神经调控系统和方法与流程

1.本技术涉及神经科学领域，更具体地说，涉及一种神经调控系统和方法。


背景技术：

2.目前，已有利用神经振荡或神经夹带的方式对神经系统进行调控的技术手段。夹带(entrainment)被用来描述物理和生物系统之间通过相互作用同步它们的周期性和节奏的过程。例如，作为外部刺激的声音和光的振动可以引发神经群以相同的频率进行同步电活动。举例来说，听音乐的时候不由自主地随着音乐的节拍用手指敲击，就是音乐节拍通过听觉系统夹带大脑中的控制运动的神经元并产生相同频率的神经活动产生的现象。
3.利用神经夹带或神经振荡，可以通过施加预定频率的外部刺激信号，使神经系统可以在足够长的时间范围中受到作用或影响，以使神经系统内以相同的频率产生振荡生物电信号(如脑电波)，进而实现对神经系统的调控。
4.然而，在利用神经振荡或神经夹带对神经系统进行调控的传统方式中，通常专注于寻找夹带刺激信号最佳的频率范围或频率点，以期望获得良好的调控效果。这种传统的方式不可避免地忽视了神经系统的复杂性，更是忽视了神经系统内部之间的关联性。正是因为该技术偏见的存在，导致对神经系统的调控效果有限，难以进一步得以提升。


技术实现要素：

5.为至少在一定程度上克服上述缺陷，本技术提出了一种神经调控系统，该神经调控系统包括：外部刺激发生装置，该外部刺激发生装置用于产生外部刺激，并施加给使用者的神经系统；其中，所述外部刺激发生装置用于产生两个或两个以上不同的外部刺激，每个外部刺激在所述使用者的神经系统中具有各自不同的靶向区域，所述两个或两个以上不同的外部刺激在各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡，所述两个或两个以上不同的外部刺激之间具有第一耦合系数，该第一耦合系数为可调节的。
6.此外，本技术还提供了一种神经调控方法，该神经调控方法包括：产生外部刺激，并施加给使用者的神经系统；其中，所述外部刺激包括两个或两个以上不同的外部刺激，每个外部刺激在所述使用者的神经系统中具有各自不同的靶向区域，所述两个或两个以上不同的外部刺激在各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡，其中，所述两个或两个以上不同的外部刺激之间具有第一耦合系数，该第一耦合系数为可调节的。
7.本技术的发明人经过大量艰苦的科学研究活动后发现，传统方案中存在一种技术偏见：致力于寻找夹带刺激信号的最佳频率范围。究其原因就在于，没有重视神经系统内部的关联性。
8.具体来说，人脑在执行一种例如认知任务时，并未单个区域独立工作，而是通过不同脑区的不同神经网络进行复杂和动态的交互完成的。因此，认知活动和多个不同脑区的多个相同或不同的神经振荡相关。例如，工作记忆同时和大脑额叶的theta振荡以及大脑额叶和大脑边缘系统的gamma振荡相关。例如，大脑在完成工作记忆的过程中，theta波的相位
和gamma波的强度有耦合关系，这种关系称为theta-gamma-耦合。再如，在大脑完成抑制任务时，alpha脑电波的相位和强度，与gamma脑电波的强度有耦合关系。
9.因此，传统的神经夹带刺激方式仅针对大脑的某单个区域实现神经振荡，即便是对多个区域实现神经振荡，但这几个区域却不是执行该认知任务所涉及的区域，更谈不上产生耦合关系。基于这种技术偏见，所带来的技术缺陷就是导致神经系统的调控效果受到天花板样的限制，难以进一步进行提升。
10.而根据本技术的技术方案，通过提供所述两个或两个以上不同的外部刺激且彼此之间具有可调节的第一耦合系数，从而在神经系统中各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡。因此，本技术的技术方案注意到神经系统内部的关联性，从而进一步提升调控效果。
11.本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
12.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术。在附图中：
13.图1和图2为根据本技术不同的优选实施方式的神经调控系统的架构图；
14.图3为根据本技术优选实施方式的神经调控系统和方法的框架图。
具体实施方式
15.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术的技术方案。
16.如图1所示，本技术提供的神经调控系统包括：外部刺激发生装置，该外部刺激发生装置用于产生外部刺激，并施加给使用者的神经系统；其中，所述外部刺激发生装置用于产生两个或两个以上不同的外部刺激，每个外部刺激在所述使用者的神经系统中具有各自不同的靶向区域，所述两个或两个以上不同的外部刺激在各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡，其中，所述两个或两个以上不同的外部刺激之间具有第一耦合系数，该第一耦合系数为可调节的。根据本技术的技术方案，提供彼此之间具有可调节的第一耦合系数的多个不同的外部刺激，能够在神经系统中各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡。因此，本技术的技术方案注意到神经系统内部的关联性，从而进一步提升调控效果。
