使用經顱磁刺激進行認知映射的製作方法

2023-05-08 16:09:01 1

使用經顱磁刺激進行認知映射的製作方法
【專利摘要】本發明涉及映射認知腦功能領域，更具體涉及認知映射的非入侵系統和方法。根據本發明實施例的可以被可靠映射的認知腦功能的示例為講話功能、語言表達功能、工作記憶功能、決策功能。根據某些實施例，導航的經顱磁刺激(TMS)與精確基線確定一起用來提供精確的、非入侵認知映射。
【專利說明】使用經顱磁刺激進行認知映射
【技術領域】
[0001]本發明涉及映射認知腦功能領域。根據本發明的實施例，可以可靠地映射出的認知腦功能為講話功能、語言表達功能、工作記憶功能、決策功能。
【背景技術】
[0002]儘管大部分個體的大腦的解剖結構都很相似，但是不同個體的大腦的功能設置如指紋一樣唯一。這導致了神經科學中的常見問題，基於對腦解剖的理解，臨床醫生和醫生可以很容易確定諸如血凝塊、腫瘤和中風的畸變和創傷。然而，目前他們沒有可視化的方法來確定這些畸變和創傷中以及其周圍的腦物質的功能。
[0003]腦神經外科醫生可以很容易地使用現有技術如MRI技術來確定患者大腦中腫瘤的位置。根據腫瘤的位置，外科醫生可以制定他們認為最佳的路徑來接近並移除腫瘤。但是，有些事情他們不能確定，比如他們可以移除腫瘤周圍的多少腦物質而不實質上影響患者的功能，到達腫瘤的路徑如何穿過關鍵區域，而該關鍵區域可以很容易由另一條路徑來避免，腫瘤的移除影響患者的功能的程度，等等。
[0004]神經外科醫生不得不減緩一些這種風險而採用的一種方法是在外科手術過程中對大腦直接電刺激。通過向部分大腦施加電流使得外科醫生可能對該部分大腦的功能做出判斷。當對運動反應進行測試時，由於可以很容易可視化地確定或測量身體的物理反應，該方法也可以適用。比如，助手可以觀察患者的手指是否響應於刺激而移動。
[0005]這種直接電刺激方法出現了許多缺點。舉例而言，在外科手術中測試腦功能花費的時間取自實際移除腫瘤或其他外科手術功能的時間。由於患者風險直接與外科手術的時長相關，因此這是需要緩和的因素。鑑於此，`存在針對精確確定腦功能的非外科手術方法的明顯需求。`
`[0006]當前所使用的方法的另一個主要缺點是，儘管其可以相對簡單地測試運動功能，但精確地測試認知功能則尤為困難。因此，存在精確測試一種或多種認知功能的需要，比如，講話功能、語言表達功能、工作記憶功能、決策功能等。
[0007]此外，儘管這些問題存在或發生在外科手術或外科手術制定過程中，但是適用的解決方案的使用可以擴展至非外科手術情況。比如，在治療中可以精確追蹤認知功能的進步或退化是非常有幫助的。這對測試患者對治療的反應的臨床表現和測試治療是否起作用的研究現狀都有幫助。

【發明內容】

[0008]本發明的一方面是提供用於映射主體的認知功能的系統和方法。認知功能包括但不限於講話功能、語言表達功能、工作記憶功能、決策功能。
[0009]本發明的某些實施例的另一個方面是提供用於精確映射認知功能的非入侵系統和方法。
[0010]根據本發明的某些實施例，提供了幾種確定主體的響應於任務的提出的認知基線響應的方法。為了精確映射主體的認知功能，確定精確的基線很重要。
[0011]根據本發明的某些實施例，提供了一種方法，其包括當刺激大腦一區域時，在後續時間內向主體提出任務的步驟。根據某些實施例，所述刺激以非入侵方式完成。這種非入侵方式的示例是使用由經顱磁刺激(TMS)線圈裝置產生的磁場。
[0012]根據本發明的某些實施例，提供了一種方法，其包括在刺激過程中，將一個或多個針對任務的主體基線響應與主體之後的任務表現進行對比的步驟。
[0013]根據本發明的某些實施例，提供了一種方法，其包括確定被刺激的主體大腦的區域是否涉及特定的認知功能的步驟。
[0014]根據本發明的某些實施例，提供了一種方法，其包括當相應地刺激兩個或多個大腦區域時，向主體提出兩次或多次任務的步驟。所提供的某些實施例進一步包括在刺激過程中將針對任務的主體基線響應與每個主體表現對比的步驟，以及確定被刺激的一個或多個大腦區域是否涉及認知功能的步驟。
[0015]另外，根據本發明的某些實施例，提供了一種方法，其包括以下步驟中的一個或多個步驟:在利用經由具有第一參數集的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，向主體提出任務，其中，如果在刺激過程中，主體基線與主體表現之間沒有檢測出表現誤差，那麼改變第一參數集的至少一個參數，並且當利用經由具有新參數集的TMS線圈裝置產生的磁場刺激同一大腦區域時，向主體提出任務。
[0016]根據本發明的某些實施例，所提供的系統包括至少一些下述部件的組合:刺激裝置，比如經顱磁刺激(TMS)線圈裝置；與TMS線圈裝置連接的可使TMS線圈裝置產生磁場的激勵控制；用於向主體提出任務的展現顯示器；至少一個具有一個或多個處理器的終端，所述一個或多個處理器配置成執行至少以下一些步驟:響應於任務的表現，確定、記錄和/或輸入源自主體的認知基線響應；當通過諸如(TMS)線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，通過諸如展現顯示器向主 體提出任務；在刺激過程中，將針對任務的主體基線響應與主體表現對比，以及確定被刺激的大腦區域是否涉及特定的認知功能。
[0017]本發明的其他實施例及其它方面在本文中進行了詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1顯示了根據本發明一個實施例的系統的示例；
[0019]圖2顯示了根據本發明一個實施例的系統的另一個示例；
[0020]圖3顯示了根據本發明一個實施例的包括獨立認知包的系統的另一個示例；
[0021]圖4顯示了根據本發明一個實施例的針對講話映射的高級流程圖或方法；
[0022]圖5顯示了根據本發明一個實施例的針對講話映射的方法的更詳細的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]圖1顯示了可以用於映射個體的認知功能的系統100的示例。系統100由終端102控制。終端102顯示為直接連接到操作者顯示器104、經顱磁刺激(TMS) 108、追蹤系統112、主體顯示器114，以及主體攝像裝置116上，並且直接控制它們。終端102還控制一些其他功能與部件如TMS線圈裝置110。
[0024]導航腦刺激(NBS)的導航[0025]導航腦刺激(NBS)是個體大腦的特定位置或區域的刺激。可以多種方式產生該刺激，優選的非入侵方法是通過產生磁場的方式，該磁場將刺激引入到主體大腦的特定位置中。為了映射主體大腦的功能的部分，應該準確知曉任何刺激的特定位置。為此，NBS使用了諸如112的追蹤系統和追蹤軟體，以便於知曉刺激裝置110的位置，或者至少知曉與主體頭部和/或大腦相關的刺激裝置110的相關位置。
[0026]已知一些可以確定刺激裝置110的位置的方法，並且這些方法至少在申請號為US2008/058582、題為「具有用於接收追蹤裝置的附件部分的經顱磁刺激引入線圈裝置」的美國專利申請中有更詳細的描述，該文獻通過引用而合併於此。這些方法中的至少一些包括追蹤設在刺激裝置110上的或與之附著的標記。此外，該標記可以附著於主體頭部的一個或多個位置上，比如在申請號為US 2005/075560、題為「立體定向框架與用於支持立體定向框架的方法」的美國申請中所描述的那樣，該文獻通過引用而合併於此。
[0027]當在刺激裝置110的追蹤中和/或主體頭部使用標記時，便利用能識別至少一些或者全部標記的追蹤系統112。比如,如果所用的標記能反射紅外線,則追蹤系統112為紅外追蹤系統，或至少包含紅外追蹤系統。這種紅外追蹤系統可以包括一個、兩個或多個紅外追蹤裝置，如可以在3D環境中從空間上定位所追蹤的目標的紅外攝像裝置。
[0028]追蹤刺激裝置110和主體頭部的其他方法在上述公開中也有說明。另外，在不背離本發明的範圍的情況下，本領域的普通技術人員將會理解可用於本系統追蹤目標的方法。這些方法例如包括追蹤系統112，其包含至少一個能夠捕捉和/或記錄諸如可見光和追蹤可見標記、光線反射標記、LEDs和/或目標本身的攝像裝置的。
[0029]在某些實施例中，設有對刺激裝置110、主體頭部以及任何其他所期望被追蹤的目標都進行追蹤的單個追蹤系統112。在某些其他實施例中，使用多個追蹤系統112來追蹤某個目標，或者一個或多個目標具有它們自己的追蹤系統(未示出)。來自追蹤系統的信息隨後直接或間接地發送至NBS導航軟體。
