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CN110869084A - 调制脑中脑功能区的神经元放电频率的方法和装置 - Google Patents

调制脑中脑功能区的神经元放电频率的方法和装置 Download PDF

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CN110869084A
CN110869084A CN201880039517.8A CN201880039517A CN110869084A CN 110869084 A CN110869084 A CN 110869084A CN 201880039517 A CN201880039517 A CN 201880039517A CN 110869084 A CN110869084 A CN 110869084A
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Abstract

本申请提供了一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法和装置，该方法包括：产生电磁场，其中其功率以预设调制频率变化(S101)；以及将所产生的电磁场布置在脑附近，使得脑功能区在电磁场的近场范围内，从而利用电磁场的功率使脑功能区的细胞外液极化，使得细胞外液的极化密度以预设调制频率变化并且细胞外液中的神经元被调制成以预设调制频率放电(S102)。

Description

调制脑中脑功能区的神经元放电频率的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求提交于2017年8月26日的美国临时专利申请第62/550,596号和提交于2017年10月29日的美国临时专利申请第62/578,463号的优先权，其全部内容全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本申请涉及一种利用电磁场调制脑活动的方法和装置，特别地，涉及一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法和装置，其中产生电磁场以调制脑功能区的神经元放电频率，从而调制脑中的活动。
背景技术
脑由聚集成多个脑功能区的神经元形成。每个功能区在脑中执行特定功能，并且功能特征性地与脑功能区的神经元放电频率相关，其显示为脑中的活动。因此，调制脑功能区的神经元放电频率相应地调制脑中的活动。在每个脑功能区，神经元由细胞外液包围，细胞外液含有带电粒子，诸如钙、钾和氯。每个神经元在其半透膜上具有门，其中带电粒子通过该门流入或流出神经元。随着带电粒子(例如，通过扩散)流入并积聚在神经元的半透膜中并将膜电位(即神经元的极化)增进到阈值并且膜受到刺激，膜上的门打开以用于所有带电粒子快速流出膜(引起神经元的去极化)，从而形成神经元的极化和去极化的循环。在去极化结束时，神经元的极化的另一个循环开始朝向下一个去极化，以此类推，从而以确定脑功能区的功能状态的放电频率形成神经元的放电循环。
通过扩散流入神经元的半透膜以增进神经元的膜电位(即神经元的极化)的带电粒子取决于周围细胞外液中带电粒子的浓度分布，并且因此可以通过改变细胞外液的极化密度来是正向或负向地促进。通过改变细胞外液的极化密度，可以改变扩散速率，并且然后可以改变神经元的极化和去极化所花费的时间。因此，改变细胞外液的极化密度的变化频率改变了神经元的极化和去极化循环的频率，即改变了神经元的放电速率。
发明内容
在一个方面中，提供了一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法，该方法包括：
通过其以预设调制频率变化的功率产生电磁场；以及
将所产生的电磁场布置在脑附近，使得目标脑功能区在电磁场的近场范围内，从而利用电磁场的功率使脑功能区的细胞外液极化，使得细胞外液的极化密度以预设调制频率变化并且细胞外液中的神经元被调制成以预设调制频率放电。
电磁场的近场可以由天线生成并且满足条件
Figure BDA0002316633930000021
