(57)【要約】  【解決手段】  システムで収集されたデータ由来のシステムおよび診断的シグネチャが、ユーザーの脳の健康および機能性を評価する、生物学的センサーの複数ストリームを捉える。前記システムには、前記ユーザーから生物学的センサーデータを収集するために適応された複数の生物学的センサー、および様々な感覚、認知、身体的、および化学的負荷で脳を刺激する性能が含まれる。前記生物学的センサーには、加速度計のバランスおよび動きの指標、マイクロホンの声および反応の測定、眼の動きおよび生体認証を追跡する画像センサー、心拍数のパルス酸素濃度計測定、心拍数の変動性、および動脈血酸素、感情および気分情報の電気皮膚反応（または皮膚コンダクタンス）、主要脳卒中の形態での認知データ、および認知負荷時のマウスのクリックまたはタッチスクリーンイベントから選択された１若しくはそれ以上の追加生物学的センサーのデータストリームに加え、少なくとも１つのＥＥＧ脳波データチャネルを収集する活性脳波センサーを含む。前記生物学的センサーのいくつかは、前記ユーザーの頭部に取り付けられた電子モジュールで提供される。  【選択図】      図８
2016517325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの脳の健康状態を評価するため、生物学的センサーデータの複数のストリームを捕らえるシステムであって、
少なくとも１チャンネルのＥＥＧ脳波データを収集する活性脳波センサーを含む、ユーザーの頭部またはその付近に取り付けられる電子モジュールと、
複数の生物学的センサーを使用して前記ユーザーからの生物学的センサーデータを同時に記録する複数の生物学的センサーであって、前記生物学的センサーは、認知負荷または聴覚刺激に対する一連の作業中のヒト被験者の音声応答を捕らえるための、ヒトの会話を記録するマイクロホンと、眼の動き、眼のサッケード、および他の生物測定識別情報を記録する画像センサーとを含む、前記複数の生物学的センサーと、
視覚刺激、聴覚刺激、食刺激、嗅覚刺激、および／または運動刺激の少なくとも１つを前記ユーザーに適用する刺激装置であって、前記複数の生物学的センサーが、前記電子モジュールによる記録のために、前記刺激装置によって適用された刺激に対する身体の反応を同時に測定する、前記刺激装置と
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記複数の生物学的センサーは、加速度計によるバランスおよび動きの指標、心拍数のパルス酸素濃度測定、心拍数の変動性、および動脈血酸素、感情および気分情報の電気皮膚反応（または皮膚伝導性）、主要な脳卒中の形態での認知データ、および認知負荷時のマウスのクリックまたはタッチスクリーンイベントから選択される１若しくはそれ以上の追加の生物学的センサーのデータストリームを発生させるものであるシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムであって、さらに、前記複数の生物学的センサーによって収集される生物学的シグナルストリームを同時に捕らえる、ノートパソコン、タブレットＰＣ、またはスマートフォンなどの装置の形態の周辺ＭＣＵを有するシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、さらに、前記ユーザーの体幹または四肢に配置される少なくとも１つの周辺電子モジュールであって、前記電子モジュールによって収集されたデータに合わせて同時登録される位置および心拍数データを収集し、前記収集された生物学的センサーデータを、単独または相互に相関して分析することができるようにする、前記少なくとも１つの周辺電子モジュールを有するシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電子モジュールがさらに光刺激を行うＬＥＤを有するものであるシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムであって、さらに、前記生物学的センサーが前記刺激に対する前記ユーザーの脳反応を収集する間、前記ユーザーに画像または動画を表示し、視覚系を刺激する周辺装置を有するシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電子モジュールは多接触電極を含み、それにより標準的な円または四角が２、３、または４等分されるが、電極は独立しているものであるシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電子モジュールは、収集された生物学的センサーデータを保存するための大容量記憶装置を含むものであるシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記刺激装置は前記ユーザーの感覚の少なくとも１つに刺激を適用し、前記電子モジュールは生物学的センサーから生物学的センサーデータを収集し、このセンサーが前記ユーザーの別の感覚から生物学的センサーデータを収集するものであるシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、前記刺激装置が前記ユーザーに画像を提示し、前記画像が提示されている間に、前記電子モジュールが皮膚コンダクタンスの測定、脳波ＥＥＧ、および／または加速時計の測定を収集するものであるシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記一連の作業は、段階的症状チェックリストの「頭痛はあるか」、「調子が悪い」、「動きが鈍い」、「ボーっとする」、「頭が締め付けられる」、「めまいがする」、「集中力の欠如」、「疲労感」、および「嗜眠」に関する質問から基本的になるものであるシステム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記一連の作業は、震盪標準評価の即時記憶および遅延記憶作業を含むシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記一連の作業は、さらに、震盪標準評価の集中力の作業を含むシステム。
【請求項１４】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記一連の作業は、３種類の発砲体面での姿勢に関するＢＥＳＳ総エラースコアのみを含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願書類は、２０１３年３月１５日に提出された米国仮出願第６１／７９９，８４２号、２０１３年６月１８日に提出された米国仮出願第６１／８３６，２９４号、および２０１４年１月２９日に提出された米国仮出願第６１／９３２，９１５号の利益を請求するものである。これらの特許出願の内容は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ヒトの脳の状態および機能を動力学的に評価するシステムにおいて、活性化された作業および刺激を利用することにより、脳の健康を診断および分析することに関する。
【背景技術】
【０００３】
脳および中枢神経系が正常に機能していることは、健康で楽しく、生産的な生活を送るために重要である。脳および中枢神経系の疾患は、最も重篤な疾患に含まれる。脳卒中、アルツハイマー病、およびパーキンソン病などの多くの神経疾患は、潜行性および進行性であり、加齢とともに多く見られるようになる。精神分裂病、うつ病、多発性硬化症、およびてんかんなどの他の疾患はより低年齢で発症し、個人の生涯にわたり持続し、進行する可能性がある。脳損傷、感染症、および中毒などの神経系への突然の壊滅的な障害も、あらゆる年齢の個人に影響する可能性がある。
【０００４】
ほとんどの神経系機能障害は、個人の遺伝子型、環境、および個人的習慣の複雑な相互作用により生じるため、非常に個別化された様相を呈することが多い。しかし、予防医療の重要性が明らかになっているにもかかわらず、自己の神経系の健康を客観的に評価する簡便な方法は広く利用できるようにはなっていない。したがって、通常の健康調査、機能障害の初期診断、疾患進行の追跡、治療と新しい治療法の発見および最適化のため、脳および神経系の健康状態をモニターする新たな方法が必要である。
【０００５】
血圧、コレステロール、および血糖値などの個人的な健康モニタリングのためのバイオマーカーが家庭で使用される用語となっている心血管系および代謝疾患とは異なり、脳および神経系の健康を示す簡便なバイオマーカーは存在しない。陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、機能的磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ）、および神経精神医学的または認知機能検査などの定量的神経生理学的評価アプローチは、オペレーターの多大な専門知識、入院または診療所での検査が必要であり、長時間、高額の費用がかかる。神経系機能の手軽なバイオマーカーとしての広域の役割を果たすために適応可能な１つの技術は、電気的シグナルを発生し、送信する脳の機能を測定する脳波記録法（ＥＥＧ）を含め、多数の異なるデータ形式から脳を多面的に評価するものである。しかし、正式な検査所でのＥＥＧアプローチでは、多大なオペレーターの訓練、煩雑な装置が必要であることが多く、主にてんかんの検査に使用されている。
【０００６】
個人の脳の健康を定量的に測定するため、神経学的および精神医学的疾患の予防、診断、および治療を大きく改善することができる、別の革新的バイオマーカーアプローチが必要である。パーキンソン病、アルツハイマー病、脳振盪、および他の神経系および精神神経疾患のバイオマーカーを導く、独特の多面的装置および検査が差し迫って必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
システムに収集されたデータ由来のシステムおよび診断シグネチャは、ユーザーの脳の健康および機能性を評価する、生物学的センサーデータの複数のストリームを捉えることで、当該分野における上記の必要性に応じる。典型的な実施形態では、前記システムに前記ユーザーの生物学的センサーデータを収集するために適応された複数の生物学的センサー、および様々な感覚、認知、身体的、および化学的負荷で脳を刺激する機能が含まれる。前記生物学的センサーには、加速度計のバランスおよび動きの指標、マイクロホンの声および反応の測定、眼の動きおよび生体認証を追跡する画像センサー、心拍数のパルス酸素濃度計測定、心拍数の変動性、および動脈血酸素、感情および気分情報の電気皮膚反応（または皮膚コンダクタンス）、主要脳卒中の形態での認知データ、および認知負荷時のマウスのクリックまたはタッチスクリーンイベントから選択された１若しくはそれ以上の追加生物学的センサーのデータストリームに加え、少なくとも１つのＥＥＧ脳波データチャネルを収集する活性脳波センサーを含む。最後に、規制当局が承認した薬物、成分、および化合物は、脳に負荷を与え、その反応を診断的に測定するため、診断的に投与することができる。
【０００８】
一実施形態では、前記システムが、データの様々な生物学的シグナルストリームを記録するため、脳の近位に唯一の再利用可能電子モジュール（ＲＥＭ）モジュールを含む。これは、ノートパソコン、タブレットＰＣ、またはスマートフォンなどの装置の形態で、周辺ＭＣＵに同時に収集される様々な生物学的シグナルストリームにより補足される。
【０００９】
別の実施形態では、前記システムが頭部のＲＥＭモジュールに加え、１若しくはそれ以上のＲＥＭモジュールを含む。この実施形態では、頭部以外のＲＥＭモジュールをヒト被験者の体幹に配置し、位置および心拍数情報を収集するか、代わりに、または加えて、前記個人の四肢からの生物学的シグナルを記録するため、肢の手首または足首に配置する。すべての場合において、適切な時期にデータを同時登録し、各モダリティまたは生物学的シグナルを単独または相関性のある方法で分析することができるようにする。前記診断情報を用いて多変量の予測統計モデルを構築し、評価において、ヒト被験者の健康およびウェルネスを助けることができる。
【００１０】
前記システムは、感覚、認知、身体的、および化学的負荷に対する反応の評価において、ヒト被験者を刺激する方法も有する。本発明の一実施形態では、（ｉ）周辺ＭＣＵまたは頭部ＲＥＭからの光刺激、または（ｉｉ）周辺ＭＣＵのビデオスクリーンに表示された画像または動画を用いて、視覚系を評価する。別の実施形態では、多面的データストリーム内の既知または予想されるバイオマーカーシグネチャにより、両耳性うなり、片耳性うなり、アイソクロニック音または他の重要な聴覚刺激を用いて、聴覚系に負荷を与える。別の実施形態では、消費するための一定量の特殊な食品、または代わりに、舌の電気刺激装置を用いて直接、胃腸系を刺激する。さらに別の実施形態では、スクラッチまたは匂いカード、自動アロマディフューザー、または嗅球の直接電気刺激により嗅覚系を刺激する。最後に、触覚は既知のテクスチャまたは直接経皮的電気刺激により刺激することができる。望ましく有利であると考えられるとおり、これらの実施形態のいずれも、単独または組み合わせて実施することができる点も、本発明の一部である。
【００１１】
本発明の別の実施形態には、様々な多接触電極を含み、それによって、標準的な円または四角が２、３、または４等分に均等に分けられるが、電極は独立している。このようにすることで、本発明の２電極系はヘッドバンドのフォームファクタを含め、同じ空間および時間的構成で４、６、または８電極系とすることができる。
【００１２】
一実施形態には、使い捨て式空気枕またはクッションまたは他の小型であるが拡張可能な装置を使用し、ヒト被験者に不規則または不安定な面を作成し、バランスを取って静的バランス／安定性を評価するか、または移動して動的バランス／安定性を評価する工程を含む。
【００１３】