17.所述外部刺激发生装置可以是用于产生光刺激信号的光刺激发生装置、用于产生声音刺激信号的声音刺激发生装置、用于产生振动刺激信号的振动刺激发生装置、用于产生电刺激信号的电刺激发生装置、用于产生压力刺激信号的压力刺激发生装置、用于产生空间定位刺激信号的空间定位刺激发生装置中的至少两个和/或至少两种。因此，所述外部刺激可以为光刺激信号、声音刺激信号、压力刺激信号、空间定位刺激信号、振动刺激信号、电刺激信号、磁刺激信号、针灸刺激中的任意一种。关于外部刺激发生装置可以根据具体的应用场景而加以选择。
18.外部刺激发生装置产生外部刺激，进而传递给使用者或被调控者的神经系统。虽然在图1中是以中枢神经系统来展示的，但本技术并不限于此，所述神经系统包括中枢神经系统和/或周围神经系统，优选情况下所述神经系统为脑或其至少部分区域，如图1所示。
19.优选情况下，本技术可包括生物电检测装置，该生物电检测装置用于检测使用者的神经系统由所述外部刺激激发的神经振荡而产生的生物电信号，所述两个或两个以上不同的外部刺激在各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡，从而产生各自不同但之间具有第二耦合系数的生物电信号。
20.所述生物电检测装置包括脑电波检测装置和/或肌电检测装置和/或心电检测装置，所述生物电检测装置进行实时检测或按照预定时间进行检测。优选情况下，在针对中枢神经系统进行外部刺激时，所述生物电信号为脑电波信号，可以利用非侵入式检测装置(如功能性核磁共振检测装置、pet和/或脑电波检测装置等)检测获得，也可以利用如颅内电极的侵入式检测装置。
21.优选情况下，所述神经调控系统还可包括用于检测使用者的生理指标的生理指标检测装置，该生理指标包括：心率、呼吸频率、血压、体温、皮质醇水平中的至少一种。结合生理指标检测装置，能更全面、充分地了解使用者对外部刺激所作出的生理反应。
22.在本技术的技术方案中，所述外部刺激发生装置用于产生两个或两个以上不同的外部刺激，优选将所述两个或两个以上不同的外部刺激同时或错时地(如交替地或依次地)施加给使用者的神经系统。例如，可以利用一个外部刺激发生装置产生两个相同类型的外部刺激，如耳机可以分别向左耳和右耳提供两个声音刺激信号；或者，利用两个不同的外部刺激发生装置产生两个相同类型的外部刺激，如一个在使用者的手部提供电刺激，另一个在使用者的脚部提供电刺激；或者，利用两个不同的外部刺激发生装置产生两或个不同类型的外部刺激，如一个向使用者的眼睛提供光刺激，另一个向使用者的耳朵提供声音刺激。因此，在本技术的技术方案中，可以根据不同的应用场景利用相同或不相同的外部刺激产生装置产生相同类型或不相同类型的多个外部刺激，即两个或两个以上不同的外部刺激。
23.与传统神经调控方案不同的是，在本技术的技术方案中，将彼此之间具有第一耦合系数(表征第一耦合关系)的多个外部刺激施加到所述使用者的神经系统中各自不同的靶向区域，所述两个或两个以上不同的外部刺激在各自不同但具有关联性的靶向区域激发各自的神经振荡，在优选情况下产生各自不同但彼此之间具有第二耦合系数的生物电信号。
24.如上所述，在本技术的优选技术方案中既注意到神经系统内部的关联性，又让所产生的生物电信号之间具有关联关系，从而利用具有第一耦合系数的多个外部刺激信号实现对神经调控效果的提升。具体来说，神经振荡与人类的各种活动和现象相关，例如认知、睡眠、情绪等。人类神经系统的神经活动大都涉及多个不同的区域(如大脑不同的区域)。在对神经系统进行调控时，如何实现多个不同区域之间的关联作用，是提升神经调控效果的关键。例如，在受到外部刺激时，神经系统在一个区域的局部神经元以高频同步触发完成信息处理，然后通过大规模神经网络发送给另一个关联区域的局部神经元，从而在神经系统的不同区域之间建立信息关联。
25.本技术的技术方案旨在关注神经系统内在的关联性。因此，本技术的技术方案能够实现如下不同层次的技术优势：
26.首先，第一层次。利用不同的外部刺激，可以针对神经系统的不同的靶向区域，并在各自的靶向区域内激发产生各自的神经振荡，从而同时调控神经系统的多个靶向区域。所谓不同的外部刺激可以是不同类型的，不同频率的，不同传递路径等维度上的不同。这将
在下文中详细描述。例如，为了提升记忆力，选择以海马体作为靶向区域的外部刺激，同时选择以前额叶作为靶向区域的外部刺激，以分别在海马体和前额叶产生各自的神经振荡。这是因为，海马体负责短期记忆，在人脑处理记忆任务时，需要从负责长期记忆的前额叶的长期记忆信息中选择内容，与短期记忆信息进行比较；因此利用本技术的技术方案可以同时激励海马体和前额叶，从而与仅激励海马体或仅激励前额叶的传统调控方案相比，能更为有效地提升调控记忆力的调控效果。
27.其次，第二层次。通过彼此之间具有可调节的第一耦合系数的多个外部刺激，能够在彼此关联的多个靶向区域激发神经振荡，还能使由此产生各自不同的生物电信号之间具有第二耦合系数，以通过外部刺激的参数调整实现神经系统的不同靶向区域之间建立信息关联。这是因为：当神经元振荡时，它们会有效地打开和关闭窗口以发送和接收信息。对于从一个神经元组传递到另一个神经元组的信息，发送神经元必须在接收组兴奋的同时也是兴奋的，换句话说二者都是处于兴奋状态才能获得更好的信息传递。这需要来耦合发送和接收神经元之间(即不同靶向区域之间)的神经振荡。这种神经交互模式使得同步触发的神经元的瞬态耦合形成功能性神经网络来进行有效的神经通信。因此，通过同步触发多个靶向区域的神经振荡，使得神经振荡之间具有耦合关系，则会使得多个靶向区域保持被激发的振荡状态，形成不同的神经集合来执行不同的认知任务，获得更好的神经调控的效果。通过外部生物电信号的第二耦合系数的判断，能够直接或间接地获知不同靶向区域内神经振荡之间的耦合关系或耦合程度。
