントローラによって、前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射すること
を含む方法。
【請求項２】
前記光源は複数の光源を備え、前記光源のうちの１つ以上は、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成されている、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項３】
前記プローブの光源は発光ダイオードを備える、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項４】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス幅を調整することを含む、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項５】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス繰り返し周波数を調整することを含む、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項６】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波が放射される時間を調整することを含む、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項７】
前記光源の前記設定を調整することは、放射される前記光波のパルスの数を調整することを含む、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項８】
前記調整されるパラメータは、前記分光に基づき機械学習を用いて決定される、請求項１に記載のコンピュータで実施される方法。
【請求項９】
光遺伝学治療を行うように構成されたプローブを備えるシステムであって、前記プローブは、
光源と、
センサと、
コントローラと、
前記プローブと無線で通信するように構成された分析システムと
を備え、前記システムは、前記光遺伝学治療を自動的に最適化するように構成され、前記自動最適化は、
組織に埋め込み可能である前記プローブの前記光源により光波を放射して、前記組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させること、
前記プローブの前記センサによって、前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得すること、
前記プローブにより前記分光を分析システムへ送信すること、
前記プローブにより、前記光源用の調整されたパラメータを前記分析システムから受信すること、および
前記プローブの前記コントローラによって、前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射すること
を含む、システム。
【請求項１０】
光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プローブの光源が発光ダイオードである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス幅を調整することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス繰り返し周波数を調整することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波が放射される時間を調整することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波の放射されるパルスの数を調整することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記分析システムは、機械学習を用いて、前記調整されるパラメータを決定する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
プログラム命令が組み込まれているコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータ・プログラム製品であって、前記プログラム命令は処理回路によって、前記処理回路に光遺伝学治療を自動的に最適化させるように実行可能であり、前記自動最適化は、
組織に埋め込み可能であるプローブの光源により光波を放射して、前記組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させること、
前記プローブのセンサによって、前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得すること、
前記プローブにより、前記分光を分析システムへ送信すること、
前記プローブにより、前記光源用の調整されたパラメータを前記分析システムから受信すること、および
前記プローブのコントローラによって、前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射すること
を含む、コンピュータ・プログラム製品。
【請求項１８】
前記光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成されている、請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【請求項１９】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス幅を調整することを含む、請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【請求項２０】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス繰り返し周波数を調整することを含む、請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【請求項２１】
患者に埋め込み可能であるプローブであって、前記プローブは、前記患者の光遺伝学治療を行うように構成され、前記プローブは、
光波を放射して、前記プローブが埋め込まれている組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させるように構成された光源と、
前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得するように構成されたセンサと、
コントローラであって、
前記取得された分光を分析システムへ無線で送信するように、
それに応じて、前記光源用の調整されたパラメータを前記分析システムから受信するように、ならびに
前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射するように
構成された前記コントローラと
を備える、プローブ。
【請求項２２】
前記光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成され、前記センサは複数のセンサを備え、各センサがそれぞれの光源と関連付けられている、請求項２１に記載のプローブ。
【請求項２３】
患者に合わせて光遺伝学治療を自動的に調整するように構成された分析システムであって、前記分析システムは、
メモリと、
前記メモリに結合されたプロセッサ
とを備え、前記プロセッサは、
前記患者に埋め込み可能であるプローブにより無線で送信された、取得された分光を受信するように構成され、前記分光は、前記プローブの光源による光波の放射に応答して前記プローブの光センサによって取得され、前記光波は、放射されて前記患者の１つまたは複数の細胞を活性化し、
前記取得された分光を所定の分光と比較するように構成され、
前記所定の分光と一致しない前記取得された分光に応答して、前記プローブの前記光源の更新されたパラメータの組を決定するように構成され、および
前記更新されたパラメータの組を前記プローブへ送信して、前記細胞を活性化する別の放射を前記光源に生成させるように構成される、
分析システム。
【請求項２４】
前記光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成され、前記センサは複数のセンサを備え、各センサがそれぞれの光源と関連付けられている、請求項２３に記載の分析システム。
【請求項２５】