別の実施形態では、追加データトランスデューサーをＲＥＭモジュールに組み入れ、前記システムが多様な生物学的センサーデータストリームを獲得できるようにする。特定の一実施形態には、聴覚マイクロホンおよび／または前向きデジタル画像センサー（特に動画カメラ）を含む。
【００１４】
別の実施形態には、画像処理由来の視標追跡および動きの画像センサー、またはＧｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ視標追跡装置または赤外線視標追跡装置に酷似した、より専用の装置または技術の利用を含む。
【００１５】
別の実施形態では、ＲＥＭがｍｉｃｒｏＳＤカードまたは他の高密度ＲＡＭ保存ユニットなどの大容量記憶装置を用いて設計される。このＲＡＭ保存ユニットは、ＲＥＭから直接、大容量記憶装置にデータを収集することができ、周辺ＭＣＵへの無線接続が必要ない。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、生物学的シグナルが測定および記録されている間、ヒト被験者に対し、独特の感情およびバランス特性を有する画像が提示される。この場合、架空の画像（海の上を飛んでいるブタ）に対する正常な感情反応がみられない人を、生物学的センサーのデータストリームにより客観的に検出することができる。他の気分および感情情報は、有利に収集される。特定の一実施形態では、画像が提示されている間、脳波ＥＥＧおよび加速度計測定値が収集されるのと同時に、電気皮膚反応（ＧＳＲ）測定値が回収される。これは、静止画像よりも動画などの動的画像に一様に作用する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照することで、さらに理解することができる。
【図１】図１は、電子機器による医療記録装置に直接または無線接続した、複数のＲＥＭモジュールおよび近隣の周辺マイクロプロセッサ（ＭＣＵ）を装備したヒトの身体を図示した概念図である。
【図２】図２は、ヘッドホンを装着したヒト被験者からからノートパソコン、タブレット、またはスマートフォンへのデータの流れを図示した概念図であり、データは暗号化され、クラウドに転送される。
【図３】図３は、暗号化されたデータパッケージが到着したところを図示した概念図であり、データは復号化され、アーチファクトを検出するためシグナルが前処理されてから、生物測定値を示した表を構築し、予測的に分析するため、様々なシグナル処理モジュールを行う。
【図４】図４は、サービスシステムとしての診断装置の略図である。
【図５】図５は、多面的刺激からの９種類のバイオシグナルおよびデータ取得システムの略図である。
【図６】図６は、多面的刺激からの９種類の生物学的シグナルおよびデータ取得システムの略図である。（注：実際のヒト被験者ではなく、人工のデータ。）
【図７】図７は、１チャネル調節対応装置の略図である。
【図８】図８は、各こめかみ用装置に別の電極を設置したヘッドバンドの略図である。
【図９】図９Ａは、２等分に分けた、単一の円または四角の電極の略図であるが、隣接する電極の空間は等量である。    図９Ｂは、３等分に分けた、単一の円または四角の電極の略図であるが、隣接する電極の空間は等量である。    図９Ｃは、４等分に分けた、単一の円または四角の電極の略図であるが、隣接する電極の空間は等量である。
【図１０】図１０は、モジュールにマイクロホンおよび小型カメラを組み込んだ、ヘッドバンドが支える電子モジュールの略図である。
【図１１】図１１は、赤外視標追跡能を有するＧｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ様装置の略図である。
【図１２】図１２は、光刺激を行うデュアルＬＥＤ、３色モンタージュＬＥＤ、およびすべてのＬＥＤ点光源を備えた、ヘッドバンドが支える電子モジュールの略図である。
【図１３】図１３は、脳用電気舌刺激装置を上から見た略図である。
【図１４】図１４は、脳用電気舌刺激装置を上から見た拡大図である。
【図１５】図１５は、主要電気部品を再利用することができる使い捨てシースを経由した滅菌パッケージが利用可能な、脳用電気舌刺激装置を上から見た拡大図である。
【図１６】図１６は、脳用電気鼻刺激装置を上から見た略図である。
【図１７】図１７は、主要電気部品を再利用することができる使い捨てシースを用いた、脳用電気鼻刺激装置を上から見た拡大図である。
【図１８】図１８は、脳振盪患者と対照被験者の臨床診断の予測に用いられる、ロジスティックプロットと、ＥＥＧの特徴（相対的ベータ）に関する、その対応する受信者動作特性曲線（ＲＯＣ）のグラフ表示である。
【図１９】図１９は、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の認知作業源を対にして併用した（上図）、または２つの共変量、年齢、および性別を組み合わせた（下図）、ＥＥＧの特徴（相対的ベータ）に関する受信者動作特性曲線（ＲＯＣ）のグラフ表示であり、本発明と一致した多面的予測モデルである。曲線下面積（ＡＵＣ）も示している。
【図２０】図２０は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｇｒａｄｅｄ  Ｓｙｍｐｔｏｍ  Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔ（段階的症状チェックリスト）総スコアのグラフ表示である。平坦な軌道は症状がないようにみえるが、数名の被験者は脳振盪と一致した症状を示すようである。
【図２１】図２１は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）総スコアのグラフ表示である。平坦な軌道はほぼ３０（完全なスコア）であるようにみえ、認識力が保たれているように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致した認知の問題を示しているようである。
【図２２】図２２は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｂａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＥＳＳ）総エラースコアのグラフ表示である。平坦な軌道はほぼゼロ（完全なスコア）であるように見え、前庭器官内は安定しているように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致したバランスおよび前庭の問題を示しているようである。
【図２３】図２３は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）最少エラーと、３つの検査カードの合計時間（秒）で測定したＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）のグラフ表示である。平坦な軌道は神経眼科的処理が一貫し、安定しているとおり、ほぼ４０秒であるように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致した、初期のスキャン診察での時間延長を示しているようである。
【図２４】図２４は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｇｒａｄｅｄ  Ｓｙｍｐｔｏｍ  Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔ（段階的症状チェックリスト）総スコアのグラフ表示である。被験者は、脳震盪（赤線）、または対照として同じスキャンシーケンスを行った損傷のないチームメート（緑線）と対にした。
【図２５】図２５は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）総スコアのグラフ表示である。被験者は、脳震盪（赤線）、または対照として同じスキャンシーケンスを行った損傷のないチームメート（緑線）と対にした。
【図２６】図２６は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｂａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＥＳＳ）総エラースコアのグラフ表示である。被験者は、脳震盪（赤線）、または対照として同じスキャンシーケンスを行った損傷のないチームメート（緑線）と対にした。
【図２７】図２７は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）最少エラーと、３つの検査カードの合計時間（秒）で測定したＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）のグラフ表示である。被験者は、脳震盪（赤線）、または対照として同じスキャンシーケンスを行った損傷のないチームメート（緑線）と対にした。
【図２８】図２８は、Ｎ＝１８例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）眼を閉じた作業時の相対的ベータ脳波出力のグラフ表示である。被験者は、脳震盪（赤線）、または対照として同じスキャンシーケンスを行った損傷のないチームメート（緑線）と対にした。
【図２９】図２９は、ベースライン値が得られたＮ＝６例の被験者について、（ｘ軸に沿った）ベースライン（スキャン診察０）およびスキャン診察１の連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｇｒａｄｅｄ  Ｓｙｍｐｔｏｍ  Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔ（段階的症状チェックリスト）総スコアのグラフ表示である。脳震盪を起こした運動選手は左側、損傷のないチームメートの対照は右側である。
【図３０】図３０は、ベースライン値が得られたＮ＝６例の被験者について、（ｘ軸に沿った）ベースライン（スキャン診察０）およびスキャン診察１の連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）総スコアのグラフ表示である。脳震盪を起こした運動選手は左側、損傷のないチームメートの対照は右側である。
【図３１】図３１は、ベースライン値が得られたＮ＝６例の被験者について、（ｘ軸に沿った）ベースライン（スキャン診察０）およびスキャン診察１の連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｂａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＥＳＳ）総エラースコアのグラフ表示である。脳震盪を起こした運動選手は左側、損傷のないチームメートの対照は右側である。
【図３２】図３２は、ベースライン値が得られたＮ＝６例の被験者について、（ｘ軸に沿った）ベースライン（スキャン診察０）およびスキャン診察１の連続評価での（ｙ軸に沿った）最少エラーと、３つの検査カードの合計時間（秒）で測定したＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）のグラフ表示である。脳震盪を起こした運動選手は左側、損傷のないチームメートの対照は右側である。
【図３３】図３３は、ベースライン値が得られたＮ＝６例の被験者について、（ｘ軸に沿った）ベースライン（スキャン診察０）およびスキャン診察１の連続評価における、（ｙ軸に沿った）眼を閉じた作業時の相対的ベータ脳波出力のグラフ表示である。脳震盪を起こした運動選手は左側、損傷のないチームメートの対照は右側である。
【図３４】図３４は、４例の損傷のない対照（ＣＴＬ）被験者のグラフ表示であり、（ｙ軸に沿った）ＧＳＣ、ＳＡＣ、ＢＥＳＳ、ＫＤ時間、および相対的ベータ値が、（ｘ軸に沿った）各スキャン診察の上にそれぞれ個別に積み重ねられている。これは、役割への復帰の意志決定に有用である。
【図３５】図３５は、４例の脳震盪（ＴＢＩ）被験者のグラフ表示であり、（ｙ軸に沿った）ＧＳＣ、ＳＡＣ、ＢＥＳＳ、ＫＤ時間、および相対的ベータ値が、（ｘ軸に沿った）各スキャン診察の上にそれぞれ個別に積み重ねられている。これは、役割への復帰の意志決定に有用である。
【図３６】図３６は、１例の損傷のない対照（ＣＴＬ）被験者および脳震盪（ＴＢＩ）被験者のグラフ表示であり、（ｙ軸に沿った）ＧＳＣ、ＳＡＣ、ＢＥＳＳ、ＫＤ時間、および相対的ベータ値が、（ｘ軸に沿った）各スキャン診察の上にそれぞれ個別に積み重ねられている。これは、役割への復帰の意志決定に有用である。
【図３７】図３７は、ノートまたはタブレットＰＣの略図である。外部の視標追跡装置はビデオモニターの下に示され、ワイヤ（ＵＳＢなど）または無線（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、ＷｉＦｉなど）で接続されている。
【図３８】図３８は、一連のカードを提示し、スクリーンの角で左上から右上、右下、左下、再び左上に眼を動かした時の、３０Ｈｚ視標追跡装置の出力のグラフ表示である。座標の起始部はコンピュータースクリーンの左上である。
【図３９】図３９は、被験者の眼が多数の刺激カードに焦点を当てていた時間のハートマップ図（ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｈｅａｔ  ｍａｐ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）である。このデータは脳波、声、および神経心理学的データを補足する。
【図４０】図４０は、被験者の眼が多数の刺激カードに焦点を当てていた時間のハートマップ図である。この図は、関心領域（Ａｒｅａｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）も示しており、ＡＯＩ内と様々なＡＯＩ外でどの程度時間がかかったかを判断することができるように作成された。このデータは脳波、声、および神経心理学的データを補足する。