28.利用本技术的优选技术方案，可以通过多个外部刺激使得神经系统的多个靶向区域内不同神经元群组之间产生具有关联性的振荡耦合，进而帮助神经系统(如大脑的不同脑区)不同区域的神经元群组之间形成更加有效的神经网络。这对使用者将有利于改善认知功能、控制情绪、改善睡眠质量等。
29.例如，eeg的临床研究发现，右侧丘脑和右侧杏仁核之间的α-γ相位强度耦合比较强的患者，对于抗抑郁药物有比较强的反应(也就是说，抗抑郁药物对右侧丘脑和右侧杏仁核之间的α-γ相位强度耦合比较强的患者疗效更好)，原因在于α-γ相位强度耦合反应了丘脑对杏仁核的调控能力。因此，利用本技术的技术方案，通过多个不同频率(例如α频率和θ频率)的外部刺激分别在右侧丘脑和右侧杏仁核激发神经振荡，进而产生大脑脑电波，能够调控不同脑电波α-γ之间的相位强度耦合程度，使其增强，从而使丘脑对杏仁核的调控能力得以提升。这一点在当前疫情流行的背景下有重要的现实意义，因为在疫情期间，由于防控需要许多人需要长时间隔离，在陌生的环境下加上对新冠疾病的恐惧以及生活和学习的压力，容易出现抑郁情绪，甚至造成抑郁症发病率的大幅提升。本技术的技术方案在应对此类情形将有显著的技术优势。
30.又如，对帕金森症患者的研究显示，脑电波β-γ强度强度耦合关系能反映大脑对运动的控制能力。β-γ耦合越弱，运动障碍越严重。因此，在本技术的技术方案中，通过多个外部刺激提升β-γ脑电波之间的强度强度耦合关系，能够有助于提升大脑对运动的控制能力。
31.在本技术的技术方案中，所述靶向区域之间的关联性是指所述使用者的某一个或多个认知功能对象所涉及的靶向区域之间的关联性。例如，如上所述，记忆所涉及的靶向区域包括海马体和前额叶；与情绪相关的靶向区域包括丘脑和杏仁核。
32.通过对该第二耦合系数的检测和评估(可量化评估)，能表征不同靶向区域内所激发的神经振荡之间的耦合关系或耦合程度。该第二耦合系数可以为在不同靶向区域激发的神经振荡而产生的生物电信号之间在频率、幅度(表征强度)和相位三者中任意二者之间的耦合系数。
33.例如，可以根据两个生物电信号的幅度(或强度，如最大值)与幅度(或强度，如最大值)之间的比例关系确定其幅幅耦合的第二耦合系数，其取值范围可以是0.001～1000之间。
34.再如，可以根据两个生物电信号的相位比例关系确定其相相耦合的第二耦合系数，例如如果一个信号的一个周期对应另一信号的三个周期，则二者相相耦合的第二耦合系数是3:1，相相耦合的第二耦合系数的取值范围可以为0.001～1000之间。
35.再如，如果一个生物电信号的幅度受到另一个生物电信号的相位的调控，则二者之间是相幅耦合，相幅耦合的第二耦合系数为相位与幅度的函数关系，该函数可以是线性函数，也可以是非线性函数。
36.又如，如果一个生物电信号的频率受到另一个生物电信号的相位的调控，则二者之间是相频耦合，相频耦合的第二耦合系数为相位与频率的函数关系，该函数可以是线性函数(如一个生物电信号的相位从0到2pi变化时，另一个生物电信号的频率逐渐减小)，也可以是非线性函数(如一个生物电信号的相位在0到pi之间，另一个生物电信号的频率保持不变；而一个生物电信号的相位在pi到2pi之间，另一个生物电信号的频率降为1/2)。
37.再如，如果一个生物电信号的频率受到另一个生物电信号的幅度的调控，则二者之间是幅频耦合，幅频耦合的第二耦合系数为幅度与频率的函数关系，该函数可以是线性函数(如一个生物电信号的幅度越大，另一个生物电信号的频率越高)，也可以是非线性函数。
38.再如，如果一个生物电信号的频率受到另一个生物电信号的频率的调控，则二者之间是频频耦合，频频耦合的第二耦合系数为频率与频率的函数关系，该函数可以是线性函数(如一个生物电信号的频率越高，另一生物电信号的频率越高)，也可以是非线性函数。
39.上述关于频率、幅度(表征强度)和相位三者中任意二者之间耦合关系可以单独存在，也可以是多个叠加，例如在幅幅耦合和频频耦合同时存在，这两种耦合关系也可以存在权重关系，例如以频频耦合为主，这样的权重关系也是耦合关系的范围之内。
40.优选情况下，所述神经调控系统预设有所述生物电信号之间的第二耦合系数目标区间，如果所述生物电检测装置检测的不同生物电信号之间的第二耦合系数没有落入所述第二耦合系数目标区间范围内，则对所述不同的外部刺激的参数进行调节，直至所述生物电检测装置检测的不同生物电信号之间的第二耦合系数落入所述第二耦合系数目标区间范围内为止，进一步优选的，所述第二耦合系数目标区间为可调整的。
41.上述第二耦合系数目标区间可以是生物电信号之间频率、幅度(表征强度)和相位三者中任意二者之间耦合系数的目标区间，该目标区间的设立可以根据使用者或者待调控者的实际情况而确定。例如，如果使用者的关联的靶向区域之间的关联关系过弱，而可能出现相应的问题，例如记忆力下降；在该情况下，可以将该关联的靶向区域之间的生物电信号之间的第二耦合系数目标区间设计为反应其正常关联关系的第二耦合系数目标区间，通过对外部刺激参数的调节，使关联的靶向区域的神经振荡所产生的生物电信号之间的第二耦
合系数落入目标区间内，从而保持关联的靶向区域之间具有合适的关联关系。进一步优选的，第二耦合系数的目标区间为可调整的，从而与使用者或者被调控者的神经系统的状态保持个性化的自适应调整。