其中d表示从天线到其中近场结束的近场边缘的距离，D表示天线的最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。这里，假设d满足上述条件，来自天线的电功率可以通过天线中的电流和电荷经由由脑中的神经元群体形成的神经元簇施加到目标脑功能区上的感应和电容效应有效地转移到近场内的目标脑功能区上，神经元簇作为用于接收从天线到近场内的目标脑功能区的电功率的次级天线。
所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所产生的电磁场在脑功能区的波长与脑功能区的尺寸相匹配。以这种方式，可以通过电磁场有效地调制脑功能区。
附加地或替代地，所产生的电磁场在真空中的波长λ可以使得电磁场在脑功能区的波长为脑功能区的尺寸的70％至130％。
基于脑功能区的工作(或正常)神经元放电频率来确定预设调制频率，并且其优选地在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。当预设调制频率与脑功能区的工作神经元放电频率基本相同或接近时，脑功能区可以被调制成以工作神经元放电频率适当地工作，以治疗或预防脑功能区的疾病以及增强脑功能。
该方法可以用于治疗和预防失眠症、阿尔茨海默病、癫痫和抑郁症中的一种或多种病症，或者用于促进脑学习和记忆。此外，该方法可以通过基于脑功能区的尺寸适当地调整所产生的电磁场的波长λ以及基于脑功能区的工作神经元放电频率适当地指定预设调制频率进一步用于治疗和预防脑的其他疾病。
在一个实例中，当脑功能区是脑睡眠促进区时，该方法还可以包括：
-通过利用由近场提供的功率以预设调制频率调制脑睡眠促进区来使脑从其唤醒模式转换为其睡眠模式，以通过仅在脑的睡眠模式下有效地工作的脑类淋巴系统以使脑本身移除在脑的唤醒模式中由神经元产生的废物；
-通过利用由近场提供的功率以预设调制频率调制脑睡眠促进区，进一步将脑转变为快速眨眼(REM)睡眠阶段；以及
-一旦脑在其睡眠模式下已达到REM睡眠阶段，利用与预设调制频率不同的另一个调制频率来调制一个或多个其他脑功能区，特别是涉及学习和记忆的功能区，以促进脑的自然过程，该自然过程使涉及蛋白质消耗的神经元通过与它们在脑唤醒模式期间在蛋白质消耗中工作时大致相同的神经元连接网络环境完成它们的消耗。
在另一个方面中，提供了一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其包括信号生成模块以及连接到信号生成模块的天线，其中
信号生成模块配置成产生电信号，并将电信号发送到天线，所述电信号的功率以预设调制频率调制成突发格式；以及
天线配置成从信号生成模块接收所调制的电信号，以及基于电信号生成电磁场，其中电磁场的功率以预设调制频率变化；
其中当装置放置在脑附近，使得目标脑功能区在电磁场的近场范围内时，利用电磁场的功率使脑功能区的细胞外液极化，使得细胞外液的极化密度以预设调制频率变化并且细胞外液中的神经元被调制成以预设调制频率放电。
电磁场的近场满足条件
Figure BDA0002316633930000031
其中d表示从天线到其中近场结束的近场边缘的距离，D表示天线的最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。
所产生的电磁场在真空中的波长λ使得电磁场在脑功能区的波长与脑功能区的尺寸相匹配。
附加地或替代地，所产生的电磁场在真空中的波长λ使得电磁场在脑功能区的波长为脑功能区的尺寸的70％至130％。
基于脑功能区的工作(或正常)神经元放电频率来确定预设调制频率，并且其优选地在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。
在一个实例中，当目标脑功能区是脑睡眠促进区时，该装置可以用于：
-通过利用由近场提供的功率以预设调制频率调制脑睡眠促进区来使脑从其唤醒模式转换为其睡眠模式，以通过仅在脑的睡眠模式下有效地工作的脑类淋巴系统以使脑本身移除在脑的唤醒模式中由神经元产生的废物；
-通过利用由近场提供的功率以特定的调制频率调制脑睡眠促进区，进一步将脑转变为快速眨眼(REM)睡眠阶段；以及
