專利名稱：用于在腦與數(shù)據(jù)處理裝置之間傳輸數(shù)據(jù)的探針的制作方法
用于在腦與數(shù)據(jù)處理裝置之間傳輸數(shù)據(jù)的探針
本發(fā)明涉及一種用于在腦與輸出處理裝置之間傳輸數(shù)據(jù)的探針以及這種 探針的制造方法。此外，本發(fā)明還涉及一種具有探針的設(shè)備或一種用于在腦與 數(shù)據(jù)處理裝置之間傳輸 的方法。
在測(cè)量存活的動(dòng)物或者人的腦中神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)時(shí)，存在如下問題 組 織沒有損傷的情況下很難獲得空間上和時(shí)間上良好分辯的活動(dòng)圖案。其中測(cè)量
電極可以保持在頭部表面上的顱骨外部的方法的使用可能性(腦電圖法EEG)
限于對(duì)較大的神經(jīng)細(xì)胞總數(shù)的活動(dòng)進(jìn)行空間上^D批較差的測(cè)量。
借助侵入腦組織中的并且因此達(dá)到待導(dǎo)出的神經(jīng)細(xì)胞的直接的附近中的 電極獲得了精確的活動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，電極的侵入必然損傷神經(jīng)細(xì)胞組織并且破
壞神經(jīng)連接。由于神經(jīng)細(xì)胞的高度網(wǎng)絡(luò)化，由此始終與如下風(fēng)險(xiǎn)相聯(lián)系重要 的神經(jīng)細(xì)胞的功能受到限制。對(duì)于動(dòng)物的科學(xué)工作還能容忍損傷。但是后來(lái)在 對(duì)人腦進(jìn)行治療時(shí)面對(duì)這樣的窘境必須在由電極附帶的損傷與治療之間進(jìn)行 權(quán)衡。
部分解決辦法(Tdlausweg)是代替插入神經(jīng)細(xì)胞組織中的電極而使用如
下電極，這種電極盡管要求對(duì)顱骨開口但在那里僅僅置于腦的表面上。在此， 腦組織本身不受損傷。通過這樣的方式，測(cè)量到的神經(jīng)細(xì)胞組的信號(hào)在外部腦 表面的直接的附近中占有優(yōu)勢(shì)。
該部分方-法的缺點(diǎn)已經(jīng)提及:腦的并非直接出于外部表面上的區(qū)域僅僅部
分能夠達(dá)到。由此盡管相對(duì)于傳統(tǒng)的在顱骨外部進(jìn)行測(cè)量的方法增大了應(yīng)用可 能性，但是還是受限的。
除了通過測(cè)量由神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)產(chǎn)生的電壓而導(dǎo)出神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)之外，用電
脈沖激勵(lì)神經(jīng)細(xì)胞的相反方^^是感興趣的。上述的基本問題同樣在于 ] 電極如導(dǎo)出電極一樣必須直接到達(dá)所涉及的神經(jīng)細(xì)胞的附近，以便盡可能特定 鵬行激勵(lì)。
神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)的精確了解起作用的一種重要應(yīng)用領(lǐng)域是，首先最近形成 的運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)修復(fù)。該應(yīng)用領(lǐng)域針對(duì)癱瘓的患者，其中組織的恢復(fù)不再可能，盡管皮層或者至少運(yùn)動(dòng)皮層作為對(duì)意向的運(yùn)動(dòng)的控制重要的區(qū)域至少還部分 完好，但是肌肉組織的神經(jīng)連接中斷。重要的并且總體上非常常見的對(duì)這種癱 瘓的原因是肌肉萎縮的腦* 或者內(nèi)腦的出血("中風(fēng)")。
特別嚴(yán)重的情況是所謂的對(duì)變化不敏感的患者，他們由于骨骼肌完全癱瘓 而沒有任何運(yùn)動(dòng)可能性。這種患者在對(duì)其狀態(tài)完全知覺的情況下注定單純消 極。同樣，也可以考慮如下患者，這些患者失去了四肢或者是截癱的。癱瘓或 者障礙妨礙了患者進(jìn)行想要的運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)實(shí)現(xiàn)了借助各自的腦信號(hào)通過有意地驅(qū)動(dòng)假肢來(lái)產(chǎn) 生、再生或者改善運(yùn)動(dòng)能力。對(duì)此，精確了解神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，特別是在，
運(yùn)動(dòng)區(qū)中的神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)，是基本frii^j牛。同樣地，可以考慮相反的情況， 其中癱瘓的身體部分傳感的信號(hào)如接觸不再到達(dá)腦。于是，主管的腦區(qū)域(例 如軀體傳感的皮層)的神經(jīng)細(xì)胞的激勵(lì)可以替代中斷的身體本身的信號(hào)傳輸。
在所有描述的情況下，傳統(tǒng)的方法限制了預(yù)測(cè)的精確性，或者傳統(tǒng)的方法 在一定程度上損傷完好腦組織，使得在動(dòng)物試驗(yàn)中這樣的使用影響了知識(shí)獲得 或者在人的情況下受限地或者完全妨礙治療。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在避免腦組織損傷的情況下會(huì)嫩實(shí)現(xiàn)精確地到達(dá)大數(shù) 量的神經(jīng)細(xì)胞。
該任務(wù)ttt根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針或者將其使用在根據(jù)權(quán)利要求9所 述的裝置或者根據(jù)權(quán)禾腰求23戶腿的方t妹解決。根據(jù)本發(fā)明的用于探針的 制造方法在權(quán)利要求16中予以說(shuō)明。在此，本發(fā)明的解決方案基于以下原理， 利用腦的形態(tài)并且匹配測(cè)獻(xiàn)激勵(lì)電極，而不是如通常那樣通過侵入式手術(shù)迫使 組織與電極的構(gòu)型匹配并M"組織Jt成傷害。
本發(fā)明也提供了一種用于在腦(2)與數(shù)據(jù)處理設(shè)備(5)之間傳輸數(shù)據(jù)的 探針，其中該探針具有支承體(la)，該支承體帶有施加到其上的電極(lc， ld)， 所述電極能夠與腦(2)的神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，以便檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)和/ 或傳輸麵，并且這些電極獸的多與M處理設(shè)備(5)耦合，其中支承體(la) 在其形狀上能夠與腦(2)的內(nèi)表面匹配，使得該支承體會(huì),^ffi在腦(2)的 鮍溝(2c)的內(nèi)部空間中，其中^^c體(la)柔性地構(gòu)建并且具有兩個(gè)彼lJ:[^t 置的表面，其中在所述表面中的至少一個(gè)上安裝有至少一組電極(lc， ld)， 其中電極(lc， ld)構(gòu)建為接觸面，使得戶;M—組電極(lc)可以與鈹溝(2c)的至少一個(gè)側(cè)壁(2a)電磁相互作用，其中電極(lc， id)在其布置上會(huì),與 戶;M至少一個(gè)側(cè)壁(2a)的形態(tài)相匹配。
電極是平面地或者點(diǎn)狀地構(gòu)建的。以這樣的方式，探針可以到達(dá)兩個(gè)側(cè)壁 的神經(jīng)細(xì)胞并且按照激勵(lì)菊繊或者導(dǎo)出神經(jīng)細(xì)胞。由此探針能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)至鵬 別大數(shù)目的位于鮍溝兩側(cè)的神經(jīng)細(xì)胞。這借助侵入的電極只能以高開銷和相應(yīng) 的組織損傷來(lái)實(shí)現(xiàn)，借助表面電極甚至不能實(shí)現(xiàn)。
該解決方案具有如下優(yōu)點(diǎn)電極和探針會(huì),不損傷腦。由此也減小了在手 術(shù)中使用電極的各種危險(xiǎn)。同時(shí)，長(zhǎng)期相容性良好(不希望的電極的替換極少 是可能的)，因?yàn)橹С畜w形成鈹溝的形狀并且因此與各個(gè)腦芻皮溝或者腦回匹配、 可以緊靠并且原位不動(dòng)。由此，信號(hào)保持穩(wěn)定，因?yàn)橄噜彽纳窠?jīng)細(xì)胞始終相同， 并且此外幾乎不存在f斜啲纖或者尖端，在曾經(jīng)出現(xiàn)的史承體替換中(例如 由于在事故中特殊的突然的運(yùn)動(dòng))這些邊緣或尖端會(huì)引起傷害。即使在正常的
運(yùn)動(dòng)中，這樣的傷害在傳統(tǒng)的外皮層植入的電極的情況下不能有效;tK免。最
后，通過該解決方案能到CT于下面所描述的應(yīng)用情況感興趣或者甚至不必要 的腦部區(qū)域，尤其是皮層。