42.优选情况下，所述外部刺激可以包括周期性信号(优选为如正弦波或方波的脉冲信号)，以有利于在靶向区域内产生神经振荡。在某些实施方式中，外部刺激可以仅为上述周期性信号；而在某些实施方式中，上述外部刺激可以为包括有周期性信号的复合信号，例如在一段音乐信号中嵌入周期性声音信号。如脉冲信号的周期性信号可以为上述光刺激信号、声音刺激信号、压力刺激信号、空间定位刺激信号、振动刺激信号、电刺激信号、磁刺激信号中的任意一种。
43.为了靶向于神经系统的不同区域，优选情况下，所述两个或两个以上不同的外部刺激具有不同的频率。
44.通过所选择频率的外部刺激，可以引发神经系统中不同靶向区域的神经群以相同的频率产生同步电活动的神经振荡。通过对外部刺激的频率的调节，能使神经振荡在一定范围内调整其频率。因此，可以根据如脑电波频率(如下表所示)来选择外部刺激的展示或节拍频率。所述外部刺激的(展示或施加)频率的范围为1hz-70hz。
[0045][0046]
如上所述，所述不同的外部刺激的参数为可相互独立地调节的，从而使得各自靶向区域内激发的神经振荡也为可独立调节的，进而调节各自不同的生物电信号之间的耦合关系。所述外部刺激的参数为可调节的，从而对不同靶向区域激发的神经振荡之间的耦合程度进行调节。这是因为：在对使用者进行神经调控过程中，为获得最佳的调控效果，往往需要根据使用者个性化的不同情况而多次反复的试探性调控。根据不同类型的外部刺激，其参数可包括时序参数(如施加时间、开始时间、结束时间、脉冲时间宽度等)、相对时序参数(如相对时间差等)、相位参数、相对相位参数(如相位差等)、频率参数、相对频率参数(如频率之间的差值、比例等)、强度参数(如声强、光强等)、相对强度参数(如光强差、光强比例等)中的至少一个。该参数既可以是刺激本身的参数，例如，对于光刺激本身来说，可以选择不同颜色的光波，如红色、蓝色、绿色、黄色等。也可以是不同刺激之间的相对参数。
[0047]
不同的外部刺激之间的第一耦合系数为可调节的，从而用于调节生物电信号之间的第二耦合系数。该第一耦合系数为所述不同的外部刺激信号在各自的频率之间、各自的幅度之间、各自的时序之间和各自的相位之间中的至少一者的耦合系数，如下表举例所示：
[0048][0049]
2个外部刺激可以为以上关系的任意组合。
[0050]
优选情况下，所述两个或两个以上不同的外部刺激具有不同的传递路径(从使用者的如皮肤、耳朵、眼睛等感受器到神经系统靶向区域的路径)。所述传递路径优选包括视觉刺激传递路径、声音刺激传递路径、触觉刺激传递路径、电刺激传递路径和磁刺激传递路径。优选情况下，不同的传递路径的外部刺激之间的相对时序关系为可调节的。
[0051]
本技术的发明人经过大量艰苦的科学研究活动后发现，在多个外部夹带刺激信号的情形中，不同的传递路径需要不同的传递时间，存在时间差。由于该时间差的存在，当不同的夹带刺激先后到达中枢神经系统而激发各自的神经振荡时，神经振荡所产生的脑电波之间也会由于时间差而彼此削弱，从而不能取得叠加加强的调控效果。因此，在优选的神经调控方案中，需要对多个外部刺激传递到神经系统的时间差加以重视，在对被调控者进行神经调控时需要考虑时间差这一重要参数变量，以避免造成多个夹带刺激信号情形下神经调控的效果的不一致性和不稳定性。因此，根据本技术的优选技术方案，不同的传递路径的外部刺激之间的相对时序关系为可调节的，以使由不同传递路径的所述外部刺激激发的神经振荡而对应产生的生物电信号之间具有可调节的耦合关系，从而在神经调控中结合考虑传递时间差，以能更加有效地提升神经调控的效果，如图2所示。
[0052]
如上所述，在本技术的技术方案中，可以利用一个外部刺激发生装置产生两个相同类型的外部刺激，如耳机可以分别向左耳(从左耳的听神经到中枢神经系统为一个传递路径)和右耳(从右耳的听神经到中枢神经系统为另一个传递路径)提供两个声音刺激信号；或者，利用两个不同的外部刺激发生装置产生两个相同类型的外部刺激，如一个在使用者的手部提供电刺激(从手部皮肤到中枢神经为一个传递路径)，另一个在使用者的脚部提供电刺激(从脚部皮肤到中枢神经为另一个传递路径)；或者，利用两个不同的外部刺激发生装置产生两或个不同类型的外部刺激，如一个向使用者的眼睛提供光刺激(视神经到中枢神经为一个传递路径)，另一个向使用者的耳朵提供声音刺激(从听神经到中枢神经为另一个传递路径)。
[0053]
在本技术的技术方案中，不同的传递路径的外部刺激之间的相对时序关系为可调节的，以可调节地补偿不同传递路径的外部刺激之间传递时间的差值，以使由不同传递路径的所述外部刺激激发的神经振荡而对应产生的反映信号之间具有可调节的关联关系。例如，在优选的实施方式中，通过触觉传递路径的触觉刺激夹带信号传递至中枢神经系统所需的传递时间相对较长，而通过电传递路径的电刺激夹带信号传递至中枢神经系统所需的传递时间相对较短，因此在匹配触觉刺激夹带信号和电刺激夹带信号时，可以将二者传递
时间的差值进行补偿，以使两个传递路径的夹带刺激信号几乎同时或在预定的时间窗口内传递到中枢神经系统，从而在各自的靶向区域几乎同时或在预定的时间窗口内激发出对应的神经振荡，以有利于形成功能性神经网络来进行有效的神经通信。
[0054]
在本技术的技术方案中，不同传递路径的外部刺激的相对时序关系可以有多种形式。例如，可以是各自脉冲信号之间在时序上的相对关系，如一个声音脉冲信号与另一个光脉冲信号；或者是各自周期性信号之间波峰或波谷之间在时序上的相对关系；或者是相位之间在时序上的相对关系；或者是其他在时序上将二者区分开的参数等。优选的，通过不同的传递路径的外部刺激信号的相对时间差为可调节的，优选情况下，所述不同的传递路径的外部刺激的时序参数为可相互独立地调节的。
[0055]
