本發(fā)明專利技術(shù)提供一種治療神經(jīng)溝通障礙的系統(tǒng)和方法。神經(jīng)溝通障礙存在于神經(jīng)通路中，其中，神經(jīng)通路可以是皮質(zhì)-神經(jīng)肌肉通路、大腦內(nèi)部神經(jīng)通路或在感覺皮質(zhì)通路中。對(duì)鄰近處在神經(jīng)通路的一端的第一神經(jīng)元件的第一點(diǎn)以及鄰近處在神經(jīng)通路的另一端的第二神經(jīng)元件的第二點(diǎn)施加同步外部刺激。兩個(gè)引起的神經(jīng)握手信號(hào)同時(shí)到達(dá)神經(jīng)通路中的神經(jīng)溝通障礙點(diǎn)，觸發(fā)并激勵(lì)康復(fù)過程，通過該康復(fù)過程，神經(jīng)連接得到永久性改善。施加給第一和第二點(diǎn)的同步施加電信號(hào)可以在兩級(jí)神經(jīng)刺激中具有相反的極性，或者可以在同步神經(jīng)刺激中具有完全相同的極性和波形。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)總體上涉及提供中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織、肌肉、神經(jīng)或它們的結(jié)合的刺激的領(lǐng)域，具體涉及一種通過多點(diǎn)刺激改善神經(jīng)或神經(jīng)肌肉的溝通障礙的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
神經(jīng)系統(tǒng)包含中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)由腦和脊髓組成，周圍神經(jīng)系統(tǒng)由所有其它神經(jīng)元組成，即，由腦和脊髓外的神經(jīng)和神經(jīng)節(jié)(ganglia)組成。神經(jīng)系統(tǒng)的損傷會(huì)由外傷性損傷引起，例如穿透傷或鈍性傷，或者包括但不限于阿茲海默癥、多發(fā)性硬化、亨廷頓氏癥、肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)、糖尿病性神經(jīng)病、老年性癡呆、中風(fēng)和缺陷的疾病或失調(diào)。脊髓損傷(SCI)之后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的空白區(qū)(spared region)能夠自發(fā)地修復(fù)損傷通路，盡管該過程是非常有限的。此外，盡管許多有希望的治療策略用于改善貫穿損傷脊髓的連接，但受損脊髓的連接性強(qiáng)度和功能性恢復(fù)依然不令人滿意。眾所周知的是SCI之后的空白軸突發(fā)芽。參見默里· M，戈德伯格· M · E在《比較神經(jīng)元雜志(J. Comp. Neurol. ))) 158 (I) : 19-36 (1974)發(fā)表的貓脊髓中功能和側(cè)支發(fā)芽的恢復(fù)部分切成對(duì)半的動(dòng)物(Restitution of function and collateral sprouting in the catspinal cord: thepartially hemisected animal);貝蕾爾· F. M.、克申施泰納· M.、雷納托· 0.、梅特萊特· T. C、溫曼· 0.、施瓦布· Μ. E.在《自然神經(jīng)科學(xué)(Nat. Neurosci.)))7:269-77 (2004)發(fā)表的成年大鼠中損傷脊髓自發(fā)形成新的脊柱內(nèi)電路(Theinjuredspinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adultrats)；布魯斯-拉默·Μ.、卡梅爾· J.B.、查克拉巴蒂· S.，馬丁 · J.H.在《神經(jīng)科學(xué)雜志(J, Neurosci. ))) 27:13793-13901 (2007)發(fā)表的空白的皮質(zhì)脊髓軸突的電刺激增強(qiáng)與損傷后脊髓運(yùn)動(dòng)電路的連接(Electrical stimulation ofspared corticospinal axonsaugments connections with ipsilateral spinal motorcircuits after injury)。