[0030]來自追蹤系統112的追蹤數據輸入至NBS導航軟體，其之後可以在操作者顯示器104的NBS部分106上顯示NBS信息 。優選地，NBS顯示器106可向操作者顯示與主體頭部相關的刺激裝置110的位置。此外，NBS顯示器106可使用至少一種解剖模型如主體頭部的模型來顯示主體大腦上實際的刺激位置和/或至少基於刺激裝置110的位置的所投影的刺激位置。解剖模型的示例是主體的CT、主體的MR1、類似主體的CT或MRI或標準頭部。一項專利號為US7720519、題為「用於頭骨及其內部結構的三維建模的方法」的美國專利公開了 NBS導航中選擇和使用解剖模型的方法，該文獻通過引用而合併於此。
[0031]NBS導航軟體可將刺激工具顯示為剛性物體，並可顯示通過對線圈的電磁性質和主體頭部進行實時或離線建模而預測的大腦激活。這些模型可通過應用已知生物電磁方法來獲得，如球體建模法、邊界元法或有限元法。其他一些功能在相關的示範性實施例中以及申請號為US11/853232、題為「針對導航腦刺激目標的用於在人類腦皮層上可視化電場的方法」和申請號為US11/853256、題為「通過對配準在線或離線的校正而提高的導航腦刺激精度」的美國專利申請中有更為詳細的描述，這些文獻通過引用而合併於此。另外，本領域中的普通技術人員將會想到在不背離本發明的範圍的情況下對這裡所描述的NBS導航軟體和追蹤系統的修改。
[0032]刺激裝置[0033]刺激裝置110用來刺激主體大腦的特定部分。在本實施例中，刺激裝置110是磁性刺激線圈裝置，該裝置可以產生能夠電刺激主體大腦的部分的磁場。通常磁性刺激線圈裝置110本身包括一個或兩個線圈，當電流通過線圈時，該線圈產生所需要的磁場。在申請號為US 2008/058582、題為「具有用於接收追蹤裝置的附件部分的經顱磁刺激導入線圈裝置」和申請號為US 2008/058581、題為「經顱磁刺激導入線圈裝置與製造方法」的美國專利申請中描述了合適的刺激裝置的示例，其通過引用而合併於此。
[0034]激勵控制
[0035]激勵控制通常包括向刺激裝置和激勵控制軟體發送脈衝的裝置。例如，激勵控制裝置可以是經顱磁刺激器(TMS)。TMS可以內在包含操作與激勵控制程序，或者激勵控制可被交至系統的其他部分處理，比如其自身的終端或共享的終端上。
[0036]激勵控制軟體控制諸如時長、強度、脈衝模式、脈衝編號、脈衝頻率等這樣的參數。這些參數中的任何參數或全部參數可由系統自動控制、由操作者單獨控制或上述的組合。激勵控制可以有多個輸入，並且可以部分地由多個控制器進行控制。例如，激勵控制可以部分地由操作者、導航控制以及安全參數來控制。一些激勵控制的示例可見於申請號為US6849040、題為「用於磁性刺激的劑量計算的方法與裝置」的美國專利申請，該申請通過引用而合併於此。
[0037]主體物理反應監視
[0038]在腦刺激與映射過程中，可測量幾種不同類型的主體物理反應。一種物理反應監視的解決方案是使用與主體身體的部分(比如手指)連接的EMG。另一種解決方案是將一個或多個電極(EEG、ECG、皮電反應)貼在用戶身體上，如專利號為US 7440789、題為「用於測量源自人體的電反應.的電極結構」的美國專利中所述，該專利通過引用而合併於此。另外一種解決方案是採用麥克風來記錄源自主體的聲音反應。還有一種解決方案是使用數字攝像影機來記錄主體行為。此外，可以使用這些解決方案的任意組合，或其他合適的解決方案。
[0039]認知刺激程序
[0040]認知刺激程序包括至少一種展現資料，優選包括一組展現資料，該資料被提供給受到指示以完成與該資料相關的任務的主體。展現資料例如可以是單獨一張圖片、單獨多張圖片、圖片組、視頻、音頻片段、文本等等。除了展現資料之外，認知刺激程序還包括針對資料的展現的控制參數，如顯示時間、圖片之間的間隔、圖片TMS間隔、計數器等等。控制參數可以綁定於個體展現資料、展現資料組、特定個體、個體組或其他組集合。認知刺激程序還可以包括指令和/或優選根據至少一個控制參數提供展現資料的電腦程式。
[0041]根據本發明的某些實施例，認知刺激程序包括一組圖片和/或圖像，此後簡稱圖像。全部圖像組可以包括比如多達(或多於)1000幅圖像。對於任何一個主體，認知刺激程序可以在例如但不限於100-150幅圖像之間選擇以初始化向主體提供的顯示。對主體顯示的圖像的初始數量可以是預定數量或者可以在符合預定標準時而得以確定。比如，預定標準可以是主體準確識別預定數量的圖形，例如，如果預定數量為50，並且主體在已顯示第165幅圖像時識別了第50幅正確圖像，則初始圖像組應該為165。
[0042]認知任務
[0043]主體受到指示來等待提示,並在提交提示時,要求患者執行預定任務(比如,大聲數數、說話、正確說出一幅圖像)。由於任務執行有鎖時，因此刺激裝置將通過試圖調節(增強、幹擾或完全終止)任務執行來傳送刺激。優選執行幾次任務來獲取關於任務執行過程中受刺激的大腦區域所參與的確定性，並且減少假陽性和假陰性的發生。
[0044]主體認知反應監控
[0045]該系統可以包括由操作者使用來注釋實驗的響應裝置。可選地，該系統可以包括基於諸如所記錄的演講起始潛伏期或其他物理反應注釋實驗記錄的模塊。自動檢測可應用於視頻錄製、音頻音軌、從生理探針讀取數據等等。
[0046]會話記錄
[0047]會話數據可以多種方式進行存儲。所有刺激參數(線圈位置、方位以及刺激密度參數)可以通過NBS存儲。此外，可記錄視頻或音頻追蹤以便解釋短暫的可能不清楚的效果。另外，任何生物信號都可被記錄，並與刺激參數和坐標關聯。
[0048]圖1顯示了主要為自包含的系統100的實施例。信號終端102可以是如一個或多個計算機，其包含導航控制、激勵控制、認知程序以及至少初始會話記錄存儲。系統的輸入包括至少是導航控制程序的輸入的追蹤裝置112、攝像裝置116以及可選擇的包括至少是會話記錄的輸入的麥克風(未示出)、任何主體物理反應監視器(未示出，如EMG裝置、電極等)、以及允許操作者控制部分或全部系統的操作者輸入(未示出，如鍵盤、踏板輸入、觸控螢幕幕等)。
[0049]來自終端102的輸出包括操作者顯示器104、主體顯示器 114和TMS108。操作者顯示器104例如可以是一個或多個計算機顯示器，其優選展示至少NBS顯示器106的顯示，比如頭部模型、在先刺激位置和/或結果、投影的刺激位置、投影強度、映射區域、要被刺激的位置、刺激參數等等。此外，優選地，操作者還有主體反應顯示器107，其至少顯示主體針對任何刺激的物理反應，比如EMG顯示器。顯示器還可以顯示主體認知反應或主體認知反應的指示、當前或近期展現資料以及通用的系統控制。主體顯示器114優選主要用來顯示針對主體的展現資料。主體顯示器114可以是如計算機監控器、電視機、擴音器或其組合。TMS108還連接到刺激裝置110上。
[0050]如圖所示的終端102可以有一個或多個用於控制系統100各方面的專用部分。比如，一個專用部分包括專用輸入、處理器以及包含導航軟體的存儲介質。所述專用部分然後負責控制導航，並且為了使用該導航具有至其他終端102或終端102的其他部分的一個或多個輸出。類似地，對於認知軟體包、會話記錄、系統操作等都可以作為專用部分。
[0051]圖2顯示了類似於圖1中系統100的系統200，不同之處在於專用NBS裝置118直接連接到追蹤裝置112和TMS108上。NBS裝置118可包含一個或多個處理器/控制器，以及存儲於計算機可讀介質上的導航系統。此外，NBS裝置118可包含用於存儲導航信息的存儲介質。導航信息可包括過去或新近的刺激位置、刺激裝置110的新近位置以及與導航相關或由其確定的其他信息。
[0052]系統中可使用可移除存儲介質(未示出)。關於主體或主體組的一些或全部所存儲的信息都可以存儲至一個或多個可移除存儲介質上，比如存儲再CD-ROM、DVD、指狀存儲器或者移動硬碟上。終端102也可以與內部網、網際網路、伺服器或其他終端通信，它們可存儲、其上已存儲和/或可訪問系統控制程序或主體信息的一些或全部。
[0053]在不背離本發明的範圍的情況下，圖1和圖2中給出的系統可能有多種變形。比如，NBS裝置118和追蹤裝置112可以包含在單個外殼中。另外，NBS裝置118可直接與終端102連接，或者，直接與終端102和追蹤裝置112連接而不與TMS108直接連接。此外，儘管圖中所示的連接為有線連接，但是至少一些連接可以是無線的。
