устройство для мониторинга сигнатуры волны мозга познавательного состояния личности и способ для его реализации
Классы МПК: | A61B5/16 устройства для проведения психологических опытов |
Патентообладатель(и): | Майкл А.Тэнси (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-09-02 публикация патента:
20.08.1999 |
Система биологической обратной связи предусматривает детектирование биоэлектрических сигналов в диапазоне 0-90 Гц. Биоэлектрический сигнал усиливают с помощью предварительного усилителя. Составную амплитуду усиленного сигнала вычисляют с помощью быстрого Фурье-преобразования усиленного сигнала для вычисления амплитуд частотных полос в диапазоне детектируемого сигнала. Конкретные частотные полосы, представляющие интерес, могут быть выбраны и представлены на дисплее компьютера. Дисплей дает возможность тренировки лица, подвергающегося мониторингу, с помощью аудио- или вербальной обратной связи. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. Устройство для мониторинга сигнатуры волн мозга познавательного состояния личности, содержащее электроды, соединенные с передатчиком, предварительный усилитель для приема радиосигналов, соединенный со средством обработки числового сигнала, соединенного со средством выбора набора выбранных частотных полос, средством отображения и блоком памяти, отличающееся тем, что средство выбора набора выбранных частотных полос выполнено с возможностью представлять сигнатуру волны мозга познавательного состояния личности в виде соответствующих амплитуд выбранных частотных полос, а блок памяти выполнен с возможностью хранения сигнатуры волны мозга. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит звуковое средство, выполненное с возможностью увеличивать громкость соответствующей музыкальной метки в ответ на увеличение амплитуды в определенной частотной полосе. 3. Способ мониторинга сигнатуры волны мозга познавательного состояния личности, включающий детектирование биоэлектрического сигнала, его усилия, обработку путем Фурье - преобразования, выбор набора выбранных частотных полос и отображение соответствующих амплитуд выбранных частотных полос, отличающийся тем, что сигнатуру волн мозга познавательного состояния личности представляют в виде соответствующих амплитуд выбранных частотных полос. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сигнатуры волн мозга хранят в блоке памяти. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что с помощью сигнатуры волн мозга осуществляют мониторинг сосудистой системы упомянутой личности. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что с помощью сигнатуры волн мозга осуществляют мониторинг эмоциональной системы личности. 7. Способ по п.3, отличающийся тем, что с помощью сигнатуры волн мозга осуществляют мониторинг сосудистой и эмоциональной системы личности. 8. Способ по п.3, отличающийся тем, что с помощью сигнатуры волн мозга осуществляют мониторинг стрессового расстройства пациента.Описание изобретения к патенту
Эта заявка является продолжением заявки на патент США "Устройство и способы с использованием электроэнцефалографической невральной обратной связи для тренировки и прослеживания познавательного состояния", серийный N 07/940190, зарегистрированной 3 сентября 1992, которая частично является продолжением заявки на патент США "Устройство и способ тренировки Тэнси: устройство, процедура и способ, использующие электроэнцефлографическую невральную обратную связь для отслеживания и тренировки познавательных состояний и ремиссии расстройств, характеризуемых церебральной дисфункцией", серийный N 07/831182, зарегистрирована 5 февраля 1992, полный текст и содержание которой включены в данную заявку путем упоминания. Предпосылки изобретения1. Область изобретения
Изобретение относится к устройству и способу для мониторинга, анализа и использования данных об электрических волнах мозга. 2. Описание литературных данных
Мозг человека может быть рассмотрен в качестве функционально взаимосвязанных синаптических проводящих путей и невральной возбудимой матрицы. Эти проводящие пути и матрицы предназначены для функционального ответа и дальнейшего развития при использовании. Это является основой для все прогрессирующего обучения. В каждый данный момент мозг радиирует избыток событий, целей и состояний, которые связаны с невральными разрядными структурами. Невральные разрядные структуры могут быть определены как сигнатуры электрических волн мозга. Сигнатуры электрических волн мозга могут быть связаны с познавательными состояниями человека, обучением, интеллектуальной способностью и неспособностью. Значительное число исследований было направлено на изучение биологической обратной связи сигналов от электрических волн мозга, известных как электроэнцефалографические (ЭЭГ) сигналы. Одно из обычных нейрофизиологических исследований установило функциональную связь между