【図４１】図４１は、Ｎ＝４０例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｇｒａｄｅｄ  Ｓｙｍｐｔｏｍ  Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔ（段階的症状チェックリスト）総スコアのグラフ表示である。平坦な軌道は症状がないように見えるが、数名の被験者は脳振盪と一致した症状を示すようである。
【図４２】図４２は、Ｎ＝４０例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）総スコアのグラフ表示である。平坦な軌道はほぼ３０（完全なスコア）であるように見え、認識力が保たれているように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致した認知の問題を示しているようである。
【図４３】図４３は、Ｎ＝４０例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）Ｂａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＥＳＳ）総エラースコアのグラフ表示である。平坦な軌道はほぼゼロ（完全なスコア）であるようにみえ、前庭器官内は安定しているように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致したバランスおよび前庭の問題を示しているようである。
【図４４】図４４は、Ｎ＝４０例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められる数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）最少エラーと、３つの検査カードの合計時間（秒）で測定したＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）のグラフ表示である。平坦な軌道は神経眼科的処理が一貫し、安定しているとおり、ほぼ４０秒であるように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致した、初期のスキャン診察での時間延長を示しているようである。
【図４５】図４５は、損傷のない運動選手と損傷のある運動選手を対にして示した、Ｎ＝４０例の被験者のスキャン診察として、ｘ軸に沿って認められた数種類のスキャンの連続評価における、（ｙ軸に沿った）最少エラーと、３つの検査カードの合計時間（秒）で測定したＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）のグラフ表示である。平坦な軌道は神経眼科的処理が一貫し、安定しているとおり、ほぼ４０秒であるように見えるが、数名の被験者は脳震盪と一致した、初期のスキャン診察での時間延長を示しているようである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、図１〜４５を参照し、以下に詳細に説明される。当業者は、これらの図について本明細書に示された説明は、例とする目的のみであり、いかなる方法でも本発明の範囲を制限する意図はないことは理解する。本発明の範囲に関するすべての疑問は、添付の請求項を参照して解決することができる。
【００１９】
定義
「頭皮の電極」により、制限なく、ジェルが必要な電極、乾式電極センサー、非接触センサー、および電位または電磁的方法により見かけ上電気的に誘導された電位を測定する他の方法を含むことを意味する。
【００２０】
「脳および神経系をモニターする」により、制限なく、治療および薬物治療を発見および最適化するための、正常な健康および老化の調査、脳機能障害の早期検出およびモニタリング、脳損傷および回復のモニタリング、疾患発症のモニタリング、進行および治療に対する反応（制限なく、治験化合物および登録医薬品のモニタリング、および違法物質およびその有無、または運転、運動、または他の規制された行動に従事している間の個人への影響のモニタリングを含む）を含むことを意味する。
【００２１】
本明細書で使用する「薬物療法」は、制限なく、すべての医薬品または治療、化合物、生物製剤、医療装置による治療、運動、生体フィードバック、またはその組み合わせを含む、潜在的に医学的効果を有するあらゆる形態の治療を含むことを意図する。
【００２２】
「ＥＥＧデータ」により、制限なく、未加工の時系列、フーリエ変換後に決定されたすべてのスペクトル特性、非線形解析後のすべての非線形特性、すべてのウェーブレット特性、すべての生体測定変数の概要、およびそのすべての組み合わせを含むことを意図する。
【００２３】
本明細書で使用する「感覚および認知的負荷」は、あらゆる形態の（五感に対する）感覚刺激、（精神に対する）認知負荷、およびその他の負荷（呼吸器のＣＯ２負荷、仮想現実バランス負荷、膝蓋反射負荷を行うハンマーなど）を含むことを意図する。
【００２４】
本明細書で使用する「感覚および認知負荷状態」は、感覚および認知的負荷がかけられた脳および神経系のすべての状態を含むことを意図する。
【００２５】
本明細書で使用する「電子装置」は、制限なく、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、アナログ回路、ＤＣ結合またはＡＣ交流結合、デジタル回路、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣＳ、画像表示、音声トランスデューサ、温度トランスデューサ、嗅覚および臭気発生装置、または上記のすべての組み合わせを含むことを意図する。
【００２６】
「スペクトルバンド」により、制限なく、ＰＳＤのバンドが、しばしばδバンド（ｆ<４Ｈｚ）、θバンド（４<ｆ<７Ｈｚ）、αバンド（８<ｆ<１２Ｈｚ）、βバンド（１２<ｆ<３０Ｈｚ）、およびγバンド（３０<ｆ<１００Ｈｚ）に分かれるような、標準的な文献慣習で一般的に認められた定義を意味する。これらのバンドの正確な境界にはいくつか解釈があり、当該分野の実行者全員に明確なものとは考えない。
【００２７】
「較正」により、前記システムを再現性の定量的状態とするため、既知の入力値を前記システムに入れ、内部の増幅率、補正値、または他の調節可能なパラメータを調節する工程を意味する。
【００２８】
「品質管理の実行」により、既知の入力シグナルにより前記システムの評価を実行し、前記システムの出力情報が予想通りであるか確認することを意味する。さらに、前記出力情報を既知の入力参照シグナルと比較検証することは、品質管理の一形態を構成し、ヒト被験者についてデータブロックを回収する前またはその直後に前記システムが良好に機能していることが確認される。
【００２９】
「バイオマーカー」により、生物学的または生理的機能またはプロセスの客観的指標を意味する。
【００３０】
「バイオマーカーの機能または測定基準」により、未加工の基本的時系列データの一部の態様を特徴付ける評価項目、バイオマーカー、測定基準、または特徴を意味する。これらの用語は、客観的指標としてバイオマーカーと同義であり、同義的に使用することができる。
【００３１】
「非観血的に」により、ヒト被験者の皮膚または組織を貫通する必要がないことを意味する。
【００３２】
「診断」により、被験者を明確なグループに分類する、他の追加情報と使用される場合に診断を助ける、経験的理由が介在しない高いレベルでスクリーニングを行う、予後マーカーとして使用する、疾患または損傷の進行マーカーとして使用する、治療反応のマーカーまたは治療モニタリング評価項目としても使用することを含む、複数の意図される診断上の利用のいずれか１つを意味する。
【００３３】
「電子モジュール」または「ＥＭ」または「再利用可能な電子モジュール」または「ＲＥＭ」または「多機能性バイオセンサー」または「ＭＦＢ」により、同じ被験者または複数の被験者から異なる時間に生物学的シグナルを記録するために利用することのできる電子モジュールまたは装置を意味する。同用語により、小型化がより一般的となり、生産コストが抑えられるため、今後使用される可能性がある、一度使用し、廃棄することとのできる使い捨て電子モジュールも意味する。前記電子モジュールはセンサー機能を１種類のみまたは多数（２種類以上）有する可能性があるが、後者（２種類以上）の方が一般的である。これらの用語はすべて同義であり、本発明の範囲を制限しない。
【００３４】
「バイオシグナル」または「バイオ・シグナル」または「バイオ−シグナル」により、評価において前記ヒト被験者に直接由来する、または前記ヒト被験者に間接的に由来する、直接または間接的生物学的シグナルの測定データストリームを意味する。説明の目的で限定されない例には、頭皮から直接または頭皮から非接触で記録されたＥＥＧ脳波データ、中心温度、装着式加速度計、回転速度計、および磁気コンパスに由来する身体運動またはバランス、個人の音声を捉えるマイクロホンの音、前向きカメラからのカメラ画像ストリーム、心拍数、パルス酸素濃度計で測定される心拍数の変動性および動脈血酸素、皮膚に沿って測定された皮膚コンダクタンス、キーボードの打ち込み、マウスクリック、またはタッチスクリーンの動作として記録された認知作業情報を含む。他にも記録されるバイオシグナルは多数ある。
【００３５】
「役割への復帰」により、職務への復帰、仕事への復帰、学業への復帰、運転への復帰、保険担保の決定（適用範囲への復帰）、または異なる背景を有するが、初期の状態へ復帰し、これまで参加していた「活動」を再開しようとするヒト被験者について、本質的に同じ問題を有する決定に基づく、他の活動への復帰など、同様の決定を意味する。
【００３６】
生理的および脳の反応をシミュレートおよび記録する複数のトランスデューサを有するシステム
本発明のシステムおよび方法は、脳の健康および機能を評価するため、前記脳と身体の生理学的反応をシミュレートおよび記録する複数のトランスデューサを有する。前記システムの中心は、頭皮上またはその付近に非侵襲的に配置される電極から、脳波活動を直接記録する性能である。さらに、脳の健康および機能に関する追加情報は、限定されない追加生物学的シグナルの測定データストリームの例を２〜３例を挙げると、位置および運動、温度、心拍数、心拍数の変動、および動脈血酸素などの心血管系の特徴、また、認知情報、発話、眼の動き、およびスキン層のコンダクタンスを測定するトランスデューサから導き出すことができる。前記システムをヒト被験者に使用する必要があることも多く、病院または医師の診察室を出て、自宅または運動場、または戦域でデータ収集をすることが可能であるため、軽量の携帯型フォームファクタから脳の健康および機能の評価を行うことができる。さらに、前記システムに伴う費用が最小限であることも利点になると考えられ、世界中で使用され、脳の健康および機能の評価が必要な人に役立つ可能性がある。
【００３７】
これらの問題の解決策には、生物学的シグナルの測定データストリームを記録し、様々な感覚および認知負荷および作業の形態で前記ヒト被験者に刺激を与えることができる、装着式のシステムまたは身体近位の電子モジュール（ＥＭｓまたはＲＥＭｓ）を作成することを含む。特に、そのような電子モジュール（ＥＭｓまたはＲＥＭｓ）の１つは頭部の近くに配置し、ヒトの身体に接触していなければ何度も繰り返して再利用するか、またはヒトの身体に直接接触する場合は処分することができる。
【００３８】
前記システムの一実施形態では、図１に図示するとおり、ヒト被験者３の頭部４に電子モジュールまた再利用可能な電子モジュール（ＲＥＭ）５を装着し、この電子モジュールはその内部にいくつかセンサーおよびトランスデューサを有し、前記ヒト被験者を刺激し、ローカルマイクロプロセッサ制御ユニット（ＭＣＵ）のＲＥＭに埋め込まれたソフトウェアに由来する、または近くの周辺ＭＣＵに流れる生物学的シグナル測定データストリーム（「バイオシグナル」）を正確に記録する。本システムでは、腕の形態の四肢６または脚の形態の四肢７が、追加生物学的シグナルをさらに読み出し、取得するため、追加ＲＥＭモジュール８または１０を保持することができる。要求どおり、ＲＥＭモジュール９は前記ヒト被験者の体幹に配置するか、または胸部のそばまたは頸部の周囲に配置する。周辺または無線インターフェースで接続し、周辺ＭＣＵ  １１は感覚および認知刺激の標準化された適用をコントロールし、前記ヒト被験者由来の生物学的シグナルに関する広範なデータ取得を調整する。周辺ＭＣＵ  １１は現在のノートパソコン、タブレットＰＣまたはスマートフォンと考えることができ、または、おそらく、ヒト被験者が画像、音、および他の感覚刺激を出すホームシアターのようなオーディオ・ビデオに没頭する場所とは完全に離して置くことができる。前記ＲＥＭモジュールは最終的に、広い帯域幅で長距離接続が可能な最新のＲＦ技術により、互いに緩衝することができると予想される。重要なことに、周辺ＭＣＵ  １１は、ハードドライブ１３などの大容量記憶装置へのハードワイヤー１２を介してローカルでデータベースにアクセスすることができるか、または代わりに、遠隔ＭＣＵ能を有する遠隔大容量記憶装置１５に有線または無線ネットワークインターフェース１４（例えば、２〜３制限されない例を挙げると、イーサーネットケーブル、Ｗｉ−Ｆｉ、携帯電話のデータモデム、衛星データモデム）で接続することができる。データベースにアクセスする目的は、本発明のシステムが、他の場所にあることもあり、ローカルで周辺ＭＣＵ  １１にダウンロードされるか、または遠隔データベース１５にネットワーク接続１４により遠隔アクセスできる電子記録からヒト被験者に関する追加情報にアクセスし、引き出することができるようにするためである（例えば、限定されない例として、血液型、最後に記録された血圧、またはＡｐｏＥ遺伝子型の状態を含め、遺伝子情報または他の実験結果を前記システムに引き出し、予測シグネチャをより正確または厳密なものとするなど）。いずれの場合でも、独特の患者識別番号が入力され、（２因子認証などの）適切な安全検査が行われたら、データの多数の追加変数を、大容量記憶装置１３および／または１５に保存されたデータベース記録から引き出すことができる。
【００３９】
