用于改變或誘導認知狀態(tài)的經皮電刺激設備和方法
【專利摘要】用于修改受試者的認知狀態(tài)的便攜式經皮電刺激(TES)施加器。一般來講，所述的便攜式施加器被專門配置和適配為輕型化且可佩帶式的，以用于傳遞能夠引起或增強預定的認知效應的高強度TES。這些TES施加器可包括一對電極和TES控制模塊，所述TES控制模塊包括處理器、定時器和波形發(fā)生器。TES控制模塊適于在第一電極和第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10％的占空比、3mA或更大的強度、具有直流偏移。
【專利說明】用于改變或誘導認知狀態(tài)的經皮電刺激設備和方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求W下美國臨時專利申請中的每個的優(yōu)先權，其中的每篇W全文引 用方式并入本文：于2013年7月12日提交的標題為"TRANSCRANIALELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND MET冊DS(經煩電刺激系統(tǒng)和方法Γ的第61/845,845號美國臨 時專利申請；于2013年9月9日提交的標題為"TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND MET冊DS(經煩電刺激系統(tǒng)和方法r的第61 /875，424號美國臨時專利申請;于 2013年6月29 日提交的標題為"TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS(經煩電 刺激系統(tǒng)Γ的第61 / 8 41，3 0 8號美國臨時專利申請；于2 013年11月2 2日提交的標題為 '叮RANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND METH0DS(經煩電刺激系統(tǒng)和方 法Γ的第61/907，394號美國臨時專利申請;于2013年10月9日提交的標題為叮RANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND MET冊DS(經煩電刺激系統(tǒng)和方法Γ 的第61/888， 910號美國臨時專利申請；于2014年4月4日提交的標題為"TRANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS(經皮電刺激系統(tǒng)Γ的第61/975,118號美國臨時專利申請;于2014年 5月 25 日提交的標題為'叮RANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS FOR INDUCING COGNITIVE EFFECTS AND METHODS OF USING T肥M(用于誘導認知效應的經皮電刺激系統(tǒng) 和使用該系統(tǒng)的方法Γ的第62/002,860號美國臨時專利申請;于2014年5月25日提交的標 題為叮RANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEMS AND MET冊DS OF USING T肥Μ(經 皮電刺激系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的方法Γ的第62/002,909號美國臨時專利申請;和于2014年5 月 25 日提交的標題為'叮RANSDERMAL ELECTRICAL STIMULATION ELECTRODE DEGRADATION DETECTION SYSTEMS AND METHODS OF USING T肥M(經皮電刺激電極降解檢測系統(tǒng)和使用 該系統(tǒng)的方法r的第62/002,910號美國臨時專利申請。
[0003] W引用的方式結合
