(57)【要約】本発明の開示内容は、患者の神経機能の変化を治療するか、又はそれ以外にその変化をもたらす頭蓋内電気刺激のためのいくつかの方法及び装置を説明する。本発明による方法のいくつかの実施形態は、神経活動の永続的な変化を強化するか、又はそうでなければその永続的な変化を誘導し、特定の神経機能をもたらすことに関する。神経活動におけるこのような永続的変化は、「神経可塑性」と定義される。本発明による方法を用いて、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）、及び／又は脳障害（例えば、てんかん、うつ病など）を治療することができる。本発明による方法はまた、正常で健康な脳の神経機能（例えば、学習、記憶など）を強化するか、又は感覚機能（例えば痛み）を制御するために用いることができる。本発明による方法のいくつかの実施形態は、神経可塑性が生じている刺激部位において脳を電気的に刺激する。この刺激部位は、神経活動が脳の機能組織に従って特定の神経機能を実行するために一般的に存在する脳の領域とは異なる場合がある。神経機能に関連する神経可塑性が脳に生じる一実施形態では、本方法は、このような神経可塑性が存在する位置を識別する段階を含むことができる。神経可塑性が脳に生じない代替実施形態では、代替の態様は、神経可塑性が生じると予想される刺激部位に神経可塑性を誘導するためのものである。刺激部位での意図した神経活動に対して永続的な効果を生み出すと期待されるこれらの方法のいくつかの実施形態は、刺激部位での神経細胞の静止膜電位を閾値下レベルまで上昇させる電気パルスを使用する。【選択図】図２６
2004538041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の脳の領域に電気刺激を加えるための装置であって、
少なくとも部分的に患者の頭蓋内で患者の中に埋め込まれるように構成された埋込み可能な支持部材と、
該支持部材に支持されたパルスシステムと、
該パルスシステムに結合され、該支持部材により支持された第１の電極と、
該第１の電極から間隔を置いて配置され、該パルスシステムに結合されて、該支持部材により支持された第２の電極と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記支持部材は、頭蓋に取付け可能な取付け要素と、該取付け要素に支持され、前記第１及び第２の電極を支持するハウジングとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記取付け要素は、メッシュを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記取付け要素は、プレートを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記支持部材は、メッシュである取付け要素と、該取付け要素に取り付けられた近位側、前記第１及び第２の電極が取り付けられた遠位側、及び前記パルスシステムが収容された空洞を有するハウジングとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記支持部材は、頭蓋に取り付けるための取付け要素と、該取付け要素に取り付けられた近位側、前記第１及び第２の電極が取り付けられた遠位側、及び前記パルスシステムが収容された空洞を有し、頭蓋の穴に埋め込まれるように構成されたハウジングとを含み、
該ハウジングの深さは、約１〜２ｃｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記支持部材は、頭蓋と脳の硬膜又は軟膜表面との間に位置決めされるように構成された圧縮性部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に電源及びパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内にパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した放送エネルギのパルスを受信するための受信装置と、該放送エネルギを前記支持部材内で電気パルスに変換するためのパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した磁気エネルギのパルスを受信するための磁気ピックアップコイルを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、ＲＦエネルギを受信することができるアンテナと該アンテナに結合されたパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２の電極は、脳の軟膜表面に接して又は少なくとも軟膜表面に近接して位置決めされるための、前記支持部材の遠位表面における導電要素であり、
該第１の電極は、ほぼ円形の形状を有し、該第２の電極は、該第１の電極を取り囲むほぼ円形の形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の電極は、脳の軟膜表面に接して又は少なくとも軟膜表面に近接して位置決めされるための、前記支持部材の遠位表面における導電要素であり、
該第１の電極は、該遠位表面の第１の区域の第１の導電パッドにより形成され、該第２の電極は、該遠位表面の第２の区域の第２の導電パッドにより形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記パルスシステムに結合された第３の電極と第４の電極とを更に含み、
前記第１、第２、第３、及び第４の電極は、脳の軟膜表面に接して又は少なくとも軟膜表面に近接して位置決めされるための、前記支持部材の遠位表面における導電要素である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１、第２、第３、及び第４の電極間に選択的に電場を発生させるために、該電極と前記パルスシステムとの間に結合された複数のスイッチを有するスイッチ回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２の電極は、脳の皮質領域又は脳深部領域内に貫入するための、前記支持部材の遠位表面から突出した埋込み可能ピンを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記支持部材に支持され、前記第１及び第２電極に結合された機械的バイアス要素を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記バイアス要素は、圧縮性発泡体を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記バイアス要素は、バネを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記バイアス要素は、膨張可能な袋を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記ハウジングは、内部表面を有し、前記第１及び第２の電極は、該内部表面で露出するように該ハウジングにより支持され、
該内部表面の最大寸法は、４ｃｍを超えない、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記ハウジングは、内部表面を有し、前記第１及び第２の電極は、該内部表面で露出するように該ハウジングにより支持され、
該内部表面の最大寸法は、約１〜２ｃｍを超えない、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記ハウジングは、頭蓋から離れる方向に向くように構成された外側表面と、脳の方向に向くように構成された内部表面とを有し、
該内部表面の最大寸法は、約１〜２ｃｍを超えず、該外側表面と該内部表面との間の前記ハウジングの深さは、約１〜２ｃｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
患者の脳の領域に電気刺激を加えるための装置であって、
患者の頭蓋に近接して患者の中に埋め込まれるように構成され、頭蓋に固定するための取付け要素を含む埋込み可能支持部材と、
該支持部材に支持されたパルスシステムと、
該パルスシステムに結合された、該支持部材の第１の領域の第１の電極と、
該パルスシステムに結合され、該第１の電極から間隔を置いて配置された、該支持部材の第２の領域の第２の電極と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２６】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に電源及びパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内にパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した放送エネルギのパルスを受信するための受信装置と、該放送エネルギを前記支持部材内で電気パルスに変換するためのパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含む、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した磁気エネルギのパルスを受信するための磁気ピックアップコイルを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、ＲＦエネルギを受信することができるアンテナと該アンテナに結合されたパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記支持部材に支持され、前記第１及び第２電極に結合された機械的バイアス要素を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
患者の脳の領域に電気刺激を加えるための装置であって、
患者の頭蓋に近接して患者の中に埋め込まれるように構成された埋込み可能支持部材と、
前記支持部材に支持されたパルスシステムと、
該支持部材内で該パルスシステムと直接に結合された、該支持部材の第１の領域の第１の電極と、
該支持部材内で該パルスシステムと直接に結合され、該第１の電極から間隔を置いて配置された、該支持部材の第２の領域の第２の電極と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項３３】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に電源及びパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内にパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した放送エネルギのパルスを受信するための受信装置と、該放送エネルギを前記支持部材内で電気パルスに変換するためのパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した磁気エネルギのパルスを受信するための磁気ピックアップコイルを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、ＲＦエネルギを受信することができるアンテナと該アンテナに結合されたパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３８】
前記支持部材に支持され、前記第１及び第２電極に結合された機械的バイアス要素を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
患者の脳の皮質領域に電気刺激を加えるための装置であって、
患者の頭蓋に近接して患者の中に埋め込まれるように構成された埋込み可能支持部材と、
該支持部材に支持された、弾性的に変形可能な機械的バイアス要素と、
第１の電極及び第２の電極と、
を含み、
該バイアス要素が、該第１及び第２の電極を患者の脳に押し付けるように構成された、
ことを特徴とする装置。
【請求項４０】
前記バイアス要素は、圧縮性発泡体を含むことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記バイアス要素は、バネを含むことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記バイアス要素は、膨張可能な袋を含むことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
前記支持部材により支持されたパルスシステムを更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４４】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に電源及びパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内にパルス発生装置を含む、
ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した放送エネルギのパルスを受信するための受信装置と、該放送エネルギを前記支持部材内で電気パルスに変換するためのパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含む、
ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４７】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、外部パルス発生装置が発生した磁気エネルギのパルスを受信するための磁心の周りに巻きつけた磁気ピックアップコイルを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４８】
前記支持部材は、頭蓋内に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された、空洞を有するハウジングを含み、
前記パルスシステムは、該ハウジングの該空洞内に、ＲＦエネルギを受信することができるアンテナと該アンテナに結合されたパルス形成装置とを有するパルス供給システムを含み、
前記第１及び第２の電極は、前記ハウジング内で前記パルスシステムと電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４９】
電源と、パルス発生装置と、パルス送信器とを有する外部コントローラを更に含み、
該外部コントローラは、ケーブルにより前記電極と電気的に結合された、
ことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項５０】
電源と、パルス発生装置と、パルス送信器とを有し、放送エネルギのパルスを発生する外部コントローラと、
該外部コントローラとは別に前記支持部材により支持され、該外部コントローラからの該放送エネルギを対応する電気パルスに変換することができるパルスシステムと、
を更に含み、
前記電極が、該パルスシステムに結合された、
ことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項５１】
患者の脳の皮質領域に電気刺激を加えるための装置であって、
患者の頭蓋に近接して患者の中に埋め込まれるように構成された埋込み可能支持部材と、
該支持部材内のパルスシステムと、
該支持部材に支持されたバイアス要素と、
該バイアス要素に取り付けられ、該パルスシステムと電気的に結合された電極と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項５２】
前記支持部材、前記パルスシステム、前記バイアス要素、及び前記電極の合計重量は、３５ｇを超えないことを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記支持部材及び前記パルスシステムが占める容積は、２０立方センチメートルを超えないことを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
患者の脳の第１の位置に関連する患者の神経機能をもたらすための装置であって、
脳の第１の位置から離れて意図した神経活動を発生させることに応答して意図した神経活動が存在する脳の領域を判断することにより、刺激部位を識別することができる診断システムと、
該刺激部位に埋め込まれるように構成された電極と、該電極に電位をもたらすパルス発生装置とを含む刺激システムと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項５５】
前記診断システムは、神経活動を判断することができる画像化装置を含むことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記診断システムは、機能「ＭＲＩ」装置を含むことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５７】
前記刺激システムは、前記パルス発生装置が前記電極と直接に結合された一体化ユニットを含み、
該一体化ユニットは、患者の頭蓋に隣接して、及び／又は、患者の頭蓋内に埋め込まれるように構成される、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
前記刺激システムは、可撓性の基板、該基板の一区域上の第１の電極、及び該基板の別の区域上の第２の電極を有し、