有利的是，神經(jīng)細(xì)胞屬于腦的不同功能區(qū)域的第一和第二側(cè)壁。在這樣的
情況下，鈹溝分成兩個(gè)功能區(qū)域。由此，探針的^H則可以響應(yīng)各自的不同的
功能區(qū)域。
在有利的擴(kuò)展方案中，第一側(cè)壁的神經(jīng)細(xì)胞屬于皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)，而第二側(cè)壁 的神經(jīng)細(xì)胞屬于軀體傳感的皮層。皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)是典型的面向輸出的區(qū)域，而身區(qū) 體傳感的皮層相反是面向輸入的區(qū)域。在該擴(kuò)展方案中，同樣的支承體可以用 于運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)出以廁區(qū)體傳感的激勵(lì)。
4，地，第一組是導(dǎo)出電極，且第二組是激勵(lì)電極。當(dāng)導(dǎo)出電極與輸出定 向的區(qū)域關(guān)聯(lián)而激勵(lì)電極與輸入定向的區(qū)域關(guān)聯(lián)時(shí)，這樣的布置是特別有利 的。然而，這種劃分不必是唯一的，因?yàn)檩敵龆ㄏ虻膮^(qū)域的激勵(lì)或者輸出定向 的區(qū)域的導(dǎo)出者阿以是有意義的。
{，地，支承體具有聚StM胺或者硅樹脂。,這樣的材料證明是好處理的、
生物相容的或者生物兼容的和長(zhǎng)期穩(wěn)定的。
ttil地，多個(gè)密度在每平方厘米一個(gè)電極觸點(diǎn)到一千個(gè)電極觸點(diǎn)之間的電
極施加在支承體上。顯而易見地，每平方厘米一千個(gè)電極觸點(diǎn)的上限的限制是可以被提高的，只要選擇相應(yīng)的技術(shù)和并需要這種應(yīng)用。因此，按照感興趣的 神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量，可以選擇在一方面空間分辨率與另一方面計(jì)算復(fù)雜度以及電 極的靈每力芰之間的平衡。
tt^地，電極具有金、鉬、金屬合金、導(dǎo)電的塑料或者半導(dǎo)#^料。由于 良好的測(cè)獻(xiàn)激勵(lì)結(jié)果禾唭長(zhǎng)期穩(wěn)定性和兼容性，金屬特別適用。導(dǎo)電的塑料或 者半導(dǎo)體可以特別良好地與柔韌的支承體一起處理。
具有本發(fā)明探針的 傳輸設(shè)備有利地構(gòu)建為，借助輸入信號(hào)的讀取將第 一部分電極用作導(dǎo)出電極，而借助輸出信號(hào)的輸送將第二部分電極用作激勵(lì)電 極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的類爐交換。由此利用探針的如下可能性，即在兩個(gè)方 向中之一上操作電極。每個(gè)電極不僅可以測(cè)量神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)而且發(fā)出電脈 沖。在操作時(shí)，電極可以按照需要起其中一個(gè)作用。因此，該設(shè)備不僅涉及一 個(gè)傳輸路徑，而且涉及兩個(gè)傳輸路徑。傳統(tǒng)上，對(duì)此必須使用大數(shù)目的侵入電 極，以致可能懷疑其整體利用率。達(dá)到激勵(lì)和導(dǎo)出不同功能區(qū)域的整體表面電 極更是難于想象的，電極必須至少兩部分的，從而避免過大的尺寸。這自然又 使操作、定位和長(zhǎng)期穩(wěn)定^^隹。
{雄地，分析設(shè)備附加地構(gòu)建為可連接的效應(yīng)器的效應(yīng)激空帝拼且在包含 輸入信號(hào)的情況下計(jì)算效應(yīng)器的效應(yīng)器控制信號(hào)和/或在包含效應(yīng)器的效應(yīng)器 狀態(tài)信號(hào)的情況下計(jì)算激勵(lì)信號(hào)。神經(jīng)細(xì)胞的電磁信號(hào)于是不僅僅被記錄下 來(lái)，而且可以直接用于效應(yīng)器的控制。相反，效應(yīng)器可以以這樣的方式來(lái)受控 地影響神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。
<雄地，該設(shè)備構(gòu)造為，使得
一效應(yīng)器是假肢；
一輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的溜勵(lì)信號(hào)；
—效應(yīng)器控制信號(hào)影響假肢的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及
一效應(yīng)劉犬態(tài)信號(hào)是其他傳感器、如壓力傳感器、接觸傳感器、距離傳感 器或者纟鵬傳繊的位置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/劍犬態(tài)參數(shù)，
使得腦可以控制假肢的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及假肢的周圍環(huán)境的直 接的軀體傳感的回報(bào)。
以這樣的方式不僅離多實(shí)現(xiàn)患者任意地控制假肢。此外，患 獲得了傳感的反饋信號(hào)，即其所替代的身體部分的感受。 替換地，該設(shè)備構(gòu)造為，使得 一效應(yīng)器是生物的身體部分；
—輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；
一效應(yīng)器信號(hào)影響身體部分的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞或者肌纖維，以及 一效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)是接收器的信號(hào)或者身體部分的接收器神經(jīng)細(xì)胞和/或
效應(yīng)器狀^l言號(hào)是其他傳感器、如壓力傳感器、接觸傳 、距離傳/i^或者
溫度傳感器的位置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/或狀態(tài)參數(shù)，
使得腦可以控制身體部分的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及身體部分的周圍 環(huán)境的直接的軀體傳感的回報(bào)。
通過這樣的方式，iiil身體部分或者在其運(yùn)動(dòng)方面以及在其感受方面返回
這樣的控制。
替換地，該設(shè)備構(gòu)造為，使得
效應(yīng)器是具有計(jì)算機(jī)，尤其是具有顯示器的計(jì)算機(jī)；
輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng)細(xì) 胞的激勵(lì)信號(hào)；
效應(yīng)器控制信號(hào)虛擬地尤其影響在顯示器上顯示的運(yùn)動(dòng)或者計(jì)算機(jī)中的 功能，以及
分析設(shè)備在包含虛J,動(dòng)或者功能的情況下計(jì)算效應(yīng)器狀^f言號(hào)。 虛擬效應(yīng)器具有如下的大優(yōu)點(diǎn)在其功能性方面極其可變、在此低成本和 實(shí)際不受限地可供使用并且可以自由配置以及解決了任何形式的機(jī)械問題。甚 至在導(dǎo)出的信號(hào)的質(zhì)量較低的情況下在此還可以觸發(fā)非常有用的功能并且促 成其反饋。
有利地，設(shè)置有放大器，該放大器構(gòu)建為用于將輸入信號(hào)放大并且濾波為 預(yù)處理的輸入信號(hào)和/或?qū)⑤敵鲂盘?hào)放大和濾波成M信號(hào)。在對(duì)電極導(dǎo)出的神 經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)可開始其分析之前，這些信號(hào)通常需要處理。相反，當(dāng)然也必須 ^^寸神經(jīng)細(xì)胞可處理的特性的激勵(lì)信號(hào)。
在本發(fā)明的探針的制造方法中，有利的是，鮍溝的幾何形狀iM成像方法 的分析來(lái)檢測(cè)。這要算上計(jì)算機(jī)X光斷層攝影術(shù)(CT)和磁共振X光斷層攝影術(shù)(MRT)以及功能磁共振X光斷層攝影術(shù)(MRT)以及類似在研究中公 知的方法。優(yōu)點(diǎn)是， 一方面在探針的稍后的實(shí)際使用之前不要求患^t一步手 術(shù)，并且另一方面避免了，延長(zhǎng)手術(shù)或者降低探針的質(zhì)量，因?yàn)樵跁r(shí)間壓力下 在使用期間必須進(jìn)行成形。此外，當(dāng)然ffi31根據(jù)成像方法良好了解的幾何結(jié)構(gòu) 能夠?qū)崿F(xiàn)特別精確匹配的形狀。