前記光源の前記設定を調整することが、前記光波のパルス幅、前記光波のパルス繰り返し周波数、前記光波が放射される時間、および前記光波の放射されるパルスの数からなるパラメータの群からの少なくとも１つのパラメータを調整することを含む、請求項２３に記載の分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光遺伝学に関し、より詳細には、光遺伝学治療結果を観察し、フィードバック・ループを使用して治療を調整するために、光遺伝学およびコグニティブ・コンピューティングを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
光遺伝学は、神経科学および神経病理学などの分野において深い洞察を可能にする技法であり、パーキンソン病、てんかん、およびうつ病などの病態における様々な神経および細胞の役割を研究するために使用されてきた。通常、光遺伝学治療では、侵襲的になり得るスコープを使用する。より深い、非侵襲的な適用のためには、光遺伝学を改善する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の実施形態は、プローブおよびプローブ・コントローラを使用する光遺伝学治療を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
プローブおよびプローブ・コントローラを使用して光遺伝学治療を実施するための、例示的なコンピュータで実施される方法の１つまたは複数の実施形態が説明される。プローブ・コントローラはプローブを、組織に埋め込み可能であるプローブの光源から光波を放射して、組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させることを含む方法を実施するように制御する。この方法はさらに、プローブのセンサによって、対応する化学物質と相互作用する光波の分光を取得することを含む。この方法はさらに、プローブから分光を分析システムへ送信することを含む。この方法はさらに、プローブで、光源用の調整されたパラメータを分析システムから受信することを含む。この方法はさらに、プローブのコントローラによって、受信された調整パラメータに応じて光源の設定を調整して、対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射することを含む。
【０００５】
さらに、光遺伝学治療を行うプローブを含むシステムの１つまたは複数の実施形態が説明される。プローブは、光源、センサ、およびコントローラを含む。システムはさらに、光遺伝学治療を自動的に最適化するために、プローブと無線で通信する分析システムを含む。自動最適化は、組織に埋め込み可能であるプローブの光源により光波を放射して、組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させることを含む。最適化はさらに、プローブのセンサによって、対応する化学物質と相互作用する光波の分光を取得することを含む。最適化はさらに、プローブにより分光を分析システムへ送信することを含む。最適化はさらに、プローブにより、光源用の調整されたパラメータを分析システムから受信することを含む。最適化はさらに、プローブのコントローラによって、受信および調整されたパラメータに応じて光源の設定を調整して、対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射することを含む。
【０００６】
さらに、説明される１つまたは複数の実施形態によれば、コンピュータ・プログラム製品が、プログラム命令が組み込まれているコンピュータ可読記憶媒体を含む。プログラム命令は処理回路によって、処理回路に光遺伝学治療を自動的に最適化させるように実行可能である。自動最適化は、組織に埋め込み可能であるプローブの光源により光波を放射して、組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させることを含む。最適化はさらに、プローブのセンサによって、対応する化学物質と相互作用する光波の分光を取得することを含む。最適化はさらに、プローブにより分光を分析システムへ送信することを含む。最適化はさらに、プローブにより、光源用の調整されたパラメータを分析システムから受信することを含む。最適化はさらに、プローブのコントローラによって、受信および調整されたパラメータに応じて光源の設定を調整して、対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射することを含む。
【０００７】
さらに、患者に埋め込み可能であるプローブの１つまたは複数の実施形態が説明され、このプローブにより患者の光遺伝学治療を行う。プローブは、光波を放射して、プローブが埋め込まれている組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させる光源を含む。プローブはさらに、対応する化学物質と相互作用する光波の分光を取得するセンサを含む。プローブはさらに、取得された分光を分析システムへ無線で送信するコントローラを含む。それに応答して、コントローラはさらに、光源用の調整されたパラメータを分析システムから受信する。コントローラはさらに、受信および調整されたパラメータに応じて光源の設定を調整して、対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射する。
【０００８】
さらに、患者に合わせて光遺伝学治療を自動的に調整する分析システムの１つまたは複数の実施形態が説明される。分析システムは、メモリと、メモリに結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、患者に埋め込み可能であるプローブにより無線で送信された、取得された分光を受信し、分光が、プローブの光源による光波の放射に応答してプローブの光センサによって取得され、光波が放射されて患者の１つまたは複数の細胞を活性化する。プロセッサはさらに、取得された分光を所定の分光と比較する。プロセッサはさらに、所定の分光と一致しない取得された分光に応答して、プローブの光源について更新されたパラメータの組を決定する。プロセッサはさらに、更新されたパラメータの組をプローブへ送信して、細胞を活性化する別の放射を光源に生成させる。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明において説明され、あるいはこれに照らして当業者には明らかになるであろう。
【００１０】
本発明、ならびにその好ましい使用のモードとさらなる目的および利点とは、例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読み参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的な光遺伝学システムの図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的なデータ処理システムのブロック図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的なプローブを示す図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態による、光遺伝学プローブを調整することによって光遺伝学治療を実施および最適化するための例示的な操作を略述する流れ図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態による、フィードバック・ループを使用して光遺伝学治療を最適化する例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の様々な実施形態について本明細書では、関連する図面を参照して説明する。本発明の代替実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく考案することができる。様々な連結および位置関係（たとえば、上、下、近傍など）が以下の説明および図面の中の要素間で示される。これらの連結または位置関係あるいはその両方は、特にことわらない限り、直接的であることも間接的であることもあり、本発明はこの点において限定するものではない。したがって、エンティティの結合が直接結合または間接結合のどちらかを指すこともあり、エンティティ間の位置的関係が直接的位置関係であることも間接的位置関係であることもある。さらに、本明細書に記載の様々なタスクおよび方法ステップは、本明細書では詳細に説明されていない追加のステップまたは機能性を有するより包括的な手順または処理に組み込むことができる。
【００１３】