[0004] 在本說明書中提到的所有出版物和專利申請在相同的程度上W全文引用方式并 入本文中，好像每個單獨的出版物和專利申請被具體且單獨指示W引用方式并入。
[0005] 領域
[0006] 本文所述是用于誘導認知效應的經皮電刺激(TES)方法、包括施加器的裝置和系 統(tǒng)。
[0007] 背景
[000引大腦由處于連接的網絡中的神經元和其它細胞類型構成，其處理感官輸入，產生 運動指令和控制所有其它行為和認知功能。神經元主要通過電化學脈沖通信，電化學脈沖 在大腦區(qū)域內連接的細胞之間和在大腦區(qū)域之間連接的細胞之間發(fā)射信號。影響神經活動 的無創(chuàng)性神經調制技術可W調制神經活動的模式，并且可W導致改變的行為、認知狀態(tài)、感 知和運動輸出而不需要有創(chuàng)過程。
[0009]無創(chuàng)性神經調制包括類別廣泛的"經皮電刺激"，運通常設及神經系統(tǒng)(大腦、腦神 經、周圍神經等)通過受試者皮膚的電刺激。經皮電刺激下簡稱"TES")的具體實例可包 括經皮刺激，例如通過頭皮上的電極，并且已經用于W經煩交流電刺激下簡稱"tACS")、 經煩直流電刺激（W下簡稱"tDCS")、經煩電療刺激m下簡稱"CES")和經皮隨機噪聲刺激 (W下簡稱"tRNS")的形式影響人體的大腦功能。用于TES的系統(tǒng)和方法已經被公開(參見例 如，Capel，美國專利4，646，744;Haimovich等人，美國專利5，540，736;Besio等人，美國專利 8，190，248;化gedorn和Thompson，美國專利8，239，030 ; Bikson等人，美國專利申請2011/ 0144716; W及Lebedev等人，美國專利申請2009/0177243)。具有多個電極和高度可配置性 的tDCS系統(tǒng)已經被公開(參見例如Bikson等人，美國專利申請2012/0209346、2012/0265261 和2012/0245653)，和存在用于自動刺激的便攜式TES系統(tǒng)(Brocke，美國專利8，554，324)。
[0010] 一般來講，TES已被示出改善運動控制和運動學習，改善慢波睡眠期間的記憶鞏 固，調節(jié)決策制定和風險評估，影響感知W及產生運動。TES已在治療上被用于各種臨床應 用中，包括疼痛、衰弱、癒痛和耳鳴的治療。在TES(例如tDCS)治療應用的至少一些案例中， 需要更多關于治療中tDCS療效的數(shù)據(jù)。
[OOW 盡管已經對TES神經調制做出了研究，但是現(xiàn)有的用于TES的系統(tǒng)和方法在至少一 些情況下在人類受試者中缺乏安全和穩(wěn)健地影響認知功能和誘導認知狀態(tài)的能力。誘導認 知功能和/或認知狀態(tài)輕松地發(fā)生實質性變化的新的TES方法、TES刺激方案、TES系統(tǒng)和TES 電極配置的發(fā)展將是有利的?，F(xiàn)有的系統(tǒng)和方法可引起皮膚刺激或疼痛，并且缺乏關于可 W實現(xiàn)的認知狀態(tài)變化的可靠性和量的數(shù)據(jù)。
[0012] 針對肌肉和其他周圍神經系統(tǒng)應用（例如TENS和經皮藥物傳遞）的電療法已經使 用策略來減少疼痛、發(fā)炎和組織損傷，包括：（1)更高頻率的交流電刺激和(2)通常從電極的 兩個通道（陽極-陰極對）的差頻產生的1化至200化的拍頻。減弱的副作用（例如疼痛和刺 激)在~1曲Z至100曲Z的大范圍內是近似線性的。皮膚阻抗是頻率依賴性的，在較高的電刺 激頻率下具有較低的阻抗。對于干擾刺激，mz至200Hz的拍頻是避免激活被認為是刺激性 的或痛苦的疼痛和肌肉纖維的有利頻率。功率密度也影響皮膚電阻率，在較高的功率密度 下發(fā)生較低的電阻率。然而，用于TES的系統(tǒng)和方法在減輕疼痛、刺激和組織損傷的方面缺 乏。