本発明の別の実施形態には、脳に関連する生物学的健康シグナルを記録するため、ヒト被験者の頭部に配置された少なくとも１つのＲＥＭを含むデータ記録および分析システム、周辺ＭＣＵ、および収集されたデータを処理および報告するクラウドによる企業情報技術基盤を含む。特に、図２は、被験者の頭部に、（タブレットＰＣの形態の）周辺ＭＣＵ３０４に無線でデータを送信する電子ＲＥＭモジュール３０６を図示している。前記データはＭＣＵのＢｌｕｅｔｏｏｔｈポートから収集されるが、被験者を識別するだけでなく、（サッカードを含む）対象の特徴を決定するため、眼および顔面の動きを分析する作業を行うため、カメラ３００は前記被験者の動画を記録している。マイクロホン３１２は、音声認識分析用に前記被験者の声を記録するが、一体型加速度計および回転速度計３０２は前記被験者の安定性またはその欠如を測定し、周辺ＭＣＵのタッチスクリーン３０４は正確な時間および前記タッチスクリーンの空間的（ｘ，ｙ）位置でイベントを記録する。最後に、様々なデータストリームすべてが完了したら、Ｗｉ−Ｆｉ、イーサーネット、携帯電話、または衛生とすることができるインターネット接続３１４により、３１０で仮想または遠隔サーバーに送信される前に、人口統計的および個人的健康情報に加え、ＡＥＳ−１２８またはＡＥＳ−２５６ビット暗号化（または同等のセキュリティ手段）３０８により、全情報パッケージがローカルで暗号化される。
【００４０】
２０１３年３月６日に提出された米国仮特許出願第６１／７７３４２８号に報告されるとおり、仮想サーバー３２０の接続により前記データを受信したら、図３に示すとおり、キー３２２により適切なアルゴリズムを用いて解読してから、前処理を行うために送信し、３２４の瞬目、脱落、飽和レール（ｓａｔｕｒａｔｅｄ  ｒａｉｌｓ）、運動アーチファクト、ＥＫＧアーチファクトまたは他の既知のアーチファクトなどのアーチファクト領域を特定する。前記アーチファクトが同定され、特徴決定されたら、様々なデータストリームそれぞれの良好なデータ領域をシグナル処理ソフトウェアに送信し、利用できたデータストリームそれぞれから候補となる特徴を抽出する。特に、スペクトル分析またはＦＦＴモジュール３２６をデータシグナルに適用し、非線形動力学モジュール３２８を適用し、ウェーブレット変換モジュール３３０も同様とする。各モジュールの各データブロックから関連および候補となる特徴を抽出したら、前記ソフトウェアは、考えられる診断上の特徴としてアーチファクトの特徴を挙げることも含め、各データストリームの候補となる特徴それぞれを含む、抽出された生体測定の特徴の表３３２をまとめる。前記生体測定の特徴の表３３２から、未知の被験者について予測的分析３３４を実行し、その予測モデルは前記被験者をいくつかのグループまたはクラスの１つに分類することで出力情報を作成するか、または、代わりに出力情報として回帰スコアを予測する。これらの情報は、同被験者または人口統計学的にマッチさせた集団の標準的データのベースライン／初期データと比較し、レポート３３６を作成する。前記レポート３３６は、この後、遠隔で前記レポートを解釈し、解釈を提供することができる医師３３８に電子的に送信されてから、最初の場所で前記データを取得した医療提供者が医療行為を行う場所に前記レポートが戻される。
【００４１】
米国仮特許出願第６１／７７３４２８号で報告され、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれるとおり、前記前処理モジュールで検出されたアーチファクトは、検証され、妥当性が確認された多変量予測的統計モデルに従い、未知のヒト被験者情報を分類または回帰させるのに役立つ候補の特徴として、それ自体を使用できると指摘する必要がある。
【００４２】
図４には別の図が提供され、活性なセンサー遠隔電子モジュール（ＲＥＭ）３５０がヒト被験者の頭部に耳クリップ３５２で取り付けられている。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈまたは他のローカル接続手段３５４は前記データを前記周辺ＭＣＵ  ３５６（ノートパソコン、タブレット、またはスマートフォン）に転送し、ここで前記データを暗号化し、インターネット、携帯電話、または衛生接続によりネットワーク３５８に送信する。前記データは、仮想および遠隔サーバー３６０に着くと、データ処理センター３６４で遠隔から自動的に解読、処理される３６２。前処理、シグナル解析、および予測モデリングが終了すると、前記システムは自動的に３６６レポート３６８を作成する。このレポートは、適切な医師３７０が依頼した場合は治療実施場所へ、または解釈のために適切な医師３７０に送り返してから、医療実施場所に送り返され、医師が診断サイクルに従っていることを保証する。
【００４３】
ヒト被験者上またはヒト被験付近から出された、様々なセンサーおよび出力情報を綿密に検討する場合、ＡＤＣによりアナログからデジタルへの変換を行い、離散したデジタル情報の流れとした後、各センサーまたはトランスデューサからの定量的出力情報を見ることができる。図５は、９つのセンサーおよびトランスデューサからの出力情報（説明の目的のみで人工的に作成されたデータ）を概略的に図示し、それぞれシグナル１からシグナル９として表示している。この図には、含まれていない限定されない数例として、前面画像カメラ、パルス酸素濃度計、皮膚コンダクタンス皮膚電位測定などの他の生物学的シグナル測定データ流のデータは含まれない。図６では、各遺伝子センサーラベルが、例のバイオシグナルストリームに置き換えられている（説明の目的のみで同じ人工的に作成されたデータを用いている）。図６の上から、ｘ軸に沿った時間ｔの関数としてｙ軸にプロットされた脳波またはＥＥＧ（マイクロボルト（μＶ））を表示している。下に２番目のトレースでは、神経心理学的認知データがプロットで図示され、コンピュータの神経心理学的検査に対する離散した反応「イベント」が、キーボードのキーストローク、ビデオモニターの画面上の位置（ｘ、ｙ）を用いたマウスクリック、または代わりに、マウスクリックに似た位置（ｘ、ｙ）が特定時間ｔ（ｘ、ｙ、ｔ）での空間ペア（ｘ、ｙ）として記録される、タッチ「イベント」としてタッチスクリーン表示で捕らえられている。次の３つのトレース（上から３番目、４番目、および５番目）では、Ａｘ（ｇ）、Ａｙ（ｇ）、およびＡｚ（ｇ）と表示されたＡＤＣを通過後、３軸デジタル加速度計または３軸アナログ加速度計の独立したトレース３つを表示している。加速度は、１または複数の重力定数加速度ｇ＝９．８メートル／秒２の関数として表現されることが多い。上から６番目（つまり、下から４番目）のトレースでは、Ｖｏｉｃｅ（ｍＶ）と表示されたマイクロホンの記録トレースを表示しており、典型的には、１サンプルあたり１または２バイトで、５ｋｓａｍ／秒または８ｋｓａｍ／秒または１２または１６ｋｓａｍ／秒からサンプリングしているが、他の多くのサンプリング周波数も可能である。Ｔｅｍｐ（Ｆ）と表示された下から３番目のトレースでは、ヒト被験者の体温が時間を追ってプロットされ、感覚刺激または認知作業が中心体温に影響するか否かを検討している。最後に、下の２つのトレースは、おそらく体幹の胸部または背部の小さな部分、または手首またはおそらく足首周辺の四肢に位置する、Ａｘ−２（ｇ）およびＡｙ−２（ｇ）と表示された第２のＲＥＭの加速時計データの３軸中２軸を例示している。時間が十分に記録されていれば、複数の生物学的シグナルストリームのため、データ取得および分析を行う賢明で興味深い技術が数例可能となる。
【００４４】
脳の健康および機能の評価において、複数の生物学的シグナルデータストリームを取得するため簡略化されたフォームファクタ
本発明のシステムおよび方法は、容易に前記ヒト身体に配置することができ、様々な感覚を刺激し、かつ多数のバイオシグナルを収集する装置および設備のフォームファクタを有し、部分的に再利用および配置することができ、前記ヒト身体に接触するときに名前を記入し、使い捨てできる材料を使用してローカルで利用される。装着部を殺菌するか、または前回の装置を使用する、およびヒト被験者と接触する、新しい、未使用の無菌材料を使用することで、ヒト被験者に接触する品目の整合性および無菌性を保証することが必要な場合が多い。さらに、廃棄物としてゴミ箱に捨てられる使い捨て部品に伴う費用を最小限にできることは利点であろう。
【００４５】
これらの問題の解決策は、身体に配置し、身体からのバイオシグナルを記録することのできる、１若しくはそれ以上の電子モジュール（「ＥＭ」）または再利用可能な電子モジュール（「ＲＥＭ」）または多機能性バイオセンサー（ＭＦＢ）の作成を含む。特に、そのようなＥＭモジュールの１つは頭部の近くに配置し、ヒトの身体に接触していなければ何度も繰り返して再利用するか、またはヒトの身体に直接接触する場合は処分することができる。
【００４６】
図７に図示される一実施形態では、本発明のフォームファクタにヘットバンド２が含まれ、電子モジュールまたは再利用可能な電子モジュール（ＲＥＭ）４を支持し、このモジュールは額に直接装着する活性脳波センサー５を有する。差別的入力シグナルは身体の非頭蓋部分、好ましくは耳たぶまたは耳の上部など、頭蓋からケーブル６を通って耳クリップ７にアクセスしやすい場所に接触し、１つは参照（ＲＥＦ）、もう１つは規定（ＧＮＤ）の１若しくは２つの伝導体を含む。別の頭蓋以外の位置には、顔面皮膚から離れた付近で、乳様突起としての頸部および鼻を含む。前記ＲＥＭ  ４および前記活性脳波センサー５は、共通の医療装置電子スナップまたは他の簡単な電子機械的接続により接着することができる。ＲＥＭ  ４およびケーブル６は、ベルクロホック／ラダープレスクロージャーを介してヘッドバンド２に接続することもできる。ヘッドセットの後ろでは、ベルクロまたは同様のプレスフィットクロージャー８一片を使用し、前記ヘッドバンドをヒト被験者の頭部に固定することができ、確実であるが、快適に機械がフィットする。典型的な実施形態では、前記ヘッドバンド２が、特殊な独自開発の水透過材料のため、簡単に伸縮し、非常に快適に皮膚に装着できる、Ｆａｂｒｉｆｏａｍ独自のファブリックフォーム二重層材料で作成される。
【００４７】
図８に示した別の実施形態では、ヘッドバンド８０に、従来どおりＲＥＭ  ８３を装着しているが、現在はテンプレート８１のような追加電極があり、またそうでなければ、位置８２で頭部周囲に位置し、前記ヘッドバンド８０に装着されている。この実施形態では、ＥＥＧデータの２、３、または４チャネルを記録し、脳の両半球および他の空間的位置をモニターすることができる。ＲＥＦおよびＧＮＤ耳接触用の相互接続ケーブル８５および耳クリップ８７は、すでに説明したとおりである。
【００４８】
図９は、一連の代替電極配置を提供している。図９Ａは、１組の別の電極配置図を提供しており、それによって、正常な円形電極は２つの半円に分かれているか、または代わりに通常の四角または長方形電極が四角または長方形に分かれている。図９Ｂは、別の電極配置図を提供しており、導電性電極全体が絶縁体で分かれた３等分の導電性部分にさらに分かれ、図９Ａ上のように円から１２０度の弧、または図９Ｂ下のように長方形から同等の四角になる。図９Ｃは、別の電極配置図を提供しており、それによって、通常の円（上）または四角電極（下）が配置によって４つの同等な導電性電極に分かれ、また、絶縁体によって、既存のフォームファクタ内で４つの独立した電極を作るように分かれている。例えば、限定されない例として、４つに分かれた円電極は図９Ｃ上の４つの四分円のようになるが、４つに分かれた四角電極は、図９Ｃ下に示した一連の伝導性電極のようになるだろう。したがって、図９に示した図の１つに従ってそれぞれが別れた、２つの独立した電極クラスターを使用する場合、良好な機械的および電気的接続性で、ＲＥＭモジュール支持ヘッドバンド下の頭蓋領域に沿って容易にアクセス可能な同一の物理的空間に、４チャネル（２つの場所にそれぞれ２つの電極）、６チャネル（２つの場所にそれぞれ３つの電極）、または８チャネル（２つの場所にそれぞれ４つの電極）のデータ取得システムを配置することができるだろう。
【００４９】
体幹電子モジュールは、頭部を基盤としたＲＥＭに加え、体幹データを収集する
本発明の一観点には、頭部ＲＥＭが脳／頭蓋関連生物学的シグナルデータを収集するのと同時に、背部の小さな部分の付近、胸部周囲、または頸部に位置する体幹データを収集する追加電子モジュールの使用が含まれる。例えば、ヒト被験者が一連の脳振盪検査で前庭またはバランスによる評価を受けている間、前記ヒト被験者は、Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、つまりＢＥＳＳ（Ｇｕｓｋｉｅｗｉｃｚら）に一致した様々な姿勢で、硬い面に立つよう求められる可能性がある。現在行われているように、アスレチック・トレーナーまたは管理者に前記ヒト被験者の様々な主観的エラーを主観的にスコア化および評価させるよりも、多軸加速時計では、作業を行っている間、およびＥＥＧセンサーが同時発生する脳波データを収集している間の頭部の動きおよび運動に基づき、ヒト被験者の安定性の客観的生物学的シグナルを測定することができる。
【００５０】
同様に、体幹に沿って、頸部から胸部、背部の小さな部分に空間的に配置された加速時計および／または他の位置／運動センサーにより、身体の運動をさらに客観的に測定することができ、これにより、頭部ＲＥＭの加速時計および回転速度計が作業中の脳波および頭部の安定性の測定を続けている間、弾性のある、または不安定な面に立つように求められた時に、ヒト被験者が変化に反応することができるかをさらに評価する。
【００５１】