4腿地，電極以與內(nèi)部空間的形態(tài)相匹配的方法設(shè)置在^f〈體上。由此， 不僅支7異體本身與腦中的要求相匹配，而且實(shí)際信息載體也與腦中的要求相匹 配。這不僅可以涉及幾何形狀，而且可以涉及其他形態(tài)要求，例如神經(jīng)元密度 或者大小、其網(wǎng)絡(luò)的程度、其電磁場(chǎng)的強(qiáng)度等等，該要求于是可以以電極布置、 電極大小、電極敏感度等等來(lái)模仿。
該制造方法在接著的從屬權(quán)利要求中說(shuō)明性但非限制性地記載了與上面 所描述的探針的特征和優(yōu)點(diǎn)相似的其他優(yōu)點(diǎn)和特征。
本發(fā)明的用于傳輸數(shù)據(jù)的具有插入鈹溝中的探針的方法也在接著的從屬 權(quán)禾腰求中說(shuō)吸性但非限制性地描述了類似的和另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
下面也在另外的特征和優(yōu)點(diǎn)方面參照所附的附圖詳細(xì)地描述了本發(fā)明。附
圖示出
圖la以俯視圖示出了插入腦中的本發(fā)明的實(shí)施形式；
圖lb示出了沿著圖la中的虛線的根據(jù)圖la的實(shí)施形式的橫截面圖lc示出了本發(fā)明的可替換的實(shí)施形式的橫截面圖2a示出了根據(jù)

圖1的實(shí)施形式的前面的支承體表面和電極的側(cè)視圖2b示出了根據(jù)圖1的實(shí)施形式的后面的支承體表面和電極的側(cè)視圖3示出了根據(jù)圖2的支承體的咅靦圖4示出了^7承體的透視圖5示出了所使用的本發(fā)明的實(shí)施形式和有利的周邊設(shè)備的概要圖； 圖6示出了作為效應(yīng)器的例子的假臂的圖，該效應(yīng)器可以被本發(fā)明的實(shí)施 形式驅(qū)動(dòng)；
圖7示出了用于本發(fā)明的實(shí)施形式的信號(hào)傳輸接口的示意圖； 圖8示出了將神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)換算成效應(yīng)器的控制信號(hào)的示例性示意圖； 圖9示出了將效應(yīng)器的反饋類 換算成電極的激勵(lì)信號(hào)的示例性示意圖； 圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的流程圖。人腦的大腦皮層(大腦的皮層)具有強(qiáng)烈您殼的開娥，在鈹溝(Furchen) 中各個(gè)腦回(Himwindungen)彼此分離。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是，盡管醫(yī)學(xué)應(yīng)用首先集 中于人。但是，本發(fā)明并不限于人腦，而是可應(yīng)用于各領(lǐng)域，其中動(dòng)物腦也具 有多腦回的形態(tài)(即具有鈹溝和腦回)。這不必(不僅)針對(duì)治病的，而是可 以針對(duì)神經(jīng)科學(xué)目的的。
圖la至lc以俯視圖或者剖面圖示出了所使用的本發(fā)明的實(shí)施形式和其相 對(duì)于腦的布置。帶有由柔韌的或者彈性的材料構(gòu)成的支承體la的多電極1嵌 入到鈹溝2c中，該鈹溝由相鄰的腦回2a、 2b的兩個(gè)側(cè)H^成邊界。多電極1 因此是皮形(corticomoiphe)電極，該電極與腦表面的形狀匹配或者可以與腦 表面匹配。
支承體la因此在其形狀方面精確地與腦回的表面形狀匹配，使得該支承 體可以良好地緊貼。由于穩(wěn)定性原因，可以建議的是，支孝"樹菌至鈹溝2c的 底部。但當(dāng)要接觸在較高處的側(cè)表麗^f淋la的高度對(duì)于該側(cè)表面并不足 夠時(shí)，這并非是一定的。聚EM胺或者硅樹脂由于其兼容性、易處理性和不敏 感性而適于作為支承體la的材料。但是，具有所需柔韌性和生物相容性的每 種其他材料同樣也^ig合的。此外，該材料自然應(yīng)是不導(dǎo)電的。以簡(jiǎn)單的方式 能夠?qū)崿F(xiàn)為支承體給出其各自的形狀，艮剛?cè)缛菀浊懈頶。最后，^f〈體必 須是彈性的并且足夠薄，通常厚度為《lcm。為了不損傷組織，該支承體具有 倒圓的邊。
一系列電極lc、 ld位于支承體上，這些電極分別各與線纜lb相連，通過 該線纜可以將信號(hào)向外或者AA^卜部傳導(dǎo)。電極lc、 ld在支承體la和線路連接 上的精確結(jié)構(gòu)在下面還將更為詳細(xì)地予以表示。由于支承體la的緊貼的構(gòu)型， 設(shè)置在該支承體上的電極lc、 ld直接與腦表面2a、 2b撤蟲，并且因此可以良 好地與鄰近的組織2a、 2b的神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)電磁交換作用。通常，腦組織2a、 2b在一個(gè)信號(hào)方向上通過電流激勵(lì)或者在另一方向上通過電壓來(lái)測(cè)量活動(dòng)。但 是這并不意味著，本發(fā)明限于此。因此，本發(fā)明也包括通過電壓刺W]、測(cè) 量電流或者測(cè)量或影響任意其他電參量或者磁參量。重要的是，每個(gè)電極lc、 1 d根據(jù)驅(qū)動(dòng)而觀糧神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)或者可以借助電磁脈沖漏該活動(dòng)。
探針的一種特別的實(shí)施形式針對(duì)在初細(xì)區(qū)體傳感的皮層2a與初級(jí)皮層運(yùn) 動(dòng)區(qū)2b之間的中心鈹溝2c來(lái)確定。在這樣的情況下，電極lc、 ld的作用被分配為與初級(jí)皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)2b的表面接觸的電極1C用作測(cè)量或者導(dǎo)出電極1C， 而與初纟劃區(qū)體傳感的皮層2a的表面接觸的電極ld用作激勵(lì)電極ld。這樣的布
置與軀體傳感的皮層2a的任務(wù)相匹配，該皮層在完好的腦中處理預(yù)先進(jìn)入的 信息，而另一方面初級(jí)皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)2b主管運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和執(zhí)行，并且因此在功能 上觀察時(shí)將輸出信號(hào)傳輸給設(shè)置在后面的腦髓部分(Gehimsteile)與Wff部分 (Rueckenmarksteile)。完全可以想象的是，電極lc、 ld的嚴(yán)格導(dǎo)入不同;tM行 并且例如也在初級(jí)腿運(yùn)動(dòng)區(qū)2b中激勵(lì)。可以想象的是，例如通逾繊來(lái)分 辨、測(cè)試或者支持^^大在初級(jí)皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)2b中的例如功能神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)圖 案。艮口，這是控制和應(yīng)用的問題，本發(fā)明并不限于所描述的類型的嚴(yán)格導(dǎo)入。
盡管在軀體傳感的皮層2a和初級(jí)皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)2b上的使用在此作為重要的 應(yīng)用例子進(jìn)行了特別全面地描述，但是本發(fā)明并不限于此。原理上，根據(jù)本發(fā) 明的探針適于任何鈹溝，并且弧狀電極也可以與腦回相匹配以及因此從鈹溝伸 入所觀察的鈹溝。這樣的情況示意性地示出在圖lc中類似圖lb的橫截面中， 在圖lb中支承體被表示為插入唯一的鈹溝中。
插入支7承體la的手術(shù)需要特定的外利手術(shù)前的診斷和OP *貼1」。最重要 的方面之一是，確定移植的精確的目標(biāo)區(qū)域，該目標(biāo)區(qū)域由于人腦的神經(jīng)解剖 學(xué)的個(gè)體差異非常大而不能夠預(yù)先確定。僅僅在例外的情況下，會(huì)希望IOT在 事先未單獨(dú)確定的位置上。盡管了解腦的通常的腦電圖并且因此知道確定的功 能區(qū)在哪里。在廳運(yùn)動(dòng)區(qū)禾口軀體傳感的皮層的特定的例子中，甚至局部復(fù)制 了人的人體結(jié)構(gòu)并且將各個(gè)身體部分在空間上與皮層的獨(dú)特的區(qū)i或相關(guān)。對(duì)于 各患者而言，該基本知識(shí)至少還太粗略。
因此在外禾樣術(shù)前，通過應(yīng)用MRT 各個(gè)患者的目標(biāo)區(qū)i，行精確定 位。在這樣的情況下，測(cè)量腦的特定位置的活化，而患者嘗試、想M者觀察 效應(yīng)器的控制，并且因此可以高空間精度地確定移植位置。補(bǔ)充地，為了改進(jìn)
定位，在同樣的運(yùn)動(dòng)范型(對(duì)效應(yīng)^j空制的嘗試、想m^者觀察)期間通過接
著的源重構(gòu) 行EEG測(cè)量。
