[发明专利]一种闭环经颅脑刺激系统及方法

说明书

本申请提供一种闭环经颅脑刺激系统及方法，包括经颅超声信号发生模块、经颅超声刺激模块、脑肌电信号采集处理模块及电极模块；电极模块用于采集实验对象的脑肌信号；脑肌电信号采集处理模块配置用于采集电极模块的信号，并进行信号处理后向经颅超声信号发生模块发送检测信号；经颅超声信号发生模块配置用于接收检测信号，根据检测信号按照调节策略生成刺激信号，将刺激信号发送至经颅超声刺激模块；经颅超声刺激模块配置用于根据刺激信号向实验对象发射超声刺激。本申请的有益效果是：经颅超声信号发生模块根据电极模块采集的脑肌信号按照系统期望值通过配置策略调整经颅超声刺激模块下次对实验对象的信号参数，达到经颅脑刺激的闭环控制。

技术领域

本公开涉及经颅超声刺激技术领域，具体涉及一种闭环经颅脑刺激系统及方法。

背景技术

近几年，随着电子技术的快速发展，电刺激器产品的发展也非常迅速。这些电刺激器经历了早期分立式器件制作，到如今植入式、微型化设计，无论从体型还是功能方面都得到了很大的进步。常用的有用于临床心脏或者大脑等的刺激器，如心脏起搏器和脑起搏器等专用刺激器，还有科研中常用的通用型刺激器。虽然有些电刺激器已经进入临床适用阶段，也获得了很好的治疗效果，但是在某些特殊应用领域主要还存在以下一些问题：现今通用的电刺激器一般都不能根据生理信号的变化来自动产生刺激，主要是通过预先设定的刺激模式，在人为规定的时刻发出刺激信号。但是在有些应用场合，比如大脑学习记忆机制研究中，需要在脑电节律的特定相位进行电刺激，以产生不同的效应，如长时程增强或者长时程抑制等。就是说现今通用的刺激方法都不能形成一个完整的闭环，无法自主调节控制参数。

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；米洛舍维奇等人，2018年；张震等，2018)。与开环脑刺激相比，闭环脑刺激可以通过大脑状态实时进行脑神经调节，实现有针对性的按需刺激(Muller et al.，2012；Cagnan等人，2017年；周等，2019)。对记忆和学习机制的研究表明，在神经振荡的特定阶段对脑组织的刺激会产生不同的效果，如长期增强或长期抑制(Hyman et al.，2003；Ezzyat等人，2018年)。经颅超声刺激(TUS)是一种物理神经调节技术，无创、穿透深度大，空间分辨率高(Bystritsky等，2011；Fomenko等人，2018年)。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，所有TUS方法都以开环模式提供大脑刺激，这种模式在人工规定的时间发出刺激信号，并且不能根据大脑组织生理信号的变化自动产生刺激。这种开环方法不具备实时处理的特性，它属于离线分析的一类。因此，我们需要一种可以实时采集并处理的方法，闭环控制是这类刺激应用的一个亟待发展的方向，它可以根据大脑的电活动状态，在特定时间施加超声刺激，闭环经颅超声刺激方法对揭示神经信息处理机制和优化神经疾病的治疗具有重要意义。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种闭环经颅脑刺激系统及方法。

第一方面，本申请提供一种闭环经颅脑刺激系统，包括经颅超声信号发生模块、经颅超声刺激模块、脑肌电信号采集处理模块及电极模块；所述电极模块电连接至实验对象上，用于采集实验对象的脑肌信号；所述脑肌电信号采集处理模块与电极模块电连接，经颅超声信号发生模块与脑肌电信号采集处理模块电连接，经颅超声刺激模块与经颅超声信号发生模块电连接；所述脑肌电信号采集处理模块配置用于采集电极模块的信号，并进行信号处理后向经颅超声信号发生模块发送检测信号；所述经颅超声信号发生模块配置用于接收所述检测信号，根据检测信号按照调节策略生成刺激信号，将刺激信号发送至经颅超声刺激模块；所述经颅超声刺激模块配置用于根据刺激信号向实验对象发射超声刺激。