一実施形態では、ウエストまたは背部の小さな部分に接着した体幹ＲＥＭによりさらに加速時計データを収集し、この間、胸部または頸部付近に接着した第３のＲＥＭが、身体の各部位（頭部、頸部／胸部、ウエスト／背部）で３、６、または９の自由度系を用い、さらにヒト被験者のバランス技能を単純、定量的、および安価に定量化する。硬い面でこれらのバランス関連作業を行うことに加え、膨張式および使い捨ての枕または強力なプラスチック製のエアクッションが、医療装置の使用に適した、新品、未使用の柔らかい不安定な弾性のある面上で前記ヒト被験者を評価する、安価な方法を提供する。ＢＥＳＳの使用説明で推奨されているＡｉｒｅｘモデルのクッションなど、再利用可能な発砲体クッションが許容される場合、ＡとＢとの比較に優れた第２の面である。医学的評価および試験など、複数のヒト被験者に再利用することが認められない場合、ヒト被験者が立つための小型、使い捨てで安価な弾性のある不安定な膨張式枕装置が、脳振盪または他のバランス／前庭系評価に有利に役立つ可能性があり、これは本発明の一部である。ここでは、同じＡとＢの比較が可能であるが、膨張式空気枕など、１回使い捨ての不安定な面の利益が加わる。
【００５２】
マイクロホンおよび／またはカメラのＲＥＭモジュールへの搭載
一実施形態では、追加データトランスデューサーをＲＥＭモジュールに搭載し、前記システムが多様なバイオシグナルデータストリームを取得できるようにする。特定の一実施形態には、ＲＥＭ電子技術に一体化しやすい単一パッケージに設定され、アナログからデジタルへのコンバータに接続した音響マイクロホン、または基本的に機能が同一のデジタルマイクロホンの使用が含まれる。典型的なデジタル出力は、ローカルエリアの連続デジタルコミュニケーションにおいて、ＲＳ−２３２、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、およびＩ２Ｃなどの共通基準である。本実施形態の利点は、一部はまだ存在していないが（例えば、Ａｐｐｌｅ  ｉＯＳにはプログラマーがコントロールをプログラムできるリアルタイムのＯＳがまだない）、これらのオペレーティングシステムで特別に「リアルタイム」で起動しようとしているのではない限り、ＲＥＭに内蔵されたローカルＭＣＵによる時間のコントロールは、Ａｐｐｌｅ  ｉＰａｄまたはアンドロイドタブレットまたはＷｉｎｄｏｗｓノートパソコンなど、周辺ＭＣＵで典型的に達成することのできるものよりも厳密で正確であることが多いことである（サブミリ秒、サブミリ秒の時間精度を超えない場合は、マイクロ秒の時間精度に近づけることができる）。
【００５３】
図１０では、ＡＡＡ電池で電源が投入される頭部のＲＥＭモジュールの完成予想図を見ることができる。代わりに、よりスリムで小型のコイン型電池により電源を投入することもできる。標準的な「電源／ペアリング」スイッチ９２および電源／ペアリングインジケーターＬＥＤ  ９４に加え、音響マイクロホン９６がＲＥＭの設計に組み込まれ、デジタル画像センサー９８（基本的には、動画カメラ）に面しているところを見ることができる。マイクロホン９６は、マイクロホン９６が捕らえることのできる音の制限されない例として、スキャン管理者の発話、ソフトウェアナレーターの発話、および（スキャンを受ける被験者）自身の発話を含め、前記ヒト被験者の隣接領域の音を拾うことができる。さらに、リアルタイムのデータ取得環境で内蔵されたＭＣＵによりハードウェアで管理されるとおり、咳、くしゃみ、笑い声、落下音なども高い精度でリアルタイムに捕らえられる。
【００５４】
画像センサー９８は、ビデオ速度以上の画像データを取得することができる。画像は、頭部および被験者頭部の配向でＲＥＭが配置される場所によって決まる。ビデオ画像の使用により、検体の眼の追跡、またはセンサーのリフレッシュ速度を追跡することができ、典型的には標準インターレースＮＴＳＣビデオ装置で１秒あたり３０フレームまたは１秒あたり６０フィールドである。とは言うものの、ＣＣＤピクセル配列の対象サブ領域の空間的サブサンプリングは、前フレームまたはフィールド速度を大きく加速することができ、より小さな視野で６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚのサンプル速度さえも可能となり、これにより、科学文献で広く発表されてきた、注意散漫または他の神経心理学的検査に対してサッケードを分析するため、有利に目に焦点を当てることができるようになる。もちろん、マイクロホン９６または画像センサー９８は、特定の状況によって、様々なＲＥＭモジュールで単独または併用利用することができる。
【００５５】
Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｏｇｇｌｅｓまたは他の視標追跡装置を使用した眼の動きのモニタリング
最近の進歩では、Ｇｏｏｇｌｅが画像を投影し、眼を追跡し、見ている方向にカメラを動かすことができる眼鏡様の装置を発表した。この種の技術はＲＥＭに搭載することができ、またはＲＥＭの電子技術をＧｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ様の装置に搭載し、他の生物学的センサーデータストリームと視標追跡能を組み合わせることができる。これは、脳による眼の神経眼科学的追跡の質を評価したい場合に特に有用となる可能性がある。Ｐｅｉｒｃｅ検査、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ  Ｅｙｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ検査、または変法またはミスマッチサッケード検査に設計されているとおり、視覚サッケードは周知であり、重要な視線方向情報のストリームを提供する。このシステムは、ゴーグルおよびこの作業専用の他のフォームファクタにハイエンドの１２８または２５６ｓａｍ／秒が内蔵されているシステムには匹敵せず、むしろこれは、単独で、次に他のデータストリームと同時に分析することのできるもう１つのバイオシグナルデータストリームを示している。
【００５６】
図１１では、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ装置の側面からのブロック完成予想図を見ることができる。周囲の番号１１４は、基本的に耳から耳に頭部周囲を巻き付ける部品であり、ここで他のすべての部品が支持される。鼻パッド１１８および１２０の対は、眼鏡同様、鼻峯に載せられる装置を支持する。電子モジュール１１６は下につるされ、ビデオカメラ１１２および９軸運動センサーユニット１１７（３軸加速時計、３軸回転速度計、および３軸電子コンパスを含むＩｎｖｅｎｓｅｎｓｅ  ９６５０）を囲む。ガラススクリーン、および可能性としては視標追跡反射装置／センサー１１０（実生活では透明であるため実線ではなく、点線で描かれている）が視野の右にある。Ｇｌａｓｓ装置内の視標追跡センサーまたはシステム１１１は、特にＰｉｅｒｒｃｅサッケード、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ  Ｅｙｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ（ＤＥＭ）またはその独自開発の改良検査など、神経眼科的サッケードに基づく視覚作業の間、バイオセンサーデータストリームのもう１つの要素として本発明で使用し、１若しくは複数の眼の位置をモニターすることができる。
【００５７】
特に、ＢＥＳＳの様々な姿勢などの静的バランス作業、または「起立、歩行、およびターン」作業などの動的バランス作業などを行っている場合、Ｇｌａｓｓと一体になった運動センサーユニットＭＳＵ  １１７は、本発明ではバイオセンサーデータストリームの１若しくはそれ以上の要素として使用することができる。これらの追加バイオセンサーは、本明細書の別の項で説明したとおり、ＲＥＭに内蔵されたＭＣＵへの有線または無線接続によりデータを流すことで、全体の多面的システムに組み込む必要があり、または代わりに、図１１の電子モジュール１１６が頭部ＲＥＭの電子技術を収納し、取り付け可能な電極を接着剤で額に取り付け、脳波ＥＥＧバイオシグナルデータストリームを記録するＭＣＵとして機能する。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＡＮＴ、ＺｉｇＢｅｅ、ＷｉＦｉはすべてローカルエリアの無線接続オプションであるだけでなく、ＵＳＢ  ｍｉｃｒｏまたはそれよりも小型の小型コネクターを使用した直接有線オプションでもある。
【００５８】
前記データは電子システムまたはＲＥＭのリムーバブルＳＤカードにあり、無線で送信されないが、ＳＤカードのようなリムーバブル大容量記憶装置にローカルで保存されることも予想される。この代替法には、無線接続が必要ないという利点があるが、リアルタイムデータストリームと、刺激による相互作用の同期化をモニターすることはできなくなる。各「使用のケース」は異なることが多いため、ローカルのＳＤカード保存装置を有することで利点があることもあれば、ないこともある。１つの制限されない例では、２４〜４８時間、自由行動下バイオセンサーモニタリングにより発作が起こる可能性があるか、患者をモニターしたい場合にローカル保存装置を有することは利点である。したがって、この厳密に受動的なモニタリング用途では、刺激またはプローブの提示はそれほど重要ではないため、タブレットまたはスマートフォンなどの周辺ＭＣＵを使用することが必要となる可能性がある。
【００５９】
患者の活性な感覚および認知刺激に関わる実施形態
患者に感覚刺激を適用することで、生物学的シグナルデータストリームの多面的で、より集中的および詳細な評価が可能である。感覚刺激または認知負荷に対する患者の反応前、反応中、および／または反応後、加速時計によるシグナル、温度シグナル、パルス酸素濃度計シグナル、視線方向シグナルおよび他の生物学的シグナルが一斉に取得されるのと同時にＥＥＧシグナルを測定することで、多面的データを取得することができる。
【００６０】
光刺激
被験者の眼が閉じている間またはある種の情動的画像を提示することによる光刺激などの視覚的刺激は、独立して利用するか、または頭部、頸部／胸部、ウエスト／背部、手／手首、または足／足首の様々なＲＥＭユニットから無線バイオシグナルデータを収集するために利用される、データ収集マイクロプロセッサ装置（ＭＣＵ）（マイクロプロセッサおよび無線接続を有するコンピュータ、タブレットＰＣ、携帯電話、または他の専用カスタム装置）を介して利用することができる。１つの特定の実施形態では、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓのディスプレイを使用し、Ｇｌａｓｓのディスプレイがない非対称の左眼に考えられる刺激と対比し、様々な空間的および時間的頻度の光刺激により右眼を刺激する。この非対称性は、簡便にＧｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓから被験者の脳を刺激および記録するために利用することができる。
【００６１】
本発明の特定の一実施形態では、図１２に示されるとおり、絶縁ＬＥＤ  １２２、２個組のＬＥＤｓ  １２６、３個組のＬＥＤｓ  １３０、または多数並んだＬＥＤ  １２８を頭部ＲＥＭモジュール１２４の前面に取り付け、額から前に向けるか、またはわずかに下に傾け、ビデオモニターの鏡または眼鏡面がＬＥＤから出された光を反射し、眼が光刺激に対して閉じた時に眼に戻るようにすることができる。周辺ＭＣＵ（例えば、ノートパソコン、タブレットＰＣ、またはスマートフォン）でビデオモニターを利用することを上回るこの種のアプローチの利点は、専用のＬＥＤドライバーをＲＥＭ内に格納することができる点であり、周辺ＭＣＵのオペレーティングシステム（ＭＳ  Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ａｐｐｌｅ  ｉＯＳ、またはＧｏｏｇｌｅ  Ａｎｄｒｏｉｄ）で典型的に可能な桁数よりも正確なＬＥＤの時間的反応が可能になる。非リアルタイムＯＳは、一般に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＡｐｐｌｅのｉＯＳまたはＧｏｏｇｌｅのＡｎｄｒｏｉｄといった非リアルタイムオペレーティングシステムに典型的な１０〜５０ミリ秒の潜伏時間ではなく、サブミリ秒の範囲、時にはマイクロ秒の範囲で測定されたジッタを示す内蔵型リアルタイムコントローラーとは比較されない。
【００６２】
また、３原色ＬＥＤｓ（赤色、緑色、および青色ＬＥＤ）を使用することで、虹色スペクトルのほぼ全色をスライドする色の組み合わせを作ることができ、ＬＥＤ出力を適切に混ぜることで光の色刺激を選択し、電磁スペクトルの虹色を作ることができる。重要なことに、白色光は等振幅で光の３つの波長すべてを重ね合わせて作ることができる。これにより、内蔵されたソフトウェアがＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンクによりＲＥＭ  ＭＣＵをコントロールし、上述のＷｉｎｄｏｗｓ、Ａｐｐｌｅ、またはＧｏｏｇｌｅオペレーティングシステムよりもはるかに短い潜伏時間で、リアルタイム内蔵型プロセッサなどによりＬＥＤ出力をコントロールすることができるようになる。
【００６３】
視覚刺激
本発明の特定の実施形態では、画像が提示され、これは望みの感情および反応特性を有する。一実施形態では、前記画像が面白くなるようにＡｄｏｂｅ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐなどのソフトウェアで人工的に操作された。この後、一連の画像を提示し、評価時の個人の気分または感情反応の質を評価する。例えば、ブタの画像を、羽を加え、波立つ海面の上に上書きするように変化させることができる。このようにすると、評価時の被験者は提示された「飛んでいるブタ」を見ることになり、普通ブタが飛んでいるところを見ることはないため、健康な正常個人は笑うことが多いだろう。代わりに、情動性が低く、気分または感情機能障害、平衡失調、または疾患を示す、おそらく脳振盪または軽度の外傷性脳損傷に罹患している場合、被験者は正常または標準的に反応しないこともある。この画像に対する反応の変化は、頭部ＲＥＭモジュールまたは周辺ＲＥＭモジュール内の様々なセンサーからの様々な生物学的シグナルデータストリームを通じ、生物学的に特徴決定、測定、モニター、および観察することができる。特に、このバイオセンサーは、個人の不安（汗または皮膚の発汗の形態で）、恐れ（これも汗または発汗）、および他の感情状態により変化する皮膚の伝導性を測定するため、電気皮膚コンダクタンスの利用は感情反応を評価する優れた方法である。