[0013] 典型的經煩交流電刺激方案也通常低于150Hz(參見化ulus, 2011)，符合腦節(jié)律的 頻率或如tRNS方案中使用的低于640Hz的頻率。近日，化aieb等人使用1曲z、2kHz和化化的 tACS來誘導神經調制(化aieb L,An化1 A,Paulus W."在低曲Z范圍的經煩交流電刺激增加 運動皮層興奮性"，恢復神經學和神經科學，20 11年第29卷第3期第167-75頁（" Transcranial alternating current stimulation in the low kHz range increases motor cortex excitability. "Restor Neurol Neurosci.2011 ;29(3) :167-75,? 全文引 用方式并入本文）。發(fā)明人化ulus和Warschewske的專利申請?zhí)朩O 2012/089588描述了在 1化至50kHz頻率的tACS的系統(tǒng)和方法，包括來自兩個陽極-陰極電極對的干擾TACS和脈沖 TACS。然而，用于神經調制的現(xiàn)有的tACS系統(tǒng)對于穩(wěn)健和舒服地誘導認知效應是不理想的。
[0014] 經煩交流電刺激相對于經煩直流電刺激的一個優(yōu)點是減弱了疼痛和刺激。然而， 用于神經調制的現(xiàn)有的tACS系統(tǒng)至少在某些情況下是不理想的，因為交流電與直流電不同 地影響神經系統(tǒng)的功能（即腦功能）。脈沖經煩直流電刺激相對于非脈沖經煩直流電刺激的 一個優(yōu)點是降低疼痛和刺激。脈沖經煩直流電刺激先前已被報道用于患者的神經末梢，但 還未用于經煩祀向大腦。該Idrostar離子導入機(英國赫里福德的STD醫(yī)藥產品有限公司） 傳遞脈沖直流電刺激(7kHz，約42%的占空比）W解決多汗癥（出汗過多）。實現(xiàn)對神經系統(tǒng) 的可控量的疼痛和/或刺激的期望效果的替代的經煩電刺激方案將是有利的。
[0015] W克服上面討論的關于疼痛和功效的問題的方式提供允許經皮電刺激的裝置和 方法通常將是有利的。尤其是，提供用于調制(例如誘導、增強、逆轉或W其他方式增加或改 變)認知效應和/或精神狀態(tài)的TES裝置和方法將是有益的。例如，誘發(fā)受試者的精神放松、 鎮(zhèn)靜、抗焦慮、離解、高頭腦清晰度或無憂狀態(tài)的TES刺激方案和電極配置將有利于改善受 試者的感受和屯、態(tài)，W及解決失眠和緩解消極的應激反應。增加受試者的動機、主觀(和/或 生理)能級或焦點的相似的TES刺激方案和裝置將有利于改善受試者的生產率，并提供有利 的精神狀態(tài)。本文所述的是方法和裝置(包括設備和系統(tǒng)）W及可W解決上面討論的問題和 因素的方法。
[0016] 發(fā)明概述
[0017] 本文所述的是用于誘導神經調制的經皮電刺激下簡稱"TES")的裝置(包括設 備和系統(tǒng))和方法，所述經皮電刺激包括經煩電刺激。
[0018] 通常，本文所述的設備包括可連接至受試者頭部和/或頸部的不同的預定區(qū)域的 一對電極，W及TES控制模塊，所述TES控制模塊經配置為?？趥鬟f在包括強度和頻率的參 數(shù)的范圍內的刺激，所述參數(shù)范圍被確定為對誘導、提高或促進(統(tǒng)一地，為"改變"）預期的 認知狀態(tài)和/或效應是有效的，同時最小化由于提供相對大幅度的刺激引起的疼痛和不適。 例如，裝置(諸如施加器)可包括具有允許該裝置應用在有效范圍內的信號的電路(例如硬 件）、軟件和/或固件的控制模塊，該控制模塊包括例如一個或多個處理器、定時器和波形發(fā) 生器。通常，TES控制模塊可?？谶m于在第一電極和第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電 刺激信號，其中所述信號具有l(wèi)OOHz或更大（例如，200化或更大、400化或更大、450化或更 大、500化或更大、600化或更大、700化或更大等等）的頻率，和2mA或更大(例如，3mA或更大、 4mA或更大、5mA或更大等等)的強度。該控制模塊也可經配置為當通過控制占空比（例如，采 用的電流是非零和/或大于零的時間百分比)施加刺激時減少疼痛，例如使得采用的能量的 占空比大于10% (例如，大于15%、大于20%、大于30%)。此外，該控制模塊可經配置使得采 用的電流為雙相的和/或不是電荷平衡的(例如，具有直流偏移，也稱為直流偏置，使得采用 的波形的平均幅值為非零）。另選地或除此之外，該控制模塊(TES控制模塊)可經配置為通 過不定期或周期性地"短接"電極和/或通過采用相反的電流來使在電極上建立的電容放 電。通常，控制模塊可經配置為產生包括運些參數(shù)的刺激，W及為了避免誘導疼痛，經配置 為阻止超出運些參數(shù)范圍的刺激。