但是SCI之后空白的軸突的發(fā)芽過程的微調(diào)以及突出穩(wěn)定性會(huì)依賴于準(zhǔn)確的通路選擇活動(dòng)。中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的電刺激改善神經(jīng)元連接性，并且可以用于改善神經(jīng)元損傷之后的功能恢復(fù)。其是一種促進(jìn)反應(yīng)性發(fā)芽的有效方法，通過該方法，使功能連接的數(shù)量增加成為可能。電刺激還可以通過加強(qiáng)弱的現(xiàn)有突觸和/或通過促進(jìn)突出發(fā)生改善功能連接。出現(xiàn)的概念之一是神經(jīng)系統(tǒng)包含可以由電刺激或藥理操縱喚醒的潛在通路。大多數(shù)使用電刺激的方法利用單點(diǎn)實(shí)驗(yàn)范例，其中在感覺運(yùn)動(dòng)通路的一個(gè)點(diǎn)分配單極或雙極刺激。該刺激的有效性依賴于通過空白軸突的動(dòng)作電位的活性傳播。實(shí)際上，單點(diǎn)刺激僅在神經(jīng)元連接存在并且可以支持產(chǎn)生的電位有效且成功傳播的情況下才會(huì)有效。因此，單點(diǎn)刺激在其功效和傾向于較強(qiáng)連接的方面存在限制。SCI之后神經(jīng)肌肉活性的減少導(dǎo)致通過阻隔興奮反應(yīng)貫穿感覺運(yùn)動(dòng)通路行進(jìn)從而限制單點(diǎn)刺激的有效性的不可避免的反常。這些反常中的一些是肌肉萎縮和周圍神經(jīng)無反應(yīng)。此外，損傷下面和上面的感覺運(yùn)動(dòng)通路的改變會(huì)包含數(shù)個(gè)不同的技能；它們中的一些可以是適應(yīng)不良的。這種不適應(yīng)功能將使刺激偏向更加完整的連接，進(jìn)一步限定局部刺激的有效性。根據(jù)赫布可塑性理論，當(dāng)突觸前活動(dòng)與突觸后激發(fā)(postsynapticfiring)相關(guān)時(shí)，生理學(xué)過程加強(qiáng)突觸連接。例如，參見赫布*D，《行為構(gòu)成》，紐約，威力出版社(1949)。該現(xiàn)象被認(rèn)為是長時(shí)程增強(qiáng)(“LTP”)。LTP可以由高頻率突觸前刺激或由低頻率刺激與突觸后去極化配對(duì)引起。如果同時(shí)觸發(fā)突觸前輸入與突觸后輸入，那么也會(huì)引起LTP。此外，經(jīng)過神經(jīng)通路的直流電可以依賴于電流極性和神經(jīng)元幾何形狀調(diào)節(jié)該通路的興奮性。因?yàn)殛枠O刺激會(huì)激發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)而陰極刺激抑制神經(jīng)元活動(dòng)。 因此，存在當(dāng)治療神經(jīng)或神經(jīng)肌肉溝通時(shí)對(duì)改善電刺激的有效性的迫切需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)在用于刺激脊椎動(dòng)物的神經(jīng)元連接位點(diǎn)之間的溝通的有效性的系統(tǒng)中提供方法和裝置。這對(duì)于體弱者的神經(jīng)和神經(jīng)運(yùn)動(dòng)問題的治療是有益的，例如，用于像癱瘓這樣的情況的逆轉(zhuǎn)，或者用于神經(jīng)和肌肉治療以及健康生物的調(diào)理。本專利技術(shù)以電荷增強(qiáng)神經(jīng)刺激(CENS)為特點(diǎn)，其中以使神經(jīng)連接位點(diǎn)之間的神經(jīng)溝通過程活躍的方式施加刺激。本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)持久的神經(jīng)元改善，有利地利用赫布可塑性原理并且對(duì)長時(shí)程增強(qiáng)(“LTP”)現(xiàn)象起杠桿作用。將要治療的通路可以是皮質(zhì)-神經(jīng)肌肉通路、大腦內(nèi)部神經(jīng)通路或感覺皮質(zhì)通路。在植入的實(shí)施例中，皮下施加刺激，與此同時(shí)在非侵入性實(shí)施例中，從外面施加刺激，或者二者的結(jié)合。