优选情况下，所述神经调控系统具有传递时间测量工况，其中，可以利用外部刺激发生装置和中枢神经检测装置的配合实现对某一传递路径的传递时间的测量。例如，利用外部刺激发生装置产生触觉刺激信号，通过中枢神经检测装置来看中枢神经对该触觉信号的反映信号，从而测量出该传递路径所需的传递时间。对于其他传递路径，也可参考该原理过程进行传递时间的测量。利用该传递时间的测量，可以在实际进行神经调控时将该传递时间进行补偿。
[0056]
另外，可以利用一套专用测量的神经调控系统作为传递时间测量系统，在针对具体的使用者或被调控者进行专门的传递时间测量后，再利用另一套专用神经调控的神经调控系统在对传递时间进行补偿的基础上进行神经调控。当然，根据另一实施方式，可以用同一套神经调控系统兼用传递时间测量和神经调控。
[0057]
根据不同的情形，可利用如下方式实现传递时间的测量。
[0058]
方式1。可以从所述外部刺激发生装置开始发出外部刺激的时间点开始，到通过某一个传递路径施加给使用者的中枢神经系统进而由所述中枢神经检测装置检测到对应的反映信号的时间点为止，该传递时间为可测量的。例如，对于视觉夹带刺激信号的传递时间来说，通过眼睛进入视觉神经，到达丘脑，然后由丘脑传递到大脑皮层进行处理，整个过程大约有100毫秒(ms)的传递时间。再如，对于听觉夹带刺激信号的传递时间来说，声音信号通过空气传输，进入耳蜗核，然后传递到下丘，最后到达初级听觉皮层，整个传递过程大约有几十毫秒(ms)。再如，触觉夹带刺激信号的传递时间相对较长，电刺激和磁刺激的传递时间相对较短。
[0059]
方式2。根据另一种方式，可以在所述外部刺激发生装置发出外部刺激的过程中，从产生嵌入所述外部刺激中的标记点的时间点开始，到通过某一个传递路径施加给使用者的中枢神经系统进而由所述中枢神经检测装置检测到与该标记点对应的反映信号的时间点为止，该传递时间为可测量的。所述标记点可以为情绪信号，例如笑声、笑脸、恐怖声音、恐怖图片、针刺等。通过标记点的时间点与该标记点对应的反映信号的时间点之间的时间差，可以测量获得该传递路径的传递时间。
[0060]
在获得传递时间的数据后，优选情况下，通过不同的传递路径的外部刺激的相对时序关系根据所测量的传递时间而进行调节，从而实现传递时间的补偿。
[0061]
通过对外部刺激的相关参数的调节，可以使得不同靶向区域激发的神经振荡所产生的生物电信号之间的耦合关系越来越强，或越来越弱，或先强后弱，或先弱后强或任意组合。这是因为，在对使用者进行神经调控时，需要考虑到使用者或被调控者的神经系统的当
前情况和所承受的程度以及随着神经调控进程而发生的变化。因此，在进行神经调控过程中，有必要根据实际情况而对神经振荡之间的关联关系进行适应性地调整，以稳健且有效地逐步提升使用者的神经调控效果。比如，研究发现如果亚属前扣带皮层(sgacc)的大脑区域过度活跃，容易导致情绪和焦虑障碍。该区域过度的激活也会减少对奖励的期望和动机，反映了在抑郁症中体验快乐的能力的丧失。因此有必要降低该区域的激活程度或者降低该区域与其他关联区域的关联性的神经活动。
[0062]
优选情况下，如图3所示，根据本技术的神经调控系统包括：认知功能训练装置，该认知功能训练装置向使用者提供认知功能训练任务，供使用者在接收所述不同的外部刺激的同时执行所述认知功能训练任务；和认知功能评价装置，该认知功能评价装置与所述认知功能训练装置相通信，以根据所述使用者执行所述认知功能训练任务的数据评价所述使用者的认知功能。因此，在该实施方式中，将认知功能训练结合进来，专注于对人脑不同靶向区域实现关联关系的夹带刺激，从而获得更好的认知功能的调控效果。所述认知功能训练任务可以包括gng、n-back和stroop等。所谓认知功能(对象)可以包括但不限于：记忆：长期记忆、工作记忆、瞬时记忆(或短期记忆)；注意；学习：推理、计算、问题解决、理解、语言；情绪：脸部表情、情感控制；决策：决策、判断、评价；感知：眼球运动、导航；等等。
[0063]
在本技术的技术方案中，可以将认知训练任务所需的多个神经区域均作为激发神经振荡的靶向区域，且使不同区域之间的神经振荡具有耦合关系，从而能够在较大程度上提升认知训练的训练效果。
[0064]
优选情况下，所述神经调节系统包括：控制装置，该控制装置根据使用者的反馈数据而向所述外部刺激发生装置发出用于调节参数的外部刺激调节指令，以根据使用者在训练任务和外部刺激的作用下的反应情况来调整外部刺激的参数，进而获得更优的认知功能训练效果。所述反馈数据包括如下情形中的至少一种：所述两个或两个以上不同的外部刺激在不同靶向区域激发的神经振荡而产生的生物电信号之间的第二耦合系数；所述使用者的生理指标；所述使用者的认知功能。
[0065]
所述神经调控系统为迭代工作方式，因而所述控制装置可根据所述使用者更新的反馈数据而向所述外部刺激发生装置发出用于调节参数(如调节第一耦合系数)的外部刺激调节指令，直至达到结束条件，以实现更优调控训练效果。结束条件可以有多种情形，例如上述第二耦合系数在一个数值范围内达到最小值或达到最大值；或者使用者或被调控训练者的认知功能达到预定的水平等。
[0066]