該可撓性の基板は、頭蓋の小さな穴を通して該電極を挿入するための挿入構成と、該第１及び第２の電極を少なくとも患者の皮質に近接して位置決めするための、該挿入構成よりも大きい配置構成との間を移動する、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
前記診断システムは、神経機能に関連する電気生理学的信号を発生させるための閾値を感知することができるセンサを含み、
前記パルス発生装置は、該センサにより判断された閾値よりも低い電位を前記電極に印加するように構成される、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項６０】
患者の脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を治療するための装置であって、
脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を補償するために神経活動が起こると予想される脳の皮質領域で刺激部位を選択することができる診断システムと、
第１の電極及び第２の電極を有し、該第１の電極が該刺激部位の第１の区域にあり、該第２の電極が該刺激部位の第２の区域にあるように、皮質領域の軟膜に近接して患者に埋め込まれるように構成された刺激システムと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項６１】
前記診断システムは、神経活動を判断することができる画像化装置を含むことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記診断システムは、機能「ＭＲＩ」装置を含むことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６３】
前記刺激システムは、前記パルス発生装置が前記第１及び第２の電極と直接に結合された一体化ユニットを含み、
該一体化ユニットは、患者の頭蓋に隣接して、及び／又は、患者の頭蓋内に埋め込まれるように構成される、
ことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６４】
前記刺激システムは、可撓性の基板を有し、前記第１及び第２の電極は、該基板により支持され、
該可撓性の基板は、頭蓋の小さな穴を通して該電極を挿入するための挿入構成と、該第１及び第２の電極を患者の皮質に近接して位置決めするための、該挿入構成よりも大きい配置構成との間を移動する、
ことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６５】
前記診断システムは、神経機能に関連する電気生理学的信号を発生させるための閾値を感知することができるセンサを含み、
前記パルス発生装置は、該センサにより判断された閾値よりも低い電位を前記第１及び第２の電極に印加するように構成される、
ことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６６】
患者の脳の神経機能を治療するための装置であって、
患者の脳の皮質領域における刺激部位の細胞に反応を引き起こすための電気刺激閾値を判断する診断システムと、
第１の電極と、第２の電極と、該第１及び第２の電極に結合されたコントローラとを有し、該第１及び第２の電極が、患者の脳の軟膜に近接して埋め込まれるように構成され、該コントローラが、該第１及び第２の電極の間に前記刺激閾値よりも低い強度で電気刺激を印加するように構成された刺激システムと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項６７】
前記刺激システムは、前記パルス発生装置が前記第１及び第２の電極と直接に結合された一体化ユニットを含み、
該一体化ユニットは、患者の頭蓋に隣接して、及び／又は、患者の頭蓋内に埋め込まれるように構成される、
ことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記刺激システムは、可撓性の基板を有し、前記第１及び第２の電極は、該基板により支持され、
該可撓性の基板は、頭蓋の小さな穴を通して該第１及び第２の電極を挿入するための挿入構成と、該第１及び第２の電極を患者の皮質と係合させるための、該挿入構成よりも大きい配置構成との間を移動する、
ことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項６９】
患者の脳の第１の位置に関連する患者の神経機能をもたらす方法であって、
意図した神経活動を第１の位置から離れて発生させる段階と、この発生させた神経活動が存在する脳の領域を判断する段階とにより刺激部位を識別する段階と、
該刺激部位に少なくとも第１の電極を位置決めする段階と、
電流を該第１の電極を通して流すために電位を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７０】
前記神経機能は、脳の前記第１の領域に対する脳損傷により影響を受けており、
前記意図した神経活動を発生させる段階は、脳に送られる信号を引き起こす該神経機能に対する入力を付加する段階を含み、
該発生させた神経活動が存在する脳の領域を判断する段階は、脳に送られた該信号に応答して発生する該神経活動を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記神経機能は、身体部分の使用を制御し、該神経機能に対する入力を付加する段階は、該身体部分を動かす段階を含むことを特徴とする請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記神経機能は、身体部分の使用を制御し、該神経機能に対する入力を付加する段階は、該身体部分に末梢電気刺激を加える段階を含むことを特徴とする請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
神経活動を検出する段階は、脳を画像化する段階を含むことを特徴とする請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
神経活動を検出する段階は、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含むことを特徴とする請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記神経機能は、身体部分の使用を制御し、
該神経機能に対する入力を付加する段階は、該身体部分を動かす段階を含み、
神経活動に関して脳を画像化する段階は、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含む、
ことを特徴とする請求項７０に記載の方法。
【請求項７６】
刺激部位を識別する段階は、脳に送られる信号を引き起こす前記神経機能に対する入力を付加する段階を含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７７】
前記神経機能は、身体部分の使用を制御し、該神経機能に対する入力を付加する段階は、該身体部分を動かす段階を含むことを特徴とする請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記神経機能は、身体部分の使用を制御し、該神経機能に対する入力を付加する段階は、該身体部分に末梢電気刺激を加える段階を含むことを特徴とする請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記神経機能は、脳の前記第１の領域での損傷、疾患、及び／又は障害により影響を受けており、
前記意図した神経活動を発生させる段階は、脳に送られる信号を引き起こす該神経機能をもたらすための末梢入力を患者に付加する段階を含み、
該発生させた神経活動が存在する脳の領域を判断する段階は、脳に送られた該信号に応答した神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８０】
前記発生させた神経活動が存在する脳の領域を判断する段階は、該発生させた神経活動が起こる前記第１の位置とは異なる脳内の位置を判断する段階を含むことを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記発生させた神経活動が存在する脳の領域を判断する段階は、前記神経機能の変化に対応して神経活動の変化が発生する位置を判断する段階を含むことを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
前記刺激部位に少なくとも第１の電極を位置決めする段階は、該刺激部位に第１及び第２の電極を位置決めする段階と、該第１及び第２の電極の少なくとも一方を脳の表面に対して弾力的に付勢する段階とを含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８３】
前記刺激部位に少なくとも第１の電極を位置決めする段階は、該刺激部位に第１及び第２の電極を位置決めする段階と、該第１及び第２の電極の少なくとも一方を軟膜に対して弾力的に付勢する段階とを含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８４】
前記第１の電極と直接に結合された一体化パルスシステムを有する刺激装置を、該刺激装置が患者の頭蓋に隣接して及び／又は患者の頭蓋内にあるように埋め込む段階を更に含み、
前記第１の電極を位置決めする段階は、該第１の電極を少なくとも軟膜に近接して配置する段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８５】
前記第１の電極と直接に結合された一体化パルスシステムを有する刺激装置を、該刺激装置が患者の頭蓋に隣接して及び／又は患者の頭蓋内にあるように埋め込む段階を更に含み、
前記第１の電極を位置決めする段階は、該第１の電極を脳の皮質の中に挿入する段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８６】
電位を印加する段階は、前記第１の電極と第２の電極との間に±１ｍＶから±１０Ｖの電圧をかける段階を含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８７】
電位を印加する段階は、２から１０００Ｈｚで電気パルスを発生させる段階を含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８８】
前記刺激部位の細胞に対する活動電位を発生するための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、活動電位を発生するための該閾値よりも低い閾値下電圧をかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項８９】
前記刺激部位の細胞に対する活動電位を発生するための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、活動電位を発生するための該閾値よりも約１０〜４０％低い閾値下電圧を前記第１の電極と第２の電極との間にかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９０】
前記神経機能に関連する電気生理学的信号を発生するための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、電気生理学的信号を発生するための該閾値よりも低い閾値下電圧を前記第１の電極と第２の電極との間にかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９１】
前記刺激部位の細胞に対する電気生理学的信号を発生するための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、電気生理学的信号を発生するための該閾値よりも２０〜５０％低い閾値下電圧を前記第１の電極と第２の電極との間にかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９２】
前記神経機能を引き出すための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、該神経機能を引き出す該閾値よりも低い閾値下電圧を前記第１の電極と第２の電極との間にかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９３】
前記神経機能を引き出すための閾値を確定する段階を更に含み、
電位を印加する段階は、該神経機能を引き出すための該閾値よりも３０〜６０％低い閾値下電圧を前記第１の電極と第２の電極との間にかける段階を含む、
ことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９４】
前記神経機能により制御される身体部分の運動機能及び／又は感覚機能は、脳の第１の領域に対する脳損傷により影響を受けており、
前記第１の電極と第２の電極との間に前記電位を印加する段階の間又はその直後に、前記影響を受けた身体部分に物理療法を行う段階、
を更に含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９５】
前記神経機能により制御される身体部分の運動機能及び／又は感覚機能は、脳の第１の領域に対する脳損傷により影響を受けており、
前記第１の電極と第２の電極との間に前記電位を印加する段階の間に脳を薬学的に刺激する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項９６】
脳内の第１の位置に関連する患者の脳の神経機能をもたらす方法であって、
神経活動が脳の第１の位置における神経機能の変化に応答して変化した、脳内及び／又は脳上の刺激部位を識別する段階と、
該刺激部位に第１の電極を位置決めする段階と、
該刺激部位に第２の電極を位置決めする段階と、
該第１及び第２の電極の間に電位を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９７】
刺激部位を識別する段階は、脳の皮質を画像化する段階を含むことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
刺激部位を識別する段階は、
機能「ＭＲＩ」を用いて、前記神経機能に関連する神経活動を示す脳の第１の画像を撮る段階と、
前記脳の第１の画像を撮った後に、機能「ＭＲＩ」を用いて、前記神経機能に関連する神経活動を示す脳の第２の画像を撮る段階と、
該神経機能に関連する該神経活動の変化を比較する段階と、
を含むことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項９９】
前記神経機能の実行に関連する脳内の神経活動を発生させると期待される末梢入力を患者に付加する段階を更に含むことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１００】
前記神経機能を実行する脳内の神経活動を発生させると期待される末梢入力を患者に付加する段階、
を更に含み、
刺激部位を識別する段階は、該末梢入力を付加する段階の前に、神経活動を示す脳の第１の画像を撮る段階と、該末梢入力を付加する間に、神経活動を示す脳の第２の画像を撮る段階と、該第１及び第２の画像間で脳内の神経活動の変化を比較する段階とを含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０１】
前記神経機能に対する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳内の前記第１の位置で発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置と異なる脳内の第２の位置で前記神経機能に対する神経活動を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０２】
前記神経活動を検出する段階は、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階と、前記第２の位置で神経活動をモニタする段階とを含むことを特徴とする請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記神経機能は、仕事を学習することを制御し、該神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置で発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の該第１の位置での前記神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０４】
前記神経活動の変化を検出する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含むことを特徴とする請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記神経機能は、仕事を学習することを制御し、該神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置で発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０６】