【００６４】
したがって、この方法では、規定の周波数（例えば、０．１Ｈｚまたは０．０５Ｈｚ）またはビデオモニターで画像が変化するまでの時間遅延（例えば、各画像が１５秒間表示されることもあれば、３秒間表示されることもある）で、例えばＮ＝４画像のような短い大量の画像から、Ｎ＝３０画像のような長い大量の画像まで、一連の画像を被験者に提示することができる。
【００６５】
別の実施形態として、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＩＡＰＳ）を利用することができる。ＩＡＰＳは、感情および注意の実験で標準的感情刺激を提供するために開発されている。その目標は、広範な意味の分類範囲にわたる内容を含む、大量で標準化された、感情に訴え、国際的に理解できるカラー写真を開発することである。ＩＡＰＳ（アイ・アプスと発音される）は、フロリダ大学のＣｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｅｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｔｔｅｎｔｉｏｎ（ＣＳＥＡ）が開発および配布しているもので、すでに様々なＶａｌｅｎｃｅ（快の誘発度）で画像を較正しており、評価時にヒト被験者の特徴および生物測定反応を定量化することができる較正刺激を提供するために利用することができる。参考：Ｌａｎｇ，  Ｐ．Ｊ．，  Ｂｒａｄｌｅｙ，  Ｍ．Ｍ．，  &  Ｃｕｔｈｂｅｒｔ，  Ｂ．Ｎ．（２００８）。Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ａｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｐｉｃｔｕｒｅ  ｓｙｓｔｅｍ（ＩＡＰＳ）：画像および指示マニュアルの情動的評価。技術報告書Ａ−８。米国フロリダ州Ｇａｉｎｅｓｖｉｌｌｅ、フロリダ大学。
【００６６】
聴覚刺激
音などの感覚刺激は、個別に提示されるか、ＲＥＭからの無線バイオシグナルデータを収集するために利用されるデータ収集マイクロプロセッサ装置（ＭＣＵ）（コンピュータ、タブレットＰＣ、携帯電話、またはマイクロプロセッサおよび無線接続を利用した他の専用カスタム装置）内の音源カードとともに提示される。音イベントは、他に報告されているとおり、指示および新しい性質の聴覚刺激の両方に患者が反応するように、様々な時間にコンピュータのスピーカーまたは音源カードにより誘発される。これは、スピーカーおよび小型イヤホンまたは他の個別化された視聴装置により行うことができる。
【００６７】
別の実施形態として、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｕｎｄシステム（ＩＡＤＳ）を利用することができる。ＩＡＤＳは、感情および注意の実験で規定の聴覚性感情刺激を提供する。この一連の標準化された、感情に訴え、国際的に理解できる音刺激には、広範な意味の分類範囲の内容を含む。ＩＡＤＳ（「アイ・アズ」と発音される）は、フロリダ大学のＣｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｅｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｔｔｅｎｔｉｏｎ（ＣＳＥＡ）が開発および配布しているものである。較正された音は、評価時にヒト被験者の特徴および生物測定反応を定量化することができる較正済み刺激を提供するために利用することができる。参考：Ｂｒａｄｌｅｙ，  Ｍ．  Ｍ．，  &  Ｌａｎｇ，  Ｐ．  Ｊ．  （１９９９）．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ａｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ  ｓｏｕｎｄｓ（ＩＡＤＳ）：刺激、指示マニュアル、および情動的評価（技術代表番号Ｂ−２）。米国フロリダ州Ｇａｉｎｅｓｖｉｌｌｅ：フロリダ大学、Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｐｓｙｃｈｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ。
【００６８】
味および消化管の食刺激
視覚および聴覚刺激に加え、本発明により食または舌からの刺激も可能である。１つの制限されない実施形態では、図１３に示すとおり、頭蓋または他の神経の非侵襲的舌電気刺激装置を用い、脳を活性化する。前記装置は電気格納ボックス１４０内の電池から電源供給される。スイッチにより前記装置は１５２でオンにするか、１４４でオフにすることができるが、他のボタンは舌の電気刺激の電力または強度を上昇１５４または低下１４２させる。接続要素１４６は、電気格納ボックス１４０内の電子機器から、舌に直接載せるマウスピース刺激装置１４８にシグナルを送信する。電極１５０は、舌の神経終末と直接接合するように設計された、小さな同心円状の電極である。図１４では、接続要素１６０で構造的および電気的に接続した舌活性化面１６２のより詳細な図を見ることができる。直接舌と結合する個別の電極１７０は、実線の絶縁体と丸い電極として描かれている。位置決めポスト１６４、１６６、および１６８を用い、被験者に電荷を移動する使い捨て伝導プレートの位置を決定するが、１回使用後は廃棄することができる。図１５は、伝導性電極の対応するプレートまたは表面を含む、使い捨てシース１８０を示している。このグリッドは、位置決めポストまたは固定具１８２および１８４（３つ目のポストはこの図で表示されていない）により前記装置でグリッドと並んでいる。
【００６９】
このような例となる実世界の装置はＰｏＮＳ装置と呼ばれ、ウィスコンシン大学のＴａｃｔｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  &  Ｎｅｕｒｏｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（ＴＣＮＬ）が開発した。ＰｏＮＳは電池式装置であり、舌の何千もの神経終末が脳の健康な領域にメッセージを送信する口に配置される。この考えは、刺激と治療体操の併用は、脳がバランスおよび運動などの機能を回復する新しい神経経路の形成を助ける、というものである。これらの技術は、ＭＳ、脳性麻痺、外傷性脳損傷、脳卒中、およびパーキンソン病に罹患した患者にとって重要である。本発明では、ＰｏＮＳ装置を使用し、すでに説明した聴覚刺激、視覚刺激、バランスに基づく安定性作業、認知作業ではなく、舌の神経反応から脳を刺激することができる。様々な生物学的シグナル測定のデータストリームの反応を、定量的および正確に取得することができる。取得したら、新しいシグナルを分析し、同じ被験者の初期の測定、または参考値として作成された集団またはそのような他の基準値と比較することができる。ＰｏＮＳ装置または脳の健康を評価するために設計された他の舌による電気刺激装置を使用することで、食物を使用せずに、より再現性が高く、定量的な方法で、舌から脳への神経接続を直接評価することが可能であることに注意する。
【００７０】
ＰｏＮＳ装置または他の舌による電気刺激装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線通信または他のＲＦ接続方法（ＺｉｇＢｅｅ、ＡＮＴ、Ｗｉ−Ｆｉ、独自開発の方法）を用いた無線手段で直接周辺ＭＣＵにより、またはこの後、ＰｏＮＳ、または頭部のＲＥＭモジュール（または他のＲＥＭモジュール）のローカルＭＣＵ（ＴＩ  ＭＳＰ４３０  １６ビットマイクロプロセッサ、またはＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ  Ｍ３またはＭ６またはＭ８など、様々なＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ  Ｍシリーズマイクロプロセッサのいずれかなど）に内蔵されたソフトウェアからの他の電気舌刺激装置をコントロールすることができる、頭部ＲＥＭモジュールとの二方向性通信手段により、コントロールすることができる。ＲＥＭモジュールの内蔵ソフトウェアが舌の神経刺激装置へのシグナル伝達をコントロールする実装において、従来の非リアルタイムオペレーティングシステムと比較した精度と時間は、すでに説明した同様の理由すべてでかなり優れている。
【００７１】
嗅覚刺激
嗅覚刺激の方法は、ＳｅｎｓｏｎｉｃｓのＵＰＳＩＴカードを使用するものであり、ＵＰＳＩＴは、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｅｎｎ  Ｓｍｅｌｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｓｔ（ＵＰＳＩＴ）を意味し、周辺ＭＣＵソフトウェアから提供される指示によって示された規定の時間で、個人の鼻に嗅覚刺激を提示する。これには、手作業で、規定の指示された臭気がついた、あらゆる数のカードをそれぞれこすり、臭気をかぐことが含まれる。その結果は、その時の評価時に、ヒト被験者から発生した様々な多面的生物学的センサーデータストリームにより、自動的に記録される。
【００７２】
より自動化された方法では、本発明により嗅覚に基づく刺激も可能である。１つの制限されない実施形態では、図１６に示すとおり、非侵襲的、電気的鼻または嗅球刺激装置を用い、脳を活性化する。前記装置は電気格納ボックス１９８内の電池から電源供給される。スイッチにより前記装置は２１２でオンにするか、２０２でオフにすることができるが、他のボタンは鼻の電気刺激の電力または強度を上昇２１４または低下２００させる。接続要素２０６は、電気格納ボックス１９８内の電子機器から、コネクター２０４を介し、嗅球の受容体に直接載せる、薄型で柔軟性のあるノーズピース刺激装置２０８にシグナルを送信する。電極２１０は、嗅球の神経終末と直接接合するように設計された、小さな同心円状の電極である。図１７では、接続要素２２０および鼻孔支持体２２２で構造的および電気的に接続した鼻活性化面２２６のより詳細な図を見ることができる。直接嗅球の受容体と結合する個別の電極２２６は、実線の絶縁体と丸い電極として描かれている。位置決めポスト２２８を用いて、被験者に電荷を送信するために使用される、柔軟性のある使い捨て導電性グリッドを並べるが、これは、１回使用後に廃棄できる使い捨てシース２２４（再利用可能な装置が前記ヒト被験者に触れない十分な長さ）に組み込むことができる。
【００７３】
神経診断法としての経頭蓋パルス電流刺激
本発明の別の実施形態は、頭蓋刺激により脳を刺激する方法である。そのような市販の装置の１つであるＦｉｓｈｅｒ  Ｗａｌｌａｃｅ頭蓋脳刺激装置は、不眠症、不安、うつ病、および疼痛の問題がある患者を助ける電気の微小電流を提供する。この装置およびアプローチを利用して脳を刺激することができ、頭蓋刺激による脳の反応を測定することができる。例えば、制限されない例として、Ｃａｒｔｅｒ  Ｗａｌｌａｃｅまたは同等の脳刺激装置から頭蓋刺激を受ける前に、本発明のシステム、装置、および方法により一連の作業を行っている被験者をスキャンすることができ、この後２０分間治療を行ってから、ヒト被験者を再スキャンし、頭蓋刺激による反応を測定することができる。この反応の特徴から、バイオマーカーの差は、健康な正常コホートと疾患、損傷、または疾病を有するコホートの両方に由来する可能性がある。「診断的」は、すでに定義されているとおり、１０種類もの意図する使用を意味する可能性があるため、この二重スキャン法から導き出された特徴は、様々な意図する使用のいずれについても診断的に使用することができる。
【００７４】
本アプローチの特定の実施形態には、脳振盪／外傷性脳損傷、片頭痛、軽度認知障害および痴呆、運動症状出現前の（ｐｒｅ−ｍｏｔｏｒ）パーキンソン病、およびうつ病、双極性疾患、精神分裂病、不安またはパニック障害、外傷後ストレス障害などの様々な精神神経疾患を診断的に評価するための前記頭蓋刺激装置の使用が含まれる。さらに、このアプローチは、多重人格障害、失読症、幻覚、恐怖症、嗜癖、アルコール乱用、食欲不振または大食症などの摂食障害、強迫性障害、および気分障害を含む脳の精神障害の診断に診断的に有用であると予想される。
【００７５】
神経診断法としての末梢神経系の経皮パルス電流刺激
さらに、本発明は、中枢神経系の問題に加え、末梢神経系の問題を有している可能性がある人に重要な診断的影響があるため、ＴＥＮＳなどの末梢刺激の形態での経皮パルス電流刺激の利用も意図している。その結果は、その時の評価時に、ヒト被験者から発生した様々な多面的生物学的センサーデータストリームにより、自動的に記録される。
【００７６】
本発明の特定の一実施形態では、ＴＥＮＳユニットが、多数の神経終末を有することが知られている左右の指腹に接着され、特徴的な方法で刺激される。ＥＥＧ脳波センサー、電気皮膚コンダクタンス、パルス酸素濃度計、脳血流、温度、および他の生体信号データストリームの形態での、末梢刺激と同期化された脳関連反応を収集する。ＴＥＮＳ刺激の時間に周期性の活動がある場合、固定シグナルを検討し、末梢ＴＥＮＳ刺激とバイオセンサーの反応との位相のずれを追求する。
【００７７】
疾患または損傷の多面的特徴を作成するための多面的システムの利用