[0054]可以在諸如臨床環境中使用根據圖1和圖2的系統，以便於在外科手術或者其他治療之前或之後映射認知大腦功能。一個示例是如果主體在大腦的講話功能區域內或附近患有或疑似患有腦腫瘤。可以在臨床醫生辦公室、醫生辦公室，或者預操作室使用該系統來映射腦腫瘤附近的執行必要講話功能的大腦區域。之後可以導出這種數據，或者記錄在可移動存儲介質，或者電子發送至外科醫生或手術室內，使得外科醫生可以知道需要避免大腦的什麼部分以使得患者在外科手術後保留儘可能多的講話功能。
[0055]本示例的優點是該系統能夠在三維空間內映射認知功能而不需要物理接入大腦。因此，臨床醫生可花費儘可能多所需要的時間甚至可能多於幾次會話來映射所期望的大腦區域。之後，由於外科大夫可獲取或導出特定大腦區域的詳細映射數據，因此在外科手術過程中就不需要花費寶貴時間來初始化映射大腦功能。
[0056]針對本發明某些實施例的一般應用是在入侵過程期間針對規避區域和/或安全考慮來確定體積。在許多情況下，為最好的利用，優選用約Icm3的解析度的體積。映射數據通常包括兩種針對所測試的區域的指示數據，即陽性認知反應或陰性認知反應。比如，映射數據可指示特定的Icm3部分，所述部分為講話所需要的部分(當在該部分或相鄰部分的刺激中講話受到影響)或講話不需要的部分(當在該部分或一個、多個或所有相鄰部分的刺激中講話沒有受到影響)。在這類示例中，陰性認知反應數據可能比陽性認知反應數據更準確。同樣地，非語音或非認知反應數據可以是針對外科手術或外科手術制定顯示的和/或使用的基本的、主要的或僅僅是映射的數據。
[0057]此外，來自系統的三維認知映射數據可與外科手術期間的大腦表層或三維映射聯合和/或集成。在這種實施例中，一旦大腦的部分或腫瘤被移除，那麼大腦遵循部分缺失(稱為「腦移位」現象)，映射 數據可將三維認知數據與新大腦結構聯合，使得新結構中的大腦認知功能仍然可以根據原認知映射數據而得知。
[0058]圖3顯示了具有系統130的第一部分的實施例，其與就圖1與圖2而言所描述的相似，不同之處在於系統140的第二部分與第一部分分離。系統130包括終端102、操作者顯示器104、TMS108、刺激裝置110以及追蹤系統112。系統130可以是能夠進行腦磁刺激和/或導航腦刺激和/或腦功能映射的標準經顱磁刺激系統。
[0059]系統140為認知包，其通過有線或無線方式與能通過經顱磁刺激映射認知大腦的系統130進行連接。認知包包括認知終端142、顯示器144和記錄裝置146。認知終端142可類似於如上所述的用於認知程序控制的終端102。類似地，顯示器144和記錄裝置146可類似於以上分別描述的主體顯示器114和攝像裝置116。
[0060]在本實施例中，認知包140顯示在醫療架上，並且優選為可移動的。本實施例的優點是單個認知包可用於幾個不同的TMS或其他系統。類似地，幾個不同的認知包也可用於單個TMS系統。例如,認知包可從預運算映射中導出到手術室中，以便於在手術前、手術中和/或手術後及時映射認知功能或檢查認知功能的映射。
[0061]認知包140也可以用於其他類型的腦刺激系統和方法。
[0062]認知包140可直接與系統130的一個或多個部分進行通信。例如，認知終端142可以與終端102以類似方式直接通信，就好像它是同一終端的不同部分一樣。認知終端142也可直接與TMS108或NBS118通信。此外，終端102或認知終端142可以為系統的主控制器。
[0063]在一個示例中，認知包140放置在主體前，使得主體可以觀察顯示器144上呈現的資料。之後操作者能夠通過系統130的終端102來控制認知包。一旦操作者從系統130中初始化刺激序列，認知包140可自主運行至刺激序列的最後。在自主運行過程中，認知終端142可直接控制和/或觸發TMS108或者其可向終端102發送指令以控制和/或觸發TMS108。類似地，NBS118或終端102的NBS部分可直接或通過終端102發出的指令與認知終端142進行交互。
[0064]圖4顯示了映射認知功能的方法200的示例。該方法開始於202，在系統中安置患者/主體。這通常涉及到將任何必須的物理監控裝置和追蹤客體附著於到主體上。此外，這個步驟可包括校準追蹤裝置、追蹤對象、追蹤系統、物理監控裝置，顯示器和/或其他必須的系統部件。操作者可選擇地進入或加載主體和/或諸如書目、位置、日期、時間等的會話信息。
[0065]在方法開始時202，操作者也可以選擇要用於導航中的解剖模型。他們可以選擇預加載的解剖模型，如標準頭部、與主體相似的頭部或該主體本身的解剖模型。在這個階段，操作者也可以加載主體本身解剖模型或從如MRI或CT中針對主體建立解剖模型。所選擇的解剖模型隨後優選顯示在操作者顯示器104的NBS顯示器部分106中。
[0066]一旦執行了所有必要的校準，並且輸入了基本信息，操作者至少能夠看到主體解剖模型和與操作者顯示器104的NBS顯示器部分106上的頭部模型相關的刺激裝置110的再現。操作者至少還能看到來自例如顯示器104的部分107上的物理反應監視器(如EMG顯不器)的輸出。
[0067]在步驟204中，確定主體的運動閾值(MT)是否已知。如果主體已經做過TMS並且知道了其MT，則操作者可以通過輸入裝置如鍵盤或觸控螢幕幕來輸入主體MT。此外，如果主體或操作者有可移動存儲介質或以其他方式得到病人MT，那麼這時可以加載所述存儲介質或信息，如果還沒有加載的話。然後，操作者可以測試MT值以檢測其準確性，或者可以直接進行到步驟208。
[0068]如果主體MT例如是未知的、無法獲取的或者所給的值是不可靠的，則操作者可以繼續確定主體的MT206。已知許多確定MT的方法。比如，操作者可執行一系列的刺激以及手動調整TMS參數、時間和強度，並監視顯示器107直到確定了 MT為止。另一個示例是，操作者通過程序來指導以根據所選的(手動調整或自動調整)參數刺激解剖模型上所選的部分，並且監視顯示器107直到確定了 MT為止。此外，該系統還可包括能確定MT的程序。
[0069]雖然在本實施例中描述步驟204與MT相關，但是其他閾值也可以替代MT使用。這種閾值如言語中斷閾值(如，在任務中引起言語中斷或打斷的刺激閾值)，可以與MT—起使用或取代MT。比如，針對運動系統外部的大腦區域如負責特定認知功能的區域從EEG中確定的興奮性指標在此意義上也可用作閾值。在許多實施例中，確定或輸入閾值是為了使其作為刺激水平，如強度、針對認知映射的開始點和/或作為向刺激水平開始點的確定的輸入，如主體的預設參數。因此，可以用作或用來確定合適或優選的刺激級別開始點的其他閾值可以與MT以及言語中斷閾值一起使用或取代其使用。
[0070]一旦主體的MT在系統中，則可以確定認知基線是否已知208。比如，如果系統用於言語映射，則認知基線應當是言語基線。言語基線至少部分地是主體執行與展現資料相關的所請求的任務的能力的衡量、是在沒有TMS情況下從看到/聽到展現資料開始的主體反應時間或者上述組合。可構成主體言語基線的額外信息包括在基線中產生錯誤的數量。雖然該方法可以用於映射如上討論的其他所期望的認知功能，但是該方法的其餘部分將針對言語認知功能來描述。
[0071]如果主體言語基線未知，則在步驟210中確定。可採用幾種可能的方法來確定和/或記錄主體基線。在一個示例中，認知顯示器114、144顯示了依次用於言語映射的所有展現資料。如果展現資料為一系列靜態照片或圖像，則要提交每幅照片或圖像，並注釋、測量和/或記錄主體的反應。
[0072]為了獲得最佳映射結果，展現資料對於主體而言應當清楚，並且對於操作者而言主體的反應應當清楚。比如，如果顯示了一幅圖像，但是主體並沒有識別出該圖像或該圖像的主題，則可以從映射中使用的展現資料組中將其移除。類似地，如果主體不確定該圖像是什麼，或者針對一幅圖像提供了多個名稱，可以注釋/記錄主體選擇的名稱或將該圖像移除。比如，如果使用一幅汽車的圖片，一個主體的反應可能是說出汽車的製造和型號，而其他主體的反應可能是「汽車」。如果所期望的反應是「汽車」，則可以注釋/記錄第一個主體的反應或從展現資料組中將該圖片移除。
[0073]在一個示例中，操作者可通過手動選擇何時顯示展現資料以及確定是否應當將某些部分的展現資料從展現資料組中移除，來控制基線確定步驟210。在確定步驟中，操作者還可以輸入其他信息或編輯參數。然而，當要捕獲主體反應時間來用於基線確定時，使用記錄裝置針對至少部分基線的確定來說是很有幫助的。