前記神経活動の変化を検出する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含むことを特徴とする請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記脳の第１の領域は、疾患により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、前記第１の領域に隣接する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記脳の第１の領域は、疾患により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経機能に関連する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記脳の第１の領域は、脳損傷により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、前記第１の領域に隣接する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１１０】
前記脳の第１の領域は、脳損傷により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経機能に関連する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項１１１】
患者の脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を治療する方法であって、
神経活動が脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を補償するために発生すると予想される脳の皮質領域で刺激部位を選択する段階と、
該皮質領域の軟膜に近接して該刺激部位の第１の区域に第１の電極を位置決めする段階と、
該皮質領域の軟膜に近接して該刺激部位の第２の区域に第２の電極を位置決めする段階と、
該第１及び第２の電極の間に電位を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１２】
前記神経機能は、一般的に、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の領域での神経活動により遂行され、
刺激部位を選択する段階は、該神経機能を実行するための神経活動が存在すると予想される、該第１の領域から間隔を置いて配置された脳の第２の領域の位置を推定する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記刺激部位を選択する段階は、前記神経機能を実行するための神経可塑性が生じると予想される位置を判断する段階を含み、
電位を印加する段階は、該神経機能に関連する神経活動に関して脳を画像化することなく、前記第１及び第２の電極に亘って電気パルスを加える段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１４】
前記刺激部位を選択する段階は、前記脳の第１の位置に隣接する位置を判断する段階を含むことを特徴とする請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１５】
支持部材と、該支持部材に支持されたパルスシステムと、該支持部材の内部表面に第１及び第２の電極を含む電極アセンブリとを有する装置を用いて患者の脳の神経機能を治療する方法であって、
該パルスシステムを頭蓋に近接して位置決めすると共に、該第１及び第２の電極を患者の脳上及び／又は脳内の刺激部位に近接して位置決めするために、該支持部材を患者の頭蓋に近接して患者に埋め込む段階と、
該刺激部位の前記第１及び第２の電極の間に電位を印加するように前記パルスシステムを制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１６】
支持部材と、該支持部材に支持されたパルスシステムと、該支持部材の内部表面に第１及び第２の電極を含む電極アセンブリとを有する装置を用いて患者の脳の神経機能を治療する方法であって、
第１及び第２の電極を第１の皮質位置で患者の脳の軟膜に少なくとも近接して位置決めするために、支持部材を患者の頭蓋に近接して埋め込む段階と、
該第１の皮質領域で該第１及び第２の電極を患者の脳の硬膜又は軟膜の一方に対して弾力的に押し付けるために、該支持部材及び／又は該第１及び第２の電極を機械的に付勢する段階と、
脳の該第１の皮質領域における該第１及び第２の電極の間に電位を印加するために、該第１及び第２の電極に結合されたパルス発生装置を制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１７】
脳の第１の皮質領域において刺激部位を選択する段階と、
該刺激部位の細胞に反応を引き起こすための電気刺激閾値を判断する段階と、
脳の該第１の皮質領域の軟膜に近接した第１及び第２の電極間に、該刺激閾値よりも低い強度で電気刺激を加える段階と、
含むことを特徴とする、患者の脳の神経機能を治療する方法。
【請求項１１８】
前記神経機能の変化に応答して神経活動が変化した場所を判断することにより前記刺激部位を識別する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
刺激部位を識別する段階は、
機能「ＭＲＩ」を用いて前記神経機能に関連する神経活動を示す脳の第１の画像を撮る段階と、
脳の該第１の画像を撮った後に、機能「ＭＲＩ」を用いて該神経機能に関連する神経活動を示す脳の第２の画像を撮る段階と、
該神経機能に関連する該神経活動の変化を比較する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記神経機能を実行することに関連する前記神経活動を脳に発生すると予想される末梢入力を患者に付加する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２１】
前記神経機能を実行する前記神経活動を脳に発生するように設計された末梢入力を患者に付加する段階、
を更に含み、
刺激部位を識別する段階は、該末梢入力を付加する前に神経活動を示す脳の第１の画像を撮る段階、該末梢入力を付加する間に神経活動を示す脳の第２の画像を撮る段階、及び、該第１及び第２の画像間で脳の神経活動の変化を比較する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２２】
前記神経機能に対する神経活動は、脳の既知の機能組織により脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置とは異なる脳の第２の位置で該神経機能に対する神経活動を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２３】
前記神経活動を検出する段階は、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階、及び、前記第２の位置の神経活動をモニタする段階を含むことを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
前記神経機能は、仕事を学習することを制御し、該神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置で発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の該第１の位置での前記神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２５】
前記神経活動の変化を検出する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含むことを特徴とする請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
前記神経機能は、仕事を学習することを制御し、該神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置で発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２７】
前記神経活動の変化を検出する段階は、患者が仕事を学習する間に、脳の機能「ＭＲＩ」画像を撮る段階を含むことを特徴とする請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
前記脳の第１の領域は、疾患により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、前記第１の領域に隣接する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２９】
前記脳の第１の領域は、疾患により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経機能に関連する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１３０】
前記脳の第１の領域は、脳損傷により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、前記第１の領域に隣接する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１３１】
前記脳の第１の領域は、脳損傷により影響を受け、前記神経機能に関連する神経活動は、脳の既知の機能組織に従って脳の前記第１の位置に発生すると予想され、
前記刺激部位を識別する段階は、該第１の位置と異なる第２の位置での前記神経機能に関連する神経活動の変化を検出する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１３２】
前記電位を印加する段階は、該電位を受ける神経細胞の静止膜電位の上昇を引き起こす段階を含むことを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１３３】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の１０％〜９５％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含むことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の１０％〜９５％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含み、
該電位は、約４０〜２００Ｈｚの周波数で供給される、
ことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３５】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の１０％〜９５％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含み、
該電位は、約４０〜２００Ｈｚの周波数と約２０〜１００μｓのパルス幅とで供給される、
ことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３６】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の６０％〜８０％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含むことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３７】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の６０％〜８０％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含み、
該電位は、約４０〜２００Ｈｚの周波数で供給される、
ことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３８】
電気刺激を加える段階は、前記刺激部位の目標とする神経細胞集団の前記静止膜電位を該目標とする神経細胞集団に対する該静止膜電位と活動電位との間の電圧差の６０％〜８０％だけ上昇させる電位を前記第１及び第２の電極の間に供給する段階を含み、
該電位は、約４０〜２００Ｈｚの周波数と約２０〜１００μｓのパルス幅とで供給される、
ことを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本明細書においてその全内容が組み込まれる、２０００年７月３１日出願の米国特許仮出願番号６０／２１７，９８１の恩典を主張するものである。
本発明による方法及び装置のいくつかの実施形態は、皮質内の領域又は脳の他の区域を電気的に刺激し、患者の生理的機能及び／又は心理的作用に永続的な変化をもたらすことに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範な精神的及び身体的作用が、脳の特定領域の神経活動により制御又は影響されることは公知である。感覚皮質又は運動皮質のような脳のいくつかの区域では、脳の機構は、人体の地図に類似し、これは「脳の体部位局在性」と呼ばれる。脳には、ほとんどの個人において脳の特定領域に位置し、明確な機能を有するように見えるいくつかの他の区域がある。例えば、後頭葉の区域は、視覚に関連し、左下前頭葉の領域は、大多数の人々において言語に関連し、大腦皮質の領域は、意識の覚醒状態、記憶、及び知性に常に関与しているように見える。脳の個々の位置が正常な個人の特定の精神的又は身体的機能を制御する可能性が統計的に高い、脳のこの種の位置特異的な機能組織は、本明細書においては「脳の機能組織」と呼ぶ。
【０００３】
脳の損傷、疾病、及び／又は障害により、身体機能には、多くの問題又は異常性が引き起こされる可能性がある。例えば、卒中は、脳を損傷する非常によく見られる条件の１つである。卒中は、一般に、皮質の特定領域の血管系の塞栓（例えば血管閉塞）、出血（例えば血管破裂）、又は血栓（例えば凝固）により引き起こされ、これは、次に、一般に神経機能（例えば、顔面筋肉、手足、言語などに関する神経機能）の喪失又は機能障害を引き起こす。卒中の患者は、手足又は他の影響を受けた身体部分の機能の喪失から回復するために、典型的には、物理療法を用いて治療する。ほとんどの患者では、介入せずに自然に起こる回復の域を超えて、影響を受けた手足の機能を改善するためにできることはほとんど無い。卒中の患者を治療するための現行の物理療法手法の１つでは、患者の機能する身体部分の使用を制限又は抑制して、影響を受けた身体部分を強制的に用いるようにする。例えば、手足の１つの使用能力を喪失した場合には、他方の手足を制限することにより治療する。この種の物理療法には、ある程度の実験的有効性が認められるが、これは、費用及び時間がかかり、ほとんど用いられていない。また、卒中の患者は、物理療法に補助的療法を加えて治療することもできる。例えば、アンフェタミンのような一般に神経の活性化を増大させるいくつかの種類の薬物は、神経回路網を強化するように見えるが、しかし、これらの薬物は、その作用機構が非常に非選択的であり、必要とされる部位に直接高濃度で供給することができないため、有効性が限定されている。従って、卒中の患者及び他の種類の脳損傷を有する患者を回復させる効果的な治療法を開発する必要がある。
【０００４】
他の脳障害及び疾患もまた、治療するのが困難である。例えば、アルツハイマー病は、皮質の各部分に影響を与えることが知られているが、アルツハイマー病の原因及びそれがどのように神経活動を変化させるかは完全には理解されていない。同様に、脳障害（例えば、うつ病及び強迫神経症）の神経活動も完全には理解されていない。従って、他の脳障害及び脳疾患のためのより効果的な治療法の開発も必要とされている。
脳内の神経活動は、体外の外部供給源から供給される電気エネルギにより影響を受ける可能性がある。種々の神経機能は、このように、皮質又は脳の他の領域に電流を印加することにより促進又は阻害される可能性がある。その結果、脳の損傷、疾患、及び障害の治療の追求は、電気又は磁気を用いて脳の機能を制御することに関する研究を導くことになった。
【０００５】
治療の種類の１つは、経頭蓋電気刺激（ＴＥＳ）であり、これは、頭皮の外面に電極を置き、頭皮及び頭蓋を通して脳に電流を供給する段階を含む。「ＴＥＳ」に関する特許としては、ハイモビッチ他に付与された米国特許第５，５４０，７３６号（痛覚脱失の提供）、カトルービン他に付与された米国特許第４，１４０，１３３号（知覚脱失の提供）、カペルに付与された米国特許第４，６４６，７４４号（麻薬中毒、食欲障害、ストレス、不眠症、及び疼痛の治療）、及び、リス他に付与された米国特許第４，８４４，０７５号（脳性麻痺に伴う疼痛及び運動機能障害の治療）が挙げられる。しかし、「ＴＥＳ」は、患者が受ける疼痛の量が大きく、電場を正確に誘導又は集中させるのが困難であるため、広くは用いられない。
【０００６】
別の種類の治療法は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）であり、これは、皮質の一区域に亘る頭皮の外面に隣接して高出力磁場を生成する段階を含む。「ＴＭＳ」は、「ＴＥＳ」のような痛みを伴う副作用は引き起こさない。１９８５年以来、「ＴＭＳ」は、主に脳地図作成を試みる研究目的で用いられている。しかし、近年において、主にうつ病の治療に対する治療的応用の可能性が提唱されている。少数の臨床試験により、「ＴＭＳ」を左前前頭皮質を刺激するのに用いると、うつ病の治療に効果的であることが見出された。
【０００７】