以下の定義および略語は、特許請求の範囲および本明細書の解釈のために使用されるものである。本明細書では、用語の「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する」、「有している」、「含有する」、もしくは「含有している」、または他のこれらの変種は、非排他的な包含を含むものとする。たとえば、一覧の要素を含む構成物、混合物、処理、方法、物品、または装置は、必ずしもこれらの要素だけに限定されず、明白に列挙されていないかまたはこのような構成物、混合物、処理、方法、物品、または装置に固有の、他の要素を含み得る。
【００１４】
加えて、用語の「例示的な」は、本明細書では「１つの例、具体例、または例示としての役割を果たす」という意味で使用される。本明細書に「例示的な」として説明されるいずれの実施形態または設計も、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましい、または有利であると解釈されるものではない。用語の「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」は、１以上の任意の整数、すなわち１、２、３、４などを含むものと理解されてよい。用語の「複数の」は、２以上の任意の整数、すなわち２、３、４、５などを含むものと理解されてよい。用語の「連結」は、間接的「連結」と直接的「連結」の両方を含み得る。
【００１５】
用語の「約」、「実質的に」、「およそ」、およびこれらの様々な変種は、本願の出願の時点で利用可能な機器による特定の量の測定に伴う程度の誤差を含むものとする。たとえば、「約」には、所与の値の±８％もしくは５％、または２％の範囲が含まれ得る。
【００１６】
簡潔にするために、本発明の諸態様を作成または使用することに関連する従来の技法については、本明細書では詳細に説明されることもあれば、されないこともある。特に、本明細書に記載の様々な技術上の機能を実施するための、コンピューティング・システムおよび特定のコンピュータ・プログラムの様々な態様はよく知られている。したがって、簡潔化のために、多くの従来の実施態様の詳細は、本明細書では簡潔にしか言及されないか完全に省略され、よく知られているシステムまたはプロセスあるいはその両方の詳細は提示されることがない。
【００１７】
本明細書では、光遺伝学治療の結果を観察し、フィードバック・ループを使用して治療を調整するために光遺伝学およびコグニティブ・コンピューティングを使用する、技術的解決策について説明する。たとえば、本明細書に記載の技術的解決策には、プローブと、表面増強ラマン・センサと、通信デバイスと、センサの出力を分析し、その分析に応じてプローブの構成を調整するコンピューティング・デバイスとを含む、光遺伝学治療システムが含まれる。センサの出力は、光遺伝学システムによって治療されている患者の１つまたは複数の細胞に対してプローブにより放射された光波の効果を示す。上述のセンサ出力の分析に少なくとも一部は基づいて、コンピューティング・デバイスは、所望の効果が観察されていることを確認し、観察されていない場合には、プローブにより放射されている光波を変更するものなど、プローブの１つまたは複数のパラメータを調整することなどによって、プローブの構成を調整する。すなわち、プローブは、さらなる治療のために別の光波を使用する。１つまたは複数の例では、プローブは、１つまたは複数の光波を放射することができ、調整することで任意の１つまたは複数の光波を変更することができる。そのため、本明細書に記載の技術的解決策は、光遺伝学システムの改善を促進し、慢性痛、うつ、パーキンソン病、嗜癖などの治療を求める患者を治療するために光遺伝学システムを使用しやすくする。
【００１８】
光遺伝学は、体組織の神経細胞などの細胞の膜電圧を調節するために光を使用する、確立された技法である。この光を使用して、興奮性または抑制性の膜電流によって細胞の膜電位を調節する蛋白質の変化を引き起こすことができる。細胞を調節するこの機能は、前臨床試験に役立つことが判明しており、とりわけパーキンソン病、てんかん、慢性痛、嗜癖、およびうつなどの病気の治療に関して多大な可能性を有する。しかし、光遺伝学的制御に使用される現在の技法は、臨床応用にはあまりに侵襲的である。すなわち、光遺伝学は、研究者が身体の一部をこれまでにないほどに研究することを可能にするが、侵襲的であり、さらに光、特に可視光が組織の中に非常に深く進むことができないので限界がある。さらに、光遺伝学システムの技術的難題は、個別に治療に使用される光波のコンフィギュアビリティがないことである。加えて、光遺伝学的解決策には通常、高エネルギー光源によるジュール熱の問題があり、また認知訓練のためのフィードバック・ループがない。
【００１９】
本発明は、低出力光源付きプローブ、表面増強ラマン分光センサ、光遺伝学的結果を調べるためにラマン分光を受け取るコンピューティング・デバイスを使用して光遺伝学を実施するための、新規で有利な方法およびシステムを提供することによって、このような技術的難題その他に対処する。本明細書に記載の技術的解決策は、低出力光源を使用することに基づいて電力消費および加熱を下げやすくし、これによりさらに、光源を細胞および神経により近づけることが可能になる。さらに、細胞まわりの情報を集めるのにラマン分光を使用することで、認知学習ループを形成しやすくなる。１つまたは複数の例では、本明細書に記載の技術的解決策は、患者に最適の治療を表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）フィードバック・システムの分析を通して認知的に学習し、光源に適用するパラメータを最適化して治療結果を改善する。技術的解決策ではこのように学習して光遺伝学システムを使用して行われる療法を調整する。
【００２０】
したがって、典型的な解決策には、患者の体に埋め込まれたプローブを使用し個々の結果に応じて自動的に治療を調整する、低出力光源を用いた光遺伝学によって患者を治療するという技術的難題がある。本明細書に記載の技術的解決策は、患者の体に埋め込まれているプローブ内に発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの光源を使用し、プローブのセンサから結果として得られる分光を分析することで光源のパラメータを制御することによって、上述の技術的難題に対処する。すなわち、本明細書に記載の技術的解決策は、先述の技術的難題に対応する。
【００２１】
本明細書に記載の技術的解決策の例示的な実施形態は、多くの異なるタイプのデータ処理環境において利用できることに留意されたい。例示的な実施形態の特定の要素および機能性を説明する文脈になるように、図１、図２および図３が、例示的な実施形態の諸態様を実現できる例として以下で提示される。図１、図２および図３は単なる例であり、本発明の諸態様または諸実施形態が実現され得る環境に関して、何らかの限定を主張または示唆することを意図するものではないことを理解されたい。図示された環境には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの修正を加えることができる。
【００２２】
図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的な光遺伝学システムの図を示す。システム１００は、患者１０５を治療するために使用されている。システムは、いくつかある構成要素の中で特に、プローブ１１０および分析システム１２０を含む。図示のように、プローブ１１０は患者１０５に埋め込まれる。プローブ１１０は患者１０５の、図１に示された例とは別の場所に埋め込まれてもよいことに留意されたい。さらに、図１の例で示された患者１０５は人間であるが、本明細書に記載の技術的解決策は、動物などの他の患者を治療するために使用されてもよいことに留意されたい。
【００２３】
プローブ１１０は、特にバッテリ１１２、プロセッサ１１４、通信モジュール１１６、およびＳＥＲＳモジュール１１８などの構成要素を含む。バッテリ１１２は、プローブ１１０の他の構成要素に電力を供給する。プロセッサ１１４は、プローブ１１０の動作に関与する。プロセッサ１１４は、マイクロプロセッサか、または１つもしくは複数のコンピュータ実行可能命令を実行しやすくする任意の他のタイプのプロセッサとすることができる。プロセッサ１１４は、データを読み出し／記憶するメモリを含むか、またはそれに結合される。
【００２４】