-一旦脑在其睡眠模式下已达到REM睡眠阶段，利用另一个特定调制频率来调制一个或多个其他脑功能区，特别是涉及学习和记忆的功能区，以促进脑的自然过程，该自然过程使涉及蛋白质消耗的神经元通过与在它们在所述唤醒模式期间在蛋白质消耗中工作时大致相同的神经元连接网络环境完成它们的消耗。
如本领域技术人员所理解的，通过上述方法实现的优点也可以通过上述装置实现。
附图说明
仅通过实例的方式，本文中参考附图描述了本发明的一些实施例。现在具体参考附图，强调的是，所示出的细节是作为实例并且用于说明性地讨论本发明的实施例的目的。在这方面，结合附图进行的描述使得本领域技术人员了解如何实践本发明的实施例。
在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法的示意图。
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其中信号生成模块产生电信号，例如，幅度以低频率调制的电流信号，并将其发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于脑以使脑从其唤醒模式转换为其睡眠模式。
图3示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其中信号生成模块产生一系列电信号，例如，幅度以低频率调制的电流信号，并将其发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于脑以促进脑清理脑中积累的废物并完成神经元周围过剩蛋白质的消耗的过程以用于治疗和预防阿尔茨海默病的目的。
图4示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其中信号生成模块产生电信号，例如，幅度以低频率调制的电流信号，并将其发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于脑以调制脑从而治疗癫痫。
图5示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其中信号生成模块产生电信号，例如，幅度以低频率调制的电流信号，并将其发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于负责脑中血清素的释放的脑功能区以调制脑从而治疗抑郁症，该脑功能区包括SCG。
图6示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其中信号生成模块产生电信号，例如，幅度以低频率调制的电流信号，并将其发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于负责学习和记忆的脑功能区以促进脑学习和记忆，该脑功能区包括额叶和颞叶。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的一些实施例。
在一个实施例中，如图1所示，调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法包括：
步骤S101，产生电磁场，其中其功率以预设调制频率变化；以及
步骤S102，将所产生的电磁场布置在脑附近，使得目标脑功能区在电磁场的近场范围内，从而利用电磁场的功率使脑功能区的细胞外液极化，使得细胞外液的极化密度以预设调制频率变化并且细胞外液中的神经元被调制成以预设调制频率放电。
电磁场的近场可以由天线生成并且满足条件
Figure BDA0002316633930000061
其中d表示从天线到其中近场结束的近场边缘的距离，D表示天线的最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。这里，假设d满足上述条件，来自天线的电功率可以通过天线中的电流和电荷经由由脑中的神经元群体形成的神经元簇施加到目标脑功能区上的感应和电容效应有效地转移到近场内的目标脑功能区，神经元簇作为用于接收从天线到近场内的目标脑功能区的电功率的次级天线。