パーキンソン病及び遺伝性脊髄小脳変性の患者のような少数の別の患者群の「ＴＭＳ」治療が試験され、期待できる結果が得られている。「ＴＭＳ」に関する特許及び公開特許出願としては、公開国際特許出願番号ＷＯ９８／０６３４２（経頭蓋磁気刺激装置と、脳地図作成研究及びうつ病治療におけるその利用法とを説明）、サンダイクに付与された米国特許第５，８８５，９７６号（セロトニン神経伝達の不足及び松果体メラトニン機能障害に関連するとされる種々の障害を治療するための経頭蓋磁気刺激の利用法を説明）、及び、シューリグ他に付与された米国特許第５，０９２，８３５号（経頭蓋磁気刺激及び末梢電気刺激の組み合わせによる、神経系障害（例えば自閉症）の治療、学習不全の治療、及び「正常」な人々の精神的及び身体的能力の増強を説明）が挙げられる。
【０００８】
独立した各研究においてもまた、「ＴＭＳ」が、「ＴＭＳ」治療終了後のある期間に起こる皮質内の神経活動の永続的な変化を生み出すことができることを明らかにしている（神経可塑性）。例えば、ツィーマン他著「前腕虚血神経ブロック後のヒト運動皮質の可塑性の調節」、１８、「Ｊ  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ」、１１１５（１９９８年２月）は、切断を真似た神経ブロックモデルにおいて、閾値下のレベル（例えば、動きが誘導されないレベル）での「ＴＭＳ」は、通常は切断を伴う神経活動の永続的な変化を調節することができることを開示している。同様に、パスキュール−レオン他（公開のために提出済み）は、手に５日間ギプスをつけて固定した正常被検者の対側性運動皮質に亘って「ＴＭＳ」を行うと、通常は固定に伴って起こる運動皮質の興奮性の減少を防止することができることを開示している。他の研究者は、皮質に望ましい変化を生み出す「ＴＭＳ」の能力を、卒中のような脳損傷後の神経リハビリテーションの向上に将来利用することができると提唱しているが、今までのところ公開された研究はない。
【０００９】
「ＴＭＳ」に関する他の出版物には、コーエン他著「経頭蓋磁気刺激による神経可塑性の研究」、１５、「Ｊ．  Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ．」、３０５（１９９８年）、パスキュール−レオン他著「経頭蓋磁気刺激と神経可塑性」、３７、「Ｎｅｕｒｏｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉａ」、２０７（１９９９年）、ステファン他著「対連合刺激によるヒト運動皮質における可塑性の誘導」、１２３、「Ｂｒａｉｎ」、５７２（２０００年）、シーブナー他著「運動皮質の反復「ＴＭＳ」後の永続的皮質活性化」、５４、「Ｎｅｕｒｏｌｏｇｙ」、９５６（２０００年２月）、パスキュール−レオン他著「経頭蓋磁気刺激によるヒト皮質興奮性の研究及び調節」、１５、「Ｊ．  Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ．」、３３３（１９９８年）、及び、ボイラン他著「脳生理学及び病態生理学の評価における磁気電気脳刺激」、１１１、「Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ」、５０４（２０００年）が含まれる。
【００１０】
「ＴＭＳ」は、実際の刺激時間を超えてその下の皮質に変化を生み出すことができるように見えるが、現行の供給システムが妥当な時間に亘って刺激するのに実用的でないために、「ＴＭＳ」は、現在のところ、多くの患者を治療するのに有効ではない。例えば、「ＴＭＳ」システムは、比較的複雑であり、刺激治療は、病院又は診療所の医療従事者により実施される必要がある。「ＴＭＳ」システムはまた、（ａ）再現性のある方法で刺激領域を正確に局所化すること、及び（ｂ）特に患者が動いた時又はリハビリテーション中に、頭蓋上の正確な位置に装置を長期間保持することが困難であるために、長期治療には信頼が置けない場合がある。更に、現行の「ＴＭＳ」システムは、一般に、多くの用途において皮質の目標とする領域に電磁エネルギを十分に集中させない。従って、現行の機器を用いる「ＴＭＳ」の治療上の恩典の可能性は、比較的限定されている。
【００１１】
また、種々の障害及び状態を治療するのに、中枢神経系に直接及び間接的電気刺激を行うことも提唱されている。例えば、シフに付与された米国特許第５，９３８，６８８号は、神経可塑性の現象を利用及び強化して、外傷又は卒中により引き起こされた脳損傷に関する認知障害を治療できることを指摘している。シフの埋込み装置は、意識に関与する脳深部の中心を刺激することにより、昏睡状態の患者の覚醒のレベルを上げるように設計されている。これを行うために、シフの発明は、例えば、埋込み可能な多極電極、及び、埋込み可能なパルス発生装置又は外部無線周波数制御パルス発生装置のいずれかを用いて、患者の髄板内核（すなわち、脳深部）の少なくとも一部分を電気的に刺激する段階を含む。しかし、シフの脳深部埋込み装置は、非常に侵襲性であり、患者に重大な合併症をもたらす可能性がある。
【００１２】
同様に、ジョンに付与された米国特許第６，０６６，１６３号では、脳が神経可塑性を通じて損傷の結果の一部を克服する能力を認めている。ジョンはまた、脳を直接電気刺激すると、意識レベルに関する外傷性損傷又は卒中の影響を無効にすることができる証拠として一連の論文を引用している。ジョンにより開示されたシステムでは、結果を最適にしようとして、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患者を刺激し、患者の刺激パラメータを調節する。しかし、シフと同様に、ジョンにより開示された発明は、侵襲性の高い脳深部刺激システムに関するものである。
【００１３】
脳の一領域を刺激するための別の装置は、キングにより米国特許第５，７１３，９２２号に開示されている。キングは、パドル上に装着した電極を有し、患者の頭蓋の下に埋め込まれた皮質表面を刺激する装置を開示している。電極は、脳の表面の固定位置に埋め込まれる。従って、キングの特許の電極は、脳の形状の変化に適応して移動することができない。キングはまた、患者の頭蓋から遠隔（例えば、鎖骨下の埋込み）に埋め込まれたパルス発生装置により電気パルスを発生させることも開示されている。パルス発生装置は、電極に直接接続されておらず、遠隔埋込みパルス発生装置から頭蓋内に埋め込まれた電極まで延びるケーブルにより電極に電気的に結合されている。キングにより開示されたケーブルは、パドルから頭蓋を周り、首を下がってパルス発生装置の鎖骨下位置まで延びる。
【００１４】
キングは、皮質の表面に接触させて電極を埋込み、異常感覚を生じさせることを開示しており、この異常感覚は、患者における振動又は「耳鳴」の感覚である。より詳細には、キングは、中枢神経系の高次要素（例えば皮質）を電気刺激することにより、広い区域に異常感覚を誘導することを開示している。従って、キングは、脳の特定領域に対して電極を配置し、目標とする異常感覚を誘導することを開示している。身体領域に亘って異常感覚を作り出す目的は、撹乱刺激を作り出して、身体領域の疼痛の知覚を効果的に減少させることである。従って、キングの特許は、活性化レベルを超える刺激を必要とするように見える。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第５，５４０，７３６号
【特許文献２】
米国特許第４，１４０，１３３号
【特許文献３】
米国特許第４，６４６，７４４号
【特許文献４】
米国特許第４，８４４，０７５号
【特許文献５】
公開国際特許出願番号ＷＯ９８／０６３４２
【特許文献６】
米国特許第５，８８５，９７６号
【特許文献７】
米国特許第５，０９２，８３５号
【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】
ツィーマン他著「前腕虚血神経ブロック後のヒト運動皮質の可塑性の調節」、１８、「Ｊ  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ」、１１１５、１９９８年２月
【非特許文献２】
コーエン他著「経頭蓋磁気刺激による神経可塑性の研究」、１５、「Ｊ．  Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ．」、３０５、１９９８年
【非特許文献３】
パスキュール−レオン他著「経頭蓋磁気刺激と神経可塑性」、３７、「Ｎｅｕｒｏｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉａ」、２０７、１９９９年
【非特許文献４】
ステファン他著「対連合刺激によるヒト運動皮質における可塑性の誘導」、１２３、「Ｂｒａｉｎ」、５７２、２０００年
【非特許文献５】
シーブナー他著「運動皮質の反復「ＴＭＳ」後の永続的皮質活性化」、５４、「Ｎｅｕｒｏｌｏｇｙ」、９５６、２０００年２月
【非特許文献６】
パスキュール−レオン他著「経頭蓋磁気刺激によるヒト皮質興奮性の研究及び調節」、１５、「Ｊ．  Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ．」、３３３、１９９８年
【非特許文献７】
ボイラン他著「脳生理学及び病態生理学の評価における磁気電気脳刺激」、１１１、「Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ」、５０４、２０００年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
キングは、皮質表面の領域を刺激する装置を開示しているが、この装置は、いくつかの欠点を有することが予想される。第１に、パルス発生装置及びケーブルを患者に埋め込むのに費用及び時間がかかる。第２に、頭蓋に対する脳の形状の解剖学的変化を補正しない固定された高さに電極が保持されているように見え、これにより、集束する特定の方法で皮質の望ましい目標部位に電気刺激を正確に加えるのが困難になる。第３に、キングは、神経細胞を直接活性化して異常感覚を引き起こすことを開示しているが、これでは、物理療法又は作業療法のような他の形の療法又は適応行動による刺激された神経細胞集団の活動の同調を引き起こすことが期待されない。すなわち、キングの特許には、いくつかの欠点があると予想される。
【００１７】
キング及び他の上述の参照文献はまた、一般に脳の機能組織に従って生理的機能又は心理的作用を担う脳の領域に治療を加えるために、目標とする神経活動を生み出すことにも欠点を有することが予想される。しかし、脳損傷又は脳疾患の場合は、影響を受けた生理的機能又は認知作用に関連する脳の領域は、刺激療法に反応しない場合がある。すなわち、現行の技術は、刺激期間を超えて持続する妥当な成果を生み出さないことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、患者の神経機能をもたらすためのいくつかの装置及び方法に関する。本発明の１つの態様は、患者の脳の第１の位置に付随する患者の神経機能をもたらすための装置に関する。本装置は、脳の第１の位置から離れて意図した神経活動を発生させることに応答して意図した神経活動が存在する脳の領域を判断することにより、刺激部位を識別することができる診断システムを含む。本装置はまた、刺激部位に埋め込むように構成された電極と、電極に電位を供給するパルス発生装置とを含む刺激システムを含むことができる。
【００１９】
本発明の別の態様は、患者の脳の第１の皮質位置での神経機能喪失を治療するための装置に関する。本発明のこの態様の実施形態のいくつかには、脳の第１の皮質位置での神経機能の損失を補償する神経活動が起こると予想される脳の皮質領域における刺激部位を選択することができる診断システムが含まれる。これらの実施形態はまた、第１の電極及び第２の電極を有する刺激システムを含むことができる。この刺激システムは、第１の電極が刺激部位の第１の区域、及び第２の電極が刺激部位の第２の区域にあるように、一般的に皮質領域の軟膜に近接して患者に埋め込まれるように構成される。
【００２０】
本発明の別の態様は、患者の脳の神経機能を治療するための装置に関する。この態様において、一実施形態は、患者の脳の皮質領域における刺激部位の細胞に反応を引き起こすための電気刺激閾値を判断する診断システムを含む。本装置はまた、第１の電極と、第２の電極と、第１及び第２の電極に結合されたコントローラとを有する刺激システムを含むことができる。第１及び第２の電極は、患者の脳の軟膜に近接して埋め込まれるように構成される。コントローラは、刺激閾値よりも低い強度で、第１の電極と第２の電極との間に電気刺激を加えるように構成される。従って、コントローラは、刺激部位の神経細胞集団の活性化閾値よりも低い閾値下強度で刺激を加えることができる。
【００２１】
本発明による装置の他の態様は、刺激システムの別の特徴に関する。１つの態様は、患者の脳の一領域に電気刺激を加えるための装置に関する。一実施形態において、本装置は、少なくとも部分的に患者の頭蓋内で患者の中に埋め込まれるように構成された埋込み可能な支持部材を含む。本装置はまた、支持部材に支持されたパルスシステムと、支持部材に支持された第１の電極と、同じく支持部材に支持された第２の電極とを含むことができる。第１及び第２の電極は、パルスシステムに結合される。
【００２２】
別の実施形態は、患者の頭蓋に近接して患者に埋め込まれるように構成された埋込み可能な支持部材を含む装置に関する。この支持部材は、支持部材を頭蓋に固定するための取付け要素を含むことができる。本装置はまた、支持部材に支持されたパルスシステムと、支持部材の第１及び第２の領域にそれぞれ位置する第１及び第２の電極とを含むことができる。第１及び第２の電極は、パルスシステムに結合される。
本発明による装置の他の実施形態は、刺激システムが患者の頭蓋の内部に完全に埋め込まれるか又は頭蓋の上に埋め込むことができる一体化ユニットになるように、支持部材内のパルスシステムに直接結合された第１及び第２の電極を有する。他の態様には、支持部材がバイアス要素を有し、電極がバイアス要素に支持された装置が含まれる。
【００２３】
本発明による方法のいくつかの態様は、患者の神経機能をもたらすことに関する。脳の第１の位置に付随する患者の神経機能をもたらす方法の一実施形態は、第１の位置から離れて意図する神経活動を発生させることにより刺激部位を識別する段階と、次に、発生した神経活動が存在する脳の領域を判断する段階とを含む。本方法は、少なくとも第１の電極を刺激部位に位置決めし、次に、第１の電極を通じて電流を通すために電位を印加することにより継続することができる。
患者に神経機能をもたらす方法の別の実施形態は、脳の第１の位置での神経機能の変化に応答して神経活動が変化した脳内及び／又は脳上の刺激部位を識別する段階を含む。本方法は、刺激部位に第１及び第２の電極を位置決めし、次に、第１の電極と第２の電極との間に電位を印加する段階を含むことができる。
【００２４】
方法の他の態様は、患者の脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を治療する方法に関する。一実施形態は、例えば、脳の第１の皮質位置での神経機能の喪失を補償するために神経活動が起こると予想される脳の皮質領域での刺激部位を選択する段階を含む。これらの実施形態は、第１の電極を皮質領域の軟膜に近接する刺激部位の第１の区域に位置決めする段階と、同じく第２の電極を皮質領域の軟膜に近接する刺激部位の第２の区域に位置決めする段階とを更に含むことができる。本方法は、更に、第１の電極と第２の電極との間に電位を印加する段階を含むことができる。
【００２５】
本発明による方法の更に別の態様は、閾値下の刺激を用いて患者の脳の神経機能を治療することに関する。一実施形態では、本方法は、脳の第１の皮質領域の刺激部位を選択する段階と、次に、刺激部位の細胞に反応を引き起こすための電気刺激閾値を判断する段階とを含む。本方法は、更に、脳の第１の皮質領域の軟膜に近接する位置での第１及び第２の電極の間に、刺激閾値よりも低い強度で電気刺激を加える段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下の開示内容は、患者の神経機能の変化を治療するか又は他の方法でもたらすための経頭蓋電気刺激に対するいくつかの方法及び装置を説明する。本発明による方法のいくつかの実施形態は、特定の神経機能をもたらすために、神経可塑性を強化するか又はそれ以外にそれを誘導することに関する。神経可塑性とは、時間と共に脳が変化又は適応する能力を意味する。成人の脳は、機能的に重要な神経網が時間と共に又は損傷に応じて著しく変化することができないように、比較的「変化しにくい」状態になると以前は考えられていた。ところが、これらの神経回路網は、時間と共に変化して適応することができ、そのために、重要な機能は、脳損傷に反応して回復可能なことがますます明らかになってきた。本発明による方法のいくつかの実施形態の態様は、適応的神経可塑性に対する適切なトリガを提供するためのものである。これらの適切なトリガは、回路網における神経細胞の機能的に有意な集団の共時性を引き起こすか、又は可能にするように見える。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態による電気的に強化又は誘導された神経刺激は、選択された神経細胞の集団が、回路網とより強力に結ばれた状態になることができるように、機能的に有意な仕事に関与する神経回路網の部分を刺激する。このような回路網は、運動再学習のような機能的に重要な仕事を助けることになることから、これらの変化は、それらが自然使用機序により継続的に補強されるので永続する傾向が大きい。本発明のいくつかの実施形態による刺激の性質は、刺激された神経細胞の集団が、機能的回路網の他の神経細胞と結合することを保証する。これが起こるのは、活動電位が実際には刺激によって引き起こされず、回路網の他の神経細胞との相互作用により引き起こされるためであると予想される。本発明の選択された実施形態による電気刺激のいくつかの態様は、単に、回路網がリハビリテーション又は手足の使用のような好ましい活動により活性化された時に、これが増大した確率で起こることを可能にする。
