[发明专利]多通道光遗传学刺激和抑制

说明书

描述了用于具有植入患者的光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元。基于带通信号的特征时间精细结构特征，为每个带通信号的相应听觉神经元生成刺激定时信号。刺激定时信号包括：i.一个或多个通道打开信号，其被适配来打开相应听觉神经元的离子通道；以及，ii.一个或多个通道关闭信号，其被适配来关闭相应离子通道的离子通道。然后基于刺激定时信号为光学刺激源产生光学刺激信号。

本申请要求在2016年4月14日提交的美国临时专利申请62/322,266的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及听觉植入系统，并且更具体地，涉及用于在这种系统中产生电刺激信号的技术。

背景技术

正常耳朵将如图1所示的声音通过外耳101传递到鼓膜(耳膜)102，鼓膜使中耳103的小骨(锤骨，砧骨和镫骨)振动。镫骨足板位于椭圆形窗口106中，椭圆形窗口106形成通向充满液体的内耳(耳蜗)104的接口。镫骨的移动在耳蜗104中产生压力波，其刺激听觉系统的感觉细胞(毛细胞)。耳蜗104是围绕其中心轴(称为耳蜗轴)螺旋缠绕大约两圈半的长而窄的管道。耳蜗104包括被称为前庭阶的上部通道，被称为中阶的中间通道和被称为鼓阶的下部通道。毛细胞连接到位于耳蜗中的耳蜗神经105的螺旋神经节细胞。响应于接收到的由中耳103发送的声音，充满流体的耳蜗104用作换能器以产生电脉冲，该电脉冲被传输到耳蜗神经105，并最终传输到大脑。

当在沿着耳蜗104的神经基底将外部声音转换成有意义的动作电位的能力存在问题时，听力受损。为了改善听力受损，已经开发了听觉假体。例如，当损伤与中耳103的操作有关时，可以使用传统的助听器或中耳植入物以放大的声音的形式向听觉系统提供声学-机械刺激。或者当损伤与耳蜗104相关联时，具有植入的刺激电极的耳蜗植入物可以用由沿着电极分布的多个电极触点传递的小电流电刺激听觉神经组织。

图1还示出了典型的耳蜗植入系统的一些组件，包括外部麦克风，其向其中可以实现各种信号处理方案的外部信号处理器111提供音频信号输入。然后，将处理后的信号转换成数字数据格式，例如数据帧序列，以便传输到植入物108中。除了接收处理后的音频信息之外，植入物108还执行附加信号处理，例如纠错、脉冲形成等，并产生通过电极引线109发送到植入电极阵列110的刺激模式(基于提取的音频信息)。

通常，电极阵列110在其表面上包括多个电极触点112，其提供对耳蜗104的选择性刺激。根据上下文，电极触点112也称为电极通道。在今天的耳蜗植入物中，相对少量的电极通道各自与相对宽的频带相关联，每个电极接触112用电刺激脉冲寻址一组神经元，所述电刺激脉冲具有从在该频段内的信号包络的瞬时幅度导出的电荷。

图2示出了信号处理布置中的各种功能块，用于根据典型的听力植入系统向植入的耳蜗植入物阵列中的电极触点产生电极刺激信号。这种布置的伪代码示例可以被给出为：

输入信号预处理：

BandPassFilter(input_sound，band_pass_signals)

包络提取：

BandPassEnvelope(band_pass_signals，band_pass_envelopes)

刺激定时生成：

TimingGenerate(band_pass_signals，stim_timing)

脉冲生成：

PulseGenerate(band_pass_envelopes，stim_timing，out_pulses)

在下面的讨论中阐述了这种布置的细节。