[0074]在主體基線的確定過程中，可以使用記錄裝置116、146來記錄和/或測量主體基線響應。所述記錄裝置如攝像裝置可獨自或與定時和/或認知程序聯合來確定針對每件展現資料的主體反應時間。此外，所述記錄裝置也可追蹤、記錄和/或確定主體反應，並且在很少或沒有操作者輸入情況下與認知程序結合來確定主體基線。
`[0075]精確地映射認知功能的重要部分是針對主體建立精確的基線。根據本發明的某些實施例，基線是在沒有外部大腦刺激時能夠正確並重複執行任務的主體能力。由於需要這種映射的許多主體都承受某些外部或內部的大腦創傷，因此建立正確的基線可能比較困難且耗時。
[0076]根據本發明的某些實施例，要求主體執行的任務是在圖像之間間隔相對短的時間內識別多幅圖像。下面的示例用於說明精確地確定針對主體的基線以及在認知映射期間所用的有用的圖像組的示例性方法。
[0077]在第一個示例中，以預定間隔如0.1-5秒間隔向主體顯示多幅圖像。該多幅圖像可以是全部圖像組，或者是全部圖像的子集。在實際中，顯示100-150幅圖像範圍內的初始圖像組足以產生在認知映射時要使用的可接受的圖像組大小。
[0078]當圖像第一次顯示給主體時，主體例如可能在可接受的時間內識別圖像、在回答前猶豫、錯誤地識別圖像、不回答、因不能夠回答而沮喪、在關於圖像的多個答案之間選擇有困難等。在某些實施例中，優選記錄主體的實際答案以及可能的話記錄下他們回答的方式。這可通過多種方式來完成。由於在基線計算時沒有刺激發生，因此可以有主體反應的視覺和/或聲音記錄。該反應隨後可與對應的圖片一起存儲於系統的短期存儲器或長期存儲器中。也可以使用其他記錄方法，這些方法包括使用語音識別軟體來保存主體口頭答案和對應圖像的文本和/或人工錄入和/或檢查主體答案和/或回答的方式。在不背離本發明範圍的情況下，本領域普通技術人員可以想到其他記錄和/或存儲主體反應(答案及回答的方式)的備選方式。
[0079]在大多數情況下，如果主體不能恰當地識別圖像、猶豫了相對長的一段時間不能針對圖像選擇唯一答案、或另一方面在可接受的一段時間內不能清晰識別該圖像，則從認知映射期間使用的圖像組中移除對應的圖像。由於不同的人執行相同的任務所花費的時間長度不同，因此猶豫是很難量化的問題。因此，根據本發明的某些實施例，向主體展示全部初始圖像組，並且在從將要繼續展示的圖像組中刪除圖像之前記錄主體反應。在這種實施例中，系統和/或操作者可以選擇對應於來自主體的最成功的反應的一組圖像。該圖像組可以是預定數量的圖像的，或者僅是全部或部分具有最佳反應的那些圖像。
[0080]在某些實施例中，一旦展示了初始圖像組，並且沒有成功反應的圖像已被刪除後，該處理在一個或一個以上的額外周期裡重複自身。在某些實施例中，若從主體處接收針對特定圖像的至少三次且完全相同的反應，則需要在認知映射中使用的最終圖像組中使用該圖像。然而，必要的成功反應的數量以及反應之間的相似程度可能根據主體的條件和/或其他環境因素而差別很大。
[0081]當第二次或隨後幾次向主體展示圖像時，他們的反應可以如上所述那樣與第一次看到該圖像時的反應相同，或者他們的 反應也可以不同。該差異可出現在例如要求主體反應的時間或答案其本身上。比如，主體可能看到一幅圖片且第一次反應為「杯子」，而第二次反應為「馬克杯」。儘管二者都是他們自己可接受的答案，但是在不受刺激的情況下用戶改變反應的這一事實被認為是語義錯誤，該事實往往就是刪除圖像的原因。
[0082]確定語義錯誤可以多種方式來完成。在某些實施例中，將主體的先前反應或他們反應的部分展示和/或顯示給系統操作者。例如，如果系統採用語音識別軟體，則為操作者展示從一個或多個先前反應中系統識別的單詞。同時或作為備選，系統可以比如通過頭戴式耳機為操作者播放用戶的一個或多個先前反應。之後可以由系統、操作者或其組合來確定反應是相似的、不同的還是完全相同的。類似地，操作者可以鍵入主體的初始反應，並且通過簡單複選框或類似輸入來簡單地指示後續反應是否與初始反應匹配或不匹配。這種系統也可以是完全自動的，並且可包括或不包括操作者檢查或確認相似點或不同處。某些實施例中，可包括或不包括向操作者展示或顯示主體的先前反應中的初始反應和/或一個或多個反應或所述反應中的部分。
[0083]在本發明的某些實施例中，向操作者顯示展示給主體的先前圖像以及當前圖像。這給予操作者一些額外時間來觀察和/或記錄關於主體對先前圖像的反應。同樣地，在某些實施例中，可向操作者顯示不僅是先前圖像的更多圖像(例如其它先前圖像、沒有被完全記錄下反應的圖像、將要出現的圖像、任何所述圖像先前或當前反應的部分反應，或所述反應中的部分)。
[0084]從原始圖像組中確定認知映射期間將使用的最終圖像組的實際方式可以多種備選方式來完成。比如，圖像可因為上述任意原因立即被刪除，或者它們可留在組中並在出現差錯後被多次顯示。類似地，該圖像在一輪中可按一定順序顯示或隨機顯示。該圖像也可僅僅隨機顯示，以便於在其他所有圖像全部顯示前兩幅或多幅圖像可以重複。比如，如果主體對衣著類商品的圖像的正確反應有困難，則系統可以選擇不顯示新的衣著類商品的圖像。
[0085]實際中，在100-150幅圖像的圖像組中，患者能夠對20-100幅圖像進行可接受地反應。基於多種因素，在認知映射中要使用的圖像組的大小差異很大。然而，如果系統的操作者傾向於某一組大小，則一旦獲取了合適的圖像數量，基線的確定結束。
[0086]此外，在本發明的某些實施例中，優選在基線確定期間識別基線指數。該指數可以基於如以下之一或其組合:所顯示的圖像總數、所顯示的唯一圖像的數量、所顯示的每類中(例如機器、人、動作)圖像的數量、錯誤總數、錯誤類型、語義錯誤的數量、猶豫的次數、猶豫的長度、針對同一幅圖像多個錯誤的次數、針對同一圖像的單一錯誤的次數、連續錯誤的次數、沮喪等級、與錯誤的可能性相關的沮喪等級、涉及以上任意和/或任意其他相關數據或信息的百分比或比率。基線指數可以是諸如錯誤數量與所顯示的圖像總數的簡單百分比。基線指數也可以是用於量化主體執行任務的能力的複雜專用公式的結果。根據本發明的某些實施例，基線指數基本上基於與具有完美反應的圖像數量相比主體針對相似圖像做出幾次正確反應之外只出一次錯誤的次數。
[0087]當前系統經常用於患有腫瘤或遭受諸如中風的腦損傷的主體。同樣地，主體可能具有某種程度上的失語症。任何程度上的失語症可以影響主體重複執行任務的能力。對於先前患有失語症的主體，可以放鬆針對認知映射來選擇正確圖像組的條件。該條件被放鬆的程度可至少部分地基於主體的一個或多個基線指數。
[0088]此外，在多個刺激會話期間，可以使用基線指數來監視過程。例如，如果在一個或多個刺激會話後要用與第一組不同的圖像組對主體進行新的基線確定，那麼可將根據第一組圖像計算出的基線與根據第二組圖像計算出的基線進行比較以監視可能的改進。通過計算多個基線指數，比如多個先前和/或多個在後刺激計算，可逐步地移除與主體的失語症的好轉或惡化無關的因素。
[0089]根據本發明的某些實施例，在基線確定期間，可測量從展示圖像的時間到講話起始的時間。可以測量和 /或計算主體的平均時間和/或時間範圍。比如，一般的人在400-700ms內做出反應。然而，人的反應時間可以落在該範圍外和/或在擴大的正常範圍中。當確定在基線確定期間和/或刺激中是否出現了猶豫時考慮該信息。該時間可基於實時或在後續處理中的錄音而得以測量。在某些實施例中，該時間可通過用於確定語言開始的專用工具而得以測量。
[0090]儘管先前示例和實施例是針對記錄和測量音頻反應來進行描述的，但並不是每個主體都能夠發出可以理解的和/或可以記錄的音頻反應。但是，當採用用於檢查講話的意圖或以非可聽取的方式進行反應的裝置時，這裡描述的系統工作方式相同。一個示例是與個體的喉嚨和/或脖子接觸的傳感器，該傳感器足夠敏感以確定主體講話的意圖和/或有意圖的回答。在不脫離本發明範圍的情況下，本領域的技術人員能夠想到針對極端主體情況的種種修改。
[0091]根據本發明的某些實施例，在認知映射前執行多次(例如，兩次或更多次)上述基線確定。可以用相同的、相似的、部分相似的、或不同的初始和/或所選圖像組來執行所述隨後的基線確定。
[0092]就圖3中所描述的系統而言，認知包140可以例如與TMS系統130分開使用來確定主體的言語基線。使用如圖所示的移動認知包140，可以在諸如辦公室或預治療室中確定主體的言語基線，並且之後進入設有用於言語映射的TMS系統的房間。另一個選擇是在可以確定主體言語基線的特定位置處放置固定認知包或其他合適的裝置。之後可將該信息加載到可移動存儲介質上，或者可以電的方式傳輸或加載至映射系統中。