通信モジュール１１６は、分析システム１２０との通信を容易にする。１つまたは複数の例では、この通信は、所定のプロトコルを使用する無線通信とすることができる。この通信は、ＳＥＲＳモジュール１１８によって取得された１つまたは複数の分光結果を分析システム１２０へ送出することを含み得る。この通信はさらに、ＳＥＲＳモジュール１１８の動作を調整するための１つまたは複数の設定を分析システム１２０から受信することを含み得る。１つまたは複数の例では、通信モジュール１１６は、無線通信およびバッテリ１１２充電用の無線周波（ＲＦ）コイルを含む。
【００２５】
ＳＥＲＳモジュール１１８は、１つまたは複数の光源を含む。１つまたは複数の例では、光源はＬＥＤである。この光源は、光遺伝学に使用される光波を放射する。さらに、ＳＥＲＳモジュール１１８は、光波から結果として得られるＳＥＲＳ分光を取得するセンサを含む。１つまたは複数の例では、プロセッサ１１４は、１つまたは複数の電子回路を動作させて光源を駆動し、ＳＥＲＳモジュール１１８のセンサからのＳＥＲＳ信号を集める。
【００２６】
分析システム１２０は、センサによって取得された分光を受信し、そのデータを分析する。分析システム１２０は、コグニティブ・コンピューティングを用いる機械学習などのデータ分析を使用し、患者１０５に用いられている治療を最適化する。この最適化は、光源により放射されている光波を調整することを含む。分析システム１２０は、患者１０５に埋め込まれているプローブ１１０に、使用するための更新パラメータ値を提示する。ＳＥＲＳモジュール１１８は、それに応じて調整される。このような分析システムからのフィードバックは、患者１０５の治療が自動的に改善されるように所定の頻度で、またはオンデマンドで継続する。
【００２７】
１つまたは複数の例では、分析システム１２０は、携帯型コンピューティング・デバイス（スマートフォン、情報端末、タブレット・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータなど）、サーバ・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータなどのコンピューティング・デバイス、または他のこのようなコンピューティング・デバイスである。
【００２８】
図２は、本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的なデータ処理システムのブロック図である。データ処理システム２００は、図１の分析システム１２０などのコンピュータの一例であり、本発明の例示的な実施形態の処理を実施するコンピュータ使用可能コードまたは命令を置くことができる。
【００２９】
図示の例では、データ処理システム２００は、ノースブリッジおよびメモリ・コントローラ・ハブ（ＮＢ／ＭＣＨ）２０２と、サウスブリッジおよび入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ・ハブ（ＳＢ／ＩＣＨ）２０４とを含むハブ・アーキテクチャを使用する。処理ユニット２０６、主メモリ２０８、およびグラフィック・プロセッサ２１０は、ＮＢ／ＭＣＨ  ２０２に接続される。グラフィック・プロセッサ２１０は、アクセラレーテッド・グラフィック・ポート（ＡＧＰ）を介してＮＢ／ＭＣＨ  ２０２に接続することができる。
【００３０】
図示の例では、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）アダプタ２１２がＳＢ／ＩＣＨ  ２０４に接続している。音声アダプタ２１６、キーボードおよびマウス・アダプタ２２０、モデム２２２、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２２４、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）２２６、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２３０、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートおよび他の通信ポート２３２、ならびにＰＣＩ／ＰＣＩｅデバイス２３４が、バス２３８およびバス２４０を介してＳＢ／ＩＣＨ  ２０４に接続している。ＰＣＩ／ＰＣＩｅデバイスは、たとえば、ノートブック・コンピュータ用のイーサネット・アダプタ、アドイン・カードおよびＰＣカードを含み得る。ＰＣＩは、カード・バス・コントローラを使用するがＰＣＩｅは使用しない。ＲＯＭ  ２２４は、たとえば、フラッシュ基本入出力システム（ＢＩＯＳ）とすることができる。
【００３１】
ＨＤＤ  ２２６およびＣＤ−ＲＯＭドライブ２３０は、バス２４０を介してＳＢ／ＩＣＨ  ２０４に接続している。ＨＤＤ  ２２６およびＣＤ−ＲＯＭドライブ２３０には、たとえば、インテグレーテッド・ドライブ・エレクトロニクス（ＩＤＥ）またはシリアル・アドバンスト・テクノロジ・アタッチメント（ＳＡＴＡ）インターフェースを使用することができる。スーパＩ／Ｏ（ＳＩＯ）デバイス２３６は、ＳＢ／ＩＣＨ  ２０４に接続することができる。
【００３２】
オペレーティング・システムは、処理ユニット２０６上で動作する。オペレーティング・システムは、図２のデータ処理システム２００内の様々な構成要素の制御を整合させ実現する。クライアントとしては、オペレーティング・システムはＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（Ｒ）  Ｗｉｎｄｏｗｓ  ７（Ｒ）などの市販のオペレーティング・システムでよい。Ｊａｖａ（ＴＭ）プログラミング・システムなどのオブジェクト指向プログラミング・システムは、オペレーティング・システムと共に動作することができ、データ処理システム２００上で実行されるＪａｖａ（ＴＭ）プログラムまたはアプリケーションからオペレーティング・システムにコールを提供する。
【００３３】
サーバとしては、データ処理システム２００は、たとえば、アドバンスト・インタラクティブ・エクゼキューティブ（ＡＩＸ（Ｒ））オペレーティング・システムまたはＬＩＮＵＸ（Ｒ）オペレーティング・システムを実行する、ＩＢＭ（Ｒ）ｅＳｅｒｖｅｒ（ＴＭ）Ｓｙｓｔｅｍ  ｐ（Ｒ）コンピュータ・システムでよい。データ処理システム２００は、処理ユニット２０６に複数のプロセッサを含む対称マルチプロセッサ（ＳＭＰ）システムでよい。あるいは、単一プロセッサ・システムが使用されてもよい。
【００３４】
オペレーティング・システムに対する命令、オブジェクト指向プログラミング・システム、およびアプリケーションまたはプログラムは、ＨＤＤ  ２２６などの記憶デバイスに置かれ、処理ユニット２０６によって実行するために主メモリ２０８にロードすることができる。本発明の例示的な実施形態の処理は、処理ユニット２０６によりコンピュータ使用可能プログラム・コードを用いて実行することができ、このプログラム・コードは、たとえば主メモリ２０８、ＲＯＭ  ２２４などのメモリ、または、たとえば１つもしくは複数の周辺デバイス２２６および２３０に置くことができる。
【００３５】
図２に示されたバス２３８またはバス２４０などのバス・システムは、１つまたは複数のバスで構成することができる。当然ながら、バス・システムは、任意のタイプの通信ファブリックまたはアーキテクチャを用いて実現することができ、これらは、ファブリックまたはアーキテクチャに取り付けられた様々な構成要素またはデバイス間のデータ転送を可能にする。図２のモデム２２２またはネットワーク・アダプタ２１２などの通信ユニットは、データを送受信するために使用される１つまたは複数のデバイスを含み得る。メモリは、たとえば、主メモリ２０８、ＲＯＭ  ２２４でも、図２のＮＢ／ＭＣＨ  ２０２に見出されるようなキャッシュでもよい。
【００３６】
その上、データ処理システム２００は、クライアント・コンピューティング・デバイス、サーバ・コンピューティング・デバイス、タブレット・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、電話または他の通信デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）などを含む、いくつかの異なるデータ処理システムの任意の形を取ることができる。いくつかの説明的な例では、データ処理システム２００は、たとえばオペレーティング・システム・ファイルまたはユーザ生成データあるいはその両方を記憶するための不揮発性メモリを提供するようにフラッシュ・メモリを用いて構成される、携帯型コンピューティング・デバイスとすることができる。本質的にデータ処理システム２００は、アーキテクチャ上の制限がない、任意の公知のまたは将来開発されるデータ処理システムでよい。
【００３７】