根據(jù)解剖的MRT圖像集，測(cè)M溝2c的三維幾何形狀并且借助其形 承體la的形狀，該形狀在芻皮溝的縫隙空間或者內(nèi)部空間上精確匹配，使之在 移植之后對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定并且與側(cè)壁2a、 2b形成良好接觸。某些容差fflil腦 組織的柔韌性來(lái)提供。顯而易見地，在這樣的應(yīng)用中，在不使用復(fù)雜的預(yù)備方法的情況下隨時(shí)使
用該支7 淋la。這甚至允許在動(dòng)ta離中，更自然iW"患者極少是最佳的。但， 本發(fā)明決不排P総。僅僅支承體la的糊犬的某種匹配是纟敘寸必要的，但這并
非一定必須基于該^f〈體插入其中的個(gè)體的測(cè)量，而例如也可以基于預(yù)料、原 理上的預(yù)測(cè)或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在參照?qǐng)D2a和2b的情況下現(xiàn)在將闡述支承體la的構(gòu)型以及電極lc、 ld 的布置以及連接。在此，圖2a示出了支承體la的前側(cè)而圖2b示出了支承體 la的后偵ij。這些圖涉及如下實(shí)施例，在這些實(shí)施例中支承體la的表面與待激 勵(lì)的腦區(qū)域相連而另一表面與待觀糧的腦區(qū)i斜目連。然而，本發(fā)明并不限于電 極lc、 ld的其他布置和其他連接。
支承體la以粗略近tU也示出為矩形。有時(shí)，這在應(yīng)用中就足夠了。該支 承體例如可以設(shè)計(jì)為單膜或者設(shè)計(jì)為雙膜。但在與鮍溝2c匹配的實(shí)施形式中， 支承體材料被模制，使得該;^7刺材才料采用駛溝2c的邊界的構(gòu)型。在此，要 注意如下尺寸鈹溝2c只允許支承體lb的厚度非常小。
支承體la通常由柔性的材料構(gòu)成。當(dāng)支承體la相應(yīng)地預(yù)模制時(shí)，也考慮 其他材料，只要這些材f射爾A^皮溝2c中不是非常困難。在{對(duì)可情況下，該材 料應(yīng)是生物相容的，即在長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下也不會(huì)損傷腦組織。聚酉tt胺或 者硅樹脂對(duì)此是魏的支承4材才料，而本發(fā)明并不限于該材料。
電極lc、 ld矩陣形式地設(shè)置成接觸點(diǎn)或者接觸面。^^體la具有接觸點(diǎn) 或者接觸面的表面基本上平坦地構(gòu)建。在支承體lb內(nèi)的印制導(dǎo)線le將每個(gè)電 極lc、 ld單獨(dú)連接并且其相應(yīng)的印制導(dǎo)線le不與信號(hào)交換的線纜lb重疊。線 纜lb至少兩部分地設(shè)計(jì)，其中測(cè)量線路lbl將測(cè)量電極的信號(hào)向外傳輸并且 激勵(lì)線路lb2為激勵(lì)電極傳輸信號(hào)。也可以考慮一體式的線纜lb，該線纜分別 以不同的時(shí)間間隔來(lái)向夕卜傳輸測(cè)量信號(hào)并且向內(nèi)傳輸激勵(lì)數(shù)據(jù)。技術(shù)人員了解 這種印制導(dǎo)線的制造可能性和其布置的可能性。
電極也可以由不同的材料制造，尤其是金、鉑、金屬合金或者也可以由導(dǎo) 電的塑料以及半導(dǎo)體材料制造。支承體la可以采用小于一厘米至大于十厘米 的大小。電極觸點(diǎn)設(shè)計(jì)具有的典型密度為每平方厘米1個(gè)電極觸點(diǎn)至多于 10,000個(gè)電極觸點(diǎn)。電極觸點(diǎn)的更高的密度改進(jìn)了信號(hào)分辨率，但是自然提高 了成本，不僅提高了電極lc、 ld的帝隨的成本而且提高了控制的方法和計(jì)算成本。
顯而易見地，該布置可以根據(jù)需要不同于在此所示的彼此偏移的排列。在
此，實(shí)際上，點(diǎn) 表面上的任意布置都是可能的。如例如圖lb和lc所示，
這兩組電極例如并非與通過^7承體la的剖切平面)^tf爾地設(shè)置。更為確切地說(shuō)，
一個(gè)表面的電極可以相對(duì)于另一表面的電極偏移，或者根據(jù)iMRT分析的結(jié)果 的任意其他的布置。支承體lc的表面也可以完全或者部分地沒有電極，如例 如圖lc所示。
特別有利的是，該支承體與侵入的電極相比不損傷腦組織。由此也實(shí)現(xiàn)了 信號(hào)檢測(cè)的更好的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，因?yàn)榍秩肽X組織中的電極會(huì)導(dǎo)致局部組織損毀 并且由此導(dǎo)致局部神經(jīng)活動(dòng)的消亡。根據(jù)應(yīng)用，具有電極lc、 ld的支承體也 可以是非常小的(《lcm)。在這樣的情況下，伴隨期每支承體la用于患者的 手術(shù)以非常小的開銷并且對(duì)患者非常低的損害是可能的。
圖3以截面圖即以剖面圖示出了支承體。如可以看到的那樣，支承體具有 兩個(gè)平的表面。
圖4以透視視圖示出了^f"本la。該探ffM過以下所描述的技術(shù)過程來(lái)制 造，即各自與患者的腦相一致。
通過使用結(jié)構(gòu)的成像方法來(lái)獲取關(guān)于大腦的皮層的精確的解剖信息。對(duì) 此，有禾啲是4頓Tl加權(quán)的MRT照片，因?yàn)檫@些照片可以在沒有負(fù)載盼瞎況 下通過離子束來(lái)獲取。此外，可以通過功能的成像方法獲取關(guān)于腦區(qū)域的定位 的信息，該腦區(qū)i淑空制意向的運(yùn)動(dòng)。在此，尤其是功能的MRT成像(MRT) 的方法由于其高空間分辨率而是有利的。
可以使用來(lái)自結(jié)構(gòu)和/或功能的成像方法的信息以便盡可能精確地使待植 入的電極的如下特性與各待治療的患者的腦相匹配，對(duì)此參見圖10:
一探針的大小；
—探針的開娥；
—各個(gè)接觸面在探針的支承體la上的布置；
一所有待置入的探針的數(shù)目；
—探針在皮層上的j立置。
基礎(chǔ)是腦的高^f,的結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)記錄，i雄具有l(wèi)mmxlmmxlmm或 者更好的分辨率。此外，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的測(cè)試電池(Testbatterie)期間記錄功能
16盡可能廣泛地覆蓋自然運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的全部技能，這 些運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練最后應(yīng)M BM控制。
在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中實(shí)施如下步驟
分析結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)記錄以確定鮍溝的幾何形狀(步驟1010)。
功能的圖像數(shù)據(jù)被考慮以確定鈹溝的神經(jīng)活動(dòng)(步驟1020)，尤其是具有
以下步驟中的幾個(gè)或者所有步驟校正在測(cè)量中頭部運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、消除人為傷害、 在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中標(biāo)準(zhǔn)化、空間濾波、時(shí)間濾波、基于參數(shù)或者非參數(shù)的方法統(tǒng) 計(jì)分析。
根據(jù)得至啲激活數(shù)據(jù)在不同的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練湘(可選地)在附加地包含結(jié)構(gòu)數(shù) 據(jù)的情況下接著確定腦區(qū)域，劍畝區(qū)域可以預(yù)料到最高的運(yùn)動(dòng)信息。通過相應(yīng) 的算法設(shè)計(jì)優(yōu)化的植入，該植入在要植入探針盡可能少或者要植入的探針的整 個(gè)面積盡可能小盼瞎況下聯(lián)系盡可能高的運(yùn)動(dòng)信息。在該步驟中，在此所有上
面提及的參數(shù)者阿以被包含。關(guān)于單個(gè)魏體的參數(shù)的翻用于待卞IA的支承 體的^4蟲制造，參見步驟1030。
將接觸面定位在支承體la上，使得其對(duì)應(yīng)于在鮍溝的支承體la根據(jù)步驟 1010和1020的結(jié)果要定位的區(qū)域中的重要的神經(jīng)活動(dòng)的位置，參見步驟1040。
該制造方法提供了帶有支承體la的探針，該探針具有特定的幾何形狀禾口 特定設(shè)置的接觸點(diǎn)。
當(dāng)在神*^卜科方面需要時(shí)，在以前的步驟中優(yōu)化的IIA的繊被傳輸給神 經(jīng)導(dǎo)航設(shè)備并且在腦中的探針定位以計(jì)算機(jī)輔助的方式進(jìn)行。