当脑被天线产生的电磁场的近场包围时，通过天线中的电流和电荷的强感应和电容效应，由脑中的神经元群体形成的神经元簇用作辅助天线来接收来自天线且深入到近场内的脑区域的功率。
这里，近场受到距天线的距离d、天线的最大尺寸D以及由天线产生的电磁场的波长λ的限制。
所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所产生的电磁场在脑功能区的波长与脑功能区的尺寸相匹配。以这种方式，可以通过电磁场有效地调制脑功能区。
附加地或替代地，所产生的电磁场在真空中的波长λ可以使得电磁场在脑功能区的波长为脑功能区的尺寸的70％至130％。
例如，在选择性地调制脑中的睡眠促进区腹外侧视前核(VLPO)的情况下，假定VLPO的尺寸为约1cm并且在真空中的波长为6cm的电磁场将在脑中具有1cm的波长，则1cm波长与VLPO的尺寸相匹配以获得高调制效率。在这种情况下，电磁场的波长λ为6cm，并且因此电磁场的频率为5GHz，以及天线的最大尺寸D为18cm，则：
Figure BDA0002316633930000071
也就是说，近场的最大距离是距天线19.3cm。这里，尺寸D的值与距离d的值相关，并且本领域技术人员知道相应地适当地调节D和d的值以适当地作用在目标脑功能区。
在本实施例中，通过天线产生电磁场，其中天线放置在脑附近，使得脑的目标功能区在所产生的电磁场的近场内并且对象功能区中的细胞外液通过近场的电场被极化，并且近场的功率以预设调制频率被调制成突发，使得对象功能区中的细胞外液的极化密度以与功率的变化频率(即，预设调制频率)相同的频率变化，从而调制目标脑功能区的神经元放电频率。
在上述方法的一个示例中，脑从其唤醒模式转换到其睡眠模式，其中天线产生电磁场，其中其近场作用于脑以进行睡眠诱导。在操作期间，天线位于脑附近，并且脑的睡眠促进区在所产生的电磁场的近场内，睡眠促进区包括腹外侧视前区(VLPO)，并且通过近场的功率使对象功能区中的细胞外液，其中电磁场的功率以低频调制成突发格式，使得对象功能区中的细胞外液的极化密度以与功率的变化频率相同的频率变化，从而调制脑睡眠促进区的神经元放电频率(包括将VLPO调制到某一频率)，从而诱导脑从唤醒模式转变为睡眠模式。这里，确定所产生的电磁场的频率，使得所产生的电磁场在脑中的睡眠促进区中的波长最佳地与睡眠促进区的尺寸匹配，使得所产生的电磁场的调制效果对睡眠促进区具有选择性。所产生的电磁场的频率在1GHz至20GHz的范围内，优选地在4GHz至6GHz的范围内。用于所产生的电磁场的功率变化的调制频率在5Hz到2500Hz的范围内，优选地在10Hz到30Hz的范围内。
在上述方法用于治疗和预防阿尔茨海默病的另一个示例中，天线产生电磁场，其中其近场作用于脑，以实现两个连续的步骤：1)将脑从其唤醒模式转变为睡眠模式，以让脑本身通过仅在脑的睡眠模式下有效工作的脑的类淋巴系统去除在脑唤醒模式中由神经元产生的废物；2)利用由近场提供的功率以预设调制频率调制脑睡眠促进区，使脑从其唤醒模式转换到其睡眠模式，直至快速眨眼(REM)睡眠阶段；3)一旦脑在其睡眠模式下已达到REM睡眠阶段，利用与预设调制频率不同的另一个特定调制频率来调制一个或多个其他脑功能区，特别是涉及学习和记忆的功能区，以促进脑的自然过程，该自然过程使涉及消耗某些蛋白质(诸如β淀粉样蛋白)的神经元通过与它们在脑唤醒模式期间在蛋白质消耗中工作时基本相同的神经元连接网络环境完成它们的消耗。在操作期间，天线位于脑附近，并且脑的所有功能区，特别是用于促进睡眠以及用于学习和记忆的脑功能区都在所产生的电磁场的近场中，以及通过近场极化所有脑功能区中的细胞外液，并且近场的功率以低预设调制频率调制成突发格式，使得脑功能区中的细胞外液的极化密度以与电磁场功率的改变频率相同的频率变化，从而将脑功能区的神经元放电频率调制到预设调制频率以使脑从唤醒模式转换为睡眠模式，并且然后将神经元放电频率调制到另一个频率以促进脑的自然过程，该自然过程在脑处于清醒期间处理过剩蛋白质，该过剩蛋白质是阿尔茨海默病的病因。确定产生的电磁场的频率，使得所产生的电磁场在睡眠促进区中的波长最佳地与脑中的睡眠促进区以及学习和记忆区的尺寸相匹配，使得产生的电磁场的调制效果对睡眠促进区以及学习和记忆区具有选择性。电磁场的频率在1GHz至20GHz的范围内，优选地在4GHz至6GHz的范围内。用于产生的电磁场的功率变化的调制频率在5Hz到2500Hz的范围内，优选地在10Hz到30Hz的范围内。