図３は、本発明の１つまたは複数の実施形態による例示的なプローブを示す。プローブ１１０は、バッテリ１１２、プロセッサ１１４、通信モジュール１１６、およびＳＥＲＳモジュール１１８を含む、前述の１つまたは複数の構成要素と共に示されている。プローブ１１０は、患者１０５内で組織３５０に埋め込まれ、組織３５０由来の細胞３２０（または神経あるいはその両方）が、光遺伝学を用いて治療されることになる。
【００３８】
ＳＥＲＳモジュール１１８は、単一波長ＬＥＤ  ３１０などの１つまたは複数の光源を含む。光源により放射された光波は、光源３１０に隣接しておりかつ放射された光波の方向にある細胞３２０に影響を及ぼす。ＳＥＲＳモジュール１１８はさらに、１つまたは複数のセンサ３３０を含み、各センサ３３０がそれぞれの光源３１０に対応している。センサ３３０は、細胞３２０と相互作用する光波の分光を取得する。センサ３３０は、図３に図示されているように、光波の放射方向に（矢印参照）光源３１０から所定の距離に配置されている。図示のように、使用される光源は、所定の閾値未満の電力を消費するＬＥＤであるので、光源３１０により光波を放射するために生成される熱は組織３０５を害さない。さらに、これによりＳＥＲＳモジュール１１８は、各光源が異なる光波を放射する、多数の光源３１０を含むことが容易になる。
【００３９】
たとえば、放射される光波は、いくつかある属性およびその組み合わせの中で特に、波長、パルス幅、単位時間当たり（たとえば、１日当たり）に送出される波の総数、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）（たとえば、１秒当たりパルス）、および光波が放射される時間、が異なり得る。コントローラ１１４は、各光源３１０のパラメータ構成を記憶し、それに応じて光源３１０に光波を放射するように指示する。パラメータ構成は、プローブ１１０を使用して治療されている症状に基づいて決定される。たとえば、様々な構成により、慢性痛、うつ、パーキンソン病、嗜癖などの様々な症状を治療することができる。
【００４０】
様々な組織３０５が所与の光波に様々に反応するので、第１の患者１０５に対する光波の効果は、第２の患者１０５に対する光波の効果とは異なり得る。細胞３２０に対する光波の効果は、センサ３３０によって取得された分光を用いて観察することができる。光源３１０により光波が放射されるので、この分光は、細胞３２０中の化学物質濃度およびその化学物質に対する効果の分析を容易にする。
【００４１】
したがって、センサ３３０は、細胞３２０に対する光波の効果、およびそのような患者１０５に対する光波の効果を確認するために、分光を取得し分析システム１２０へ送信する。分光は通信モジュール１１６を使用して送信される。１つまたは複数の例では、コントローラ１１４は、分光が取得されるとすぐに通知され、それに応じてコントローラ１１４は、分光を分析システム１２０へ転送するように通信モジュール１１６に指示する。１つまたは複数の例では、分光は、たとえばストリーミング・データとしてリアルタイムで送信される。あるいは、または加えて、分析システム１２０とプローブ１１０の近接度に応じて、コントローラ１１４は、分光をたとえばファイルとして、分光と関連付けられたメタデータと共に記憶する。たとえば、分析システム１２０が携帯型コンピュータ・デバイスである場合、プローブ１１０がたとえばＲＦ通信、近距離無線通信（ＮＦＣ）、または任意の他の短距離通信プロトコルを使用して通信できる所定の範囲の外側へ、分析システムを移動させることができる。分析システム１２０がひとたびプローブ１１０との通信距離内にあることになれば、分析システム１２０は通知を生成し、プローブ１１０へ送信して、顕著な分光データがもしあれば分析システムが受信する用意ができていることを知らせる。あるいは、または加えて、分析システム１２０は、プローブ１１０からデータを受信する所定のスケジュールを有することができる。さらに別の例では、分析システム１２０は、分光データを送信するようにプローブ１１０に要求を送信し、それに応答してプローブ１１０は、最後のそのような転送以来記憶されている分光データを送信する。
【００４２】
分析システム１２０がプローブ１１０に近づいたとき、または分析システム１２０が分光データを受信する用意ができていることを知らせたとき、コントローラ１１４は通信モジュール１１６を起動して、記憶分光データおよび対応するメタデータを転送する。１つまたは複数の例では、メタデータは、分光が取得されたとき、光波が放射されたとき、光波の属性が発出されたときなどの、タイムスタンプを含む。
【００４３】
分析システム１２０は、センサ３３０によって取得されるラマン分光データを分析する。分析システム１２０は、ラマン分光の結果に基づいて光源のパラメータ構成を最適化するために、ニューラル・ネットワークなどの機械学習を使用する。たとえば、分析システム１２０は、分析の結果を、患者１０５がこれまで受けていた光遺伝学治療の予測結果を示す所定の閾値と比較する。たとえば、これらの結果および所定の閾値は、アデノシンのレベル（または量）、チャネルロドプシン蛋白質（ＣｈＲ１、ＣｈＲ２）のレベル、細胞３２０内のドーパミン、セロトニン、および他のこのような化学物質または蛋白質あるいはその両方のレベル、またはこれらの組み合わせを含み得る。機械学習アルゴリズムを、たとえばＩＢＭ（ＴＭ）  ＷＡＴＳＯＮ（ＴＭ）、ＧＯＯＧＬＥ  ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ  ＡＰＩ（ＴＭ）、ＡＬＣＨＥＭＹＡＩ（ＴＭ）などの１つまたは複数のサービス・プロバイダのアプリケーション・プログラミング・インターフェース（ＡＰＩ）を介して使用すると。
【００４４】
機械学習の知見に基づく分析システム１２０は、プローブ１１０の光源３１０のパラメータ構成を自動的に構成する。１つまたは複数の例では、分析システム１２０は、新しいパラメータのセットをプローブ１１０へ通信モジュール１１６を介して送信する。コントローラ１１４は、新しいパラメータのセットを受信すると、それに応じてＳＥＲＳモジュール１１８を更新し、それにより、さらなる変更まで、光波は更新パラメータに応じて放射される。すなわち、患者１０５の光遺伝学治療は、光遺伝学システム１００によって自動的に調整される。
【００４５】
当業者には、図１、図２および図３のハードウェアが実施態様に応じて変わり得ることが理解されよう。フラッシュ・メモリなどの他の内部ハードウェアまたは周辺デバイス、同等の不揮発性メモリ、または光ディスク・ドライブなどが、図１、図２および図３に図示されたハードウェアに加えて、またはその代わりに使用されてもよい。また、図示の実施形態のプロセスは、先述のＳＭＰシステム以外にマルチプロセッサ・データ処理システムに、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく適用することもできる。さらに、本明細書の例ではラマン分光について説明されているが、他の例では、他のタイプの分光が光遺伝学治療を自動的に調整するために取得および分析され得ることに留意されたい。
【００４６】
図４は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、光遺伝学プローブを調整することによって光遺伝学治療を実施および最適化するための例示的な操作を略述する流れ図である。この方法は、ブロック４１０に示されるように、パラメータ構成に応じて、光遺伝学治療のために組織３５０に埋め込まれているＬＥＤなどの低出力光源３１０を使用して光波を放射することを含む。光波は、所定のスケジュールに従って、光源３１０のうちの１つ以上により放射することができる。たとえば、第１の光源３１０の第１のパラメータ構成が、第１の光源３１０がたとえば１日の特定の時間に光波を放射するスケジュールを決定する。第１のパラメータ構成はさらに、第１の光源３１０により放射される光波の波長を決定する。さらに、第１のパラメータ構成は、光波のパルス繰り返し周波数を決定する。第１のパラメータ構成はさらに、第１の光源から放射される光波の各パルスのパルス幅を決定する。第１のパラメータ構成はさらに、放射される光波の各インスタンスに放射されるパルスの数を決定する。１つまたは複数の例では、第２の光源３１０の第２のパラメータ構成が、第１のパラメータ構成と異なっている。そのため、２つの光源は別々の種類の光波を放射する。１つまたは複数の例では、２つの光源３１０は、それぞれのパラメータ構成を使用して同時に動作する。あるいは、２つの光源３１０は順次に動作し、たとえば第２の光源は、第１の光源が光波の放射を完了した後に光波を放射する。パラメータ構成は、１つまたは複数の例では、光源３１０が動作する順序を指示する。放射された光波は、組織３５０の中の、かつプローブ１１０の近傍にある、細胞３２０中の１つまた複数の特定の化学物質または蛋白質あるいはその両方を活性化する。