本発明のシステムを利用し、多面的生物学的シグナルデータから抽出した特徴を含む、抽出された生物測定の表を作成することができる。制限されない例として、脳震盪（ｍＴＢＩ）または軽度外傷性脳損傷が生じたＡ群、および脳震盪または軽度外傷性脳損傷がない、対照（ＣＴＬ）としてのＢ群の２群の被験者を、施設内審査委員会の監督下で募集した。Ａ群およびＢ群両方の参加者を、単電極ＥＥＧを含む電子ＲＥＭモジュールを用い、完全に同じようにスキャンした。３０秒間眼を閉じる、３０秒間眼を開けるなどの５分間のプロトコールを実施し、３分間Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査を行ってから、再度３０秒間眼を閉じ、３０秒間眼を開けた。周辺ＭＣＵ（ノートパソコン）がカードを提示し、マイクロホンから個人の反応を記録している間、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各カードについてのストップウォッチ時間とエラーは、試験管理者が手作業で記録した。人為的結果の検出、シグナル処理、および特徴の抽出を行う目的で、データは参加者に対して盲検化した。次に、抽出された特徴データの表の品質を管理し、できるだけ多くのエラーを取り除くために推敲した。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の合計時間は１つの抽出された変数として作成し、ロジスティック分類モデルを行った。このモデルの結果は、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋの時間のみが個人の分類を予測し、時間は約６２％であることを示した。個別に、ロジスティック分類モデルでδ、θ、α、β、およびγバンドそれぞれの相対出力を分析し、ここで、ＥＥＧの特徴は予測因子のｘ変数であり、臨床転帰（Ａ群およびＢ群）は前記転帰または予測分析モデルの従属ｙ変数であった。分析はＳＡＳ（米国ノースカロライナ州Ｃａｒｙ）のＪＭＰ  Ｐｒｏ  ｖ１０で行った。
【００７８】
図１８は、相対的β出力のロジスティックプロット４２０（１２〜３０Ｈｚ）を図示しており、脳震盪のＡ群と対照のＢ群を比較し、相対的β出力の低下を示している。受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線４３０を作成する場合、ＥＥＧの特徴のみが、ＲＯＣ曲線下面積（ＡＵＣ）統計値の概要で定義されているとおり、時間の約６５％の精度で予測していることが分かる。
【００７９】
図１９は、ＲＯＣプロット４４０において、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ最終検査時間（秒）（被験者脳の認知機能の指標）を相対的β出力（脳波の指標）と組み合わせ、多面的特徴を作成した場合、曲線下面積（ＡＵＣ）は、今度は７０％であることを図示している。年齢および性別の共変量を加える場合、ＲＯＣプロット４５０に示されるとおり、ＡＵＣは７６％に上昇し、本発明のシステムおよび方法を完全に実証している。いずれかの加速時計、音声分析のマイクロホンから、画像分析または視標追跡用のカメラから、さらに情報の様式を追加する場合、特定疾患の診断で医療提供者に役立つように、予測モデルの精度がさらに上昇すると予測することができる。これは、脳の健康と機能を評価する、客観的バイオセンサーの多面的システムの出力を例示している。
【００８０】
多面的バイオシグナルデータストリームの時間シリーズにおける相関分析の利用
本発明では、時間の２点、３点、またはそれよりも高次の関係を利用することを明示的に予期し、様々なバイオセンサーデータストリーム間の相互作用を検討する。例えば、８ＫＨｚでサンプリングしたマイクロホンからの一連の時間サンプル、および５１２Ｈｚでサンプリングした単一のリードセンサーからのＥＥＧを観察し、文献またはＭＡＴＬＡＢのツールボックスで利用できる、様々な２点の相関関係関数のいずれかを観察することができる。バイオセンサーは空間的に異なる場所にあるか、時間的に、様々なデータストリームがリアルタイムで同時に、または対象の変数の定義または計算された時間差で発生している場所にあるため、いずれの空間変数も使用することができる点に注意する。さらに、空間的コヒーレンスおよびコンコーダンスなどの技術は、（典型的にはＥＥＧに使用される）同一様式の２つのセンサーで使用することができるが、本発明のシステムの複数であるが異なるバイオシグナルデータ様式のストリームに、同様のアプローチを採用することができる。
【００８１】
ＣＰＵの処理能力は上昇してフォームファクタが小さくなるため、内蔵型デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰｓ）、および頭部ＲＥＭまたは体幹に位置するＲＥＭまたは四肢に位置するＲＥＭモジュールに内蔵された他のハイエンドＭＣＵ装置により、複数の生物学的シグナルデータストリームをリアルタイムで処理することを想定することができる。
【００８２】
神経眼科的作業中の赤外視標追跡の利用
Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ視標追跡装置の別のアプローチとして、Ｔｏｂｉｉ、ＧａｚｅＰｏｉｎｔ、または他の視標追跡装置製造業者など、左右の目の位置を流動し瞳孔径を連続的に測定する、他の専用ハードウェアを利用することができる。出力された視線方向の位置から、刺激視野にある様々な物質に固定して、および対象のサッケードまたはアンチサッケードの測定を行うことができる。刺激視覚物には、指示、静止した写真または芸術的創作品、動画、ウェブページ、広告、ｐｄｆ文書などを含むことができる。所定の関心領域（ＡＯＩ）は作成することができ、視線方向データは関心領域の上に重ね、ＡＯＩに対する固定指標およびサッケードを定義する。候補となる指標を視線方向データから抽出し、最初の固定までの時間、固定時間、総固定時間、診察時間、総診察時間、固定された割合、サッケードの精度、アンチサッケードの精度を含めることができ、未加工の視線方向データストリームから抽出した特徴の限定されない例を挙げることができる。これらの抽出された特徴は、本発明の特徴をまとめた表に組み込むことができ、これを用いて、多変量の特徴を構築し、抽出された脳波の特徴、音声認識の特徴、神経心理学的検査データ、加速時計によるバランス測定などに沿って分類することができる。
【実施例】
【００８３】
上記の説明には多くの具体例が含まれるが、これらの具体例は本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではないが、単に、開示された実施形態の例示として解釈すべきである。当業者は、本発明の範囲内で多数の他の変形形態が考えられることを想定するだろう。以下の例は、当業者が本発明を作成、利用、および実施できるようにするために役に立つだろう。
【実施例１】
【００８４】
ＴＩＲＨＲ脳振盪試験
タホ湖に近い非営利で山岳地帯に拠点を置く医療施設と共同で、２群の被験者が施設内審査委員会が承認した臨床試験計画書に登録され、最初の被験者群（Ａ群）は臨床的に脳震盪（ｍＴＢＩ）または軽度外傷性脳創傷と診断され、第２の対照被験者コホート（Ｂ群）は脳震盪の問題がなく、対照（ＣＴＬ）とされる群に登録され、施設内審査委員会の監督下で募集された。Ａ群およびＢ群いずれの参加者も、２０１２年７月１３日に提出されたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３号に説明された単一の電極ＥＥＧ装置を含む電子ＲＥＭモジュールにより、完全に同じようにスキャンされた。５分間のスキャン実施計画書には、３０秒間眼を閉じる、３０秒間眼を開ける、約３分間Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査を行ってから、再度３０秒間眼を閉じ、３０秒間眼を開ける検査が含まれた。周辺ＭＣＵ（ノートパソコン）がカードを提示し、マイクロホンから個人の反応を記録している間、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各カードのストップウォッチ時間とエラーは、試験管理者が手作業で記録した。頭部のＲＥＭモジュールは、参照ＲＥＦおよび規定ＧＮＤについて、耳の乳様突起に対して位置Ｆｐ１から額のＥＥＧを連続的に記録した。前記データはローカルで暗号化してから、サイバースペースの仮想サーバーへ安全なパイプから転送された。
【００８５】
人為的結果の検出、シグナル処理、および特徴の抽出を行う目的で、シグナル解析を行う科学者は参加者の臨床診断について盲検化した。次に、抽出された特徴データの表の品質を管理し、できるだけ多くのエラーを取り除くために推敲した。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の合計時間は、最小数のエラーを用い、個々の時間を合計して、脳震盪で３つのカードすべてを読み取る既発表の手順に従い、計算した。この合計時間は１つの抽出された変数を表し、ロジスティック分類モデルを利用した。このモデルの結果は、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋの合計時間（秒）のみが個人の分類を予測し、時間は約６２％であることを示した（ＡＵＣ＝０．６２）。
【００８６】
独立して、１０ビットの振幅解像度において、１秒あたり１２８サンプルでサンプリングしたＥＥＧ脳波情報の並列データストリームを解析した後、フーリエ変換を行い、スペクトル特性を決定した。ロジスティック分類モデルでδ、θ、α、β、およびγバンドそれぞれの相対出力を分析し、ここで、ＥＥＧの特徴は予測因子のｘ変数であり、臨床転帰（Ａ群またはＢ群）は前記モデルの転帰のｙ変数であった。分析はＳＡＳ（米国ノースカロライナ州Ｃａｒｙ）のＪＭＰ  Ｐｒｏ  ｖ１０で行った。
【００８７】
図１８では、相対的β出力のロジスティックプロット４２０（１２〜３０Ｈｚ）を図示しており、脳震盪のＡ群と対照のＢ群を比較し、相対的β出力の低下を示している。受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線４３０を作成する場合、ＥＥＧの特徴のみが、ＡＵＣ統計値の概要で定義されているとおり、約６５％の時間精度で予測していることが分かる。図１９では、ＲＯＣプロット４４０において、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査時間（被験者脳の認知機能の指標）を相対的β  ＥＥＧ出力（脳波の指標）と組み合わせ、多面的特徴を作成した場合、曲線下面積（ＡＵＣ）は７０％であることが分かる。年齢および性別の共変量を加える場合、ＲＯＣプロット４５０に示されるとおり、ＡＵＣは７６％に上昇し、本発明のシステムおよび方法を完全に実証している。いずれかの加速時計、音声分析のマイクロホンから、画像分析用のカメラから、さらに情報の様式を追加する場合、特定疾患の診断で医療提供者に役立つため、予測モデルの精度がさらに上昇すると予測することができる。これは、脳の健康と機能を評価する、多面的システムの力を例示している。
【実施例２】
【００８８】
リーハイ大学スポーツ医学脳震盪試験
ＮＣＡＡ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  １の大学と共同で、いくつかの被験者群が施設内審査委員会が承認した臨床試験計画書に登録され、最初の被験者群（Ａ群）は臨床的に脳震盪（ｍＴＢＩ）または軽度外傷性脳創傷と診断され、第２の対照被験者コホート（Ｂ群）は脳震盪の問題がなく、損傷のない対照被験者（ＣＴＬ）とされる群に登録され、一方、他のスポーツの運動選手（Ｃ群など）も施設内審査委員会の監督下で募集された。Ａ、Ｂ、Ｃ群およびその他の参加者は、２０１２年７月１３日に提出されたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３号に説明されているとおり、単一の電極ＥＥＧ装置を含む電子ＲＥＭモジュールにより、完全に同じようにスキャンされた。２２〜２４分間のスキャン実施計画には、１分間眼を閉じる、１分間眼を開ける、見当識を含むＳｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）の要素であるＳＣＡＴ−２の段階的症状チェックリストを自動的に適用する、即時記憶を思い出す、集中力、遅延記憶を思い出す、完全なＢａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（硬い面と発砲体面の両方）、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ  Ｔｅｓｔカード、４００Ｈｚを中心とした６および１２ヘルツのうなり周波数での両耳性うなり聴覚刺激、光刺激、および１分間赤い十字架を動かすなどの固定作業などの検査が含まれた。
【００８９】
周辺ＭＣＵ（Ｄｅｌｌ  Ｖｏｓｔｒｏ  ３５５０ノートパソコン）がカードを提示し、マイクロホンおよびマウスクリックから個人の反応を記録している間、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各カードのストップウォッチ時間とエラーは、試験管理者が手作業で記録した。ＢＥＳＳのエラー、およびＳＡＣ反応も手作業で記録した。頭部のＲＥＭモジュールは、参照ＲＥＦおよび規定ＧＮＤについて、耳の乳様突起に対して１０〜２０モンタージュ位置Ｆｐ１から額のＥＥＧを連続的に記録した。ＥＥＧデータストリーム、認知データストリーム（反応時間および精度）、脳震盪症状の自己報告、およびマイクロホンのデータストリームから成る多面的評価は、どの作業が行われているかによって記録した。前記データはローカルで暗号化してから、サイバースペースの安全な仮想サーバーへ安全な接続パイプから転送された。
【００９０】
人為的結果の検出、シグナル処理、および特徴の抽出を行う目的で、シグナル解析を行う科学者は参加者の臨床診断について盲検化した。次に、抽出された特徴データの表の品質を管理し、できるだけ多くのエラーを取り除くために推敲した。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の合計時間は、最小数のエラーを用い、個々の時間を合計して、脳震盪で３つのカードすべてを読み取る既発表の手順に従い、計算した。この合計時間は１つの抽出された変数を表し、ロジスティック分類モデルを利用した。脳震盪を起こした運動選手と対照の両方で連続評価を行い、３回から最高１０回までスキャンを行い、脳震盪患者と対照の両方を評価した。