圖5示出了插入大腦2中的本發(fā)明的實(shí)施形式和有禾啲周邊設(shè)備的概要視 圖。用于導(dǎo)出神經(jīng)活動(dòng)或者 的多電極1插入患者的顱骨中，如前面所描述 的那樣插入芻皮溝2c中。多電極1測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)并且將其通MS要描述的信號(hào) 接口 3作為電磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)送給放大器4，該放大器優(yōu)選構(gòu)建為多通道放大器。 在放大器4中除了放大之外還可以使用高頻、搶波器、低頻 慮波器或者帶通纟慮波 器(例如薩維茨基-古雷(Saviteky—Golay)濾波器、布脫華施(Butterworth) 慮波器或者切倍切夫(Chebychev)濾波器)。有利地，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸具有高時(shí)間 分辨率，理想的是，采樣率高于200Hz，然而也不排除較低的值。
放大器放大并且濾波電磁輸入信號(hào)，并且將這樣預(yù)先處理的信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)送 給分析芯片、計(jì)算機(jī)或者用于信號(hào)處理的對(duì)以系統(tǒng)5。在本發(fā)明的實(shí)施形式中，由此已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了如下目的神經(jīng)，薛力被觀糧并且可以在該系統(tǒng)5中如所希望地 迸行分析。
在本發(fā)明的另一實(shí)施形式中，在該系統(tǒng)5中產(chǎn)生^g]信號(hào)，該激勵(lì)信號(hào)通 過放大器4和信號(hào)接口 3輸送給多電極1，在多電極中各電極ld發(fā)送相應(yīng)的激 勵(lì)脈沖。
此外，在另一實(shí)施形式中，該系統(tǒng)5將效應(yīng)器控制信號(hào)傳輸給效應(yīng)器6。 相反，效應(yīng)器6可以將效應(yīng)^l犬^f言號(hào)回送給系統(tǒng)5。
重要的是要強(qiáng)調(diào)所說(shuō)明的部件的其他的組合是可能的。這樣，用于效應(yīng)
器控制的連接可以以雙向方式設(shè)置，但是也可以單向僅使該效應(yīng)器動(dòng)作或者單
方地(作為單純的傳感器)僅僅傳輸狀態(tài)信號(hào)。同樣地，在系統(tǒng)5與多電極1 之間的連接按照應(yīng)用是W向的或者在兩個(gè)方向中的一個(gè)方向上是單方的。然而 tti^的是雙向連接，因?yàn)槎嚯姌O1在詖溝2c內(nèi)的本發(fā)明的布置可以最好地利用。
代表多個(gè)在不同的腦區(qū)域中使用多電極l的變形方案，以下描述了婦區(qū)體 傳感的，2a與初級(jí)運(yùn)動(dòng)的，2b之間的中心的鈹溝2c中的使用。這完全不 能理解為限制性的。本發(fā)明也包括如下可能性，激勵(lì)和/或?qū)С雒總€(gè)任意的其他
腦區(qū)域。
對(duì)于效應(yīng)器6，于是基本上視為如下三組機(jī)械設(shè)備如機(jī)器人、機(jī)器人手
臂或者作ii支、各自的身體部分或者aM計(jì)算機(jī)的虛擬指令驅(qū)動(dòng)的電設(shè)備如計(jì)算
機(jī)、移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備、家用電器等等。
假肢的第一種情況即身體的人工復(fù)制品以下參照?qǐng)D6示意性示出的手假 肢更為詳細(xì)地予以闡述。顯而易見地，可以驅(qū)動(dòng)倒可類型的假肢，也可能的是， 先前顯得荒謬的驅(qū)動(dòng)，如可以考慮第三臂或者腿。
通過效應(yīng)器輸MI路6al ，系統(tǒng)5將效應(yīng)器控帝瞻號(hào)傳輸給效應(yīng)器6。 假肢具有用于轉(zhuǎn)動(dòng)手的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)6bl。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)6bl的電動(dòng)機(jī)的控制根據(jù) 效應(yīng)器控帝幅號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)假肢。此外，假肢具有帶有電動(dòng)機(jī)和控制裝置的抓握系統(tǒng) 6b2，該抓握系統(tǒng)根據(jù)手的指頭部分的張開運(yùn)動(dòng)或者閉合運(yùn)動(dòng)，行效應(yīng)器控 制信號(hào)。應(yīng)提及的是，合乎目的地荊一一定嘗試根據(jù)神經(jīng)M確定所有控審蜘 節(jié)。代替地，該系統(tǒng)5也可以只預(yù)測(cè)意向運(yùn)動(dòng)的類型并且接著獨(dú)立地確定所需 的各步驟。為了生成至腦的功能反饋而在指頭部分安裝壓力傳感器6C。其確定的效應(yīng)
m態(tài)信號(hào)il31效應(yīng)器輸出線路6a2回送給系統(tǒng)5。最后，患者還被覆蓋物包 圍，該覆蓋物合乎目的地模仿人手的外觀。要注意的是，作M手在此并不限于 張開和閉合，而隨著技術(shù)發(fā)展的在本發(fā)明的范圍中的假肢也可以執(zhí)行更為復(fù)雜 的運(yùn)動(dòng)。
此外，可能的是，借助假肢手臂/手以這樣的方式能夠?qū)崿F(xiàn)手臂和/或手的 所有自然的運(yùn)動(dòng)并且借助^S的傳iitl如運(yùn)動(dòng)傳感器、距離傳自或者^it傳 感器不僅可以恢復(fù)jiS感覺(本體感受即即使閉上眼睛也知道手臂的位置)而 且恢復(fù)手臂的觸覺、熱感覺。
在第二組可能的具有重要意義的效應(yīng)器6中，只要在腦與身體部分之間的 神經(jīng)連接中斷，各自的身體部分通過功能的電激勵(lì)作為效應(yīng)器6被驅(qū)動(dòng)。在此， 激勵(lì)身體部分的尚完好的神經(jīng)單元或者直接激勵(lì)身體部分的肌纖維。反饋同樣 可以通過尚完好的身體特有的壓力、伸長(zhǎng)或者感受器或者以混合方式借助輔助 傳自 行，如上面針對(duì)假肢控制盼瞎況所說(shuō)明的那樣。同樣在還有(弱) 剩^M動(dòng)能力的不完全癱瘓的情況下，剩^ii動(dòng)可以通過由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械 裝置來(lái)輔助。
第三組"虛擬"效應(yīng)器6是特別大的。由此可以驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)光標(biāo)或者菜單選 擇以及光的接通、應(yīng)急呼叫的發(fā)送燈。可考慮的反饋是光標(biāo)在行端部或者頁(yè)端 部上的碰撞或者任意類型的故障消息。
特別感興趣的是虛擬假肢的控制。在此，身體部分三維地顯示在顯示屏上 并且通過患者的神經(jīng)活動(dòng)或者測(cè)試員控制。通過與虛擬環(huán)境交互，假肢也可以 碰撞或者加熱。這樣的事件通過神經(jīng)元激勵(lì)來(lái)回報(bào)。總之，由此可以訓(xùn)練并且 校正假肢。通a^,或者通過效應(yīng)器的回報(bào)可以根據(jù)神經(jīng)元，^](神經(jīng)元的可 塑性)的學(xué)習(xí)能力和匹配能量極大地改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)，其中該效應(yīng)器適于借助虛擬 假肢的校正，如使用實(shí)體假肢的校正。
當(dāng)以計(jì)算機(jī)處理的形式提微空制數(shù)據(jù)或者激勵(lì)數(shù)據(jù)時(shí)，自然由于互聯(lián)網(wǎng)或 者類似的網(wǎng)絡(luò)而不再分布在空間上的附近。因此，待^的安M器不必處于直 接空間附a/不必與控制效應(yīng)器的個(gè)體連接。這樣，假肢或者機(jī)器人可以虛擬地 示出并且控制，作淑或者機(jī)器人實(shí)際上在另一地點(diǎn)。外科醫(yī)生遠(yuǎn)程手術(shù)的醫(yī)療 中的應(yīng)用、可以高精度地控制機(jī)器人而給人帶來(lái)危險(xiǎn)的應(yīng)用或者污染的并且不
19能至噠的區(qū)域(如核電站、深海)的應(yīng)用都是可考慮的。也就是說(shuō)，初看這種 手術(shù)和侵入顱骨，這種應(yīng)用似乎是荒謬的，但通過本發(fā)明的特別的并且兼容的 多電極l非常顯著地提高了可接受性。今天己經(jīng)將芯片植入手臂中以便能夠?qū)?現(xiàn)日常的事瞎如進(jìn)AM斯科舞廳。因此將來(lái)存在如下應(yīng)用情形風(fēng)險(xiǎn)權(quán)衡/4頓 權(quán)衡在沒有嚴(yán)敏病的情況下不再排除多電極l的4頓。
