[发明专利]大脑的相交短脉冲电刺激

说明书

本公开涉及大脑的相交短脉冲电刺激。一种用于大脑电刺激的系统，包括在患者的大脑周围(直接或间接地通过硬脑膜、颅骨或皮肤层)布置的多个电极，使得连接每个电极对的轴在预定的焦点处相交，并且独立于地的开关电路被配置为经由多个独立于地的开关选择性地激活和停用电极。电极被顺序地激活和停用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月18日提交的美国临时申请No.62/508,251的优先权权益，该申请出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于经颅电刺激的系统和方法。更具体而言，本公开涉及用于以空间和/或时间选择性的方式与神经元和/或神经胶质活动交互的相交短脉冲电刺激的系统和方法。

背景技术

由于大脑振荡过程中的病理变化，神经精神疾病会加剧。大多数治疗干预措施旨在恢复生理活动模式。在药理学方法中，患者服用作用于中枢神经系统的药物。作为药理学方法的附加或替代方法，在电调制方法中可以通过外部生成的电场来修改大脑活动。电调制方法相对于药理学方法的优点是电场会瞬间建立和消除。因此，电刺激的效果可以被精确地定时，而在非刺激时段期间没有不利影响。

当前，存在三种通过使用电或磁方法影响神经元回路的活动的方式。第一种方法深部脑刺激是侵入性方法，其中电流经由植入脑组织的电极局部递送到大脑的(一个或多个)目标区域。第二种方法经颅磁刺激是非侵入性规程，其使用磁场来感应电流，从而间接刺激大脑中的神经细胞。经颅磁刺激可以是具有挑战性的，因为用于生成磁场的装置不能任意小型化，因为由于物理的限制，感应磁场的线圈具有一定的最小尺寸要求。最后，第三种方法电刺激是非侵入性或微创规程，它使用电场来刺激大脑中的神经细胞。在非侵入性电刺激规程中，电极是表皮的，而在微创电刺激规程中，电极是皮下的。这些方法被认为是非侵入性或微创的，因为将刺激电极植入皮肤或颅骨表面，后者需要在皮肤上造成一个切口，但二者都不会破坏颅骨的完整性(即，通过开颅手术)。电刺激可以是具有挑战性的，因为施加到皮肤/颅骨的小电极只能在大脑中引起相对分散的、非靶向的效果。在电刺激方法中，可以使用各种刺激波形，诸如直流电、交流电和随机噪声。电刺激方法的示例包括但不限于经颅电刺激(TES)、经皮(头皮)直流电刺激(tDCS)、经皮(经颅)交流电刺激(tACS)和经皮(经颅)随机噪声刺激(tRNS)。为了避免术语的歧义，不考虑所施加的波形，使用放置在皮肤外表面上的电极的非侵入性方法称为经皮经颅电刺激(tcTES)。类似地，将电极放置在皮肤下方，要么放到颅骨的外表面上要么放到颅骨骨头的外部区段中(即，放到外部致密层或海绵层中)，从而保持至少颅骨的内部致密层的完整性的微创方法被称为皮下经颅电刺激(scTES)。

经皮直流电刺激(在文献中称为tDCS)和经皮交流电刺激(在文献中称为tACS)都已广泛用于尝试影响认知行为和各种形式的脑部疾病。由于缺乏对人的神经元诱导作用的直接支持，迄今为止，尚无这些方法如何影响认知或疾病的公认的生理学理论。一个潜在的目标是调制内源性脑振荡。但是，头皮的电刺激可以以多种间接方式影响大脑活动，包括激活传入神经、视网膜和前庭装置、星状细胞和血管周围元素，以及其它可能未知的方式和安慰剂作用。对于许多治疗应用，将期望以区域约束的方式直接影响神经元，从而立即且可重复地达到最大的目标效果并减少对非预期大脑网络的副作用。但是，通过头皮施加的电流来实现目标效果需要准确了解人的头部中的电场分布，并利用通过多个电极的电流施加的相交方法。

由神经元自身生成的或者外部施加的在细胞外空间中扩散的电场可以影响神经元的跨膜电位，并因此影响动作电位的发生概率。可以利用要么局部地(例如，在深部脑部刺激中)要么通过头皮非侵入性/微创诱发的强制电场来影响人的大脑活动，以探测大脑的生理模式，并且有可能改善脑部疾病。