[0019] 在下面更詳細地描述的運些參數(shù)通常適于引起認知效應。本文所述的設備和方法 允許可再現(xiàn)地喚起如本文所述的認知效應。由所述的方法和設備產生的認知效應的性質可 至少部分地依賴于電極在受試者身體(例如，頭部、頸部等等)上的位置。例如，一類認知效 應通常導致受試者經歷增強的精神專注，并且可包括:增強的專注和注意力；增強的警覺 性;增加的專注和/或注意力；增強的清醒度;增加的能量的主觀感受;增加的客觀的（即生 理的）能量水平;較高的動機水平(例如，去工作、鍛煉、完成家務等）；增加的能量(例如，生 理激發(fā)、增加的能量的主觀感受）；W及胸部溫暖的身體感覺。運類認知效應可被統(tǒng)稱為"增 強(或提高的)注意力、警覺性或精神專注"。
[0020] -類認知效應的另一個例子包括與放松和平靜的精神狀態(tài)有關的那些效應，例 如:平靜的狀態(tài)，包括能夠迅速誘導的平靜狀態(tài)（即約5分鐘內開始TES療程）；精神的無憂狀 態(tài);無焦慮的精神狀態(tài);誘導睡眠;減緩時間流逝;增強的生理、情感或和/或肌肉放松;增強 集中度；抑制分屯、；提高認知和/或感官清晰度；離解狀態(tài);類似于由作用于精神的化合物 (即酒精）引起輕度中毒的狀態(tài);類似于由作用于精神的化合物（即嗎啡）引起輕度興奮的狀 態(tài);描述為輕松愉快的精神狀態(tài)的誘導;增強的聽覺和視覺體驗（即多媒體)的享受;減少的 生理喚醒;增加的處理情緒或其他壓力的能力；與通常與壓力、焦慮和精神機能障礙的生物 標記物的減少相關聯(lián)的下丘腦-垂體-腎上腺軸化PA軸）的活動的變化相關的屯、理生理覺醒 的減少;抗焦慮作用;高頭腦清晰的狀態(tài);增強的身體性能;抵御壓力的有害后果的推廣;在 周邊(即臂和/或腿)放松的身體感覺;能夠聽到屯、臟跳動的身體感覺等等。運類認知效應可 統(tǒng)稱為"平靜和放松的精神狀態(tài)"。
[0021] 本文所述的方法包括將電極定位在受試者上W在施加刺激時喚起特定的認知效 應的方法。設備(例如施加器)可具體被適配或配置為針對特定的定位配置。例如，施加器可 包括電極表面，所述電極表面適于貼合到受試者身體的特定位置W喚起預定的認知效應。 而且，盡管本文所述的大多數(shù)實例設及定位在第一位置的單個電極（陽極/陰極)和定位在 第二位置的單個(相反的，例如陰極/陽極)電極，但是多個電極(包括多個陽極和/或多個陰 極)可定位在每個位置處。通常，相對于特定的身體位置定位電極稱為定位電極，使得施加 的來自一個或多個電極的電流的峰密度在目標位置處；因此電極可比目標區(qū)域小或大。如 在本文更詳細地描述的正確的電極定位也可防止疼痛或不適。通常，本文提及的電極形成 在受試者身體上分開的電極對;盡管電極對的一端可由多個電極組成。例如，第一電極(或 電極組)可定位在受試者頭部或頸部的第一位置上。第二電極(或電極組)可定位在受試者 的第二位置處，包括頭部或頸部。該第一電極可為陽極，且第二電極可為陰極;或相反地，第 一電極可為陰極，且第二電極可為陽極。TES電流通常在運兩個電極（或兩組電極）之間施 加。
[0022] 例如，在一個配置中（為方便起見，本文中稱為"配置A"或"配置2")，第一電極可W 被施加于受試者接近太陽穴區(qū)域(例如眼睛側邊，如右眼或左眼的稍上方和右側）的部位， 并且至少一個第二電極可定位在右耳的乳突區(qū)域(例如，乳突上或附近）的后面。電極可具 有任何適當?shù)某叽?例如面積），例如，電極可具有接近太陽穴的至少約10cm2(例如至少約 20cm2)的面積和約3cm2至約10cm2之間的小乳突電極。此區(qū)域的TES刺激可導致增強的注意 力、警覺性或精神專注。