【００９１】
Ｇｒａｄｅｄ  Ｓｙｍｐｔｏｍ  Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔ（段階的症状チェックリスト）の総スコアに関する図２０および図４１で見ることができるとおり、症状に変化がないまたは正常に見える被験者もいるが、（図２０の被験者Ｓ１６のように）脳震盪と一致し、症状の状態が劇的に悪化を示す被験者もあり、これは時間とともに解消し、症状がない状態に戻る。図２１および図４２は、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ（ＳＡＣ、震盪標準評価）の総スコアを示しており、健康な最高値は３０ポイントで、ｘ軸の数点のスキャン診察日に測定された時間にわたり、ｙ軸にプロットされている。３０（完全スコア）付近の平坦な軌跡は、認知機能に異常がないように見えるが（図２０の被験者Ｓ０３など）、数名の被験者（図２０の被験者Ｓ０７など）は、脳震盪と一致した認知機能の問題を示しているように見えるが、これは後のスキャン診察で解消している。図２２および図４３では、Ｂａｌａｎｃｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｃｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＥＳＳ）の総エラースコアの合計（硬い面と発砲体面の両方で全３種類の姿勢をとった合計）を、スキャン診察の時間（必ずしも等間隔の日数ではない）でプロットした。ゼロ（完全スコア）付近に認められる平坦な軌跡は、前庭器官内で比較的安定しているように見えるが、数名の被験者は、エラー数の増加として示される、脳震盪と一致したバランスおよび前庭の問題を示しており、このエラー数は正常な成績の前後でやや変動し、プラトーに達するまで、重要な傾きで低下するように見えることが分かる。
【００９２】
このデータの最終部分は図２３および図４４で見ることができ、これらの図では、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科検査（Ｏｒｉｄｅら、１９８６）の合計時間について、秒単位で３つの検査カードを合計し、縦軸またはｘ軸のスキャン診察を横切って、垂直にプロットしている。最小値（典型的には４０秒）付近の平坦な軌跡は、神経眼科的処理中も一貫し、安定しているように見え、典型的には健康な、損傷のない対照被験者を現すが、数名の被験者（図２３のＳ０１およびＳ１２など）は初期のスキャン診察でより時間がかかっているように見え、この後、時間は緩和し、安定、一貫しているが、これは、脳損傷自体が数日から数週間で解消し、ベースラインの状態が再出現する、脳震盪の表現型と一致している。図４５は、図４４と同じデータのペアワイズ図を提供し、脳震盪が生じた被験者と損傷のないチームメートの対照被験者を一緒にプロットしている。
【００９３】
前述の図２０〜図２３および図４１〜図４４の４セットのデータから、症状データストリーム、認知データストリーム、バランス／前庭データストリーム、および神経眼科的データストリームを組み合わせ、本発明と一致した多変量の合成要素とすることができることは明らかであるはずである。さらに、ＥＥＧデータストリームおよびマイクロホンデータストリームを含む、これらのバイオシグナルデータストリームから相互相関および予測モデルを構築することができるが、示された分析にはまだ含まれていない。
【００９４】
脳震盪被験者と非損傷対照被験者を一緒にペアとしたさらなる分析では、図２４〜図２７で示した興味深い情報を明らかとすることができ、これらの図は評価指標が４つ同じであり、脳震盪が生じた運動選手とチームメートの非損傷対照被験者両方について、ペアワイズでプロットしている。興味深いことに、図２８は、９組の運動選手の相対的β出力を示しており、脳震盪が生じた運動選手を赤、チームメートの非損傷対照被験者を緑で示している。（Ａの組またはＥの組またはＧの組など、）一部の被験者が文献で報告されたＴＢＩにおける相対的β出力の低下を示しているため、この結果は入り混ざっているように見える。さらに、「推定上のイベント」後に調節されたベースラインの最初のスキャンを分析することは、図２９〜図３３で示されるとおり、ヒト被験者における推定上の脳震盪の評価に役立つ可能性がある。
【００９５】
図２９の例について、限られたサンプルでは、１回目の診察でＧＳＣが５を超えて上昇する点が対照にはなく、脳震盪が生じた被験者で異なる点であることが明らかであるように思われる。したがって、非常に限定的なデータは、「脳震盪が生じた可能性がある」ことの予測バイオマーカーはＧＳＣｔｏｔａｌ（Ｖｉｓｉｔ１）−ＧＳＣｔｏｔａｌ（ベースライン＝ｖｉｓｉｔ０）>５であることを支持している。しかし、図４１の追加データを再検討すると、ＧＳＣ内の各質問の項目分析を実施し、ＧＳＣ内の最も重要な要素または質問は（重要なものから重要でないものの順に）、１）「頭痛はあるか」、２）ＧＳＣの合計つまりＧＳＣ−Ｓｕｍ、３）「調子が悪い」、４）「動きが鈍い」、５）「ボーっとする」、６）「頭が締め付けられる」、７）「めまいがする」、８）「集中力の欠如」、９）「疲労感」、１０）「嗜眠」、１１）「光に対する過敏症」であると知ることができる。したがって、ＧＳＣの時間を短縮し、質問数を２つ組にしたいが、差別的検出力を低下させたくない場合、１８要素ＧＳＣの上位８、９、１０、または１１項目から成る短縮版「ＧＳＣ−ｓｈｏｒｔ」を作成することができる。
【００９６】
図３０から、脳震盪が生じた運動選手は、その全体性における脳震盪の標準的評価がベースラインから明確な変化を示していない。しかし、ＳＡＣの個々の要素を分析する場合、最も重要なＳＡＣの要素には、（最も重要なものから重要でないものの順に）記憶の遅延、集中力、ＳＡＣ総スコア、即時記憶、見当識が含まれる。したがって、ＳＡＣを短縮したいが、診断的な差別的検出力を維持したかった場合、短縮版ＳＡＣに、記憶の遅延およびＳＡＣの即時記憶要素を含めることができ、または代わりに集中力の要素も含めることができる。見当識の要素は、あまり差別的検出力を与えるように見えない。
【００９７】
図３１から、ＢＥＳＳの総エラースコアは、上記のような少数のヒト被験者サンプルでは信頼性があるようには見えない変数である。さらなるデータは、今のところ、初期の展望を支持する図４３で示されたデータからは得られていない。一方、ＢＥＳＳの６つの要素それぞれを（最も重要なものから重要でないものの順に）検討する場合、その要素は、ＢＥＳＳ−ＴａｎｄｅｍＳｔａｎｃｅ−ＦｉｒｍＳｕｒｆａｃｅ、ＢＥＳＳ−ＴａｎｄｅｍＳｔａｎｃｅ−ＦｏａｍＳｕｒｆａｃｅ、ＢＥＳＳ−ＴｏｔａｌＥｒｒｏｒｓ、ＢＥＳＳ−ＳｉｎｇｌｅＦｏｏｔ−ＦｏａｍＳｕｒｆａｃｅ、ＢＥＳＳ−ＳｉｎｇｌｅＦｏｏｔ−ＦｉｒｍＳｕｒｆａｃｅ、ＢＥＳＳ−ＤｏｕｂｌｅＳｔａｎｃｅ−ＦｏａｍＳｕｒｆａｃｅ、および最後にＢＥＳＳ−ＤｏｕｂｌｅＳｔａｎｃｅ−ＦｉｒｍＳｕｒｆａｃｅとして分類されることが分かる。したがって、発砲体面のみを使用する場合、作業は５０％減少するが、まだ有用であるように見える。
【００９８】
図３２から、Ｋ−Ｄ作業の合計時間はかなりばらつきがあり、データが限られているように見えるが、図４４の結果を含めた場合、サッケードによるカード作業が区別する上で重要な方法であることは明らかであるように見える。
【００９９】
さらに、図３４では、非損傷対照被験者４例のモンタージュが、図で提示された５種類のデータで興味深いパターンを明らかにしている可能性がある。図３５では、ｍＴＢＩ損傷被験者４例のモンタージュが、図で提示された５種類のデータで興味深いパターンを明らかにしている可能性がある。最後に、損傷のない運動選手１例と損傷（ｍＴＢＩ）のある運動選手との直接比較では、異なる個人の群を区別することができる観察の特徴を得ることができる。図３６では、ＧＳＣ、ＳＡＣ、ＢＥＳＳ、ＫＤ時間、および相対的β出力（ｙ軸に沿って、それぞれ上から下へ）が、各スキャン診察で（ｘ軸に沿って）、それぞれ個別に、互いに上に積み重なり、これは、学業への復帰、役割への復帰、仕事への復帰、職務への復帰、および活動への復帰の意志決定に有用である。
【実施例３】
【０１００】
Ｒｏｔｈｍａｎ脳振盪試験
臨床診療現場および脳震盪専門家と共同で、２群の被験者が施設内審査委員会が承認した臨床試験計画書に登録され、最初の被験者群（Ａ群）は臨床的に脳震盪（ｍＴＢＩ）または軽度外傷性脳創傷と診断され、第２の対照被験者コホート（Ｂ群）は脳震盪の問題がなく、対照（ＣＴＬ）とされる群に登録され、施設内審査委員会の監督下で募集された。Ａ群およびＢ群いずれの参加者も、２０１２年７月１３日に提出されたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３号に説明された単一の電極ＥＥＧ装置を含む電子ＲＥＭモジュールにより、完全に同じようにスキャンされた。２５分間のスキャン実施計画には、１分間眼を閉じる、１分間眼を開ける、および頭部電子ＲＥＭモジュールのＥＥＧデータを近くにある周辺ＭＣＵ（Ｄｅｌｌ  Ｖｏｓｔｒｏ  ３５５０ノートパソコン）に流動させ、運動選手の学生がＩｍＰＡＣＴコンピュータ検査を行っている間、約２５分間スキャンする検査が含まれた。周辺ＭＣＵノートパソコンのキークリックは、ＩｍＰＡＣＴコンピュータによる評価での様々な作業それぞれの時間的な始まりと終わりを示した。これは、本発明の神経心理学的検査、ＥＥＧ、および臨床所見を組み合わせた別の多面的評価である。
【実施例４】
【０１０１】
ＢｏｒｅａｌｉｓソフトウェアのＧｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ実装
ＢｒｉｃｋＳｉｍｐｌｅ  ＬＬＣと共同で、我々のＡｎｄｒｏｉｄアプリケーションソフトウェアＢｏｒｅａｌｉｓを実装することで、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓでグラスウェアとして実行し、これにより、内蔵型３軸Ｉｎｖｅｎｓｅｎｓｅ加速時計と、３軸回転速度計（ｇｙｒｏｍｅｔｒｙ）、および３軸電子コンパスなど、様々なバイオセンサーにアクセスすることができる。このようにバイオセンサーを組み合わせることで、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓで起動するソフトウェアは医学的、健康測定を行うことができ、責任を持ってこれらを報告することができる。我々は、Ａｎｄｒｏｉｄタブレットから眼鏡型の「グラスウェア」に我々のアプリケーションを展開し、加速時計および瞬目検出装置を組み込むことに成功した。さらに、グラスウェア用のソフトウェアをＡｎｄｒｏｉｄ装置に展開し、眼鏡用のユーザーインターフェースでソフトウェアのペアリングと起動を自動的に行うことに成功した。
【実施例５】
【０１０２】
Ｔｏｂｉｉ  Ｘ２−３０小型視線追跡装置の実装
我々は、Ｔｏｂｉｉ  Ｘ２−３０小型視線追跡装置を我々のデータ取得パラダイムに組み込むことに成功した。図３７は、ノートパソコンＰＣ  ５００画面の略図を示しているが、タブレットまたはスマートフォン型のフォームファクタでも同等に機能することができる。視線追跡装置５１０を本無線モードでＵＳＢポート５２０に差し込むが、Ｗｉ−Ｆｉまたは他の無線接続も考えられる。最初に、刺激を作成し、視線追跡装置の分析性能を極限状態まで確認した。スクリーン角のスライドに番号を入れ、２秒間隔で表示してから、時計回りに次の角に動かした。図３８に示したとおり、両眼の位置を平均してプロットした。視線追跡装置の出力は非常によく予想される軌跡を示し、ｘとｙの位置が非対称であることから明らかなように、縦横比１６：９であった。
【０１０３】
追跡実験では、神経眼科的サッケードカード（Ｋｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｋ検査）を提示し、この間、ＥＥＧ脳波、マイクロホン、およびノートパソコンの前面ウェブカメラを記録した。図３９は、様々なカードの刺激数に対して視線方向が時間で一点に集まっていたところを、ヒートマップ表示で示している。したがって、脳が車から番号を読み取る間、時間が固定され、この間、眼はカスケードとして固定された点を移動するのではなく、空間の一点を凝視することはかなり明らかである。図４０は、様々な規定の関心領域（カードに示された数字を中心とした円として表示）を利用すると、ＡＯＩを横切り、標的を追跡する被験者の試行として時間、固定、およびサッケードの精度を定義する、視線方向の抽出可能なバイオマーカー測定が可能となることを示している。図４０では、同列の最後に対して特定の列の最初に「オフターゲット」が発生した、重要な視線方向の様子を見ることができる。したがって、列の左にある最初の番号のパーセンテージ精度が、最初の番号以外の時間パーセンテージとして優れたバイオマーカーであることが明らかに見て取れる。カードの特定の列の最後にある、右手のほとんどの数から抽出した特徴は、それほど有用ではないだろう。
【０１０４】
当業者は、本発明が他の用途に適用でき、本発明の範囲から離れずに修正できることも理解するだろう。例えば、本明細書に説明したシグナル処理は、クラウド、電子モジュール内のサーバー、またはローカルＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォン、またはカスタム携帯型装置で実行することができる。したがって、本発明の範囲は、上述の典型的な実施形態に限定する意図はないが、添付の請求項によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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