圖7示出了信號(hào)接口 3的一種{，的實(shí)施形式。可替換地，作為解決方案 可以通過線纟皿行 傳輸，如其到目前為止在神經(jīng)外禾#術(shù)診斷中標(biāo)準(zhǔn)化地 !鵬用的那樣。當(dāng)然，通過身體表面的持久的線纜連接導(dǎo)致提高感染危險(xiǎn)并且 也在整容和實(shí)際的觀點(diǎn)下是少吸引力的。在此所描述的,的實(shí)施形式中，在 電極與放大器之間fflil電感性的能量傳輸M行信號(hào)傳輸，而不需要經(jīng)皮的線 纜連接。
無(wú)繩的信號(hào)傳輸系統(tǒng)3 二分成在主表面3a上面的部分和在主表面3a下面 的部分。僅僅替代在身體外面的外部的^l寸/接收單元(即在此在主表面3a外
部所示的)，示出了線圈3b。無(wú)論外部的mf/接收單元僅僅將翻無(wú)繩地或者
通過直接的線纜連接轉(zhuǎn)發(fā)給放大器4或者計(jì)^m系統(tǒng)5還是甚至放大器4和/ 或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5部分地或者完全包含在置于顱骨表面上的移動(dòng)芯片中，重要的 是應(yīng)用的復(fù)雜性的問題。目前，至少一個(gè)緊湊的Mt/接收單^^艦似任意的 距離(移動(dòng)無(wú)線電、藍(lán)牙、維蘭(WLAN))在技術(shù)上毫不費(fèi)勁地可以至外部 放大器4或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5。
所謂的傳輸路徑也可以用于與效應(yīng)器6進(jìn)行 交換。在癱瘓的自然的身 體部分的驅(qū)動(dòng)的情況下，另一兩部分信號(hào)傳輸接口對(duì)以在此所描述的那樣使用 在相應(yīng)的身體部分中。由于外部^l寸/接收單元容易到達(dá)，所以該發(fā)射/接收單 元也可以與發(fā)展的技術(shù)相匹配或者被更換，而無(wú)需重新手術(shù)^直入。
在主表面3a下，作為對(duì)外部刻寸/接收單元的對(duì)應(yīng)件將多功能芯片3c作為 內(nèi)部^l寸/接收單元被使用。該多功能芯片3c具有接收單元3cl 、 ^1寸單元3c2 和可選地具有電磁單元3c3。通過線纜lb，該信號(hào)從對(duì)寸單元3c2或者接收單 元3cl的支承體la的電極lc、 ld輸送和輸送給戶/M電極。
在工作中，外部發(fā)射/接收單元的線圈3b將能量或者激勵(lì)信號(hào)電感性地通 過高頻芯片傳輸給接收單元3cl。多功能芯片3c以在通信技術(shù)中公知的方式確 定了調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)并且將該激勵(lì)信號(hào)艦線纜lb轉(zhuǎn)送給^g淋la的電極ld。在多功能芯片3C中的控制單元的所需的計(jì)算運(yùn)算的育糧由高頻信號(hào)取得。
替換地，電池3c3或者蓄電池電感性iM31高頻信號(hào)來(lái)加載，使得能量供給在
衰減上與接口上的傳輸去耦合。在此，自然可以在加載信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)之間例 如通過時(shí)間窗或者通過隔離頻帶來(lái)隔離。
相反，領(lǐng)糧電極lcM線纜lb樹言號(hào)傲毹合刻寸單元3c2，并且在那里 ,在MICS (醫(yī)療牛IA月艮務(wù)頻帶)的402MHz—405MHz信號(hào)頻帶中傳輸?shù)?線圈3b上或者僅僅代表性地示出的線圈3b的為接收而設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)件上。
目前，傳輸接口如下地被描述，使得^l寸單元3c2的^t功率僅僅達(dá)到外 部劃寸/接收單元的線圈3b。可替換地，激寸單元3c2也直接向放大器4發(fā)射， 該放大器可能甚至不在顱骨表面上。在這樣的情況下，多功能芯片3c的能量 供纟^I過長(zhǎng)壽命的電池(目前技術(shù)上不令人滿意)或者通過充電可能性例如以 所描述的方式通過電,來(lái)保證。
圖8示出了將神經(jīng)元信號(hào)換算成效應(yīng)器控制信號(hào)的示例性方案圖。在左 側(cè)，例如示出了三個(gè)電極lc的電壓曲線。電壓信號(hào)首先作為能量信號(hào)在放大 器4中放大并且被濾波。濾波功能也可以定位在系統(tǒng)5中。作為示例性的濾波 方法(其他方法上面與放大器4結(jié)合所提及)對(duì)帶通中的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波， 借助通過小的時(shí)間窗來(lái)平均并MU分成短的時(shí)間窗。于是借助數(shù)學(xué)方法分析活 動(dòng)，典型地通過如下方法(1)預(yù)處理信號(hào)，例如a)濾波(例如低通或者帶 通)，b)時(shí)間頻率分析(例如傅立葉變換或者多M(tapering))和/或c)在時(shí) 間范圍中分級(jí)(Binnung)和平均；(2)對(duì)預(yù)處理的信號(hào)進(jìn)行解碼或者區(qū)分分 析(線性、二次或者規(guī)則化)或者支持向量機(jī)(線性或者徑向基函數(shù))。所述 的方法并非^l^的。尤其是為了對(duì)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)fi^軒馬可以與戶，分辯分析 和支持向量機(jī)不同使用例如統(tǒng)性濾波器或者卡爾曼濾波器。
該結(jié)果是右邊所示的效應(yīng)器控制信號(hào)，其中在此示例性it^出了兩個(gè)效應(yīng) 器設(shè)備、例如兩個(gè)電動(dòng)機(jī)和根據(jù)其皿帶施加的功率。
顯而易見地，這，析都是不簡(jiǎn)單的。因此，專業(yè)人員了解己4OT的方法， 即使不斷地出現(xiàn)新的或者在此改進(jìn)并且繼續(xù)發(fā)展。在系統(tǒng)5的使用之前也要進(jìn) 行訓(xùn)練階段，其中患者學(xué)習(xí)，禾傭該系統(tǒng)1一6繞開并且相反校正系統(tǒng)5。
圖9示出了將效應(yīng)器的反饋數(shù)據(jù)換算成效應(yīng)器的激勵(lì)信號(hào)的示例性方案 圖的相反的數(shù)據(jù)路徑。在左邊，纟魏陏不同的壓力傳 和電動(dòng)機(jī)相對(duì)于時(shí)間的活性強(qiáng)度。活性強(qiáng)度作為效應(yīng) 態(tài)信號(hào)遞交給系統(tǒng)5。在那里，激勵(lì)的壓 力信號(hào)或者電動(dòng)機(jī) 被換算成相位一;繊高頻的激勵(lì)信號(hào)。該激勵(lì)信號(hào)如右 邊作為時(shí)間電壓曲線來(lái)示出，分別轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)或者多個(gè)電極ld上，所述電極 借助相鄰的并且由于有目的的支承體la的插入也將負(fù)責(zé)吸引力的神經(jīng)元受到 電磁交變作用或者、MJ交變作用。在該系統(tǒng)的校正中，患者的合作是有用的， 該患者在激勵(lì)的情況下通過不同組的電極 感覺。如已經(jīng)結(jié)合測(cè)量信號(hào)的換 算所說(shuō)明的那樣，在此也隨此持續(xù)的改進(jìn)而發(fā)展。 最后，還要簡(jiǎn)要概J敵也闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
人皮層的多個(gè)區(qū)域不是在表面，而是隱藏在鮍溝中。在此沒有組織要排擠 地插入其形狀相匹配的電極。特別重要的是，這對(duì)于一種優(yōu)選的實(shí)施形式中可 以在軀體傳感的皮層和運(yùn)動(dòng)皮層中，因?yàn)槌跫?jí)運(yùn)動(dòng)皮層的大部分(其在意向運(yùn) 動(dòng)的實(shí)施中起到中心作用并且最好地i，其神經(jīng)元的運(yùn)動(dòng)編碼)隱藏地在所謂 的中心鮍紋中。以這樣的方式，可以至噠隱藏地在各個(gè)腦回的深處中的皮層的
部分(包括所謂的布羅德曼(brodmann)區(qū)域4的特別重要的部分的對(duì)控制的 意向的手運(yùn)動(dòng)和手臂運(yùn)動(dòng))。
在此，tA的電t郞b外具有如下優(yōu)點(diǎn)該電極位于初級(jí)軀體傳感的皮層(該
皮層接收本體感受的信號(hào)并且處理以及因此有助于運(yùn)動(dòng)感觸)直接針對(duì)運(yùn)動(dòng)皮
層，更為確切地說(shuō)，以相同的軀體特定(somatotopisch)布置(即負(fù)蔬動(dòng)感受的 區(qū)域或者手臂對(duì)置、可能具有偏移，負(fù)責(zé)相應(yīng)的手的運(yùn)動(dòng)感受的區(qū)域)。