【００４７】
さらに、この方法は、ブロック４２０に示されるように、光波と組織３５０内の細胞／神経３２０との相互作用の分光を取得することを含む。センサ３３０は、単一波光源によって生成されるラマン分光などの分光を取得する。１つまたは複数の例では、センサ３３０は、組織３５０内の特定の化学物質または蛋白質あるいはその両方に対応する分光を取得するように構成される。たとえば、第１のセンサ３３０はアデノシン分光を取得するように構成され、第２のセンサ３３０はドーパミン分光を取得するように構成され、第３のセンサ３３０はセロトニン分光を取得するように構成される、などである。それに応じて、センサ３３０は、センサ３３０のそれぞれが取得し監視するように構成されている分光と関連付けられた、所定の光波を取得する。
【００４８】
さらに、この方法は、ブロック４３０に示されるように、取得された分光を分析システム１２０へ送信することを含む。本明細書に記載のように、取得された分光データはリアルタイムで、または所定の同期時間に、または分析システム１２０の近接度に基づいてあるいはその組み合わせで、転送される。取得された分光データは無線で転送され、そのため、患者に埋め込まれたプローブ１１０は特定の電線／デバイスに接続されなくてもよく、それゆえに患者１０５は自由に動くことができ、データ転送のために不便をこうむらない。１つまたは複数の例では、データの転送、および治療を最適化する方法は、患者１０５に対し完全に透過的に実行され、患者１０５の活動の邪魔をすることがない。
【００４９】
この方法はさらに、ブロック４４０に示されるように、分光データを分析して、組織３５０内の細胞／神経３２０に対する光遺伝学治療の効果を確認することを含む。本明細書に記載のように、この分析は、機械学習アルゴリズムを用いて、プローブ１１０からの分光データと、光遺伝学治療の所望の効果を示す所定の結果とを比較することを含む。所定の結果とプローブ１１０からの分光データとの差異に基づき、分析システム１２０は、機械学習を用いて、光源３１０により放射される光波をその結果として生じる分光が所定の結果と一致するように変更するための、光源パラメータの調整を決定する。光源３１０のパラメータ構成を改善するために分析システム１２０により使用される機械学習アルゴリズムには、線形回帰、ロジスティック回帰、多変量適応型回帰スプライン（ＭＡＲＳ）、局所推定散布図平滑化（ＬＯＥＳＳ）などの回帰アルゴリズム、または任意の他の回帰ベースのアルゴリズムが含まれる。あるいは、または加えて、機械学習アルゴリズムには、ｋ近傍法（ｋＮＮ）、学習ベクトル量子化（ＬＶＱ）、自己組織化マップ（ＳＯＭ）などのインスタンス・ベースの学習が含まれる。あるいは、または加えて、機械学習には、誤差逆伝播法、ホープフィールド・ネットワークなどの人工ニューラル・ネットワーク（ＡＮＮ）ベースの学習、または任意の他のＡＮＮベースの学習を使用することが含まれ得る。上記は単なる例であり、１つまたは複数の例では、分析システム１２０は、ここに列挙されていない任意の他の機械学習アルゴリズムを使用できることに留意されたい。
【００５０】
この方法はさらに、ブロック４５０に示されるように、更新パラメータ構成を分析システム１２０から受信するプローブ１１０を含む。更新パラメータ構成は、通信モジュール１１６を介して受信される。これに続いて、この方法は、ブロック４６０に示されるように、コントローラ１１４によって光源３１０のパラメータ構成を更新することを含む。この方法は、光源３１０が以前とは異なる光波を放射するように更新パラメータ構成を用いてコントローラ１１４によって継続し、それによって患者１０５の光遺伝学治療を最適化する。パラメータ構成はさらに、本明細書に記載のように更新される。このように、上記の方法では、患者に埋め込まれたプローブの光源により放射される光波を、光源のパラメータを変更することによって調整するためのフィードバック・ループを使用して、光遺伝学治療を自動的に最適化する。
【００５１】
１つまたは複数の例では、分析システム１２０は、更新パラメータをプローブ１１０へ送信する前に、更新パラメータ構成を医師、看護師などの医療実践者へ送信する。分析システム１２０は、医療実践者によって承認された場合にだけ更新パラメータをプローブ１１０へ送信することができる。あるいは、または加えて、分析システム１２０は、更新パラメータがプローブ１１０の所定のパラメータ内にあることを保証する。１つまたは複数の例では、プローブ１１０の所定のパラメータは医療実践者によって設定され、それによりシステムは、更新パラメータが所定の範囲内にある限りは医療実践者の介入または承認なしに自動的に動作する。
【００５２】
図５は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、フィードバック・ループを使用して光遺伝学治療を最適化する例示的な方法の流れ図を示す。この方法は、ブロック５１０に示されるように、分析システム１２０によって分光を患者１０５の体に埋め込まれているプローブ１１０から受信することを含む。本明細書に記載のように、分光データは、プローブ１１０の対応する光源３１０により放射された光波に応答して、プローブ１１０の１つまたは複数のセンサ３３０によって取得される。さらに、この方法は、ブロック５２０に示されるように、分光データを分析して、組織３５０内の細胞／神経３２０に対する光遺伝学治療の効果を確認することを含む。分析システム１２０は、ブロック５３０に示されるように、この分析を実行して分光データと望ましい所定の結果とを比較する。
【００５３】
分光データが望ましい所定の結果と一致する場合、分析システム１２０はプローブ１１０に変更を加えず、この方法は上述のように継続する。分光データが所定の結果と一致しない場合には、分析システム１２０は、ブロック５４０に示されるように、機械学習アルゴリズムを用いてプローブ１１０の光源の更新パラメータ構成を決定する。１つまたは複数の例では、分析システム１２０は、ＡＰＩを使用して機械学習サービスにアクセスし、回帰ベース、インスタンス・ベース、ＡＮＮベースなどの１つまたは複数の機械学習アルゴリズム、または光源３１０の更新パラメータ構成を決定するための任意の他の機械学習アルゴリズムを実行する。
【００５４】
さらに、この方法は、ブロック５５０に示されるように、更新パラメータ構成をプローブ１１０へ送信することを含む。それに応じてプローブ１１０は光源３１０を更新し、それによって、異なる光波が放射されることになり、その結果、センサ３３０によって取得される更新分光データが得られることになる。異なる光波は、患者１０５の組織３５０の細胞／神経３２０と別様に相互作用し、それによって光遺伝学治療を最適化する。
【００５５】
本明細書に記載の技術的解決策は、このように光遺伝学治療の技術的難題に対処し、また、このような技術的難題に、ＬＥＤなどの低出力光源を装備したプローブを患者の体に埋め込むことによって対処する。プローブはさらに、生成または放射されるあるいはその両方の光波を調整するために光源のパラメータを調整できるコントローラを装備し、それによって、患者の細胞または神経あるいはその両方の治療を調整する。１つまたは複数の例では、光波を変更すると、細胞内の化学物質の相互作用または蛋白質濃度あるいはその両方が変化する。
【００５６】
１つまたは複数の例では、コントローラは、プローブの外部にある分析システムからのフィードバックを用いて光源の設定を調整する。プローブは、ＲＦ、ＮＦＣなどのような短距離通信プロトコルなどの低出力通信を使用して分析システムと通信する。プローブは、放射光波から生じプローブ内のセンサによって取得された分光を分析システムへ送信する。分析システムは、機械学習を用いて、分光データと所定の望ましい結果との比較に基づく光源の更新パラメータ（または設定値）を決定する。分析システムは、更新パラメータをプローブへ送信し、このようにして更新パラメータは、光波を変更すること、および光遺伝学治療を最適化することを容易にする。１つまたは複数の例では、分析システムは、スマートフォンなどの携帯できるコンピューティング・デバイスでよい。
【００５７】
したがって、本明細書に記載の技術的解決策は、構成可能かつ最適化可能な携帯型の光遺伝学治療を患者に不便をかけることなく容易にし、プローブと分析システムの間の通信を無線とすることができるので、患者は埋め込まれたプローブを分析システムにプラグ接続しなくてもよい。さらに、プローブが患者の体の中に埋め込まれているので、患者は、たとえば自分の外見について気にしなくてもよい。
【００５８】