[0023] 另一配置(為了方便起見，本文中稱為"配置B"或"配置3")可包括定位在接近受試 者太陽穴區(qū)域(例如，右眼的右上方）的受試者皮膚的一個電極，W及在受試者頸部(例如， W人體中線的右邊為中屯、的頸部的上部，并且優(yōu)選地，部分重疊脊髓）的第二電極。有利的 實施例包括用于頸部的具有至少約20cm2區(qū)域的電極和接近右太陽穴的具有至少約10cm2 (優(yōu)選地至少約20cm2)的電極。此區(qū)域的TES刺激可導致增強的平靜或放松的精神狀態(tài)。
[0024] 對于運兩種示例性配置，如本文提供的經皮電刺激的波形可誘導強且可靠的認知 效應，同時減輕皮膚刺激、疼痛和組織損傷。無論波形是雙相的還是僅在一個方向上傳輸電 流，并且無論電刺激系統(tǒng)是否縮短脈沖之間的陽極和陰極之間的電路徑，可根據(jù)頻率、峰值 強度、占空比、正向非零電流的比例（即'直流百分比'）中的一種或多種來限定波形。在一些 實施例中，兩個值之間的參數(shù)（即頻率、峰值強度、占空比）的斜變發(fā)生在波形或波形的一部 分。
[0025] 本文所述波形中的任一種可連續(xù)或間歇地施加，包括具有變型形式，諸如從運些 范圍W外到運些范圍中或在電流和頻率(并且在一些變型中，為直流偏移和/或占空比）的 范圍內的過渡狀態(tài)(例如斜變）。通常，為了誘導特定的認知效應并且因此實現(xiàn)更強、持續(xù)更 長的認知效應，可包含斜變和其它波形特征W在參數(shù)的不同有效范圍之間偏移波形。在有 效波形之間的偏移可為迭代的（即一個參數(shù)改變，然后另一個改變），并且可為重復的（即從 一個波形改變至第二波形，然后返回到第一波形等;或在Ξ個或更多有效波形之間切換）。 在一些實施例中，快速偏移在有效范圍內的一個或多個參數(shù)誘導更強的認知效應，其中快 速通常指小于15秒，且可短至一秒或更小。
[0026] 如所提及的，本文所述的設備可包括具有在高電壓下操作的部件的控制器，使得 可實現(xiàn)足夠高的峰值電流(即大于10V、大于15V、大于20V、大于25V、大于30V、大于35V、大于 40V、大于45V、大于50V、大于55V、大于60V、大于65V和大于75V)。受試者組織的阻抗(主要由 于皮膚阻抗引起)和包括電極的系統(tǒng)的硬件部件的阻抗通常在化她m至20k0hm之間（雖然偶 爾多至30k0hm或更高），因此高于50V的高電壓電流源有利于傳遞誘導認知效應所需的更高 峰值電流。
[0027] -般來講，本文所述的是改變受試者的認知狀態(tài)的方法。例如，改變受試者的認知 狀態(tài)的方法通?？砂?將經皮電刺激(TES)施加器的第一電極置于受試者身體第一側的 太陽穴區(qū)域上的受試者皮膚上;將第二電極置于受試者身體第一側的乳突區(qū)域上或受試者 隆椎上的受試者頸部上的受試者皮膚上；啟動TES施加器W傳遞具有l(wèi)OOHz或更大的頻率和 2mA或更大的強度的經皮電刺激；W及通過在第一電極和第二電極之間施加經皮電刺激10 秒或更長時間來改變受試者的認知狀態(tài)。
[0028] 例如，本文所述的是改變受試者認知狀態(tài)的方法，該方法包括：將經皮電刺激 (TES)施加器的第一電極置于受試者身體第一側的太陽穴區(qū)域上的受試者皮膚上;將第二 電極置于受試者身體第一側的乳突區(qū)域上或受試者的頸部上的受試者皮膚上；啟動TES施 加器W傳遞具有400Hz或更大的頻率和3mA或更大的強度的雙相經皮電刺激，其中所述雙相 經皮電刺激具有直流偏移；W及通過在第一電極和第二電極之間施加雙相經皮電刺激10秒 或更長時間來改變受試者的認知狀態(tài)。啟動便攜式TES施加器可包括啟動TES施加器來傳遞 具有大于10%的占空比的雙相經皮電刺激。