在本技术的优选实施方式中，所述两个或两个以上不同的外部刺激所激发产生神经振荡的多个靶向区域，与所述使用者执行所述认知功能训练任务所涉及的神经系统的功能区域，为相互对应的。因而，利用多个不同的外部刺激能积极调动执行认知功能训练任务所涉及或所需要的神经系统的功能区域，更为有利于使用者执行所述认知功能训练任务时获得更优的表现。进一步优选的，在所述多个靶向区域的神经振荡所产生的生物电信号与所述功能区域的脑电波信号为相互对应的。优选情况下，在所述多个靶向区域的神经振荡所产生的生物电信号的耦合关系与所述功能区域执行所述认知功能训练任务的脑电波信号的耦合关系为相互对应的。通过利用外部刺激所激发的神经振荡的耦合关系的调节，对应地调节靶向区域的脑电波之间的耦合关系，从而更为有针对性地调节使用者执行该认知功能训练任务时不同功能区域之间的神经活动，以使神经夹带与认知功能之间具有更为紧
密的联系。
[0067]
例如，如上所述工作记忆同时和大脑额叶的theta振荡以及大脑额叶和大脑边缘系统的gamma振荡相关。例如，大脑在完成工作记忆的过程中，theta波的相位和gamma波的强度有耦合关系，这种关系称为theta-gamma-耦合。利用两个和两个以上的外部刺激，以大脑额叶和大脑边缘系统作为靶向区域，以在该两个靶向区域激发各自的神经振荡，由此产生各自的gamma波和theta波。通过外部刺激的调节，使gamma波和theta波之间的耦合关系得以调节，从而使使用者执行工作记忆的认知训练任务时对工作记忆这一认知功能对象的训练得以对应地调节，从而获得更优的神经调控效果。
[0068]
虽然上文中没有对调控方法单独进行详细描述，但通过上述对调控系统及其过程的详细描述，自然也间接地对调控方法进行了充分地解释说明，因此神经调控系统的各个优选技术特征均可结合到本技术所提供更多调控方法中。
[0069]
下面结合多个实施例来更为形象化地对本技术的技术方案进行示例性地描述。需要指出的是，这些实施例均为实现本技术技术方案的个别例子，不对本技术的保护范围构成限制。
[0070]
实施例1(神经调控系统1)
[0071]
外部刺激发生装置(如照明灯、显示影像的屏幕或眼罩设备)可以同时提供两个不同的光刺激，其中每个光刺激的节拍和强度可以被独立控制。两个光刺激的节拍都在1hz-70hz的范围内可调。光刺激可以包括以一定频率(1hz-70hz范围中的一个频率)闪动的屏幕，或是以该频率节拍进行周期性运动的物体图像。其中，一种展示方法是一个照明灯闪动的节拍频率为5hz，另一个照明灯闪动的节拍频率为40hz。
[0072]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0073]
控制装置可以控制两个光刺激的颜色，频率和光强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节光刺激的颜色，频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0074]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受声音和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过调节两个光刺激的颜色，频率和强度，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0075]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇。使用者可以在接受振动和声音刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0076]
实施例2(神经调控系统2)
[0077]
外部刺激发生装置(如扬声器或耳机)可以同时提供两个不同的声音刺激，其中每个声音刺激的节拍和强度可以被独立控制。两个声音刺激的节拍都在1hz-70hz的范围内可调。声音包含1hz-70hz的范围内可调的节拍。声音刺激信号的形式包括单独频率的声音，也包括两个频率的声音，其中两个频率的差值为1hz-70hz中的任意一个数值。例如，所述的两个频率是400hz和410hz，差值为10hz。声音的形式还包括加载1hz-70hz频率的音乐。例如，
一个声音刺激包含5hz频率的声音，另一个声音刺激包含频率为40hz的声音。
[0078]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0079]
控制装置可以控制声音信号的频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节声音刺激的频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0080]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受声音和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过调节声音刺激的频率和强度，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0081]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇。使用者可以在接受振动和声音刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0082]
实施例3(神经调控系统3)
[0083]