本技術的解決策は、統合化の任意の可能な技術的詳細レベルにあるシステム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品あるいはその組み合わせであり得る。コンピュータ・プログラム製品には、プロセッサに本技術的解決策の諸態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有する、コンピュータ可読記憶媒体が含まれ得る。
【００５９】
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスが使用するための命令を保持および記憶できる有形のデバイスとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、それだけには限らないが、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイス、またはこれらの任意の適切な組み合わせでよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには以下のもの、すなわち、携帯型コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、携帯型コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック、フロッピー・ディスク、パンチカードまたは命令が記録された溝の形の隆起構造などの機械的に符号化されたデバイス、および上記の任意の適切な組み合わせが含まれる。本明細書では、コンピュータ可読記憶媒体は、それ自体で、電波または他の自由伝搬する電磁波、導波管または他の伝送媒体を伝播する電磁波（たとえば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または電線を通して伝送される電気信号などの、一時的な信号であると解釈されるべきではない。
【００６０】
本明細書に記載のコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング・デバイス／処理デバイスに、またはネットワーク、たとえば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、広域ネットワークもしくは無線ネットワークあるいはその組み合わせを介して外部コンピュータもしくは外部記憶デバイスに、ダウンロードすることができる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線送信、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバあるいはその組み合わせを含み得る。各コンピューティング・デバイス／処理デバイスのネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受け取り、そのコンピュータ可読プログラム命令を、それぞれのコンピューティング・デバイス／処理デバイスの中のコンピュータ可読記憶媒体に記憶するために転送する。
【００６１】
本技術的解決策の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、集積回路用の構成データ、または１つもしくは複数のプログラム言語の任意の組み合わせで書かれたソース・コードもしくはオブジェクト・コードとすることができ、このプログラム言語には、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラム言語、および「Ｃ」プログラム言語または同様のプログラム言語などの手続き型プログラム言語が含まれる。コンピュー可読プログラム命令は、ユーザのコンピュータ上で全部を、ユーザのコンピュータ上で一部を、スタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして、ユーザのコンピュータ上で一部をかつリモート・コンピュータ上で一部を、またはリモート・コンピュータもしくはサーバ上で全部を実行することができる。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通してユーザのコンピュータと接続することができ、あるいは、この接続を外部のコンピュータと行うことができる（たとえば、インターネット・サービス・プロバイダを用いてインターネット経由で）。いくつかの実施形態では、たとえば、プログラマブル論理回路、フィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本技術的解決策の態様を実行するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路を個人専用にすることによってコンピュータ可読プログラム命令を実行することができる。
【００６２】
本技術的解決策の諸態様が、本技術的解決策の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品の流れ図または方法のブロック図あるいはその両方を参照して本明細書で説明される。流れ図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、および流れ図またはブロック図あるいはその両方のブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実施できることを理解されたい。
【００６３】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、流れ図またはブロック図あるいはその両方のブロック内で指定された機能／動作を実施する手段を作り出すように、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給して１つの機械を生み出すことができる。コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、または特定の方法で機能する他のデバイスあるいはその組み合わせに指示できる、これらのコンピュータ可読プログラム命令はまた、命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が、流れ図またはブロック図あるいはその両方のブロック内で指定された機能／動作の態様を実施する命令を含む製品を備えるように、コンピュータ可読記憶媒体に記憶することもできる。
【００６４】
コンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で実行される命令が、流れ図またはブロック図あるいはその両方のブロック内で指定された機能／動作を実施するように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスにロードして、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置または他のデバイス上で、コンピュータで実施されるプロセスが生じるように実行させることができる。
【００６５】
図の流れ図およびブロック図は、本技術的解決策の様々な実施形態によるシステム、方法およびコンピュータ・プログラム製品の実現可能な実施態様のアーキテクチャ、機能および動作を示す。この関連で、流れ図またはブロック図の各ブロックは、命令のモジュール、セグメントまたは一部分を表すことができ、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む。いくつかの代替実施態様では、ブロック内に示された機能は、図に示された順序から外れて行われることがある。たとえば、連続して示された２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されることがあり、あるいは場合によってブロックが、含まれる機能に応じて逆の順序で実行されることがある。ブロック図または流れ図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図または流れ図あるいはその両方のブロックの組み合わせは、特定の機能または動作を行う、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する、専用ハードウェアによるシステムによって実現できることもまた理解されたい。
【００６６】
