[发明专利]选择性时空刺激脊髓的系统

说明书

本发明涉及一种选择性时空电神经刺激脊髓的系统。具体来说，本发明的目的是一种系统，其包括：接收来自个体的信号并且操作信号处理算法以推敲刺激参数设定的信号处理装置，其与可植入脉冲发生器(IPG)可操作地连接，所述可植入脉冲发生器接收来自所述信号处理装置的刺激参数设定并且能够将独立的电流或电压脉冲同时传输到一个或多个多电极阵列；其与一个或多个多电极阵列可操作地连接，所述多电极阵列适合于覆盖所述个体的脊髓的至少一部分以向所述个体应用脊柱回路和/或背侧根的选择性时空刺激，其中所述IPG与所述一个或多个多电极阵列可操作地连接以提供多极刺激。此类系统通过时空选择性地刺激所述脊髓、特别是所述背侧根而有利地使得可实现运动功能的有效控制。

技术领域

本发明涉及用于运动紊乱的脊髓神经修复的领域。

具体来说，其涉及选择性时空刺激脊髓的系统。

背景技术

多种神经病症会破坏脊柱上中心与脊柱回路之间的通信矩阵，由此导致一系列运动残疾。

举例来说，神经性运动障碍可以是脊髓损伤(SCI)、由中风造成的局部缺血性损伤或神经退化性疾病(如帕金森病(Parkinson disease))的结果。

具体来说，在脊髓病变之后，颈椎或胸部的运动神经群并不会接收来自脊柱上结构的输入，但脊柱运动回路仍保留功能性。

神经调节策略提供了存活的回路和路径以缓解这些缺陷(1、2)。具体来说，腰椎脊髓的电化学神经调节已介导患有SCI的动物模型(3-7)和人类(6、8-11)的下肢运动控制的显著改善。

计算机模拟(12-14)和实验研究(7、15-17)已证明应用于腰椎节段背面的电神经调节主要接合通过刺激背侧根纤维恢复的本体感受反馈回路。普遍的看法是恢复这些神经路径会激活中枢模式产生网络(9、18)并且使脊柱回路的兴奋性提高到能够使感觉信息变为运动控制来源的程度(19)。

然而，动作产生通过沿脊髓协同激活运动神经群来安排，所述运动神经群在特定和精确时刻下通过中枢神经系统激活。

具体来说，肢体动作的产生涉及在精确时间顺序(23、24)之后激活空间分布的运动神经元(21、22)，所述精确时间顺序经由感觉反馈(25)连续调节。

因此，有效治疗的目的应在于在空间和时间上精确激活脊柱回路。

这一框架对电神经调节治疗的临床应用制定了两个基本限制。首先，刺激的空间位置仍限制于根据经验映射实验选择的单个脊髓区域(9、20)。其次，刺激方案的时间结构限制于在运动执行期间保持恒定的非调节模式，这与下肢动作的当前状态无关(8、9、15)。

因此，临床环境中有助于运动控制的时空神经调节治疗的设计依赖于一系列大型方法学进展。首先，可经由恢复背侧根纤维特定地靶向运动回路的空间选择性植入物的设计。其次，靶向位于有限空间区域中的实时运动神经元的特定时间的刺激模式的设计。

当前刺激方案和系统并不试图再现有助于动作的运动神经元激活的这些时空模式。实际上，其保持非特异性，限制于单个区域并且连续传输。

因此，需要一种集成空间选择性和时间结构的系统来改进刺激功效并且因此控制运动。

具体来说，仍需要一种在精确时间分辨率下刺激特定脊柱根的系统，以使得不同的特定的运动神经群可在不同步态阶段期间激活。

计算模型和实验工作(12、13、15、16)已显示腰椎脊髓(EES)的硬膜外刺激主要恢复位于背侧根的大的有髓神经传入纤维。传出纤维也可以具体地讲在尾侧/骶骨层面得以恢复。在脊髓损伤之后，在非特定EES期间，肌肉活动性由通常称为脊柱反射的背侧根传入的恢复产生的单突触和多突触成分突发构成(12)。这一肌肉活动性通过脊柱回路调节(7、12)和闸控以建构运动模式并且调节运动变量(7)。