本発明による方法を用いて、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）、及び／又は脳障害（例えば、てんかん、うつ病など）を治療することができる。また、本発明による方法を用いて、正常で健康な脳の機能（例えば、学習、記憶など）を強化したり、又は感覚機能（例えば痛み）を制御したりすることもできる。
【００２８】
本発明による方法のいくつかの実施形態では、神経可塑性が生じている脳の刺激部位を電気的に刺激する。刺激部位は、神経活動が脳の機能組織に従って特定の機能を行うために一般的に存在する脳の領域とは異なることもある。神経機能に関連する神経可塑性が脳に生じる一実施形態では、本方法は、このような神経可塑性が存在する位置を識別する段階を含むことができる。従って、この特定の手順では、神経活動の変化を強化し、脳が特定の神経機能を行うのを助けることができる。神経可塑性が脳で生じていない代替実施形態では、態様は、神経可塑性が起こることが予想される刺激部位に神経可塑性を引き起こすためのものである。この特定の手順は、このように、神経機能を実行させるために神経活動に変化を引き起こすことができる。これらの方法の実施形態のいくつかは、刺激部位での意図した神経活動に永続的な効果を生み出すことが期待される。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態の特定の詳細は、当業者にこれらの実施形態の完全な理解をもたらすために、以下の説明及び図１Ａ〜図４０に示される。より詳細には、主に図１〜図５Ｃを参照して本発明による方法の実施形態のいくつかを最初に説明し、その後、図６〜図４０を参照して脳の皮質及び／又は脳深部領域を刺激するための装置の実施形態のいくつかを説明する。当業者は、本発明が更に別の実施形態を有してもよく、又は、以下に説明する詳細のいくつかを省いて実施することができることを理解するであろう。
【００３０】
Ａ．脳の領域を電気的に刺激する方法
１．神経活動を電気的に強化する実施形態
図１Ａは、いくつかの神経細胞Ｎ１〜Ｎ３の概略図であり、図１Ｂは、正常な神経細胞での神経活動に関連する「活動電位」を示すグラフである。神経活動は、神経細胞内で発生する電気パルスに支配される。例えば、神経細胞Ｎ１は、興奮性入力を神経細胞Ｎ２に送ることができ（例えば、図１Ｂでの時間ｔ1、ｔ3、及びｔ4）、神経細胞Ｎ３は、抑制入力を神経細胞Ｎ２に送ることができる（例えば、図１Ｂでの時間ｔ2）。神経細胞は、他の神経細胞集団に対して興奮性及び抑制入力を受けたり送ったりする。興奮性及び抑制入力は、細胞膜を横切るナトリウム（Ｎａ）及びカリウム（Ｋ）イオンの流束を変化させることによって神経細胞を通って伝わる電気パルスである「活動電位」を神経細胞に生成することができる。活動電位は、神経細胞の静止膜の電位が閾値レベルを超えると起こる。この閾値レベルに達すると、「オールオアナッシング」の活動電位が発生する。例えば、図１Ｂに示すように、時間ｔ5での興奮性入力により、その入力が活動電位を発生させるための閾値レベルを超えるために、神経細胞Ｎ２が活動電位を「発する」。活動電位は、軸索（神経又は神経細胞路を作り上げる神経細胞の長い突起）の長さに亘って伝搬し、その神経細胞から隣接する神経細胞に更に影響を及ぼすことになる神経伝達物質の放出を引き起こす。
【００３１】
図１Ｃは、本発明の実施形態により患者に神経機能をもたらす方法１００を示す流れ図である。神経機能は、例えば、脳の機能組織に従う脳の「正常な」位置での神経活動に通常関連する特定の運動機能又は感覚機能（例えば、手足の運動）のような特定の心理的作用又は生理的機能を制御することができる。方法１００の実施形態のいくつかでは、神経機能に関連する少なくとも何らかの神経活動が、脳の部位で生じている可能性がある。神経活動の部位は、脳の機能組織による神経機能を実行するために神経活動が典型的に起こる正常な部位であることもあり、又は、神経活動の部位は、脳が神経活動を行うための補充物質を有する異なる位置であることもある。いずれの状況においても、方法１００のいくつかの実施形態の１つの態様は、この神経活動が存在する脳の位置を判断するためのものである。
【００３２】
方法１００は、神経機能に関連する意図した神経活動が存在する脳の位置において刺激部位を識別する段階を伴う診断手順１０２を含む。一実施形態では、診断手順１０２は、正常の位置から離れた「末梢」位置から脳に意図した神経活動を発生させ、その後、脳のどこに意図した神経活動が実際に存在するかを判断する段階を含む。代替の実施形態では、診断手順１０２は、神経機能の変化に応答して神経活動が変化する刺激部位を識別することにより実行することができる。方法１００は、識別された刺激部位に第１及び第２の電極を位置決めする段階を伴う埋込み手順１０４と、第１及び第２の電極の間に電流を印加する段階を伴う刺激手順１０６とを用いて続行される。埋込み手順１０４の多くの実施形態では、刺激部位に２つ又はそれ以上の電極を位置決めするが、埋込み手順の別の実施形態では、１つの電極だけを刺激部位に位置決めし、別の電極を刺激部位から離して位置決めする段階を伴う。従って、方法１００の埋込み手順１０４は、刺激部位に少なくとも１つの電極を埋め込む段階を含むことができる。手順１０２〜１０６をより詳細に以下に説明する。
【００３３】
図２〜図４は、診断手順１０２の実施形態を示す。診断手順１０２を用いて、卒中、外傷、疾患、又は他の状況により引き起こされた神経機能の喪失を回復させるような目標とする機能を刺激がおそらくもたらすことになる脳の領域を判断することができる。より詳細には、図２は、意図する神経活動が起こって脳の機能組織により特定の神経機能をもたらす第１の領域２１０を有する正常で健康な脳２００の図である。例えば、図２に示す第１の領域２１０の神経活動は、一般に、患者の指の運動に関連する。第１の領域２１０は、異なるレベルの神経活動が起こる高強度区域２１２及び低強度区域２１４を有することができる。診断手順１０２を行うために図２に示す第１の領域２１０の神経活動の画像を得ることは必要ではないが、それは、正常な脳機能を有する大多数の人々に対して脳２００の機能組織に従って「正常位置」で一般的に起こる神経活動の例を示すために準備される。第１の領域２１０の実際の位置は、個々の患者により一般に変動することになることが認められるであろう。
【００３４】
しかし、第１の領域２１０の神経活動が損なわれる可能性がある。典型的な用途では、診断手順１０２は、神経活動を検知して当該の特定の神経機能に関連する意図した神経活動が脳の機能組織によりそれが通常起こる脳２００の領域で起こっているかどうかを判断することができる脳２００の画像を撮ることから開始される。図３は、第１の領域２１０が影響を受けた（例えば、卒中、外傷、又は他の原因で）後の脳２００の画像である。図３に示すように、指を動かすための神経機能を制御していた神経活動は、もはや第１の領域２１０では起こらない。従って、第１の領域２１０は「不活性」であり、これは、対応する指の運動及び／又は感覚の喪失をもたらすことが予想される。いくつかの事例では、脳２００への損傷により、損傷領域の神経活動が部分的に喪失されるだけのこともある。いずれにせよ、図３に示す画像は、神経機能の喪失が第１の領域２１０の神経活動の減少に関連することを証明している。脳２００は、それに応じて他の神経細胞を補充し、影響を受けた神経機能の代わりに神経活動を行うことができるが（すなわち、神経可塑性）、そうしなければ，その神経活動は、脳のどの位置にも存在しないであろう。
【００３５】
図４は、本来は図２に示す第１の領域２１０で行われていた神経機能をもたらすための複数の潜在的な刺激部位２２０及び２３０を示す脳２００の画像である。図３及び図４は、脳が脳の他の領域を補充し、影響を受けた神経機能を遂行するための神経活動を行うことにより、脳の一領域での神経機能の喪失を補償する神経可塑性の例を示す。診断手順１０２は、脳に起こる神経可塑性を利用して、目標とする神経機能をもたらすための電気、磁気、音波、遺伝的、生物学的、及び／又は薬学的な手順の結果により強く応答すると期待される刺激部位の位置を識別する。
【００３６】
診断手順１０２の一実施形態は、脳の第１の領域２１０から離れた区域で意図した神経活動を発生させる段階と、次に、意図した神経活動が発生した脳内の位置を検出又は感知する段階とを伴う。意図した神経活動は、脳に送られる信号を引き起こす入力を付加することにより発生させることができる。例えば、手足が使えなくなった患者の場合には、影響を受けた手足を動かす及び／又は刺激する一方で、神経活動を検出することができる公知の画像化技術（例えば、機能「ＭＲＩ」、ポジトロン放射断層撮影など）を用いて脳を走査する。特定の一実施形態では、影響を受けた手足は、開業医又は患者が動かしたり、知覚試験（例えば穿刺）で刺激したり、又は末梢電気刺激を受けることができる。影響を受けた手足の動きや刺激は、手足から末梢神経信号を生成し、これが、脳に応答神経活動を発生させることが期待される。この応答神経活動が存在する脳の位置は、画像化技術を用いて識別することができる。例えば、図４は、影響を受けた指を動かし、次に、この末梢刺激に応答して神経活動が起こる場所を知ることにより作製することができる。意図した神経活動を末梢的に発生させることにより、この実施形態は、神経機能に関連する意図した神経活動を行うために脳が補充物質を有する場所（すなわち、部位２２０及び２３０）を正確に識別することができる。
【００３７】
診断手順１０２の代替実施形態では、患者の神経機能の変化に応答して神経活動が変化した脳の第２の位置で刺激部位を識別する段階を伴う。本方法のこの実施形態は、末梢的に身体部分を作動又は刺激することによって意図した神経活動を発生させることを必ずしも必要としない。例えば、患者が影響を受けた手足を再び使えるようになるか、又はある期間に亘って仕事を学習するにつれて、損なわれた神経機能に関連する神経活動に関して脳を走査することができる。しかし、この実施形態はまた、上述の通り、意図した神経活動を脳から離して末梢的に発生させる段階を含むことができる。
【００３８】
更に別の実施形態では、診断手順１０２は、神経機能を実行するために意図した神経活動が創出されている脳の位置で刺激部位を識別する段階を伴う。この実施形態は、診断手順１０２の他の実施形態と同様であるが、（ａ）脳の機能組織に従って意図した神経活動が起こることが予想される脳の正常な領域、及び／又は、（ｂ）神経機能を実行するための付加的な物質を脳が補充しているために神経活動が起こる別の領域において、刺激部位を識別するのに用いることができる。本方法のこの特定の実施形態には、当該の特定の神経機能に応答して神経活動が起こる１つ又はそれ以上の位置で神経活動をモニタする段階を伴う。例えば、特定の仕事（例えば、樂器の演奏、記憶など）を学習する能力を高めるために、個人が仕事を行うか又は仕事を行うことを考える間に神経活動をモニタすることができる。刺激部位は、神経活動が最高強度、最大増加、及び／又は、特定の仕事を行うのに用いられている脳の区域を示す他のパラメータを有する脳の区域によって定義することができる。
【００３９】
図５Ａ及び図５Ｂは、患者５００の脳に一部分に対して第１及び第２の電極を位置決めするために図１Ｃを参照して上述した埋込み手順１０４の概略図である。図５Ａを参照すると、刺激部位５０２が診断手順１０２の実施形態に従って識別される。一実施形態では、頭蓋切片５０４は、刺激部位５０２の近くで患者５００から除去される。頭蓋切片５０４は、当業技術で公知の方法で頭蓋に穴を開けることにより除去することができ、同じく当業技術で公知の穿孔技術を用いて、遥かに小さい穴を頭蓋に形成することができる。一般に、穴は、直径０．２〜４．０ｃｍとすることができる。図５Ｂを参照すると、第１及び第２の電極５２０を有する埋込み可能な刺激装置５１０を患者５００に埋め込むことができる。埋込み手順に関連する適切な技術は、当業技術に精通した開業医には公知である。刺激装置５１０を患者５００に埋め込んだ後、パルスシステムは、第１及び第２の電極５０２により刺激部位５０２に伝達される電気パルスを発生する。本発明による方法の上述の実施形態を実施するための刺激装置は、図６〜図４０を参照してより詳細に以下に説明する。
【００４０】
本発明による神経活動を強化する方法の実施形態のいくつかは、目標とする神経機能を促進する永続的な成果をもたらすと期待される。本発明以前の電気的及び磁気的刺激技術では、一般的に、神経機能に関連する神経活動が脳の機能組織に従って発生する脳の正常な位置を刺激した。しかし、このような従来の技術では、脳の損傷、疾患、障害のため、及び／又は個々の患者に固有の位置のばらつきにより、脳の「正常位置」の神経細胞が神経活動を実行することができないことがあるために効果的でない場合がある。本発明による神経活動を強化する方法の実施形態のいくつかでは、神経機能に関連すると思われる神経活動に基づき刺激部位を識別することによりこの欠点を克服する。最初に神経活動を行うために補充されている脳の位置を識別することにより、この位置に施される療法（例えば、電気的、磁気的、遺伝子的、生物学的、及び／又は薬学的療法）が、従来の技術よりも効果的になると期待される。これは、神経活動のために脳が補充している位置が、脳の機能組織に従って神経活動が通常起こるであろう「正常位置」ではないことがあるためである。従って、本発明による神経活動を強化する方法のいくつかの実施形態は、これらの療法が、神経機能を遂行するための神経活動が特定の患者に実際に起こる脳の部分に施されるために、永続的な成果をもたらすことが期待される。
【００４１】
２．目標とする神経活動の電気的誘導
神経機能をもたらす方法１００はまた、このような神経活動が存在しない脳の領域において神経活動を誘導するのに用いることができる。存在する神経活動を強化する上述の方法１００の実施形態とは対照的に、神経活動を誘導する方法１００の実施形態は、神経可塑性が起こることになると推定される刺激部位で神経活動を開始する。この特定の状況においては、神経可塑性が起こっている位置を捜し出す脳の画像は、図３と同様とすることができる。従って、神経活動を誘導する態様は、神経可塑性が起こりそうな場所を判断する手順を開発するためのものである。
【００４２】
刺激部位は、脳が神経機能を行うために神経細胞を補充する可能性が高い場所を推定することにより識別することができる。一実施形態では、刺激部位の位置は、脳の機能組織に従って神経機能に関連する神経活動が一般に存在する正常位置に近接する脳の領域を形成することにより推定される。刺激部位の位置を見つけるための代替実施形態は、同様の症状を有する患者に神経可塑性が一般的に起こった場所を判断する段階を含む。例えば、皮質の正常領域での神経活動の喪失を補償するのに脳が一般的に皮質の第２の領域を補充する場合は、脳の神経活動の画像化の有無に関係なく、皮質の第２の領域を刺激部位として選択することができる。
【００４３】
また、本発明による神経活動を誘導する方法の実施形態のいくつかは、目標とする神経機能を開始又は促進する永続的な成果をもたらすと期待される。最初に目標とする神経可塑性が起こると予想される刺激部位の位置を推定することにより、この位置に施される療法は、神経活動を強化することに関して上述したのと同様の理由で、従来の療法よりも有効とすることができる。更に、神経活動を誘導する方法は、療法を施す前に、神経活動を発生させる段階、及び／又は、意図した神経活動が起こっている場所を判断するために脳を画像化する段階を必要としないために、実行するのが容易で費用もより少ないとすることができる。
【００４４】
３．脳の領域を電気的に刺激する方法の用途
存在する神経活動を強化するか、又は新しい神経活動を誘導する上述の方法は、多くの用途に有用であることが期待される。上述の通り、方法１００の実施形態のいくつかは、目標とする神経機能を発生させる意図した神経活動を強化又は誘導するために、脳の効果的な位置を判断する段階を伴う。また、上述の電気刺激法と組み合わせて更に別の療法を実行することもできる。ここで、本発明による電気刺激法の実施形態を単独か又は補助療法と共に用いる特定の用途のいくつかを以下に説明するが、本発明による方法は、多くの更に別の用途に使用できることが認められるであろう。
【００４５】
ａ．一般的な用途
上述の電気的刺激法の実施形態は、脳の損傷により引き起こされた心理機能、運動機能、及び／又は感覚機能の喪失の回復に特に有用であると期待される。典型的な用途では、脳は、卒中又は外傷（例えば自動車事故）により損傷を受けている。特定の脳損傷の程度は、機能「ＭＲＩ」又は図３に関して上述したような別の適切な画像化技術を用いて評価することができる。その後、（ａ）脳損傷により影響を受けた身体部分を末梢的に刺激して意図した神経活動を誘導し、応答神経活動が起こる位置を判断する、（ｂ）患者が影響を受けた身体部分をよく使えるようになる時に神経活動が変化した場所を判断する、及び／又は、（ｃ）以前は脳の損傷部分により行われていた神経活動を遂行するために脳が神経細胞を補充することができる位置を推定することにより、刺激部位を識別することができる。次に、刺激部位に対して第１及び第２の電極を配置して、脳のその部分に電流を印加することにより、選択した刺激部位に電気刺激療法を施すことができる。以下で更に詳細に説明するように、影響を受けた身体部分に関連する神経活動を行うように補充された脳の部分に電流を印加すると、影響を受けた身体部分を回復させるための永続的な神経効果を生み出すことになると期待される。
【００４６】
いくつかの特定の用途では、皮質に刺激部位があることが予想され、これは、脳のその部分の神経活動が、卒中又は外傷により一般的に影響を受ける運動機能及び／又は感覚機能をもたらすからである。このような用途では、電気刺激は、脳の軟膜表面又は少なくとも軟膜表面に近接して（例えば、硬膜、皮質周囲の流体、又は皮質内の神経細胞）直接加えることができる。電気刺激を皮質に加えるための適切な装置を図６〜図４０を参照して詳細に説明する。