подведением и частотными полосами в диапазоне 15 - 20 Гц, которые относятся к ЭЭГ активности, связанной с сенсомоторным ритмом коры головного мозга (СМР) Sterman, M.B, Lopresti, R. W. & Faiechild, M.D (1969). Электроэнцефалографические и поведенческие исследования токсичности монометилгидразина на кошке. Technical Report AMRL-TR-69 3, Wright - Patterson Air Force Base, Ohio, Air Systems Command. Способность кошек поддерживать мышечное спокойствие, быстро выполнить точные, сложные и координированные последовательности движений и вернуться в состояние спокойствия излучалась путем мониторинга волн мозга в 14 циклов. Волна мозга, как определено, является прямо соответствующей подавлению мышечного напряжения и спазма. Продемонстрировано также, что кошки могут быть тренированы, чтобы повысить силу конкретных структур волны мозга, связанной с подавлением мышечного напряжения и спазма. После этого, когда кошкам вводились лекарства, которые могли бы вызвать спазмы, кошки, которые были тренированы для усиления их волн мозга, были устойчивы к действию лекарств. Волну мозга СМР в полосе 12-15 Гц использовали для обычных тренировок с помощью ЭЭГ биологической обработки связи для исправления патологического недовозбуждения мозга. В частности, следующие расстройства лечились, используя тренировку с помощью биологической обратной связи: эпилепсия (как показано в работе M.B. Sterman 1973, "Нейтрофизиологические и клинические исследования тренировки с помощью ЭЭГ биологической обратной связи: некоторые эффекты влияния на эпилепсию" L.Birk (Ed) Biofeedback: Benavioral Medicine New Yock: Grune and Stratton), синдром Жиля де ля Туретта и мышечные тики (как показано в работе автора, 1986, "Простой и сложный тик (синдром Жиля де ля Туретта): их отклик на тренировки с использованием ЭЭГ биологической обратной связи по сенсомоторному ритму" International Journal of Psychophysiology, 4,91-97 (1986), гиперактивность) описано в работе M.N.Shouse & J.F. Lubar, озаглавленной "Объективная обусловленность ритмов ЭЭГ и риталин для лечения гиперкинеза", Biofeedback and Self-Regulation, 4,299-312 (1979), расстройства чтения (описаны Tansey, M.A. & Bruner, R.L. в "Тренировка с использованием биологической обратной связи по ЭМГ и ЭЭГ при лечении десятилетнего гиперактивного мальчика с расстройством чтения, связанным с развитием", Biofeedback and Self-Regulation 8, 25-27 (1983), неспособность к учебе, связанная с обнаружением плотно расположенных структур амплитуд различных волн мозга (описано в работе Lubar, Bidnchini, Calhoun, Lamdert, Brody & Shabsin под названием "Спектральный анализ различий ЭЭГ у детей без и с неспособностью к учебе", Journal of Learning Disabilites 18, 403-408 (1985), и различные виды неспособности к учебе (описано M.A. Tansey в "Сигнатуры волн мозга - индекс, отражающий функциональную нейроанатомию мозга: дальнейшие обнаружения влияния тренировки с использованием ЭЭГ биологической обратной связи по сенсомоторному ритму на нейрологические предвестники неспособности к учебе" International Journal of Psychophysiology 3, 85-89 (1985). В целом, большое разнообразие расстройств, симптомология которых включает ослабленный волевой контроль над своими собственными мышцами и пониженный церебральный порог перегрузки под действием стресса, как обнаружено, являются излечимыми с помощью "упражнений" дополнительной и сенсомоторной областей мозга. Обычные способы и устройства ЭЭГ биологической обратной связи упоминают волновую активность мозга в терминах больших полос ЭЭГ. Как таковая, волновая активность мозга традиционно классифицируется следующим образом: дельта-волны лежат в диапазоне частот от 0 до 3,5 Гц, тета-волны лежат в диапазоне частот от 4 до 7 Гц, альфа-волны лежат в диапазоне частот от 8 до 13 Гц, бета-волны в диапазоне частот приблизительно 13 Гц и волны сенсомоторного ритма (СМР) лежат в диапазоне частот от 12 до 15 Гц. Несколько патентов направлены на мониторинг ЭЭГ в терминах чувствуемых амплитуд и процентных отношений альфа, тета, дельта и СМР волн. Патент США N 4928704 описывает способ и устройство биологической обратной связи для тренировки личности для развития пригодных к использованию степеней волевого контроля собственной ЭЭГ активности. Датчики ЭЭГ прикрепляют к кортикальным участкам на голове личности для регистрации энергии ЭЭГ. Электрическую энергию ЭЭГ фильтруют в заранее заданные субполосы альфа, тета, бета и дельта. Другие патенты, направленные на ЭЭГ биологическую обратную связь с помощью альфа, тета, бета, дельта и СМР волн, включают патенты США N 3855988, 4140997, 4883067, 4919143, 5024235 и Европейский патент N 375106