在上述方法的另一个示例中，天线产生电磁场，该电磁场的功率以预设调制频率变化，其中其近场作用于脑。在操作期间，天线位于脑附近，并且癫痫病变的脑部分位于所产生的电磁场的近场内，并且通过近场极化脑的该部分中的细胞外液；将近场的功率以低频(即预设调制频率)调制成突发格式，以使脑功能区中的细胞外液的极化密度以与功率的变化频率相同的频率变化，从而将脑癫痫病变区的神经元调制成以脑的这部分未发生癫痫病变时的正常频率放电，直到癫痫病变神经元在其放电中恢复正常并且癫痫得到治愈。确定所产生的电磁场的频率，使得所产生的电磁场在脑的癫痫病变部分的波长最佳地匹配脑的癫痫病变部分的尺寸，使得所产生的电磁场的调制效果对脑的癫痫病变部分具有选择性。电磁场的频率在300MHz至20GHz的范围内。用于所产生的电磁场的功率变化的调制频率在1Hz到2500Hz的范围内，其中最佳在5Hz到45Hz的范围内。
在上述方法调制脑以治疗抑郁症的另一个示例中，将幅度以低频调制的电流信号发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于脑功能区，该脑功能区负责脑中血清素(即血清素通路的降低的活性在抑郁症的病理生理学中起致病作用)的释放，包括胼胝体扣带回(SCG)。在操作过程中，天线位于脑附近，并且负责血清素释放的脑部分位于所产生的电磁场的近场内，并且通过近场极化脑的该部分中的细胞外液；将近场的功率以低频调制成突发格式，以使脑功能区中的细胞外液的极化密度以与功率的变化频率相同的频率变化，从而将脑的该部分的神经元放电频率调制成以它们在脑没有抑郁症时通常所放电的频率进行放电。通过这种方式，脑的该部分中的神经元重新恢复到其正常的放电行为，并且脑中的抑郁症得到治愈。这里，确定所产生的电磁场的频率，使得所产生的电磁场在负责脑中血清素释放的脑功能区中的波长最佳地匹配脑功能区的尺寸，包括胼胝体扣带回(SCG)，使得所产生的电磁场的调制效果对这些脑功能区具有选择性。电磁频率的频率可以在1GHz至20GHz的范围内。用于所产生的电磁场的功率变化的调制频率在1Hz到2500Hz的范围内，优选地在5Hz到45Hz的范围内。
在上述方法用于促进脑学习和记忆的另一个示例中，将幅度以低频调制的电流信号发送到天线以产生电磁场，其中其近场作用于负责学习和记忆的脑功能区，包括额叶和颞叶。在操作过程中，将天线放置在相关的脑功能区附近，使得脑功能区在所产生的电磁场的近场内并且通过近场极化脑的该部分中的细胞外液；将近场的功率以低频调制成突发格式，以使脑功能区中的细胞外液的极化密度以与功率的变化频率相同的频率变化，从而将相关脑功能区中的所有神经元调制成以用于经由其突触结合神经元之间的临界频率放电。通过调制，相关脑功能区中的神经元的更多突触被激活/警告以用于结合，使得脑学习更快并且更牢固地记忆。在该示例中，确定所生成的电磁场的频率，使得所产生的电磁场在负责学习和记忆的脑功能区的波长最佳地匹配脑功能区的尺寸，使得所产生的电磁场的调制效果对这些脑功能区具有选择性。电磁场的频率在300MHz至20GHz的范围内，优选地在2GHz至10GHz的范围内。用于所产生的电磁场的功率变化的调制频率在1Hz到2500Hz的范围内，优选地在25Hz到85Hz的范围内。
同样，上述方法可以用于治疗和预防失眠。
如可以看出的，根据目标脑功能区的尺寸确定所产生的电磁场在真空中的频率(或波长λ)，以及基于脑功能区的工作神经元放电频率确定用于调制电磁场功率的预设调制频率，并且其可以在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。
该方法可以用于治疗和预防失眠症、阿尔茨海默病、癫痫和抑郁症中的一种或多种病症，或者用于促进脑学习和记忆。
在另一个实施例中，提供了一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置。下面说明性地描述该装置的各种示例。