【００４７】
電気刺激法はまた、補助療法と共に用いて脳の損傷部分を回復させることができる。一実施形態では、電気刺激法は、物理療法及び／又は薬物療法と組み合わせて、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、卒中の患者が手足を使うことができなくなった場合は、影響を受けた手足に物理療法も行いながら、意図した神経活動が存在する刺激部位に電気療法を施すことにより治療することができる。代替実施形態は、電気療法を刺激部位に施して、アンフェタミン又は他の適切な薬物を用いて化学的に治療する段階を伴うことができる。
【００４８】
上述の電気刺激法の実施形態はまた、アルツハイマー病、パーキンソン病、及び他の脳疾患のような脳疾患の治療にも有用であると期待される。この用途では、一定の期間に亘って機能「ＭＲＩ」又は他の適切な画像化技術を用いて神経活動をモニタし、脳が疾患により影響を受けた神経活動を行うために物質を補充する位置を判断することにより、刺激部位を識別することができる。また、特定の疾患が影響を与えた作用を実行することを患者に試みさせ、脳をモニタして脳内に応答神経活動が存在するかどうかを判断することにより、刺激部位を識別することも可能であろう。脳が付加的な物質を補充している場所を識別した後に、脳のこの部分に電気刺激を施すことができる。疾患により影響を受けた神経活動を行うために補充された脳の領域を電気的に刺激すると、疾患により引き起こされた損傷を埋め合わせるのを助けることになると期待される。
【００４９】
上述の電気刺激法の実施形態はまた、うつ病、受動攻撃性行動、体重調節、及び他の障害のような神経性障害を治療するのに有用であると期待される。このような用途では、特定の障害に関連する神経活動が存在する皮質又は別の適切な脳の部分の刺激部位に電気刺激を加えることができる。特定の療法を行うための電気刺激法の実施形態は、目標とする成果を生み出す方法で特定の神経活動を増大又は減少させるように適応させることができる。例えば、切断患者は、切断肢に付随する幻肢感を感じることがある。この現象は、幻肢感を減少させる電気パルスを印加することにより治療することができる。電気療法は、感覚機能を実行する脳の部分の神経細胞の能力を調節することになるように施すことができる。
【００５０】
ｂ．パルス形式及び電位
本発明による電気刺激法では、いくつかの異なるパルス形式を用いて、目標とする神経可塑性をもたらすことができる。パルスは、刺激部位の十分な割合の神経細胞集団に目標とする電位をもたらすために印加される二相又は単相の刺激とすることができる。一実施形態では、パルス形式の周波数は、約２〜１０００Ｈｚであるが、周波数は、約４０〜２００Ｈｚの範囲が特に有用である場合がある。例えば、最初の臨床試験では、約５０〜１００Ｈｚの周波数を用いることが予想される。パルスはまた、約１０μｓ〜１００ｍｓのパルス幅を有することができ、又は、より具体的には、パルス幅を約２０〜２００μｓとすることができる。例えば、パルス幅５０〜１００μｓは、有利な結果を生み出すことができる。
本発明の１つの特定の有用な用途には、神経細胞の静止膜電位を上げて、神経細胞を活動電位を発するための閾値レベルに近づけることにより、神経可塑性を強化又は誘導する段階を伴うことが予想される。刺激によって神経細胞の静止膜電位が上昇するために、このような神経細胞は、低レベルの興奮入力に応答して活動電位を「発する」可能性がより高くなると期待される。
【００５１】
図５Ｃは、図１Ａの神経細胞Ｎ１〜Ｎ３に閾値下の電位を印加した場合を示すグラフである。時間ｔ1及びｔ2では、他の神経細胞からの興奮性／抑制入力は、−ＸｍＶでの静止電位から閾値電位までの「隙間を埋める」ことはない。時間ｔ3では、電気刺激が脳に印加され、刺激された集団の神経細胞の静止電位を上げて静止電位が−ＹｍＶになる。従って、神経細胞が別の興奮性入力を受け取る時間ｔ4では、たとえ小さな入力であっても、上昇した静止電位−ＹｍＶと閾値電位との間の隙間を超え、これらの神経細胞に活動電位を誘導する。例えば、静止電位が約−７０ｍＶであり、閾値電位が約−５０ｍＶである場合は、電気刺激を印加して、十分な数の神経細胞の静止電位を約−５２から−６０ｍＶまで上昇させることができる。
【００５２】
閾値下の電位刺激をもたらすために脳内に埋め込まれた電極に印加される実際の電位は、個々の患者、療法の種類、電極の種類、及び他の因子により変動することになる。一般に、電気刺激のパルス形式（例えば、周波数、パルス幅、波形、及び電位）が選択されて、刺激部位の十分な数の神経細胞の静止電位を、集団内の神経細胞の統計的部分に対する閾値電位よりも小さいレベルまで上昇させる。例えば、パルス形式は、刺激の印加電圧が刺激されていない静止電位及び閾値電位間の差の約１０％〜９５％、より具体的には６０％〜８０％の静止電圧の変化をもたらすように選択することができる。
【００５３】
患者の手を治療するための閾値下用途の特定の一実施例では、電気刺激は、最初は刺激部位に印加されない。患者の手に関する物理療法は、「手の機能」に関与することが知られている特定の神経細胞集団の何らかの活性化を引き起こす場合があるが、物理療法は、その神経細胞集団に低レベルの活動電位を発生させるだけであるから、単に低レベルの活性化を生じ得るのみである。しかし、閾値下電気刺激が加えられると、刺激された集団の神経細胞の静止膜電位が上昇する。これらの神経細胞は、その時点で活動電位形成の閾値に非常に近くなっており、そのために、同じ種類の物理療法を行っても、この細胞集団は、それらが活動電位をより発しやすいために高レベルの活性化を有することになる。
【００５４】
閾値下刺激では、活動電位形成に対する閾値を超える十分なエネルギレベルで神経細胞を単に刺激するよりも良好な結果を得ることができる。閾値下刺激の１つの態様は、物理療法のような通常の活性化の原因に応答して活動電位が発生することになる確率を増大させるためのものである。これは、この機能回路網の神経細胞が互いに同調された状態になる、すなわち、この種の活動に関連した状態になることを「学習」することを可能にする。神経細胞に、それらが追加の興奮性入力（閾値下刺激）なしで継続的に活動電位を発するほど大きな電気を加える場合、それは、機能の改善を引き起こす可能性が低い「ノイズ」及び機構崩壊を作り出すことになる。実際に、「酷使された」神経細胞は、それらの神経伝達物質がすぐに枯渇し、事実上沈黙状態になる。
【００５５】
閾値下刺激を加えることは、閾値上刺激と非常に異なる。例えば、本発明の実施形態のいくつかによる閾値下刺激は、刺激部位のかなりの神経細胞集団において電気刺激により神経細胞に活動電位を直接発するようにさせることを意図していない。代わりに、閾値下刺激は、刺激部位の神経細胞の大部分を活性化するのに必要な「活性化エネルギ」を減少させようとする。従って、本発明の特定の実施形態による閾値下刺激は、手足を動かそうとしたり、物理療法を受けたり、単に手足を動かすことを考えたりするなどのような通常の内因性トリガに応答して、神経細胞が活動電位を発することになる確率を増大させると期待される。更に、物理療法と関連した同時の刺激は、閾値下刺激のために増加した確率で発生する活動電位が、単なる「ノイズ」ではなく、有意なトリガに関連することになる確率を増大させると期待される。
【００５６】
約５０〜１００Ｈｚの周波数の選択、及び、静止電位及び閾値電位間の差の６０％から８０％の増大をもたらすのに十分な振幅のような上述の刺激パラメータは、それらが神経細胞の静止膜電位を増大させることになるように明確に選択され、それにより、大部分の神経細胞集団に直接活動電位を引き起こすことなく、活動電位を発する可能性を増大させる。それに加えて、図６〜図４０に関して以下に更に詳細に説明するように、本発明による刺激装置の実施形態のいくつかは、約１〜２ｃｍの大脳皮質の領域（皮質の「機能単位」の推定の大きさ）を選択的に刺激するか、軟膜表面に電極を直接接触させて静止膜電位に同じ変化を継続的に生成するか、及び／又は軟膜表面に電極を付勢して電極と皮質との間に積極的な結合をもたらすことにより、閾値下刺激を生成するパルス形式を正確に加えるように設計される。
【００５７】
Ｂ．脳の領域を電気的に刺激するための装置
図６〜図４０は、上述の方法の１つ又はそれ以上により脳の領域を電気的に刺激するための本発明のいくつかの実施形態による刺激装置を示す。図６〜図４０に図示した装置は、一般に、脳の軟膜表面に近接する皮質の領域（例えば硬膜、軟膜、硬膜と軟膜の間の流体、及び脳の白質の外側の皮質の深部）を刺激するのに用いられる。また、この装置は、他の実施形態では、脳の他の部分を刺激するように適応させることもできる。
【００５８】
１．一体化パルスシステムを備えた埋込み可能刺激装置
図６は、軟膜表面に近接する皮質の領域を刺激するための本発明の実施形態による刺激装置６００の等角投影図であり、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と、支持部材６１０に支持された一体化パルスシステム６３０（概略的に示す）と、第１及び第２の電極６６０（それぞれ参照番号６６０ａ及び６６０ｂで区別）とを含む。第１及び第２の電極６６０は、パルスシステム６３０に電気的に結合されている。支持部材６１０は、患者の頭蓋又は別の頭蓋内領域に埋め込まれるように構成することができる。例えば、一実施形態では、支持部材６１０は、ハウジング６１２及びハウジング６１２に結合された取付け要素６１４を含む。ハウジング６１２は、パルスシステム６３０を支持するための内部空洞を有する生体適合性材料で形成した成形ケーシングとすることができる。代替的に、ハウジングは、生体適合性金属又は別の適切な材料とすることもできる。ハウジング６１２の直径は、約１〜４ｃｍとすることができ、多くの用途では、ハウジング６１２の直径は、１．５〜２．５ｃｍとすることができる。また、ハウジング６１２は、他の形状（例えば、直線形、卵形、楕円形）とすることもでき、他の表面寸法とすることもできる。刺激装置６００は、重さが３５ｇ又はそれ以下、及び／又は、占める容積が２０ｃｃ又はそれ以下とすることができる。取付け要素６１４は、患者の頭蓋又は他の身体部分に対して支持部材６１０を保持するための可撓性カバー、硬いプレート、外形に合わせたキャップ、又は他の適切な要素とすることができる。一実施形態では、取付け要素６１４は、生体適合性ポリマーメッシュ、金属メッシュ、又は他の適切な織材料のようなメッシュである。代替的に、取付け要素６１４は、「Ｍｙｌａｒ」、ポリエステル、又は別の適切な材料の可撓性シートとすることができる。
【００５９】
図７は、より具体的に、本発明の実施形態に従って患者に埋め込まれた後の刺激装置６００の断面図である。この特定の実施形態では、刺激装置６００は、頭皮７０２に開口部を形成して、頭蓋７００を通り、硬膜７０６を通って穴７０４を切削することにより患者に埋め込まれる。穴７０４は、支持部材６１０のハウジング６１２を受け取る大きさにする必要があり、ほとんどの用途で、穴７０４は、取付け要素６１４よりも小さくする必要がある。開業医は、支持部材６１０を穴７０４内に挿入し、その後、取付け要素６１４を頭蓋７００に固定する。取付け要素６１４は、複数の締結装置６１８（例えば、ねじ、スパイクなど）又は接着剤を用いて頭蓋に固定することができる。代替実施形態では、複数の下向きにぶら下がったスパイクを取付け要素６１４と一体的に形成して、頭蓋７００の中に押し込むことができる固定装置を形成することができる。
【００６０】
図７に示す刺激装置６００の実施形態は、電極６６０を刺激部位の脳の目標とする部分に接触させて患者内に埋め込まれるように構成される。ハウジング６１２及び電極６６０は、電極６６０が、皮質７０９を囲む軟膜７０８に少なくとも近接して位置決めされるように、取付け要素６１４から距離「Ｄ」だけ突出することができる。電極６６０は、図７に示すようにハウジング６１２から突出することもでき、又は、ハウジング６１２の内部表面と同一表面にすることができる。図７に示す特定の実施形態では、ハウジング６１２は厚さ「Ｔ」を有し、電極６６０は、ハウジング６１２から距離「Ｐ」だけ突出し、電極６６０が軟膜７０８の表面に押し付けられるようにする。ハウジング６１２の厚さは、約０．５〜４ｃｍとすることができ、より一般的には、約１〜２ｃｍである。刺激装置６６０の構成は、図６及び図７に示す実施形態に限定されず、ハウジング６１２、取付け要素６１４、及び電極６６０は、電極を脳のいくつかの異なる領域に配置するように構成することができる。例えば、代替実施形態では、ハウジング６１２及び電極６６０は、電極を皮質７０９内の深部及び／又は脳深部領域７１０に配置するように構成することができる。一般に、電極は、ハウジングと同一平面にすることができ、又は、ハウジングから０．１ｍｍから５ｃｍ延ばすこともできる。刺激装置のためのパルスシステム及び電極構成の更に具体的な実施形態を以下に説明する。
【００６１】
刺激装置６００のいくつかの実施形態は、現行の経頭蓋電極刺激装置及び経頭蓋磁気刺激装置よりも効果的であると期待される。経頭蓋療法に必要な電力のほとんどが、脳に達する前に頭皮及び頭蓋に消散されることが認められるであろう。従来の経頭蓋刺激装置と対照的に、刺激装置６００は、電極が脳７０８の軟膜表面に少なくとも近接するように埋め込まれる。本発明による方法の実施形態のいくつかでは、刺激装置６００を用いて、軟膜７０８、硬膜７０６、及び／又は皮質７０９の別の部分に従来の経頭蓋療法よりも大幅に低い電力レベルで電気療法を直接施すことができる。例えば、約１ｍＶから１０Ｖの電位を電極６６０に印加することができ、多くの事例では、選択された用途に対して電極６６０に１００ｍＶから５Ｖの電位を印加することができる。また、本発明の他の実施形態による刺激装置６００の電極６６０には、他の電位を印加することができることも認められるであろう。
【００６２】
また、刺激装置６００の選択された実施形態では、正確な刺激部位に刺激を加えることもできる。ここでもまた、刺激装置６００が軟膜表面７０８に少なくとも近接して電極６６０を位置決めするために、良好なパルス形状忠実性を有する正確なレベルの刺激が、脳の刺激部位に正確に伝達されることになる。経頭蓋療法では、頭皮及び頭蓋の磁気的及び電気的特性に患者間の差がある場合があり、それによって経頭蓋装置による同一の刺激でも各患者の神経細胞を異なるレベルで刺激することがあるために、正確な刺激部位に刺激を加えることが不可能な場合があることが認められるであろう。更に、刺激を正確な区域に集中させる能力は、刺激を経頭蓋的に供給することにより妨げられるが、これは、頭皮、頭蓋、及び硬膜の全てが、経頭蓋装置からのエネルギを拡散させるためである。刺激装置６００の実施形態のいくつかでは、刺激装置６００により発生されるパルスが頭皮７０２及び頭蓋７００により拡散されないように電極６６０が頭蓋７００の下に位置決めされているために、この欠点が克服される。
【００６３】
２．埋込み可能刺激装置のための一体化パルスシステム
図６及び図７に示すパルスシステム６３０は、電気パルスを電極６６０に発生させ、及び／又は伝達して、脳の領域の刺激部位に電場を生成する。図７に示すパルスシステム６３０の特定の実施形態は、支持部材６１０により支持された「一体化」ユニットである。例えば、パルスシステム６３０は、電極６６０が、刺激装置６００の外側にリード線を備えることなく、直接パルスシステム６３０に結合することができるようにハウジング６１２内に収容することができる。電極６６０とパルスシステム６３０との間の距離は、４ｃｍよりも小さいとすることができ、一般には、０．１０から２．０ｃｍである。従って、刺激装置６００は、刺激装置６００から離れて埋め込まれたパルス発生装置に電極６６０を結合するための患者を通過するトンネルを外科的に作り出す必要もなく、刺激部位に電気パルスをもたらすことができる。しかし、本発明による刺激装置の代替実施形態は，頭蓋内に刺激装置６００と別個に埋め込んだパルスシステム、又は外部パルスシステムを含むことができることが認められるであろう。ここで、刺激装置６００と共に用いるのに適切なパルスシステムの特定の実施形態のいくつかを以下に詳細に説明する。
【００６４】
図８及び図９は、頭蓋内の刺激装置６００内に埋め込むための本発明の一実施形態による一体化パルスシステム８００を概略的に図示している。図８を参照すると、パルスシステム８００には、電源８１０、一体化コントローラ８２０、パルス発生装置８３０、及びパルス送信器８４０を含むことができる。電源８１０は、充電式バッテリ又は電気エネルギを貯蔵するための別の適切な装置のような一次バッテリとすることができる。代替実施形態では、電源８１０は、外部電源から放射された放送エネルギを受け取り、この放送エネルギをパルスシステム８００の電気構成要素のための電力に変換するＲＦ変換器又は磁気変換器とすることができる。一体化コントローラ８２０は、外部コントローラ８５０により送られた指令信号に応答する無線装置とすることができる。例えば、一体化コントローラ８２０は、外部コントローラ８５０にＲＦ又は磁気リンク８６０で通信することができる。一体化コントローラ８２０は、外部コントローラ８５０により送られる指令信号に応答してパルス発生装置８３０に制御信号を提供する。パルス発生装置８３０は、適切な電気パルスを電極６６０に結合されたパルス送信器８４０に送る複数のチャンネルを有することができる。電源８１０、一体化コントローラ８２０、パルス発生装置８３０、及びパルス送信器８４０のための適切な構成要素は、埋込み可能医療装置の当業者には公知である。
【００６５】