[0093]在上述任意示例中，確定主體言語基線的系統可以是全自動的或者是主體運行而不涉及任何操作者輸入。在這種實施例中，言語基線甚至可以由用戶在家確定，比如通過使用在具有網絡攝像裝置的計算機上安裝的程序，或者通過使用可以由具有網絡攝像裝置的計算機或自助服務終端訪問的網站。
[0094]一旦言語基線已知，並且輸入了比如反應時間、認知參數、某展現資料的移除、主體反應的標記等準確的信息以及主體MT，則可以設定言語映射參數212。儘管當前圖4顯示的MT在言語基線前被確定，但是如就圖5而言將要討論的，這兩個步驟可以互換。
[0095]言語映射214以初始參數開始。該初始參數可以是預設參數，或者它們可基於屬於主體或主體組的系統中的任何或全部信息。操作者使用初始參數在大腦的疑似言語區域開始映射。通常，映射包括:當向主體展示資料時刺激大腦的特定部分，並在刺激過程中讓主體嘗試說出資料的名稱；確定被刺激的特定部分是否用於講話；使用結果標記特定部分；以及刺激大腦的其他特定部分直到區域被充分映射。
[0096]在言語映射214中，言語區域中大腦的一些特定受刺激部分應對講話功能造成不適影響，而其他區域則不會。在刺激了幾個或更多特定位置後，應當計算該結果218，以便於確定在主體中該刺激是否產生了所期望的結果。
[0097]TMS可對主體認知功能產生一些不同的顯著影響。具體而言，涉及講話功能時，大腦某些部分的TMS可引起至少一些影響，這些影響在Corina, D.P.等人在「大腦和語言(2010)上」發表的名為「皮層刺激映射中的命名錯誤的分析:對於語言表達模型的意義，，(Analysis of naming errors during cortial stimulation mapping:Implicationsfor models of language representation.Brain & Language (2010), do1:10.1016/j.bandl.2010.04.001) 中有詳細描述，該文獻通過引用合併於此。
[0098]無反應錯誤一該刺激可導致控制講話功能的肌肉不起作用。通常，在刺激期間經受這種影響時，主體將嘗試發音，並且意識到他們無法形成或清晰表達詞語。然而，在刺激就要開始前或結束後，主體講話功能是正常的。該刺激也可阻止主體識別圖像或者阻止其給圖像命名。在這種情況下，主體可繼續觀看主體顯示器，而不以任何方式對展現資料做出反應。
[0099]轉換詞語或語義性錯語一該刺激可以使得主體在詞語相互轉換或替換。比如，可能向主體顯示一幅貓的圖像，而在刺激期間他們可能說成狗或汽車。該主體可能無意識地進行替換，並且意識不到其說錯或者可能知道該轉換。由於詞語的轉換具有顯著影響，因此在基線確定期間採用大腦在講話功能方面的特定部分很重要，以便於確保主體可以清楚地識別一個展現資料。如果在言語基線確定期間，向主體多次顯示一幅圖像而主體的反應不同，則這是一個很好的將該圖像移除的理由，以便清楚檢測詞語的轉換。比如，如果多次顯示汽水的圖像，而主體的反應一次是「汽水」，下一次是「罐頭」，則該圖像應該被移除。
[0100]新語症一類似於詞語的轉換，該刺激還可以導致主體說出難以理解的、不完整的、結巴的或模糊的詞語。該刺激的言語結果可能與基線反應相似，但是在某些方面明顯被改變。為了確保該言語映射儘可能準確，操作者或部分系統應當特別注意所刺激言語結果與基線反應之間的關係，以檢測任何顯著的不同。此外，還應當考慮主體整體言語的異常。比如，如果在基線確定期間主體偶爾模糊地念出詞語或結巴，則僅因為在基線確定期間該主體在某幅圖像上沒有明顯結巴，並不一定說明由於在刺激時他們在該圖像上結巴，而得出大腦的該特定部分與語言相關。在這種情況下，當時或之後使用相同或不同的展現資料件來重新刺激大腦的特定區域很有用處。
[0101]操作者或系統應當考慮到刺激期間可注意到的其他言語特性。操作者或系統應當考慮所有反應，並將其與主體基線對比以確定言語映射是否有效。在結果評估216中，如果例如沒有刺激產生效果，並且映射沒有完成218，則可確定所用的言語映射參數是否可接受和/或合適220。
[0102]如果確定步驟220中確定該參數是可接受的，則言語映射可以照舊或者優選在新位置或新區域繼續214。如果確定該參數是不可接受的，則設置新參數212，並且言語映射可在新的區域或優選相同的區域開始。一旦確定完成針對會話的言語映射218，則該言語映射結束222。
[0103]在認知映射期間，映射大腦的一個或多個區域和/或範圍，以便於確定在所述區域中和/或範圍內大腦的區域的體積表示，該區域和/或範圍有的負責認知功能，有的不負責認知功能。如上所述，經常有種情況是陰性反應區域比陽性反應區域更準確。此外，存在對主體的反應的誤讀。因此，在本發明的某些實施例中，多次刺激大腦的特定區域，並記錄針對每次刺激的反應。
[0104]當多次刺激相同點時，通常有利的是在一段時間內將該多次刺激擴展，以確保沒有來自相同或相鄰點的先前刺激的延遲影響。此外，當一次或多次顯示不同圖像時，多次刺激相同點可能比較好。
[0105]為了跟蹤映射的進展，可以有一個或多個程序或工具來協助操作者。根據本發明的某些實施例，有用於跟蹤每個位置被刺激的次數的自動的、或手動的工具。此外，所述工具可以表示其他數據，比如來自每`個位置的反應和/或自上次刺激和/或上次相鄰刺激起的實際或相對的時間長度。
[0106]該工具可以是針對每個位置、區域、範圍或其組合的基本的計數器。基本工具也可包括由系統的操作者在解剖模型基礎上產生或繪製的網格。該工具隨後可針對網格的區域如網格框、線條、交叉點或扇區來表示刺激的總次數。基本工具也可以表示如上所述的額外信息，或者對系統操作者有價值的其他信息。工具可表示位置或區域何時接收到用於檢查結果的可接受級別的刺激，和/或在某時間段內何時接近或達到針對該區域的最高級別的刺激。
[0107]該工具還可以進行改進以指示下次要刺激的一個或多個優選位置。在本發明的某些實施例中，在確定建議後續刺激的位置時，該工具考慮位置、鄰近位置以及更大相關區域和範圍的刺激的過往結果和數據。該工具還可考慮所使用的圖像，並建議或自動選擇在下次所指示的位置處展示的用於刺激的圖像。
[0108]根據本發明的某些實施例，在確定是否驗證了關於某區域的參與的確定中，工具也可考慮先前結果。比如，由於陰性反應比陽性反應更準確，如果區域具有例如三個陰性反應，則可以認為其被驗證沒有參與到認知功能中。然而，同樣的工具可以確定三個陽性反應不足以驗證該區域參與到認知功能中，因此可能需要諸如四個陽性反應以驗證該參與。明顯可以做出其他的擴展和變形。例如，如果位置引起混合反應，如一個陰極反應，隨後是兩個陽極反應，該工具可以指明有必要更徹底地測試該位置。如果該區域處於大腦的認知與非認知功能部分之間的邊界區域上，那麼也可以出現上述情況。
[0109]工具也可以包括圖解集，該圖解集包括來自在先刺激和/或在先刺激的後續處理或其他映射方式的在先數據。這種圖解集可用來識別進行重複測試的特定位置以便例如確認結果、或檢查變化/改進。這裡枚舉的工具僅表示適用工具的非限制性示例。可使用採用系統可得到的信息的工具和可協助認知映射過程的工具的多種變形，這些變形在這裡均涵蓋描述並且不背離本發明的範圍。
[0110]在部分自動或全自動的狀態中，認知映射期間可使用如上所述的工具來指導TMS線圈或裝置和/或刺激的一些或全部定位。
[0111]圖5顯示了針對言語映射的示例方法240，其與就圖4而言所描述的方法200相似。在開始242時，記錄主體/患者的基線表現244。在本示例中，向主體顯示物體的一系列圖片，並向主體提交儘快地說出圖片中的物體的名稱的任務。可以由操作者記錄和/或由一個或多個攝像裝置和/或麥克風自動地記錄主體的反應以及反應時間。
[0112]在一個示例中，每幅圖片均顯示預定的時間長度，在此之後，在展示下一幅圖片前，在第二預定的時間長度 裡顯示黑色圖像、空白圖像或參考屏幕。在某些實施例中，可以連續地顯示圖像，即它們之間沒有空白或黑色圖像。每幅圖片被展示的預定的時間長度優選是固定的，並且這裡稱為圖片展示時間。圖片之間的預定的時間長度優選是固定的，並且這裡稱為圖片間間隔(IPI)。預設時間的示例有:根據患者執行任務的能力，連續圖片之間的間隔(IPI)在2-5秒範圍內，，展示時間大約700毫秒，以及圖片刺激延遲在200-400毫秒範圍內。