如图2所示，本实施例的装置包括信号生成模块21和连接到信号生成模块21的天线23，该装置例如用于诱导睡眠。信号生成模块21配置成产生电流信号，并将当前信号发送到天线23，电流信号的幅度以预设低调制频率调制成突发格式22。因此，天线23接收来自信号生成模块21的调制电信号，并产生电磁场，其中其近场范围26覆盖脑25的睡眠促进区24，使睡眠促进区24中的细胞外液极化并以调制频率诱导极化密度的改变，使得神经元放电频率被调制到调制频率以将脑25从唤醒转变为睡眠。这里，电磁场的功率以预设调制频率变化。
如图3所示，本实施例的装置包括信号生成模块31和连接到信号生成模块31的天线33，该装置用于治疗和预防阿尔茨海默病。信号生成模块31配置成产生电流信号，并将当前信号发送到天线33，电流信号的幅度以预设低调制频率调制成突发格式32。天线33接收来自信号生成模块31的调制电信号，并产生电磁场，其中其近场范围36覆盖睡眠促进区34和学习和记忆区34’以及脑35的其他区，从而首先使脑功能区中的细胞外液极化并且以预设调制频率诱导脑功能区的极化密度的改变，使得调制在睡眠促进区34的神经元放电以将脑35从唤醒转变为睡眠，从而促进类淋巴系统去除由脑35中的神经元产生的废物；并且然后，当脑35处于其睡眠模式时，在学习和记忆区34’以及脑35的其他区诱导极化密度以另一个特定频率变化，使得将在学习和记忆区34’以及脑35的其他区的神经元放电调制到另一个特定频率，该特定频率促进神经元之间的突触连接消耗/吸收来自脑35的唤醒模式的过剩蛋白质；这两种促进过程都能为脑35提供治疗和预防阿尔茨海默病的效果。
如图4所示，本实施例装置包括信号生成模块41和连接到信号生成模块41的天线43，该装置用于治疗癫痫。信号生成模块41配置成产生电流信号，并将当前信号发送到天线43，电流信号的幅度以预设低调制频率调制成突发格式42。天线43接收来自信号生成模块41的调制电信号，并产生电磁场，其中其近场范围46覆盖脑45的癫痫病变部分44，从而使脑45的癫痫病变部分44中的细胞外液极化，并且当未癫痫病变时以作为脑45的该部分44的正常神经元放电频率的调制频率诱导极化密度的改变，从而以调制频率调制癫痫病变部分44中的神经元，使得神经元在其神经元放电行为中恢复正常并且脑45中的癫痫得到治愈。
如图5所示，本实施例装置包括信号生成模块51和连接到信号生成模块51的天线53，该装置用于治疗抑郁症。信号生成模块51配置成产生电流信号，并将当前信号发送到天线53，电流信号以预设低调制频率调制成突发格式52。天线53接收来自信号生成模块51的调制电信号，并产生电场，其中其近场范围56覆盖脑功能区，该脑功能区负责脑55中的血清素释放，其包括SCG 54，从而使SCG 54以及负责脑55中血清素释放的脑功能区中的细胞外液极化，并且以作为脑55没有抑郁症时的这些脑功能区的正常放电频率的调制频率诱导极化密度的改变，使这些脑功能区的神经元恢复到正常的放电行为，使得脑55中的抑郁症得以治愈。
如图6所示，本实施例装置包括信号生成模块61和连接到信号生成模块61的天线63，该装置用于治疗抑郁症。信号生成模块61配置成产生电流信号，并将当前信号发送到天线63，电流信号以预设低调制频率调制成突发格式62。天线63接收来自信号生成模块61的调制电信号，并产生电磁场，其中其近场范围66覆盖学习和记忆区64以及脑65中的其他脑功能区，使学习和记忆区64以及脑65中的其他脑功能区中的细胞外液极化，并以调制频率诱导极化密度的改变以将相关脑功能区中的所有神经元调制成以用于经由它们的突触结合神经元之间的临界频率放电，激活比平时更多的在相关脑功能区中的神经元的突触以用于结合，使得脑65学习更快并且更牢固地记忆。
对于上述示例中的装置，电磁场的近场满足条件
Figure BDA0002316633930000121
其中d表示从天线到其中近场结束的近场边缘的距离，D表示天线的最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。
所产生的电磁场在真空中的波长λ使得电磁场在脑功能区的波长与脑功能区的尺寸相匹配。
附加地或替代地，所产生的电磁场在真空中的波长λ使得电磁场在脑功能区的波长为脑功能区的尺寸的70％至130％。