図９を参照すると、パルスシステム８００は、図５及び図７を参照して上述した方法で、刺激装置６００の支持部材６１０により支持することができる。外部コントローラ８５０は、外部コントローラ８５０を用いてパルスシステム８００を制御することができるように、患者５００の外側に位置することができる。一実施形態では、コントローラ８５０が作動する近くの範囲内に患者を配置することにより、単一の外部コントローラ８５０を用いて共通の療法が必要な数人の患者を同時に治療することができる。代替実施形態では、外部コントローラ８５０は、複数の作動コードを含むことができ、特定の患者の一体化コントローラ８２０は、個々の作動コードを有することができる。このように、単一のコントローラ８５０を用いて、患者に対する一体化コントローラ８２０の特定の作動コードに対応する適切な作動コードをコントローラ８５０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。
【００６６】
図１０は、本発明の別の実施形態による刺激装置６００と共に用いるためのパルスシステム１０００及び外部コントローラ１０１０を示す概略図である。この実施形態では、外部コントローラ１０１０には、電源１０２０、電源１０２０に結合されたコントローラ１０２２、及びコントローラ１０２２に結合されたユーザインタフェース１０２４が含まれる。また、外部コントローラ１０１０は、電源１０２０に結合されたパルス発生装置１０３０、パルス発生装置１０３０に結合されたパルス送信器１０４０、及びパルス送信器１０４０に結合されたアンテナ１０４２を含むこともできる。外部コントローラ１０１０は、電力及びパルス信号を発生し、アンテナ１０４２は、パルス信号１０４４を刺激装置６００内のパルスシステム１０００に伝達する。パルスシステム１０００は、パルス信号１０４４を受信し、電気パルスを電極に供給する。パルスシステム１０００は、従って、一体化電源、コントローラ、及びパルス発生装置が外部コントローラ１０１０内にあるために、これらの構成要素を必ずしもハウジング６１０内に含む必要はない。
【００６７】
図１１は、パルスシステム１０００の実施形態をより詳細に示す概略図である。この実施形態では、パルスシステム１０００は、刺激装置６００の支持部材６１０に支持される。パルスシステム１０００は、アンテナ１０６０及びアンテナ１０６０に結合されたパルス供給システム１０７０を含むことができる。アンテナ１０６０は、外部コントローラ１０１０からパルス信号１０４４を受信して、パルス信号１０４４を電気パルスに変形するパルス供給システム１０７０にパルス信号１０４４を送る。従って、電極６６０は、パルス供給システム１０７０と結合させることができる。パルス供給システム１０７０は、パルス信号１０４４からノイズを除去するためのフィルタと、パルス信号１０４４から電気パルスを生成するパルス形成装置とを含むことができる。パルス形成装置は、パルス信号１０４４のエネルギで駆動させることができ、又は、代替実施形態では、パルスシステム１０００はまた、パルス形成装置を駆動するための一体化電源を含むことができる。
【００６８】
図１２は、刺激装置６００の実施形態に用いるパルスシステム１２００の実施形態と、ＲＦエネルギを用いて患者から離れてパルスシステム１２００を制御するための外部コントローラ１２１０とを示す概略図である。この実施形態では、外部コントローラ１２１０は、電源１２２０、電源１２２０に結合されたコントローラ１２２２、及びコントローラ１２２２に結合されたパルス発生装置１２３０を含む。また、外部コントローラ１２１０は、パルス発生装置１２３０に結合された変調装置１２３２及び変調装置１２３２に結合されたＲＦ発生装置１２３４を含む。作動時には、外部コントローラ１２１０は、アンテナ１２４２を通してＲＦエネルギのパルスを放送する。
【００６９】
パルスシステム１２００は、刺激装置６００（図示せず）内に収容することができる。一実施形態では、パルスシステム１２００は、アンテナ１２６０及びパルス供給システム１２７０を含む。アンテナ１２６０は、アンテナ１２４２からの放送ＲＦエネルギを整流するダイオード（図示せず）を組み込む。パルス供給システム１２７０は、フィルタ１２７２と、アンテナ１２４２から放送されたＲＦエネルギに相当する電気パルスを形成するパルス形成装置１２７４とを含むことができる。パルスシステム１２００は、従って、パルスシステム１２００が刺激装置６００により支持された別の電源を必要としないように、外部コントローラ１２１０からのパルス信号内のＲＦエネルギによって電力供給される。
【００７０】
図１３は、磁気エネルギを用いて患者の外部からパルスシステム１３００を遠隔的に制御するための外部コントローラ１３１０と共に、埋込み可能刺激装置６００の別の実施形態に用いるためのパルスシステム１３００の断面図である。この実施形態では、外部コントローラ１３１０は、電源１３２０、電源１３２０に結合されたコントローラ１３２２、及びコントローラ１３２２に結合されたユーザインタフェース１３２４を含む。また、外部コントローラ１３１０は、コントローラ１３３２に結合されたパルス発生装置１３３０、パルス発生装置１３３０に結合されたパルス送信器１３４０、及びパルス送信器１３４０に結合された磁気カプラ１３５０も含むことができる。磁気カプラ１３５０は、フェライト磁心１３５２及びフェライト磁心１３５２の一部分の周りに巻きつけたコイル１３５４を含むことができる。また、コイル１３５４は、コイル１３５４に印加された電気パルスが対応する磁場に変化を生み出すように、パルス送信器１３４０と電気的に接続させることができる。また、磁気カプラ１３５０は、埋め込んだ刺激装置６００を覆って磁気カプラ１３５０を配置するために、可撓性キャップ１３５６を含むことができる。
【００７１】
パルスシステム１３００は、フェライト磁心１３６０、及びフェライト磁心１３６０の一部分の周りに巻きつけたコイル１３６２を含むことができる。また、パルスシステム１３１０は、整流装置とパルス形成装置とを含むパルス供給システム１３７０を含むこともできる。作動時には、フェライト磁心１３６０及びコイル１３６２は、磁気カプラ１３５０により発生された磁場の変化を電気パルスに変換し、これがパルス供給システム１３７０に送られる。電極６６０は、外部コントローラ１３１０内のパルス発生装置１３３０により発生された電気パルスに対応する電気パルスが患者の刺激部位に供給されるように、パルス供給システム１３７０に結合される。
【００７２】
３．電極構成
図１４〜図２４は、本明細書に開示する刺激装置と共に用いることができる本発明の種々の実施形態による電極を示す。図１４〜図２２は、皮質の軟膜表面に少なくとも近接する刺激部位に電流を印加するように構成された電極の実施形態を図示し、図２３及び図２４は、皮質内又は皮質下に電流を印加するように構成された電極の実施形態を示す。また、他の埋込み可能刺激装置と共に電極の他の構成を用いることもできることが認められるであろう。
【００７３】
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の電極１４１０及び同心状に第１の電極を取り囲む第２の電極１４２０を含む。第１の電極１４１０は、パルス発生装置１４３０の正極端子に結合し、第２の電極１４２０は、パルス発生装置１４３０の負極端子に結合することができる。図１５を参照すると、第１及び第２の電極１４１０及び１４２０は、トロイダル電場１４４０を発生する。
【００７４】
図１６は、本発明の別の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の電極１６１０、第１の電極１６１０を取り囲む第２の電極１６２０、及び第２の電極１６２０を取り囲む第３の電極１６３０を含む。第１の電極１６１０は、第１のパルス発生装置１６４０及び第２のパルス発生装置の負極端子に結合することができ、第２の電極１６２０は、第１のパルス発生装置１６４０の正極端子に結合することができ、第３の電極１６３０は、第２のパルス発生装置１６４２の正極端子に結合することができる。作動時には、第１の電極１６１０及び第３の電極１６３０は、第１のトロイダル電場１６５０を発生し、第１の電極１６１０及び第２の電極１６２０は、第２のトロイダル電場１６６０を発生する。第２のトロイダル電場１６６０を操作して、第１のトロイダル電場１６５０が刺激装置１６００の基部から離れて突出する深さを変化させることができる。
【００７５】
図１８は、本発明の更に別の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の電極１８１０及び第１の電極１８１０から間隔を置いて配置された第２の電極１８２０を含む。第１及び第２の電極１８１０及び１８２０は、パルス発生装置１８３０の反対の各端子に結合された線形電極である。図１９を参照すると、第１及び第２の電極１８１０及び１８２０は、ほぼ線形の電場を発生することができる。
【００７６】
図２０は、本発明の更に別の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の電極２０１０、第２の電極２０２０、第３の電極２０３０、及び第４の電極２０４０を含む。第１及び第２の電極２０１０及び２０２０は、第１のパルス発生装置２０５０に結合され、第３及び第４の電極２０３０及び２０４０は、第２のパルス発生装置２０６０に結合される。より詳細には、第１の電極２０１０は、第１のパルス発生装置の２０５０の正極端子に、第２の電極２０２０は、その負極端子に結合され、第３の電極２０３０は、第２のパルス発生装置２０６０の正極端子に、第４の電極２０４０は、その負極端子に結合される。第１及び第２の電極２０１０及び２０２０は、第１の電場２０７０を発生すると期待され、第３及び第４の電極２０３０及び２０４０は、第２の電場２０７０を発生すると期待される。イオンは、脳を通って比較的自由に動くことになるために、多数のイオンが、矢印２０７４に示すように第１の電場２０７０と第２の電場２０７２との間を横切ることになることが認められるであろう。この実施形態は、刺激部位での電場勾配の制御を提供する。
【００７７】
図２１は、刺激装置２０００の別の実施形態の底面図である。この実施形態では、第１の電極２０１０は、第１のパルス発生装置２０５０の正極端子に結合され、第２の電極２０２０は、その負極端子に結合される。図２０に示す実施形態と異なり、第３の電極２０３０は、第２のパルス発生装置２０７０の負極端子に結合され、第４の電極２０４０は、その正極端子に結合される。この電極構成は、電極間に複数の電場をもたらすことになると期待される。これにより、電場の方向又は向きの制御が可能になる。
【００７８】
図２２は、本発明の更に別の実施形態による刺激装置２２００を概略的に示す底面図である。この実施形態では、刺激装置２２００は、第１の電極２２１０、第２の電極２２２０、第３の電極２２３０、第４の電極２２４０を含む。これらの電極は、スイッチ回路２２５０によりパルス発生装置２２４２に結合される。スイッチ回路２２５０は、第１の電極２２１０に結合された第１のスイッチ２２５２、第２の電極２２２０に結合された第２のスイッチ２２５４、第３の電極２２３０に結合された第３のスイッチ２２５６、第４の電極２２４０に結合された第４のスイッチ２２５８を含むことができる。作動時には、スイッチ２２５２〜２２５８が開閉して、電極２２１０〜２２４０間に種々の電場を確立することができる。例えば、第１のスイッチ２２５２及び第４のスイッチ２２５８がパルス発生装置２２４２からのパルスと連携して閉じ、第１の電場２２６０を発生させることができ、及び／又は、第２のスイッチ２２５４及び第３のスイッチ２２５６がパルス発生装置２２４２からの別のパルスと連携して閉じて、第２の電場２２７０を発生させることもできる。第１及び第２の電場２２６０及び２２７０は、同じパルスで発生されて同時発生電場を生成することができ、又は、交互パルスによって交互又は回転する電場を生成することができる。
【００７９】
図２３は、本発明の別の実施形態による刺激装置２３００の底面図であり、図２４は、その側面図である。この実施形態では、刺激装置２３００は、第１の電極２３１０、第２の電極２３２０、第３の電極２３３０、及び第４の電極２３４０を有する。電極２３１０〜２３４０は、図１４〜図２２を参照して上述した構成のいずれかに形成することができる。また、電極２３１０〜２３４０は、導電性ピン２３５０及び／又は２３６０も含む。ピン２３５０及び２３６０は、皮質の軟膜表面の下に延びるように構成することができる。例えば、ピン２３５０の長さが皮質７０９の厚さよりも短いので、ピン２３５０の先端は、それに応じて軟膜表面下の皮質７０９内の刺激部位に電気パルスを伝導することになる。ピン２３６０の長さは、皮質７０９の厚さよりも大きく、脳深部領域７１０のような皮質７０９下の脳の部分に電気パルスを伝導する。ピンの長さは、軟膜７０８下の刺激部位に電気パルスを伝導するように選択される。従って、ピン２３５０及び２３６０の長さは、各電極に対して同じであるか、又は個々の電極に対して異なることもできる。更に、電極及びピンの選択された部分のみが、露出伝導区域を有することができる。例えば、唯一の露出電導材料がピンの先端にあるように、電極２３１０〜２３４０と、ピン２３５０及び２３６０の一部分とを誘電材料で覆うことができる。また、図１４〜図２２に述べた電極の構成は、図２３及び図２４に示す電極と同様の方法でピン様の電極を設けることにより、軟膜下の刺激部位に電流を印加するように適応させることができることも認められるであろう。
【００８０】
図６〜図２４を参照して上述した刺激装置の実施形態のいくつかは、現行の経頭蓋又は頭蓋下刺激装置よりも効果的であると期待される。電極を頭蓋の下に位置決めすることに加え、上述の刺激装置の実施形態の多くはまた、軟膜７０８、硬膜７０６、及び／又は皮質７０９に対して目標とするパターンで電気エネルギを正確に集中させる。経頭蓋装置では、電極又は他の種類のエネルギエミッタが刺激部位から比較的遠くに位置決めされており、頭蓋がエネルギの一部を拡散するために、エネルギを正確に集中させないこともあることが認められるであろう。また、現行の頭蓋下装置は、一般に、電極を特定の神経に単に近接して配置するが、刺激部位に対して設計されたパターンで電場を生じる電極構成を設けない。図６〜図２４を参照して上述した刺激装置の実施形態のいくつかでは、目標とする刺激部位の神経細胞に接して電極を配置することができるために、この欠点を克服している。更に、刺激装置の電極構成は、頭蓋７００により拡散されない目標とする電場をもたらすように構成することができる。従って、本発明による刺激装置の実施形態のいくつかは、エネルギを正確に刺激部位に集中させることができるために、更に効果的であると期待される。
【００８１】
４．バイアス要素を備えた埋込み可能刺激装置
図２５〜図３０には、本発明の異なる態様によるバイアス要素を有する刺激装置の実施形態のいくつかを図示している。図２５〜図３０に示す刺激装置は、図６〜図２４を参照して上述したものと同様とすることができる。従って、図２５〜図３０に示す刺激装置の実施形態は、図６〜図２４を参照して上述したものと同じパルスシステム、支持部材、及び電極構成を有することができる。
図２５は、本発明の実施形態による刺激装置２５００の等角投影図であり、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に支持されたパルスシステム２５３０、及びパルスシステム２５３０に結合された第１及び第２の電極２５６０を含む。支持部材２５１０は、図６及び図７を参照して上述した支持部材６１０と同一又は同様とすることができる。従って、支持部材２５１０は、頭蓋７００内に埋め込むように構成されたハウジング２５１２と、締結装置２５１８（図２）、接着剤、及び／又は固定装置により頭蓋７００に結合されるように構成された取付け要素２５１４とを含むことができる。パルスシステム２５３０は、図６〜図１３を参照して上述したパルスシステムのいずれかと同一又は同様とすることができ、第１及び第２の電極２５６０は、図１４〜図２４を参照して上述した何らかの電極構成を有することができる。しかし、上述の刺激装置と異なり、刺激装置２５００は、電極２５６０に結合されたバイアス要素２５５０を含み、電極２５６０を支持部材２５１０から離すように機械的に付勢する。代替実施形態では、バイアス要素２５５０は、ハウジング２５１２と取付け要素２５１４との間に位置決めすることができ、電極２５６０は、ハウジング２５１２に直接取り付けることができる。以下に更に詳細に説明するように、バイアス要素２５５０は、圧縮性部材、流体で満たした袋、バネ、又は、弾力的及び／又は弾性的に支持部材２５１０から離すように電極２５６０を押しやる他の任意の適切な要素とすることができる。
【００８２】
図２６は、患者の頭蓋７００内に埋め込まれた後の刺激装置２５００の実施形態を示す。締結装置２５１８を頭蓋７００に取り付ける時、バイアス要素２５５０は、電極２５６０が刺激部位に接触するように、わずかに圧縮する必要がある。図２６に示す実施形態では、圧縮バイアス要素２５５０により、電極２５６０は、軟膜７０８の表面に穏やかに押し付けられる。バイアス要素２５５０は、電極２５６０と皮質７０９の軟膜表面との間に均質で確実な接触をもたらすことになると期待される。刺激装置２５００は、埋込み可能装置が頭蓋に取り付けられて、刺激部位が軟膜７０８又は硬膜７０６上にある場合に特に有用であると期待される。脳が頭蓋に対して動く時に頭蓋７００、硬膜７０６、及び軟膜７０８間の距離が頭蓋内で変動し、同じく深さが患者間で変わるために、軟膜７０８に対する接点を位置決めすることが困難である可能性がある。刺激装置２５００にバイアス要素２５５０があれば、頭蓋７００と軟膜７０８との間の異なる距離が補正されるために、単一種類の装置でも、数例の異なる患者に本質的に適合させることができる。更に、バイアス要素２５５０を有する刺激装置２５００は、脳が頭蓋内で動く時の変化に適応する。バイアス要素２５５０を備えた刺激装置２５００とは対照的に、バイアス要素２５５０がない埋込み可能な装置は、特定の患者に適合しないことがあり、又は、軟膜への電気的接触が確実にもたらされない場合がある。
【００８３】