[0113]確定主體執行任務的能力246，並且如果主體不能滿意地執行任務的話，則調整任務的至少一個參數248。主體不能滿意地執行任務的示例有:根本不能識別一幅或多幅圖片、不能針對一幅圖像給出清晰的名字、在圖片展示時間內不能識別一幅或多幅圖片、在圖片展示時間內或圖片展示時間與IPI的組合內不能命名圖片、因快速或迅速連續展示的圖片而變的緊張等。可被改變以使主體能夠執行任務的參數是調節IP1、展示時間和/或移除困難的或棘手的圖片。
[0114]儘管優選的是每次僅調節一個參數，但是在步驟248中可以同時調節多個參數。一旦設定優選的是記錄了新的參數，那麼就使用新參數來記錄基線表現244，並且又開始確定患者是否可以滿意地執行任務246。如上所討論，不需要任何腦刺激來執行基線任務記錄。因此部分或整個過程可以在遠離TMS系統和/或不與其連接的情況下而進行。
[0115]在基線確定和映射期間，有利的是可向圖像的展示或任務的執行額外增加一個或多個提示或觸發器。比如，有利的是可將圖片與呼吸和/或眨眼進行同步。如果在主體自然吸氣、眨眼或執行一些其他有意識或無意識的活動時顯示圖片，那麼這可能影響反應中的某部分，如反應時間差異性。因此，根據本發明的某些實施例，提供針對活動如呼吸或眨眼的提示，這些提示針對圖像展示或任務而言與之同步。
[0116]提示可採取諸如音頻、視頻或觸覺提示的形式。使用嘟嘟聲、屏幕閃爍、一股空氣、光、壓力或其他類型的提示來告訴主體去執行某個動作。然後，系統可展示圖像或要求主體在充足的後續時間內執行任務，其中該活動很明顯不會干擾主體反應。這些提示可以設置成以預定的時間或間隔出現。如果操作者認為必要，它們也可以由操作者初始化。此外，系統可以如通過音頻或視頻記錄，自動檢查主體的如眨眼和呼吸的無意識行為，並使圖像的展示或任務進行相應同步使得所述活動不會影響該反應。
[0117]一旦基線任務記錄結束，則可以如先前所討論的那樣記錄運動閾值。此外，這時可以執行其他TMS過程。比如，在言語映射前可以執行運動映射和/或手部運動區域映射。
[0118]使用預設參數開始言語映射252。作為預設使用的典型刺激參數是頻率為5-lOHz的2-10個脈衝和90-130%的主體MT的強度。比如，5個7Hz頻率的脈衝以及120%的MT強度很適於用作預設的刺激參數。但是，合適的參數可以在比如頻率為1-400HZ的1-100個脈衝以及1-120%的主體MT的強度範圍內。在某些實施例中，使用高頻突發來代替單個的脈衝。高頻突發的範圍可以是200-1000HZ，並且可以在每個突發中包括2至10個脈衝。此外，用於刺激的預設圖片展示參數如圖片展示時間、IPI等應當基於主體言語基線。
[0119]可以使用成對脈衝(也稱為雙脈衝)或高頻突發以增加主體對刺激的反應或對更有效地打斷正在進行的認知腦過程。第一成對脈衝或脈衝突發與之後的成對脈衝或脈衝突發的強度可以相同、大體相同，或者第一脈衝可以具有比第二或之後脈衝更高或更低的強度。
[0120]可以使用雙相雙脈衝刺激代替一系列RTM刺激脈衝。雙相雙脈衝包括或由兩個全竇波構成。一旦通過刺激線圈傳遞了第一雙相竇波脈衝被，則第二雙相竇波脈衝也得以傳遞。
[0121]儘管第二脈衝可以典型地具有相同的或更大的幅度，但是實踐證明，通常優選的第二脈衝具有比第一脈衝更小的幅度。針對雙脈衝的脈衝間間隔通常基於所期望的生理效應來選擇。通常，短脈衝重複間隔與長重複間隔具有相反的效果。比如，在經顱磁刺激中使用的雙脈衝可以具有如對應於重複頻率為50Hz-1000Hz的1-20毫秒範圍內的脈衝間隔。
[0122]由於現有技術的限制，在刺激中，雙相雙脈衝的兩個脈衝之間有短停頓。該停頓部分是因第一脈衝必須返回線 圈而引起。停頓的長度上的一個限制是在TMS裝置和/或線圈中使用的任何切換器的速度。另一個限制是在脈衝之間對電容器再充電所必須的時間量。比如，停頓的時長在0.1-15毫秒之間。使用帶有必要的電容器或電容器組以及切換器構造的TMS裝置可以在物理上儘可能地、至少部分地減少或抵消該停頓，以便於在第一雙相脈衝後釋放第二雙相脈衝而不需要再充電或在脈衝之間輕微再充電。此外，若操作者需要，則具有相同持續時間的停頓如0.1-15毫秒可以設計到雙相雙脈衝中。
[0123]在使用雙相雙脈衝的刺激期間，有利的是在O相或中線相位(即非陽性或陰性相位)開始每個脈衝。雙相雙脈衝中第一與第二脈衝的峰值幅度之間的總持續時間的示例為
3、7和15毫秒。此外，第一與第二脈衝的峰值幅度之間的差異的示例性範圍是第二脈衝比第二脈衝弱5-50%。但是，這些參數僅是有利的，由本領域的普通技術人員對其進行的修改仍然落入本發明的範圍內。
[0124]通常，可以就脈衝刺激的其他方法如上所描述的確定和修改第一脈衝的幅度。比如，當使用雙相雙脈衝時，在為如認知映射的情況確定初始刺激級別時，將MT作為基線和/或嚮導來確定和使用。使用雙相雙脈衝的好處之一是，為了引起針對主體的相同或更強的反應，雙相雙脈衝的第一脈衝的幅度可以小於一個或多個單相脈衝的幅度的15-30%。在某些情況下，當主體的單相刺激MT確定後，使用具有比主體的單相刺激MT小18-20%的第一幅度的雙相雙脈衝可以引起比預期強10倍的反應。
[0125]使用雙相雙脈衝帶來了幾方面的有利之處。比如，因為來自雙相雙脈衝的脈衝的絕對幅度可以比由相似的單相或一系列單相脈衝所需要的幅度小，所以針對主體和操作者的總照射可得以限制。類似地，峰值幅度的減少可以降低大腦細胞上的溫升。另一個示例是所減少的峰值幅度可以減輕表層肌肉和頭皮上刺激的消極影響。此外，由於雙相雙脈衝的效果比單相脈衝刺激的效果好比如10倍或更多，因此延長刺激結束與主體講話開始之間的時間，可以減少單個刺激中脈衝的絕對數量。這可以保證主體講話與刺激之間很少重疊或不重疊，使得講話開始的檢測更加簡單並且更加可靠。另外，另一個優點是由雙相雙脈衝引起的更強反應可以為認知結果增加更高的可信度，例如減少假的陰性結果。
[0126]成對脈衝和/或高頻突發允許更容易地檢測來自刺激的效果。可以在如上所描述的涉及典型刺激參數的單個刺激脈衝組中使用一個或多個所述成對脈衝或高頻突發。因此，通過它們的使用，操作者可以更容易地確定受刺激的範圍是否具有講話功能。
[0127]在許多例子中，操作者靠其自身來檢測確定主體的語言或認知功能是否被改變是很困難的。此外，對於許多系統資源(處理能力、帶寬等等)，實時且高效地分析主體的反應甚至是很困難或很耗時的。因此，通過由系統收集的信息和數據，比如在刺激和基線確定期間主體的視頻和/或音頻記錄可以之後分析和/或在遠處通過在後分析來分析主體的反應。
[0128]可以將用於刺激的圖片展示參數看做是刺激參數或獨立的參數組。比如，如果系統由諸如終端102進行中央控制，則其可以被看做是單獨的參數組。然而，如果系統的控制是比如在終端102和認知包140之間共享的，則刺激參數可用於終端102，而獨立的圖片展示參數可用於認知包140。
[0129]之後測試疑似講話功能的區域254。該區域可以由操作者選擇，或者它可以是由諸如NBS或導航軟體的系統選擇的區域`，該區域在如操作者NBS顯示器106上向操作者展示以進行測試。之後，當向主體展示圖片時刺激該區域，並檢測主體響應於該刺激是否有表現誤差256。
[0130]刺激圖片展示以及反應監視的時序很重要。目前可得到幾種不同的同步與控制處理的方式。在一種方法中，終端102控制時序，並且將第一觸發器發送至TMS108以通過刺激裝置110來自動產生刺激。之後，根據刺激裝置110的刺激終端102使得主體顯示器114每次顯示所期望的圖片。
[0131]該刺激與該圖片的展示的時序之間的關係可以是刺激與展示在同一時間點開始，或者該展示比刺激的開始稍早一點或晚一點。此外，圖片的展示可以持續與刺激相同的時間長度，或者可以比刺激的長度稍短一些或長一些。時序關係的一個示例如下:在時間T=O毫秒時，展示開始。在τ=300毫秒時刺激開始(PTI=300ms)，並在T=700毫秒時展示停止。
[0132]可用的另一種方法是時間同步，其為系統的必要元素。如果TMS108與至少認知軟體和終端102時間同步，則終端102可向TMS108和認知軟體發送消息以在特定時間進行刺激和展示。如果認知軟體是認知包140的一部分，則這種方法很有效。
[0133]如果操作者主要控制會話，如測試位置選擇、ΙΡΙ，則系統的控制如如這裡討論的時間控制可以由導航軟體處理。如果認知軟體控制會話如測試位置選擇、ΙΡΙ，則系統的控制如如這裡討論的時間控制可以由認知軟體處理。在之後的情景中，如果認知軟體控制會話，並位於認知包140內，則在言語映射期間，認知包可以是系統的主要控制器。