基于在脑功能区的工作(或正常)神经元放电频率来确定预设调制频率，并且其优选地在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。
在本发明的上述实施例中，由天线产生的电磁场的波形可以是任何波形，其包括但不限于交替波形和脉冲波形。
尽管本发明容易受到各种修改和替代形式的影响，但仍在附图和上述详细描述中已经以示例的方式示出了其具体实施例。然而，应理解的是，其不旨在将本发明限制于所公开的特别形式，而是相反，本发明将覆盖如所附的权利要求书限定的落入本发明的精神和范围中的所有修改、等同物和替代。
预计在本申请成熟的专利寿命期间，将开发许多相关的消毒连接器；术语消毒连接器的范围旨在包括所有此类新技术的先验。
术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”及其变化形式意味着“包括但不限于”。
如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一个(a)”，“一种(an)”和“该”包括复数指代物。
在整个申请中，可以参考范围格式呈现本发明的实施方案。应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，且不应该被解释为对本发明范围的不可改变的限制。因此，对范围的描述应当被认为是具有确切披露的所有可能的子范围以及该范围内的单独数值。例如，应该认为诸如“从1到6”的范围的描述已经具有特别公开的子范围，诸如“从1到3”、“从1到4”、“从1到5”、“从2到4”、“从2到6”、“从3到6”等；以及该范围内的各个数字，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的广度如何，这都适用。
每当在本文中指示数值范围时(例如“10-15”，“10到15”，或由这些其它此种范围指示链接的任何数字对)，它意味着包括在指示范围限制内的任何数字(分数或积分)，其包括范围限制，除非上下文另有明确规定。短语在第一指示数字与第二指示数字“之间的范围/变动范围/范围”以及从第一指示数字“到”、“达到”、“直到”或“至”(或另一个这种范围指示术语)第二指示数字的“范围/变动范围/范围”在本文中可互换使用，并且意指包括第一指示数字和第二指示数字以及在其之间的所有分数和整数。
除非另有说明，否则本文使用的数字和基于其的任何数字范围是本领域技术人员理解的合理测量和舍入误差的准确度内的近似值。
应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供或适用于本发明的任何其它描述的实施例。在各种实施方案的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方案的基本特征，除非该实施方案在没有那些元件的情况下不生效。

Claims (13)

1.一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的方法，其包括：
产生电磁场，其中所述电磁场的功率以预设调制频率变化；以及
将所产生的电磁场布置在所述脑附近，使得目标脑功能区在所述电磁场的近场的范围内，从而利用所述电磁场的所述功率使所述脑功能区的细胞外液极化，使得所述细胞外液的极化密度以所述预设调制频率变化并且所述细胞外液中的神经元被调制成以所述预设调制频率放电。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁场的所述近场由天线生成并且满足条件
Figure FDA0002316633920000011
其中d表示从所述天线到所述近场结束的近场边缘的距离，D表示所述天线的所述最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所产生的电磁场在所述脑功能区的波长与所述脑功能区的尺寸相匹配。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所述电磁场在所述脑功能区的波长为所述脑功能区的所述尺寸的70％至130％。