図２７及び図２８は、バイアス要素が圧縮性部材である刺激装置の断面図である。より詳細には、図２７は、本発明の実施形態によるバイアス要素２７５０を有する刺激装置２７００を示す。刺激装置２７００は、一体化パルスシステム２５３０と、刺激装置２５００と同様の方法でパルスシステム２５３０に結合された電極２５６０とを有することができる。この実施形態のバイアス要素２７５０は、生体適合性独立気泡発泡体又は開放気泡発泡体のような圧縮性発泡体である。図２７に最もよく見られるように、バイアス要素２７５０は、刺激装置２７００が頭蓋に取り付けられる時に圧縮する。図２８は、本発明の別の実施形態によるバイアス要素２８５０を有する刺激装置２８００を示す。バイアス要素２８５０は、シリコンゴム又は他の適切な圧縮性材料のような圧縮性固体とすることもできる。電極２５６０は、バイアス要素２８５０に取り付けられる。
【００８４】
図２９は、本発明の別の実施形態によるバイアス要素２９５０を有する刺激装置２９００の断面図である。刺激装置２９００は、内部通路２９１２とダイヤフラム２９１４とを含む支持部材２９１０を有することができる。バイアス要素２９５０は、支持部材に取り付けられた可撓性の袋２９５２を含むことができ、電極２５６０は、可撓性の袋２９５２に取り付けることができる。作動時には、可撓性の袋２９５２は、電極が刺激部位に押し付けられるまで流体２９５４が充填される。一実施形態では、ダイヤフラム２９１４を通して注射器２９５６の針を挿入し、内部通路２９１２及び可撓性の袋内に流体２９５４を注入することにより、可撓性の袋２９５２が充填される。
【００８５】
図３０は、本発明の別の実施形態によるバイアス要素３０５０を有する刺激装置３０００の断面図である。この実施形態では、バイアス要素３０５０はバネであり、電極２５６０がバネに取り付けられる。バイアス要素３０５０は、波形バネ、板バネ、又は刺激部位に対して電極２５６０を機械的に付勢することができる任意の他の適切なバネとすることができる。
図２５〜図３０に示す刺激装置の実施形態のいくつかは、バイアス要素と、図６〜図１３に関して上述したいずれかのパルスシステムとを有することができるが、パルスシステムを支持部材内に含ませる必要はない。従って、本発明による埋込み可能刺激装置のいくつかの実施形態は、図６〜図３０に関して上記で示した実施形態の任意の組み合わせで、パルスシステム及び／又はバイアス部材を有することができる。
【００８６】
５．外部パルスシステムを備えた埋込み可能刺激装置
図３１〜図３５は、外部パルスシステムを有する埋込み可能刺激装置の種々の実施形態の概略断面図である。より詳細には、図３１は、図２５〜図３０を参照して上述した刺激装置と同様の方法で複数の電極３１６０が取り付けられたバイアス要素３１５０を有する刺激装置３１００の実施形態を示す。刺激装置３１００が、バイアス要素３１５０を含まなくてもよいことが認められるであろう。また、刺激装置３１００は、電気ソケット３１２２と、電極３１６０をソケット３１２２内の接点（図示せず）に結合する埋込みリード線３１２４とを備えた外部レセプタクル３１２０を含むこともできる。リード線３１２４は、当業者に公知の方法で皮下トンネル又は他の通路に埋め込むことができる。
【００８７】
刺激装置３１００は、しかしながら、患者５００の頭蓋７００に埋め込まれた装置の部分に支持された内部パルスシステムを持たない。刺激装置３１００は、外部のパルスシステム３１３０から電気パルスを受け取る。外部パルスシステム３１３０は、レセプタクル３１２０内の接点に係合するように構成された複数の接点３１３４を備えた電気コネクタ３１３２を有することができる。外部パルスシステム３１３０はまた、電気パルスを発生させるために、電源、コントローラ、パルス発生装置、及びパルス送信器を有することができる。作動時には、外部パルスシステム３１３０は、コネクタ３１３２、レセプタクル３１２０、及びリード線３１２４を通じて刺激装置３１００に電気パルスを送る。
【００８８】
図３２及び図３３は、本発明の別の実施形態による外部パルスシステムと共に用いるための刺激装置３２００の実施形態を示す。図３３を参照すると、刺激装置３２００は、ソケット３２１２と、ソケット３２１２に配置された複数の接点３２１４と、ソケット３２１２を覆うダイヤフラム３２１６とを有する支持構造体３２１０を含むことができる。また、刺激装置３２００は、バイアス要素３２５０と、バイアス要素３２５０に取り付けられた複数の電極３２６０とを含むことができる。各電極３２６０は、支持構造体３２１０内の接点３２１４の１つに直接結合される。刺激装置３２００の代替実施形態は、バイアス要素３２５０を含まないことが認められるであろう。
【００８９】
図３２及び図３３を共に参照すると、刺激装置３２００は、電源と、コントローラと、パルス発生装置と、パルス送信器とを有する外部パルスシステム３２３０から電気パルスを受け取る。また、外部パルスシステム３２３０は、針３２３３（図３３）と、ソケット３２１２内の内部接点３２１４に接触するために針３２３３上に配置された複数の接点３２３４とを有するプラグ３２３２を含むことができる。作動時には、接点３２３４が接点３２１４に係合するように、針３２３３がソケット３２１２内に挿入され、次に、パルスシステム３２３０が作動されて電気パルスを電極３２６０に伝達する。
【００９０】
図３４及び図３５は、外部パルスシステムと共に用いるための刺激装置の更に別の実施形態を示す。図３４は、患者５００の頭皮７０２下に延びるリード線３４２０に結合された電極３４１０を有する刺激装置３４００の実施形態を示す。リード線３４２０は、外部パルスシステム３４５０に結合される。図３５は、支持部材３５１０と、支持部材３５１０に結合された電極３５１２と、頭皮７０２上に装着された外部レセプタクル３５２０とを有する刺激装置３５００の実施形態を示す。また、外部レセプタクル３５２０は、支持部材３５１０に結合させることもできる。外部レセプタクル３５２０は、電極３５１２と電気的に結合した接点（図示せず）を備えたソケット３５２２を有することができる。刺激装置３５００は、プラグ３１３２上の接点３１３４がソケット３５２２内の接点に係合するまでプラグ３１３２をソケット３５２２内に挿入することにより、図３１を参照して上述した外部パルスシステム３１３０と共に用いることができる。
【００９１】
６．埋込み可能刺激装置の代替実施形態
図３６は、本発明の別の実施形態による埋込み可能刺激装置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に結合した複数の電極３６２０とを有する。支持構造体３６１０は、頭蓋７００の内部表面７０１と脳の軟膜表面との間の頭蓋７００下に埋め込まれるように構成することができる。支持構造体３６１０は、刺激装置３６００が頭蓋７００下に埋め込まれる時に電極３６２０が軟膜７０８に接触するように、可撓性又は圧縮性本体とすることができる。他の実施形態では、支持構造体３６１０は、電極３６２０をそれらが軟膜７０８に近接するが接触しないように位置決めすることができる。
【００９２】
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け取ることができる。例えば、外部コントローラ３６３０は、頭蓋７００の穴７１１を通過するリード線３６３２により、刺激装置３６００と電気的に結合することができる。代替実施形態では、刺激装置３６００は、図６〜図１３を参照して上述したパルスシステムと同様の一体化パルスシステムを含むことができる。刺激装置３６００のこのような実施形態は、それに応じて無線外部制御ユニットを用いることができる。刺激装置３６００の電極３６２０は、図１４〜図２４を参照して上述した電極構成のいくつかを有することができることが認められるであろう。
【００９３】
図３７及び図３８は、埋込み可能刺激装置３６００の一実施形態を示す。図３７を参照すると、支持構造体３６１０は、可撓性の基板とすることができ、電極３６２０は、可撓性の基板上にプリントされた導電要素とすることができる。例えば、刺激装置３６００は、電気構成要素に用いられる可撓性プリント回路アセンブリと同様の方法で製造することができる。刺激装置３６００は、挿入ツール３７００を用いて頭蓋７００の下に埋め込むことができる。一実施形態では、挿入ツール３７００は、取っ手３７０２及び取っ手３７０２から突出するシャフト３７０４を有する。シャフト３７０４は、支持部材３６１０の平坦部分を受け取るように構成されたスロット３７０６を有することができる。図３８を参照すると、支持部材３６１０は、シャフト３７０４の周りに巻かれ、その後、刺激装置３６００は、頭皮７００及び硬膜７０６を通る穴７１１に配置されたチューブ３７２０まで通される。刺激装置３６００は、チューブ３７２０を通過し終えると広げられ、電極３６２０を少なくとも軟膜７０８の近くに配置する。電極３６２０は、リード線３６３２により外部コントローラと結合させることができる。
【００９４】
図３９は、同じく頭蓋７００と軟膜７０８との間に位置決めされるように構成された埋込み可能刺激装置３９００の別の実施形態を示す。一実施形態では、刺激装置３９００は、支持部材３９１０及び支持部材３９１０に結合した複数の電極３９２０を含むことができる。電極３９２０は、電極３９２０を外部パルスシステムと結合させるために個々のリード線３９２２に結合することができる。代替実施形態では、一体化パルスシステム３９３０は、電極３９２０が、外部リード線３９２２を用いることなく一体化パルスシステム３９３０と直接結合することができるように、支持部材３９１０によって支持されることができる。支持部材３９１０は、弾力的圧縮性部材、膨張可能バルーン状装置、又は、実質的に中実の非圧縮性本体とすることができる。図３９に示す特定の実施形態では、支持部材３９１０は、電極３９２０を支持する膨張可能バルーン状装置である。作動時には、電極３９２０が目標とする刺激部位に位置決めされるまで支持部材３９１０の遠位端を頭蓋７００の穴７１１を通過させることにより、刺激装置３９００が埋め込まれる。
【００９５】
図４０は、本発明の別の実施形態による内部パルスシステム４０３０と共に刺激装置４０００を示す概略図である。刺激装置４０００は、支持部材４０１０、支持部材４０１０に支持されたバイアス要素４０１５、及びバイアス要素４０１５に支持された複数の電極４０２０を含むことができる。内部パルスシステム４０３０は、図６〜図１３を参照して上述した一体化パルスシステムのいずれかと同様とすることができるが、内部パルスシステム４０３０は、ハウジング４０１０に支持されていないので一体化パルスシステムではない。内部パルスシステム４０３０は、ケーブル４０３４により電極４０２０に結合させることができる。典型的な用途では、ケーブル４０３４は、鎖骨下領域から首の背部に沿って頭蓋を周るトンネル内に皮下的に埋め込まれる。刺激装置４０００はまた、図１４〜図２４を参照して上述した電極構成のいずれをも含むことができる。
本発明の特定の実施形態を本明細書で解説のために説明したが、上述の内容から、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが認められるであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲による以外は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１Ａ】神経細胞の概略図である。
【図１Ｂ】正常な神経活動に付随する「活動電位」を発する段階を示すグラフである。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に従って脳内の位置に付随する患者の神経機能をもたらす方法の流れ図である。
【図２】脳の体部位局在性による患者の神経機能に関連した脳の第１の領域での神経活動を示す脳の一部分の上面図である。
【図３】本発明の実施形態による方法の一段階に用いられた患者の神経機能に付随する神経活動の喪失を示す脳の一部分の上面図である。
【図４】本発明の実施形態による方法の別の段階での患者の神経機能に付随する神経活動の位置の変化を示す、図３の脳の上面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による方法の段階における埋込み手順を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による方法の段階における埋込み手順を示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に従って刺激された神経活動に伴う「活動電位」を発する段階を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による埋込み可能刺激装置の等角投影図である。
【図７】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置の一部を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるパルスシステムの概略図である。
【図９】本発明の実施形態による埋込み刺激装置及び外部コントローラの概略図である。
【図１０】本発明の別の実施形態によるパルスシステム及び外部コントローラを有する埋込み可能刺激装置の概略図である。
【図１１】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置の一部を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態によるパルスシステム及び外部コントローラを有する埋込み可能刺激装置の概略図である。
【図１３】本発明の別の実施形態によるパルスシステム及び外部コントローラを有する埋込み可能刺激装置の一部を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す底面図である。
【図１５】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の別の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す底面図である。
【図１７】本発明の別の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の更に別の実施形態による電極構成を示す底面図である。
【図１９】本発明の更に別の実施形態による電極構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の更に別の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す底面図である。
【図２１】本発明の別の実施形態による埋込み可能刺激装置のための電極構成を示す底面図である。
【図２２】本発明による埋込み可能刺激装置と共に用いるための電極構成の更に別の実施形態を示す底面図である。
【図２３】本発明の更に別の実施形態による刺激装置と共に用いるための電極構成を示す底面図である。
【図２４】本発明の更に別の実施形態による刺激装置と共に用いるための電極構成を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施形態による機械的バイアス要素を有する埋込み可能刺激装置の一部を概略的に示す等角投影図である。
【図２６】本発明の実施形態により患者の頭蓋内に埋め込まれた機械的バイアス要素を有する刺激装置を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施形態によるバイアス要素を有する刺激装置の一部を概略的に示す断面図である。
【図２８】本発明の更に別の実施形態によるバイアス要素を有する刺激装置を示す断面図である。
【図２９】本発明の更に別の実施形態によるバイアス要素を有する刺激装置を示す断面図である。
【図３０】本発明の更に別の実施形態によるバイアス要素を有する刺激装置を示す断面図である。
【図３１】本発明の実施形態による外部電源及びパルス発生装置を有する埋込み可能刺激装置の一部分を概略的に示す断面図である。
【図３２】本発明の別の実施形態による外部電源及びパルス発生装置を有する埋込み可能刺激装置の一部分を概略的に示す断面図である。
【図３３】図３２の埋込み可能刺激装置の一部分を更に詳細に示す断面図である。
【図３４】本発明の別の実施形態による埋込み可能刺激装置の一部分及び外部コントローラを概略的に示す断面図である。
【図３５】本発明の更に別の実施形態による埋込み可能刺激装置の一部分及び外部コントローラを概略的に示す断面図である。
【図３６】本発明の更に別の実施形態による埋込み可能刺激装置の一部分を概略的に示す断面図である。
【図３７】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置を示す等角投影図である。
【図３８】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置を示す断面図である。
【図３９】本発明の更に別の実施形態による埋込み可能刺激装置を示す断面図である。
【図４０】本発明の実施形態による埋込み可能刺激装置の概略図である。
【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１２】
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【図１３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004538041.tif 000110
2004538041.tif 000111
【国際調査報告】
2004538041.tif 000112
2004538041.tif 000113
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