第２の動作は、第２の動作が直接または間接的に第１の動作の結果として生じるかどうかに関係なく、第１の動作に「対応して」いると言うことができる。第２の動作は、第１の動作よりもかなり後に起こり、かつ第１の動作になお対応していることがある。同様に、たとえ第１の動作と第２の動作の間に介在動作が行われたとしても、また、たとえ１つまたは複数の介在動作により直接第２の動作が実行されたとしても、第２の動作は第１の動作に対応していると言うことができる。たとえば、第１の動作でフラグが立てられ、第３の動作がその後、フラグが立てられたときにいつも第２の動作を起動する場合、第２の動作は第１の動作に対応していることがある。
【００６７】
用法を明確にし、ここで公開すると、句の「＜Ａ＞、＜Ｂ＞、．．．および＜Ｎ＞のうちの少なくとも１つ」、あるいは「＜Ａ＞、＜Ｂ＞、．．．＜Ｎ＞のうちの少なくとも１つ、またはこれらの組み合わせ」、あるいは「＜Ａ＞、＜Ｂ＞、．．．または＜Ｎ＞あるいはその両方」は、最も広い意味に解釈されるべきであり、それとは反対に明確に主張されていない限り、以上または以下で暗に示される他のいずれの定義にも取って代わって、Ａ、Ｂ、．．．およびＮを含む群から選択された１つまたは複数の要素を意味する。言い換えると、これらの句は、いずれか１つの要素だけ、あるいは、列挙されていない追加の要素もまた合わせて含み得る他の要素のうちの１つ以上と組み合わせた１つの要素を含む、要素Ａ、Ｂ、．．．またはＮのうちの１つ以上からなる任意の組み合わせを意味する。
【００６８】
本明細書に例示された、命令を実行する任意のモジュール、ユニット、コンポーネント、サーバ、コンピュータ、端末またはデバイスは、記憶媒体、コンピュータ記憶媒体などのコンピュータ可読媒体、または、たとえば磁気ディスク、光ディスク、もしくはテープなどのデータ記憶デバイス（取り外し可能または取り外し不可能あるいはその両方）を含むことができるか、さもなければこれらにアクセスできることもまた理解されたい。コンピュータ記憶媒体には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラム・モジュール、または他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実装される、揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不可能な媒体が含まれ得る。このようなコンピュータ記憶媒体は、デバイスの一部であっても、デバイスにアクセス可能または接続可能であってもよい。本明細書に記載のいずれのアプリケーションまたはモジュールも、このようなコンピュータ可読媒体によって記憶できるか別様に保持できる、コンピュータ可読／実行可能命令を使用して実施することができる。
【００６９】
本明細書にある技術的特徴の様々な実施形態についての説明は、例示を目的として提示されているが、網羅的であること、または開示された実施形態に限定されることを意図するものではない。記載された実施形態の範囲および趣旨から逸脱しない多くの修正および変形が当業者には明らかであろう。本明細書で使用された術語は、諸実施形態の原理、実際的な適用もしくは市場で見出される技術を超える技術的改善を最善に説明するように、または他の当業者が本明細書に開示された実施形態を理解できるように選択された。
【図１】
2021502138.tif 000003
【図２】
2021502138.tif 000004
【図３】
2021502138.tif 000005
【図４】
2021502138.tif 000006
【図５】
2021502138.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月11日(2020.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光遺伝学治療を行うように構成されたプローブと、前記プローブと無線で通信するように構成された分析システムとを備えるシステムであって、前記プローブは、
光源と、
センサと、
コントローラと、
を備え、前記システムは、前記光遺伝学治療を自動的に最適化するように構成され、前記自動最適化は、
組織に埋め込み可能である前記プローブの前記光源により光波を放射して、前記組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させること、
前記プローブの前記センサによって、前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得すること、
前記プローブにより前記分光を分析システムへ送信すること、
前記プローブにより、前記光源用の調整されたパラメータを前記分析システムから受信すること、および
前記プローブの前記コントローラによって、前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射すること
を含む、システム。
【請求項２】
光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プローブの光源が発光ダイオードである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス幅を調整することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波のパルス繰り返し周波数を調整することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光源の前記設定を調整することは、前記光波が放射される時間を調整することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記光源の前記設定を調整することは、放射される前記光波のパルスの数を調整することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記分析システムは、機械学習を用いて、前記調整されるパラメータを決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
患者に埋め込み可能であるプローブであって、前記プローブは、前記患者の光遺伝学治療を行うように構成され、前記プローブは、
光波を放射して、前記プローブが埋め込まれている組織内の１つまたは複数の細胞中の対応する化学物質と相互作用させるように構成された光源と、
前記対応する化学物質と相互作用する前記光波の分光を取得するように構成されたセンサと、
コントローラであって、
前記取得された分光を分析システムへ無線で送信するように、
それに応じて、前記光源用の調整されたパラメータを前記分析システムから受信するように、ならびに
前記受信および調整されたパラメータに応じて前記光源の設定を調整して、前記対応する化学物質と相互作用する別の光波を放射するように
構成された前記コントローラと
を備える、プローブ。
【請求項１０】
前記光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成され、前記センサは複数のセンサを備え、各センサがそれぞれの光源と関連付けられている、請求項９に記載のプローブ。
【請求項１１】
患者に合わせて光遺伝学治療を自動的に調整するように構成された分析システムであって、前記分析システムは、
メモリと、
前記メモリに結合されたプロセッサ
とを備え、前記プロセッサは、
前記患者に埋め込み可能であるプローブにより無線で送信された、取得された分光を受信するように構成され、前記分光は、前記プローブの光源による光波の放射に応答して前記プローブの光センサによって取得され、前記光波は、放射されて前記患者の１つまたは複数の細胞を活性化し、
前記取得された分光を所定の分光と比較するように構成され、
前記所定の分光と一致しない前記取得された分光に応答して、前記プローブの前記光源の更新されたパラメータの組を決定するように構成され、および
前記更新されたパラメータの組を前記プローブへ送信して、前記細胞を活性化する別の放射を前記光源に生成させるように構成される、
分析システム。
【請求項１２】
前記光源は複数の光源を備え、各光源が、それぞれの化学物質と関連付けられた対応する光波を放射するように構成され、前記センサは複数のセンサを備え、各センサがそれぞれの光源と関連付けられている、請求項１１に記載の分析システム。
【請求項１３】
前記光源の前記設定を調整することが、前記光波のパルス幅、前記光波のパルス繰り返し周波数、前記光波が放射される時間、および放射される前記光波のパルスの数からなるパラメータの群からの少なくとも１つのパラメータを調整することを含む、請求項１１に記載の分析システム。
【国際調査報告】
2021502138.tif 000008
2021502138.tif 000009