5.根据权利要求2所述的方法，其中基于在所述脑功能区的所述工作神经元放电频率来确定所述预设调制频率，并且所述预设调制频率在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法用于治疗和预防失眠症、阿尔茨海默病、癫痫和抑郁症中的一种或多种病症，或者用于促进所述脑学习和记忆。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述脑功能区为脑睡眠促进区，并且所述方法还包括：
-通过利用由所述近场提供的所述功率以所述预设调制频率调制所述脑睡眠促进区来使所述脑从唤醒模式转换为睡眠模式，以通过所述脑的仅在所述脑的所述睡眠模式下有效地工作的类淋巴系统使所述脑本身移除在所述脑的所述唤醒模式中由所述神经元产生的废物；
-通过利用由所述近场提供的所述功率以所述预设调制频率调制所述脑睡眠促进区，进一步将所述脑转变为快速眨眼(REM)睡眠阶段；以及
-一旦所述脑在所述睡眠模式下已达到所述REM睡眠阶段，利用与所述预设调制频率不同的另一个调制频率来调制一个或多个其他脑功能区，优选地是涉及学习和记忆的脑功能区，以促进所述脑的自然过程，所述自然过程使得涉及蛋白质消耗的神经元通过与在所述涉及蛋白质消耗的神经元在所述唤醒模式期间在蛋白质消耗中工作时大致相同的神经元连接网络环境完成所述涉及蛋白质消耗的神经元的消耗。
8.一种调制脑中的脑功能区的神经元放电频率的装置，其包括信号生成模块以及连接到所述信号生成模块的天线，其中
所述信号生成模块配置成产生电信号，并将所述电信号发送到所述天线，所述电信号的功率以预设的调制频率调制成突发格式；以及
所述天线配置成从所述信号生成模块接收所调制的电信号，以及基于所述电信号生成电磁场，其中所述电磁场的功率以所述预设调制频率变化；
其中当所述装置放置在所述脑附近，使得目标脑功能区在所述电磁场的近场的范围内时，利用所述电磁场的所述功率使所述脑功能区的细胞外液极化，使得所述细胞外液的极化密度以所述预设调制频率变化并且所述细胞外液中的神经元被调制成以所述预设调制频率放电。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述电磁场的近场满足条件
Figure FDA0002316633920000021
其中d表示从所述天线到所述近场结束的近场边缘的所述距离，D表示所述天线的所述最大尺寸，以及λ表示所产生的电磁场在真空中的波长。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所述电磁场在所述脑功能区的波长与所述脑功能区的尺寸相匹配。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所产生的电磁场在真空中的波长λ使得所述电磁场在所述脑功能区的波长为所述脑功能区的所述尺寸的70％至130％。
12.根据权利要求9所述的装置，其中基于所述脑功能区的所述工作神经元放电频率来确定所述预设调制频率，并且其在1Hz至2500Hz的范围内，优选地5Hz至125Hz，更优选地5Hz至45Hz，更优选地25Hz至85Hz，以及更优选地10Hz至30Hz。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述脑功能区为脑睡眠促进区，并且所述装置用于：
-通过利用由所述近场提供的所述功率以所述预设调制频率调制所述脑睡眠促进区来使所述脑从唤醒模式转换为睡眠模式，以通过所述脑的仅在所述脑的所述睡眠模式下有效地工作的类淋巴系统使所述脑本身移除在所述脑的所述唤醒模式中由所述神经元产生的废物；
-通过利用由所述近场提供的所述功率以特定的调制频率调制所述脑睡眠促进区，进一步将所述脑转变为快速眨眼(REM)睡眠阶段；以及
-一旦所述脑在所述睡眠模式下已达到所述REM睡眠阶段，利用另一个调制频率来调制其他脑功能区，特别是涉及学习和记忆的脑功能区，以促进所述脑的自然过程，所述自然过程使得涉及蛋白质消耗的神经元通过与在所述涉及蛋白质消耗的神经元在所述唤醒模式期间在蛋白质消耗中工作时大致相同的神经元连接网络环境完成所述涉及蛋白质消耗的神经元的消耗。
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