由在此內(nèi)部皺紋植入的電極控制的運(yùn)動(dòng)假肢因此能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于相同的電 極的附加的傳感的回報(bào)。由此，以簡(jiǎn)單且對(duì)于患者非常經(jīng)濟(jì)并且兼容的方式甚
至是能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信的frJl斜牛。所使用的附圖標(biāo)己
1 多電極
la 支承體
lb 線纜
lc (導(dǎo)出)電極
Id (激勵(lì))電極
le 印制導(dǎo)線
2 大腦彼層 2a 軀體傳感的皮層 2b 初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層
3 信號(hào)接口 3a 主表面
3b 外U寸器/接收單元的線圈
3c 多功能芯片
3cl 接收單元
3c2 對(duì)f單元
3c3 電纟tk/蓄電池
4 放大器
5 用于分析和中射空審啲系統(tǒng)
6 效應(yīng)器
6al 效應(yīng)器輸入線路
6a2 效應(yīng)器輸出線路
6bl 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)
6b2 抓握系統(tǒng)
6c 壓力傳,
6d 覆蓋物
權(quán)利要求
1. 一種用于在腦(2)與數(shù)據(jù)處理設(shè)備(5)之間傳輸數(shù)據(jù)的探針，其中該探針具有支承體(1a)，該支承體帶有施加到其上的電極(1c，1d)，所述電極能夠與神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，以便檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)和/或傳輸激勵(lì)，并且這些電極能夠與數(shù)據(jù)處理設(shè)備(5)耦合，其中支承體(1a)在其形狀上能夠與腦(2)的內(nèi)表面相匹配，使得該支承體能夠使用在腦(2)的皺溝(2c)的內(nèi)部空間中，其中支承體(1a)柔性地構(gòu)建并且具有兩個(gè)彼此對(duì)置的表面，其中在所述表面中的至少一個(gè)上安裝有至少一組電極(1c，1d)，其中電極(1c，1d)構(gòu)建為接觸面，使得所述一組電極(1c)可以與皺溝(2c)的至少一個(gè)側(cè)壁(2a)的神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，其中電極(1c，1d)在其布置上能夠與所述至少一個(gè)側(cè)壁(2a)的形態(tài)相匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的探針，其特征在于，^f〈體(la)的兩個(gè)表面 平面地構(gòu)建。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2所述的探針，其中在這兩個(gè)對(duì)置的表 面上安裝有第一組電極或者第二組電極，其中第一組電極(lc)會(huì),與鈹溝(2c) 的第一側(cè)壁(2a)的神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，而第二組電極(ld)能夠與鈹溝 (2c)的第二側(cè)壁(2b)的神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，其中電極(lc， ld)在 置上能夠與第一側(cè)壁(2a)或者第二側(cè)壁(2b)的形態(tài)匹配。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的探針，其中第一組(lc)具有導(dǎo)出 電極而第二組(ld)具有激勵(lì)電極。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的探針，其中支承體(la)具有聚酰 亞胺或者硅樹脂。
6. 根據(jù)上述權(quán)禾腰求中任一項(xiàng)所述的探針，其中密度在每平方厘米1個(gè) 到1000個(gè)電極觸點(diǎn)的電極(lc， ld)施加在支承體(la)上。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的探針，其中電樹lc，ld)具有金、銷、 金屬合金、導(dǎo)電塑料或者半導(dǎo)體材料。
8. —種用于在生物的腦(2)與數(shù)據(jù)處理裝置(5)之間傳輸 的設(shè)備，該設(shè)備具有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的探針和分析設(shè)備(5)，該分析設(shè) 備構(gòu)建為將電極(1， lc， Id)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì) 處理^8 (5)會(huì),處理的神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)和/顯每數(shù)據(jù)處理裝置(5)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電極(1， lc， ld)的激勵(lì)信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中分析設(shè)備(5)構(gòu)建為，第一部分電 極(lc)借助輸入信號(hào)的讀取用作導(dǎo)出電極，而第二部分電極Od)借助輸出 信號(hào)的輸送用作激勵(lì)電極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的翻交換。
10. 根據(jù)權(quán)禾腰求8或者9戶腿的設(shè)備，其中分析設(shè)備(5)附加地構(gòu)建 為可連接的效應(yīng)器(6)的效應(yīng)器控制裝置，并且在包含輸入信號(hào)的情況下計(jì) 算效應(yīng)器(6)的效應(yīng)器控制信號(hào)和/或在包括效應(yīng)器(6)的效應(yīng)^l犬^i言號(hào)的 情況下計(jì)算激勵(lì)信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10戶，的設(shè)備，其中 —效應(yīng)器是假肢(6);一輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的 信號(hào)；一效應(yīng)對(duì)6)控制信號(hào)影響假肢(6)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(6bl， 6b2)，以及—效應(yīng)劉犬態(tài)信號(hào)是其他傳感器、如壓力傳感器、接觸傳感器、距離傳感器或者溫度傳感器(6c)的^立置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/或狀態(tài)參數(shù)，使得腦(2)可以控制假肢(6)的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及假肢(6)的周圍環(huán)境的直接的軀體傳感的回報(bào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求io戶;M的設(shè)備，其中一效應(yīng)器(6)是生物的身體部分；—輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；—效應(yīng)器信號(hào)影響身體部分的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞或者UW維，以及一效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)是接收器的信號(hào)或者身體部分的接收器神經(jīng)細(xì)胞和/或 效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)是其他傳感器、如壓力傳感器、接觸傳 、距離傳自或者 ^Jt傳i織(6c)的位置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/或狀態(tài)參數(shù)，使得腦(2)可以控制身體部分(6)的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及身體部 分(6)的周圍環(huán)境的直接的軀體傳感的回報(bào)。