Патент США N 4746751 описывает систему для визуализации многоканальных данных ЭЭГ. При осуществлении этого способ и устройство включают усреднение сигнала вызванного потенциала ответа (ВПО). Суммарный сигнал усредненной карты мозга может быть соединен в одно целое, включая отражение среднего количества общей энергии, наблюдаемой со многих участков электродов. В ВПО субъект получает набор стимулов, которые вызывают волны мозга. Другие примеры патентов, направленных на ВПО, включают патенты США NN 4498080, 4926969 и РСТ заявку на патент N 8303745. Патент США N 4926969 (969) цитировался в заявке на патент автора, серийный N 831182. Патент "969 описывает сенсорно движимый контроллер, сконструированный для детектирования вызванных потенциалов ответа как результата стимулов, представленных личности. Сигналы ЭЭГ, принятые от субъекта на электродах, усиливают и фильтруют для усиления коррекляционной процедуры и процедуры усреднения для установления шаблона ВПО. Шаблон ВПО сравнивают с детектируемыми потенциалами вызванного ответа для определения степени подобия между двумя сигналами. Главным недостатком обычных исследований ЭЭГ биологической обратной связи является плохое разрешение частотных волос волн мозга, даваемое обыкновенными полосовыми фильтрами, используемыми в качестве начальной стадии электронной обработки сигналов. Другим недостатком является то, что полосовые фильтры легко перегружаются из-за повышения электрической энергии или медленных волн большой амплитуды. Повышение электрической энергии сопровождает мышечное движение, а медленные волны активности большой амплитуды сопровождают многие церебральные расстройства. Эти нежелательные, но слишком часто встречающиеся источники загрязнения сигнала упоминаются как артефакты. Анализ частотных полос зависит от дифференциальных предварительных усилителей, которые увеличивают во многие сотни раз (то есть до 50000 раз) биологические сигналы и любые сопровождающие артефакты. Такие электронные/механические улучшители качества сигнала вносят вклад в погрешность мониторинга сигналов ЭЭГ. Еще одним недостатком обычного механического фильтрования в полосы прохождения является то, что для тренировки конкретных состояний мозга используются случайные и неточные ширины полос. Подробный анализ форм волн является главным в протоколах опытов по ЭЭГ биологической обратной связи. Дополнительными недостатками обычных систем является их опора на мультиплексоры (коммутаторы), которые могут дискретизировать соответствующий частотной полосе сигнал со скоростью одна дискретизация за секунду времени. Например, когда производится мониторинг в формы волны с частотой 14 циклов в секунде в сигнал в 14 Гц, только один компонент является измеряемым, таким образом, 13 из 14 компонентов формы волны теряются. Литературные данные также имеют недостаток, являясь ограниченными представлениями дельта, тета, альфа, бета и СРН. Устройство для одновременного мониторинга форм в непрерывном диапазоне от 0 до 90 Гц не было обнаружено в литературе. Фиг. 1 является схематической диаграммой устройства данного изобретения. Фиг. 2 является схематической диаграммой компьютерного устройства данного изобретения. Фиг. 3 является видом спереди дисплея данного изобретения для состояния "тяжелые руки". Фиг. 4 является видом спереди дисплея данного изобретения для состояния "теплые руки"
Фиг. 5 является видом спереди дисплея данного изобретения для состояния "тяжелые теплые руки". Фиг. 6 является видом спереди дисплея данного изобретения для "счастливого" состояния
Фиг. 7 является видом спереди дисплея для посттравматического стрессового расстройства с состоянием закрытого ушиба головы. Краткое описание изобретения
Описывая кратко, изобретение содержит устройство для мониторинга и манипулирования биоэлектрическими данными и данными биологической обратной связи в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 90 Гц. Устройство, как правило, включает запись и представление на дисплее форм волны в окнах в 1 Гц или менее. В предпочтительном воплощении активный электрод монтируют вдоль средней линии черепа личности. Электрод сравнения и основной электрод располагают на противоположных ушах личности. Биоэлектрические электрические сигнала ЭЭГ личности детектируют с помощью активного электрода сравнения и основного электрода. Предварительный усилитель усиливает и оптически изолирует детектируемые биоэлектрические сигналы. Усиленные данные передаются к устройству обработки сигналов. Предпочтительно устройство обработки сигналов является процессором числового сигнала компьютера. Компьютер, пригодный к использованию в практике данного изобретения, производится NeXT, Inc, как NeXT
![устройство для мониторинга сигнатуры волны мозга познавательного состояния личности и способ для его реализации, патент № 2134541](/images/patents/337/2134103/174.gif)
![устройство для мониторинга сигнатуры волны мозга познавательного состояния личности и способ для его реализации, патент № 2134541](/images/patents/337/2134103/174.gif)
Класс A61B5/16 устройства для проведения психологических опытов