[发明专利]一种睡眠闭环经颅脑刺激方法及系统

说明书

本申请公开了一种睡眠闭环经颅脑刺激方法及系统，包括以下步骤：采集实验对象预设区域的第一脑肌模拟信号；将所述第一脑肌模拟信号转换为第二脑肌数字信号；设定肌电活动阈值并提取第二脑肌数字信号中的肌电活动峰值以及脑电幅值和频域特征，判断实验对象的睡眠状态；计算实验对象的当前脑电相位，以及计算预测脑电相位与当前脑电相位的时间延迟，得到延时时间；当实验对象的睡眠为预设状态时，则在延时时间后向实验对象预设区域的发射锁相超声刺激信号。本申请通过闭环调控，达到超声调节睡眠脑电的目的，有效适应经颅超声刺激实验。

技术领域

本公开一般涉及经颅超声刺激技术领域，具体涉及一种睡眠闭环经颅脑刺激方法及系统。

背景技术

大脑活动以不同的频率振荡，反映了同步化的活动，该活动以依赖于状态的方式组织神经元皮层网络中的信息处理和通信(Buzsaki和Draguhn，2004；Varela等人，2001)。1Hz的慢振荡(SO)代表了这些振荡中最明显的一种，这些振荡标志着慢波睡眠(SWS)期间的脑电波(EEG)(Steriade，2006；Timofeev，2011)。SO在皮层和丘脑网络中产生，反映了在膜去极化的上升状态和兴奋性的增加以及超极化的下降状态和广泛的神经元静止之间交替的全局同步神经活动，这种活动遍及整个新皮层，还捕获了海马等皮质下结构(Isomura等人，2006年；Massimini等人，2004年)。重要的是，睡眠过程中的信息处理至关重要：除了参与突触缩小和内环境稳定(Tononi和Cirelli，2006)，SOs对记忆的巩固起着因果作用(Chauvette等人，2012；Diekelmann和Born，2010；Marshall等人，2006)。对于这种巩固功能，快速纺锤体活动(12–15Hz)与海马纹波与去极化上升状态的同步似乎至关重要(Molle等人，2011；Molle和Born，2011)。显著的功能刺激尝试通过外部刺激诱导同步皮层SO活动，主要是通过人类和大鼠的节律性电刺激、经颅磁刺激和听觉刺激(Marshall et al.，2006；Massimini et al.，2007；Tononi et al.，2010；Vyazovskiy et al.，2009)。重要的是，这些研究在大脑上施加了节奏，而忽略了正在进行的内源性振荡活动的阶段，这可能解释了伴随SO诱导的记忆保留功能的整体有限增强，在这里利用正在进行的振荡EEG活动，在闭环反馈系统中，与大脑自身节奏同步的锁相刺激，从而增强和延长睡眠期间的SOs序列。

近年来，脑刺激技术，如深部脑刺激、光遗传刺激和经颅磁刺激等迅速发展(Krauset al.，2016；张震等，2018)。TUS引起了人们的极大关注，并已被用于大量动物和人类实验(Bystritsky和Korb，2015；牛等，2018；于等，2019)。然而，针对TUS对睡眠状态和记忆的影响至今没有被揭示。因此，我们提出一种睡眠闭环经颅脑刺激方法及系统，以便于研究在睡眠状态下锁相TUS对小鼠的影响。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种有效适应经颅超声刺激实验，信号采集稳定、信号处理速度快、操作简单的睡眠闭环经颅脑刺激方法及系统。

第一方面，本申请提供一种睡眠闭环经颅脑刺激方法，包括以下步骤：

采集实验对象预设区域的第一脑肌模拟信号；

将所述第一脑肌模拟信号转换为第二脑肌数字信号；

设定肌电活动阈值并提取第二脑肌数字信号中的肌电活动峰值以及脑电幅值和频域特征，判断实验对象的睡眠状态是否为预设状态；

当实验对象的睡眠状态为预设状态时，计算实验对象的当前脑电相位；

计算预测脑电相位与当前脑电相位的时间延迟，得到延时时间；

在延时时间后向实验对象预设区域的发射锁相超声刺激信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法采集实验对象预设区域的第一脑肌模拟信号：