[0134]雖然操作者可負責監視映射期間主體的反應，並且之後輸入該反應或者所檢測到的表現誤差的指示，但是也可以通過系統如攝像裝置116或146來進行主體反應的監視。當使用記錄裝置來監視主體的反應時，則記錄裝置和/或所記錄資料的回顧/分析應當與該刺激協調。這可以通過將記錄裝置和/或所記錄的資料與如上所討論的系統的其他部分進行時間同步來完成。此外，該記錄裝置通過由系統的部分如終端102、導航軟體或認知軟體發送的觸發器來啟動。另一種觸發記錄裝置的方法可以是如在刺激期間由刺激裝置110產生的聲音。刺激裝置110的聲音的識別如可以初始化記錄，或者可以標記所記錄的資料，以便於指示在主體的大腦該點上受到了刺激。
[0135]如果檢測到了表現錯誤，則操作者可以將區域標記為涉及講話功能258。如果系統檢測到錯誤，則系統也可以自動標記該區域。當系統自動檢測用戶錯誤時，同時也可以有操作者複查。例如，如果系統檢測出錯誤，而操作者對該錯誤不確定或認為所確定的錯誤歸因於除刺激外的其他事情，則操作者可以覆蓋該標記和/或繼續重新測試該部位。只要得到滿意的刺激結果，則操作員將移動刺激裝置110至新位置260，並且再次執行刺激以測試下一個疑似講話功能的區域。
[0136]在一個實施例中，認知程序控制言語映射的流程。該認知程序設置IPI，並通過顯示器向操作者指示下一個疑似言語區域的位置以及發生下一次刺激的時間。在這種實施例中，儘管操作者能夠覆蓋設置流程，但是他們的主要職責是在足夠的時間內根據NBS顯示器106為下一次預定的刺激來準確地調節刺激裝置。認知程序可以有預定的一組點如網格，操作者連續的或通過其他設定順序來關注這些點。根據至少一個先前刺激，認知程序也可以選擇下次刺激的順序或特定位置。
[0137]一旦發生了刺激且沒有檢測到表現誤差256，則由操作者或系統的部分來確定所期望的範圍是否完全映射262。為了完全映射大腦中針對講話的區域，大腦中感興趣區域應當包含表明與講話相關的一組標記的位置，該位置由表明與講話無關的幾個標記的位置包圍。因此，如果沒有檢測到 表現誤差，並且沒有完全映射感興趣區域264，則通過刺激另一位置來繼續該過程。
[0138]在某些情況中，在步驟264中可能確定沒有檢測到表現誤差，則感興趣區域被完全映射，但是講話映射並沒有完成。比如，如果認為感興趣區域與講話相關，但是沒有檢測到表現誤差，則問題可能出在所用的刺激參數中。這種情況下，之後改變一個或多個刺激參數，並重新測試區域(通常是一個相同的先前區域)。
[0139]如果在應當與語言相關的區域中沒有檢測到表現誤差，可以從刺激頻率、IP1、刺激強度、TMS間隔、圖片TMS間隔(PTI)、脈衝模式、脈衝數量和/或圖片展示時間中選擇一些可以修改的刺激參數。當修改刺激參數時，優選的是一次只修改一個參數。此外，優選的是以圖5的步驟266中所示的順序改變參數。
[0140]在根據圖5的一個實施例中，在步驟264中第一次確定在步驟266中要修改刺激參數，刺激頻率上升。刺激頻率上升的量基於當前參數的餘項而改變或以預定數量改變。一個示例是，第一頻率提高可以是5Hz，並且可以上升至7Hz至10Hz。如果該過程繼續，並且在步驟264中進行一定數量的測試後，再次確定刺激參數不滿足需要，則可以再次提高頻率，或可以調節下一個參數，本示例中為IPI。[0141]在本示例中，要調節的刺激參數鏈為:提高刺激頻率，然後縮短IPI(比如以0.5秒縮短)，然後增加強度(如以主體MT的百分比或以如10V/m的預定數量增加)，然後縮短PTI(如以50毫秒縮短)，以及最終通過縮短圖片的顯示時間(如以50毫縮短秒)。可以按順序地完成該刺激鏈，如第一次提高頻率，第二次縮短IPI，第三次增加強度，第四次縮短PTI，第五次縮短展示時間，第六次提高頻率，第七次縮短IPI，等等。
[0142]該刺激鏈也可以在頻率提高了預定次數或提高至預定極值的階段中執行，然後該鏈移動至縮短IPI預定次數或縮短IPI到預定的極值的下一個階段，等等。雖然在按照階段執行該刺激鏈時，優選每次只做一次修改，但是如果按照以下方式做會有利:頻率在某第一級別開始連續地增長至極值(或預定次數)，並且之後降低頻率至低於極值但高於第一級別，並隨後通過調節下一個參數來繼續處理等等。
[0143]這裡所描述的刺激鏈僅是示例，並且以這裡沒有明確描述的其他方法來修改刺激參數並不背離本發明的範圍。一旦刺激參數正確設置，並且在特定會話期間要映射的大腦區域確定完成262，則言語映射結束268。這時，可以將映射數據存儲或加載至系統中的硬碟中，比如終端102或142上的非暫時的計算機可讀存儲介質。此外，包括或不包括諸如MT、言語基線、刺激參 數等的映射數據可以被加載至外部的或可移動硬碟上，或遠端伺服器上。所述信息之後可以由相同或其他系統用來重新映射、檢測或使用數據。
[0144]本發明並不局限於這裡公開的示例與實施例。這裡沒有明確公開的多種變形和實施例對本領域的普通技術人員是顯而易見的，並不背離本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種認知映射的方法，包括以下步驟:響應於任務的提出，確定來自主體的認知基線反應；當使用通過經顱磁刺激(TMS)線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，再次向主體提出任務；比較主體對任務的基線反應與在刺激過程中的主體表現；以及確定被刺激的大腦區域是否涉及認知功能。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括如下步驟:在使用TMS線圈裝置產生的磁場來刺激一個或多個大腦區域時，相應地一次或多次向主體提出任務；比較主體對任務的基線反應與在刺激過程中的每個主體表現；確定被刺激的一個或多個大腦區域是否涉及認知功能。
3.根據前述任一項權利要求所述的方法，進一步包括以下步驟:當使用通過具有第一參數 組的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，向主體提出任務，其中，如果在主體基線與刺激過程中的主體表現間沒有檢測到表現誤差，則改變第一參數組中的至少一個參數；並且當使用通過具有新參數組的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激相同的大腦區域時，向主體提出任務。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，參數組從以下組中選擇:刺激頻率、圖片間間隔、刺激強度、圖片TMS間隔、脈衝模式、脈衝數量和圖片展示時間。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其中，僅改變一個參數。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的方法，其中，如果在使用新參數組的刺激過程中，在主體表現之間沒有檢測到表現誤差，則改變新參數組中的至少一個參數，並且當使用通過具有更新的新參數組的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激大腦的相同區域時，向主體提出任務。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，重複該過程直到確定被刺激的區域沒有涉及認知功能。
8.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，映射被刺激的大腦區域。
9.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，TMS線圈與導航腦刺激(NBS)系統結合起來工作。
10.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，被刺激的大腦區域是疑似涉及認知功能的區域。
11.根據權利要求8-10中任一項所述的方法，其中，被刺激的大腦區域是主體大腦的表面上或其中的特定點。
12.根據權利要求8-11中任一項所述的方法，其中，該映射是三維映射。
13.根據權利要求8-12中任一項所述的方法，其中，在選自標準大腦模型的大腦模型、等同於主體大腦的大腦模型或特定於主體的大腦模型的大腦模型上映射主體的認知功能。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，在至少部分基於主體大腦的MRI的特定於主體的大腦模型上映射主體的認知功能。