外部刺激发生装置可以同时提供声音和振动刺激，其中声音的节拍和强度可以被独立控制，振动的节拍和强度也可以被独立控制。振动的节拍在1hz-70hz的范围内可调。声音包含1hz-70hz的范围内可调的节拍。装置的形式可以是戴在头部的帽子，可站立的平板，可坐的椅子，或者可躺的床。该装置包括扬声器或耳机部分，可以给使用者提供声音刺激。声音的形式包括单独频率的声音，也包括两个频率的声音，其中两个频率的差值为1hz-70hz中的任意一个数值。例如，所述的两个频率是400hz和410hz，差值为10hz。声音的形式还包括加载1hz-70hz频率的音乐。该装置的一种使用方法是振动频率为5hz，声音频率为40hz。
[0084]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0085]
控制装置可以控制振动的频率和幅度，以及声音的频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节振动的频率和幅度，以及声音的频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0086]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受声音和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0087]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇。使用者可以在接受振动和声音刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0088]
实施例4(神经调控系统4)
[0089]
外部刺激发生装置可以同时提供光刺激和振动刺激，其中光刺激包括可以独立控
制的节拍和强度，振动的节拍和强度也可以被独立控制。振动的节拍在1hz-70hz的范围内可调。光节拍在1hz-70hz的范围内可调。装置的形式可以是站立的平板，坐的椅子，或者躺的床。该装置包括产生光刺激的部分，如照明灯，显示影像的屏幕或眼罩设备。影像包括以一定频率(1hz-70hz范围中的一个频率)闪动的屏幕，或是以该频率节拍进行周期性运动的物体图像。该装置的一种使用方法是振动频率为5hz，光刺激或影像刺激的节拍频率为40hz。
[0090]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0091]
控制装置可以控制振动的频率和幅度，以及光刺激的颜色，频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节振动的频率和幅度，以及光刺激的颜色，频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0092]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受光，影像和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过振动频率和幅度的调节，以及光频率和强度的调节，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0093]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇。使用者可以在接受振动和光和影像刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及光的颜色，节拍频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0094]
实施例5(神经调控系统5)
[0095]
外部刺激发生装置可以同时提供光刺激和声音刺激，其中光刺激包括可以独立控制的节拍和强度，光的节拍和强度也可以被独立控制。声音的节拍在1hz-70hz的范围内可调。光节拍在1hz-70hz的范围内可调。该装置包括扬声器或耳机部分，可以给使用者提供声音刺激。声音的形式包括单独频率的声音，也包括两个频率的声音，其中两个频率的差值为1hz-70hz中的任意一个数值。例如，所述的两个频率是400hz和410hz，差值为10hz。声音的形式还包括加载1hz-70hz频率的音乐。该装置包括产生光刺激的部分，如照明灯，显示影像的屏幕或眼罩设备。影像包括以一定频率(1hz-70hz范围中的一个频率)闪动的屏幕，或是以该频率节拍进行周期性运动的物体图像。该装置的一种使用方法是振动频率为5hz，光刺激或影像刺激的节拍频率为40hz。
[0096]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0097]
控制装置可以控制声音的频率和强度，以及光刺激的颜色，频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节声音的频率和幅度，以及光刺激的颜色，频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0098]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受