存在兩種CENS iCENS和aCENS。兩種CENS情況下，電荷激活神經(jīng)握手信號(hào)在相關(guān)的申請通路中相遇并致使脊椎生物的自然恢復(fù)過程活躍，結(jié)果是相關(guān)的關(guān)聯(lián)神經(jīng)元件之間的溝通得到改善。在損傷或癱瘓的情況下，這樣的活躍導(dǎo)致例如癱瘓逆轉(zhuǎn)這樣的改善，在健康個(gè)體的額情況下，這樣的活躍導(dǎo)致神經(jīng)性能的改善和功能的改善。本專利技術(shù)的實(shí)踐中，連接位點(diǎn)是神經(jīng)通路的神經(jīng)元件。例如，在大腦位置以及在肌肉位置對(duì)神經(jīng)元連接位點(diǎn)及其神經(jīng)元件施加信號(hào)的唯一組合。這些施加刺激信號(hào)生成來自每個(gè)刺激神經(jīng)元件的神經(jīng)握手信號(hào)。對(duì)神經(jīng)通路施加電荷信號(hào)，并且神經(jīng)握手信號(hào)在神經(jīng)通路上匯合，例如，所有同時(shí)在神經(jīng)溝通觸發(fā)位點(diǎn)上匯合。該電荷增強(qiáng)信號(hào)連接或“握手”使神經(jīng)元連接位點(diǎn)彼此關(guān)聯(lián)并且通過刺激神經(jīng)元生長和修復(fù)的自然過程加強(qiáng)相關(guān)的神經(jīng)通路。電荷信號(hào)可以固有地施加給神經(jīng)通路作為刺激信號(hào)的一部分或直接鄰近觸發(fā)位點(diǎn)，舉例來說，在脊柱創(chuàng)傷位置或在脊柱的神經(jīng)元接合點(diǎn)，例如，與相關(guān)的神經(jīng)溝通情況關(guān)聯(lián)的指定的椎骨位置，舉例來說，為了實(shí)現(xiàn)期望的行動(dòng)或?yàn)榱烁纳普系K從而沿相關(guān)的神經(jīng)通路提高溝通強(qiáng)度。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有關(guān)于實(shí)現(xiàn)特定結(jié)果的能力水平的脊椎動(dòng)物具有與實(shí)現(xiàn)該特定結(jié)果關(guān)聯(lián)的神經(jīng)通路觸發(fā)位點(diǎn)，舉例來說，解決癱瘓。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本專利技術(shù)的電荷環(huán)境下，一俟握手信號(hào)連接(神經(jīng)元件之間的溝通明顯增強(qiáng))，由于選擇施加電荷信號(hào)的水平，其中神經(jīng)握手信號(hào)將相互影響并因此提高神經(jīng)通路的神經(jīng)反應(yīng)性。由于關(guān)于實(shí)現(xiàn)特定結(jié)果的脊椎動(dòng)物的能力水平的改善，例如降低癱瘓，反應(yīng)性的增加是可測量的。一俟該握手發(fā)生，我們發(fā)現(xiàn)該脊椎動(dòng)物的自然神經(jīng)元過程被刺激以增強(qiáng)并改善這樣的溝通，因此在刺激完成之后改善自然繼續(xù)。iCENS代表治療固有的電荷增強(qiáng)神經(jīng)刺激模式。在本專利技術(shù)的示例性電子實(shí)施例中，存在在將要活躍的神經(jīng)通路中的兩個(gè)神經(jīng)元件之間建立的單回路。對(duì)神經(jīng)元件中的第一個(gè)施加第一刺激信號(hào)并且第一刺激信號(hào)生成沿神經(jīng)通路傳播的第一神經(jīng)握手信號(hào)，對(duì)神經(jīng)元件中的第二個(gè)施加第二刺激信號(hào)并且第二刺激信號(hào)生成沿神經(jīng)通路傳播的第二神經(jīng)握手信號(hào)。電流在兩種神經(jīng)元件之間的神經(jīng)通路中流動(dòng)從而將偏壓電荷(biased charge)提供給本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：扎格盧勒·艾哈邁德，安杰伊·維拉茲科，
申請(專利權(quán))人：紐約城市大學(xué)研究基金會(huì)，
類型：
國別省市：
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