15.根據權利要求8-14中任一項所述的方法，其中，由與映射相關聯的系統的部分來選擇要刺激的大腦區域。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，基於至少一個先前刺激的結果來選擇要刺激的大腦區域。
17.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，該方法用來映射主體大腦區域的認知功能。
18.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，確定被刺激的大腦區域是否涉及認知功能進一步包括，確定大腦區域涉及到認知功能的程度。
19.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，認知功能從以下組中選擇:講話功能、語言表達功能、工作記憶功能、決策功能。
20.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，任務是向主體展示一系列圖像，並且要求主體對這些圖像命名。
21.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，任務是向主體提出一系列圖像、聲音和/或問題，並且要求主體響應每次提出的任務。
22.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，在刺激由認知單元自動完成期間，比較主體針對任務的基線反應與每次主體表現。
23.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，基線反應是沒有任何刺激的主體反應。
24.根據權利要求1-22中任一項所述的方法，其中，基線反應是在刺激期間主體針對任務的早期反應。
25.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，由認知單元自動完成被刺激的大腦區域是否涉及認知功能的確定。
26.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，向主體提出多於一個的任務。
27.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，針對每個被刺激的大腦區域，向主體提出不同的任務。
28.根據前述任一項權利要求所述的方法，進一步包括在通過TMS線圈裝置刺激主體大腦前確定主體運動閾值或失語閾值的步驟。
29.根據權利要求28所述的方法，其中，操作具有參數組的TMS線圈，其中參數組包括主體運動閾值或失語閾值的1-110%的刺激強度。
30.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，操作具有參數組的TMS線圈，其中參數組包括在I到100之間的針對每次刺激的刺激脈衝的數量，優選在2到10之間。
31.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，操作具有參數組的TMS線圈，其中參數組包括在I到IOOHz之間的脈衝頻率，優選在5至IOHZ之間。
32.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，操作具有參數組的TMS線圈，其中參數組包括10毫秒到1.5秒的圖片TMS間隔(PTI)，優選在100毫秒到500毫秒之間，最優選的是300毫秒。
33.一種執行前述任一項權利要求所述的方法的系統。
34.一種電腦程式產品，其上存儲了用於使處理器執行根據前述任一項權利要求所述的方法的計算機可讀指令集。
35.一種用於使處理器執行根據前述任一項權利要求所述的方法的暫時性或非暫時性的計算機可讀媒介。
36.一種用於認知映射的系統，包括: 經顱磁刺激(TMS)線圈裝置； 與所述TMS線圈裝置連接的激勵控制，其能夠使所述TMS線圈裝置產生磁場； 用於向主體提出任務的展現顯示器； 至少一個具有一個或多個處理器的終端，所述一個或多個處理器配置成執行以下步驟: 響應於任務的提出，確定、記錄和/或輸入來自主體的認知基線反應； 在使用通過(TMS)線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，通過展現顯示器向主體提出任務； 比較針對任務的主體基線反應與在刺激過程中的主體表現；以及 確定被刺激的大腦區域是否涉及認知功能。
37.根據權利要求36所述的系統，其中，至少一個或多個處理器進一步配置成執行以下步驟: 當使用通過具有第一參 數組的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激大腦區域時，向主體提出任務， 其中，如果在主體基線與刺激過程中的主體表現之間沒有檢測到表現誤差，則改變第一參數組的至少一個參數；並且 當使用通過具有新參數組的TMS線圈裝置產生的磁場來刺激相同的大腦區域時，向主體提出任務。
38.根據權利要求37所述的系統，其中，一個或多個參數在激勵控制中改變。
39.根據權利要求36-38中任一項所述的系統，進一步包括: 至少一個追蹤裝置，其用於追蹤與主體頭部相關的TMS線圈的位置。
40.根據權利要求39所述的系統，進一步包括一個或多個配置成用以執行導航腦刺激的處理器。
41.根據權利要求36-40中任一項所述的系統，進一步包括用於監視主體對刺激的物理反應的裝置。
42.根據權利要求41所述的系統，其中，所述裝置為EMG。
43.根據權利要求36-42中任一項所述的系統，進一步包括能夠記錄主體針對所提出的任務的反應的攝像頭。
44.根據權利要求43所述的系統，其中，攝像頭包括麥克風。
45.根據權利要求43或44所述的系統，其中，比較針對任務的主體基線反應與在刺激過程中的主體表現，其包括認知單元中的一個或多點處理器，其配置成比較在基線確定期間由所述攝像頭記錄的針對特定任務的主體反應與在刺激過程中由所述攝像頭記錄的主體反應。
46.根據權利要求43-45中任一項所述的系統，其中，來自攝像頭的反饋信息存儲在與系統相關的計算機可讀媒介上。
47.根據權利要求46所述的系統，其中，計算機可讀媒介為一個或多個所述終端上的硬碟。
48.根據權利要求43-47中任一項所述的系統，其中，來自攝像頭的反饋信息與主體上施加的刺激相協調。
49.根據權利要求48所述的系統，其中，所述協調是進行時間同步。
50.根據權利要求36-49中任一項所述的系統，進一步包括操作者顯示器。
51.根據權利要求50所述的系統，其中，一個或多個處理器配置成在所述操作者顯示器上來提供導航顯示，其展示來自TMS線圈裝置在大腦模型上的刺激而投射的三維磁場。
52.根據權利要求50或51所述的系統，其中，一個或多個處理器配置成在所述操作者顯示器上展示已受到刺激的主體大腦的一個或多個點以及涉及到所述認知功能的每個位置的範圍的指示。
53.根據權利要求1-32中任一項所述的方法，其中，在刺激前確定多個認知基線反應。
54.根據權利要求1-32和53中任一項所述的方法,其中,確定一個或多個認知基線反應包括在以後認知基線確定和/或刺激過程中，選擇一組最成功的圖像來進行顯示。
55.根據權利要求54所述的方法，其中，所述最成功圖像是那些在同一認知基線確定過程中具有至少兩次相同反應的圖像。
56.根據權利要求54或55所述的方法，其中，具有陰性反應的任何圖像在刺激過程中不適用。
57.根據權利要求1-32和53-56中任一項所述的方法，其中，在基線確定過程中，確定針對主體的平均言語起點。`
58.根據權利要求1-32和53-57中任一項所述的方法，其中，在基線確定過程中，確定針對主體的言語起點的正常範圍。
59.根據權利要求57或58所述的方法，其中，所述確定的針對主體的言語起點用來確定用於刺激和/或後續基線確定的至少一個初始參數。
【文檔編號】A61B5/04GK103429146SQ201280011602
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月5日 優先權日:2011年3月3日
【發明者】屠奧馬斯·內烏沃寧, 亨利·漢努拉, 古斯塔夫·涅菲特 申請人:奈科斯迪姆公司