13. 根據(jù)權(quán)禾腰求10戶腿的設(shè)備，其中 效應(yīng)器是具有計(jì)對(duì)幾(6)，尤其是具有顯示器的計(jì)#|幾；輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；效應(yīng)器控制信號(hào)虛擬地尤其影響在顯示器上顯示的運(yùn)動(dòng)或者計(jì)算機(jī)(6) 中的功能，以及分析設(shè)備(5)在輸入虛擬運(yùn)動(dòng)或者功能的情況下計(jì)算效應(yīng)器狀劍言號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至13中任--項(xiàng)所述的設(shè)備，其中設(shè)置有放大器(4)， 該放大器構(gòu)建用于將輸入信號(hào)放大和濾波成待預(yù)處理的輸入信號(hào)和/或?qū)⑤敵?信號(hào)放大和濾波到W]信號(hào)。
15. —種用于制造在腦(2)與 處理設(shè)備之間傳輸 的探針的方法， 該方法具有以下步驟基于腦(2)的結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)來(lái)確定腦(2)的鈹溝(2c)的幾何結(jié)構(gòu)， 根據(jù)確定的幾何結(jié)構(gòu)成形支承體(la)，以便能夠?qū)⒅С畜w(la)插入鈹溝(2c) 中，基于腦的功能的圖像數(shù)據(jù)確定自皮溝(2c)的區(qū)域中的神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)； 根據(jù)確定的神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)將接觸面(lc， ld)設(shè)置在支承體(la)上，使 得在支承體(la)上的接觸面(lc， ld)能夠與具有重要的神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)的 鮍溝的區(qū)域中的部位關(guān)聯(lián)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中功能的圖像數(shù)據(jù)表征腦(2)的神經(jīng)細(xì) 胞在一系列運(yùn)動(dòng)任務(wù)中的活動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)任務(wù)尤其包括觀察和運(yùn)動(dòng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或者16戶艦的方法，其中^7承體(la)由柔性的材 料制成。
18. 其中為了雙向 交換，第一部分用于讀取輸入信號(hào)的電極(lc)構(gòu) 建為導(dǎo)出電極，而第二部分用于輸送輸出信號(hào)的電極(ld)構(gòu)建為激勵(lì)電極。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)戶，的方法，其中電極(lc， ld)的 用于與第一側(cè)壁(2b)的神經(jīng)細(xì)胞電磁接觸的第一組電極(lc)和電極(lc， ld)的用于與第二側(cè)壁(2a)的神經(jīng)細(xì)胞電磁接觸的的第二組電極(ld)安裝 在支承體上。
20. —種用于在數(shù)據(jù)處理裝置(5)與生物的腦(2)之間傳輸 的方法，其中將根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)戶服的探針插在鈹溝中，其中該方法具有 以下步驟分別通過與腦(2)的神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)信號(hào)和/或' 神經(jīng)細(xì)胞；將由電極(1， lc， ld)檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)計(jì)^t幾系統(tǒng)(5)育,處理 的神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)和/或?qū)⒂捎?jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電極(1， lc， ld) 的激勵(lì)信號(hào)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中為了所連接的效應(yīng)器(6)的效應(yīng)器 控制，在包含輸入信號(hào)的情況下計(jì)算效應(yīng)器(6)的效應(yīng)器空制信號(hào)和/或在包 含效應(yīng)器(6)的效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)盼瞎況下計(jì)算^IJ信號(hào)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中 一效應(yīng)器是假肢(6);一輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；一效應(yīng)離帝瞻號(hào)影響假肢(6)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(6bl， 6b2)，以及一效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)是其他傳感器、如壓力傳感器、接觸傳感器、距離傳感 器或者^it傳自(6c)的4M參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/或狀態(tài)參數(shù)，使得腦(2)可以控制假肢(6)的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及假肢(6) 的周圍環(huán)境的直接的軀體傳感的回報(bào)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中 一效應(yīng)器(6)是生物的身體部分；一輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng) 細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；一效應(yīng)器信號(hào)影響身體部分的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞或者肌纖維，以及一效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)是接收器的信號(hào)或者身體部分的接收器神經(jīng)細(xì)胞和/或 效應(yīng)器狀^l言號(hào)是其他傳自、如壓力傳 、接觸傳 、距離傳 或者 ^it傳自(6c)的位置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和/或狀態(tài)參數(shù)，使得腦(2)可以控制身體部分(6)的運(yùn)動(dòng)并且獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)以及身體部 分(6)的周圍環(huán)境的直接糊區(qū)體傳感的蹄艮。
24. 根據(jù)權(quán)禾腰求21所述的方法，其中效應(yīng)器是具有計(jì)^M (6)，尤其是具有顯示器的計(jì)^n;輸入信號(hào)是運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)和軀體傳感的皮層中的神經(jīng)細(xì)胞的激勵(lì)信號(hào)；效應(yīng)器控制信號(hào)虛擬地尤其影響在顯示器上顯示的運(yùn)動(dòng)或者計(jì)算機(jī)(6) 中的功能，以及分析設(shè)備(5)在包含虛擬運(yùn)動(dòng)或者功能的情況下計(jì)算效應(yīng)器狀態(tài)信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)阮述的方法，其中通過放大和 慮波將輸 入信號(hào)轉(zhuǎn)換成待預(yù)處理的輸入信號(hào)和/顯每輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成鵬信號(hào)。
全文摘要
一種用于在腦與數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的探針。該探針具有支承體，該支承體帶有施加到其上的電極，所述電極能夠與神經(jīng)細(xì)胞電磁相互作用，以便檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)和/或傳輸激勵(lì)，并且這些電極能夠與數(shù)據(jù)處理設(shè)備耦合。支承體的形狀能夠與腦的內(nèi)表面相匹配，使得該支承體能夠使用在腦的皺溝的內(nèi)部空間中。
文檔編號(hào)A61N1/05GK101437446SQ200780006022
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者A·舒爾策-波哈格, A·阿爾特森, C·梅瑞格, J·里克特, T·鮑爾 申請(qǐng)人:弗賴堡阿爾伯特-路德維格大學(xué)