光，影像和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过声音频率和幅度的调节，以及光频率和强度的调节，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0099]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇。使用者可以在接受声音和光和影像刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及光的颜色，节拍频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0100]
实施例6(神经调控系统6)
[0101]
外部刺激发生装置可以同时提供声音和电刺激，其中声音的节拍和强度可以被独立控制，电刺激的节拍和强度也可以被独立控制。电刺激的节拍在1hz-70hz的范围内可调。声音包含1hz-70hz的范围内可调的节拍。装置可以包括产生微量电流的电极。电极可以被固定在身体的不同部位，如手指，头部，腿部等位置。该装置包括扬声器或耳机部分，可以给使用者提供声音刺激。声音的形式包括单独频率的声音，也包括两个频率的声音，其中两个频率的差值为1hz-70hz中的任意一个数值。例如，所述的两个频率是400hz和410hz，差值为10hz。声音的形式还包括加载1hz-70hz频率的音乐。该装置的一种使用方法是振动频率为5hz，声音频率为40hz。
[0102]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0103]
控制装置可以控制电流的频率和强度，以及声音的频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节频率的频率和强度，以及声音的频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0104]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受声音和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过电流频率和强度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0105]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇的部分。使用者可以在接受振动和声音刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0106]
实施例7(神经调控系统7)
[0107]
外部刺激发生装置可以同时提供光和电刺激，其中光的颜色，节拍频率和强度可以被独立控制，电刺激的节拍和强度也可以被独立控制。电刺激的节拍在1hz-70hz的范围内可调。光刺激包含1hz-70hz的范围内可调的节拍。装置可以包括产生微量电流的电极。电极可以被固定在身体的不同部位，如手指，头部，腿部等位置。该装置包括产生光刺激的部分，如照明灯，显示影像的屏幕或眼罩设备。影像包括以一定频率(1hz-70hz范围中的一个频率)闪动的屏幕，或是以该频率节拍进行周期性运动的物体图像。该装置的一种使用方法是振动频率为5hz，光或影像的节拍频率为40hz。
[0108]
生物电检测装置可以包括eeg检测装置。eeg的一种使用方法是实时测量大脑中的
脑电波，包括delta波，theta波，alpha波，beta波和gamma波，以及不同脑电波之间的第二耦合系数，如theta波的相位和gamma强度耦合的系数。
[0109]
控制装置可以控制电流的频率和强度，以及声音的频率和强度。该装置还可以包括反馈部分，通过调节频率的频率和强度，以及光刺激的颜色，节拍频率和强度，使得目标脑电波的强度，或目标脑电波的第二耦合系数达到目标值。目标值可以包括最大值，或最小值。
[0110]
认知功能训练装置，如一个电脑，用于提供认知训练的任务。使用者可以在接受声音和振动刺激的同时，进行认知任务的训练。认知任务的训练效果可以被用作反馈信号。通过电流频率和强度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得认知任务的完成情况达到目标值。
[0111]
生理指标检测装置可以测量心率，呼吸频率，和皮质醇的部分。使用者可以在接受振动和声音刺激的同时，测量心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标。该装置还可以把心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标作为反馈信号，通过振动频率和幅度的调节，以及声音频率和强度的调节，使得心率，呼吸频率，和皮质醇等生理指标达到目标值。
[0112]
以上详细描述了本技术的优选实施方式，但是，本技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本技术的技术构思范围内，可以对本技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本技术的保护范围。
[0113]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本技术对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0114]
此外，本技术的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本技术的思想，其同样应当视为本技术所公开的内容。