[0029] 運些方法可針對用于增強注意力、警覺性或精神專注的方法或用于增強平靜或放 松的精神狀態(tài)的方法。例如，改變受試者的認知狀態(tài)可包括增強注意力、警覺性或精神專 注，且放置第二電極可包括將第二電極置于受試者身體第一側的乳突區(qū)域上。類似地，改變 受試者的認知狀態(tài)可包括增強平靜或放松的精神狀態(tài)，且放置第二電極可包括將第二電極 置于受試者的頸背部上。
[0030] 本文所述的方法中的任一種可通過受試者佩帶設備來執(zhí)行。運是可能的，因為本 文所述的設備經配置為相對輕型化并且易于使用，使得未經訓練的用戶能夠操作它們。例 如，受試者可將第一電極和第二電極置于他/她的頭部和/或頸部，而不需要醫(yī)生或第Ξ方 參與。
[0031] 一旦使用TES施加器，TES的施加可被自動觸發(fā)(例如，在感測到連接物之后），或手 動操作和本地(例如，操作設備上的開關)或遠程操作，例如一旦施加到受試者頭部，使用與 該設備無線通信的設備。受試者可親自啟動和/或改變TES的操作。例如，啟動便攜式TES施 加器可包括便攜式TES施加器的無線觸發(fā)啟動。啟動便攜式TES施加器包括從手持設備觸發(fā) 啟動便攜式TES施加器。
[0032] 如所提及的，在施加 TES期間，所采用的TES不必是恒定的，而是可優(yōu)選為可變的 和/或間歇的。例如，TES的施加可包括當采用雙相經皮刺激時改變所采用的雙相經皮電刺 激。當維持雙相經皮電刺激在大于10 %的占空比、400化或更大的頻率和3mA或更大的強度 (且具有直流偏移)時，可改變所采用的雙相經皮電刺激。
[0033] -般來講，為了提供有效的和舒適的TES，強度和頻率的參數(shù)可維持在特定的范圍 內。例如，強度（電流)可W是比較高的，例如大于約2mA、大于3mA，或優(yōu)選地大于4mA或大于 5mA(例如，在5mA至20mA之間）。刺激的頻率通?？蔀橄鄬^高的，例如大于lOOHz、大于 200Hz、大于400Hz或更具體地大于450Hz或大于500Hz。運些參數(shù)的操作通?？捎秒p相刺激 (例如，具有周期性上升和下降，通常具有雙相)完成，并且也可包括直流偏移使得信號不是 電荷平衡的。如所提及的，一般來講，直流(DC)偏移（也稱為直流分量、直流偏置或直流系 數(shù))為波形的平均值。如果平均振幅為零，則不存在直流偏移。因此，所采用的TES通常可為 脈沖的、雙相的和不對稱的。類似地，TES刺激也可具有10 %至100 %之間（例如小于100 %且 大于10%)的占空比，包括大于20%或大于30%的占空比。
[0034] 在運些TES方案中的任一種中，在刺激期間（在周期性或不定期施加 TES期間），電 極可被'短路'，W使在電極上積累的電容放電。類似地，本文所述的設備(例如TES施加器） 中的任一種可包括短路特征。例如，電極的短路可用與主電流源相似的固定電流源形成，但 是'短接'源可在0V飽和，然后僅可W使聚集的電荷進行放電。在一些變型中，名義上的（或 最大)短路電流可被預先設置(例如40mA)，和/或可通過改變電阻器而改變。另選地，放電可 通過具有該范圍內的可調節(jié)電流的常規(guī)電流源來進行。例如，該范圍可高至20mA，并且接通 整流開關可避免反向充電。
[0035] -般來講，在施加期間可通過降低強度、占空比或直流偏移中的一種或多種，然后 增加強度、占空比或直流偏移中的一種或多種來實現(xiàn)斜變雙相經皮電刺激(類似地，可通過 增加然后降低頻率來使頻率斜變)。
[0036] 當將電極置于太陽穴上時，該放置可實現(xiàn)最優(yōu)化效果而避免疼痛。例如，在太陽穴 上的放置可包括將電極置于受試者眼睛的側面和受試者觀骨W上；例如，右眼的稍上方和 右側，或左眼的左側。將電極置于太陽穴上可排除將電極置于或接近受試者的眼窩區(qū)域 避免疼痛和/或轉移眼睛附近的肌肉顫搖)或在觀骨W下避免減小的功效和/或肌肉顫 搖)。
[0037] 在一些變型中，電極可被放置在受試者的前額。具體地，電極可被放置使得峰值電 流的區(qū)域可在受試者鼻根的皮膚上在眉毛之間和鼻子正上方(例如，直接在眼睛之間，僅高 于鼻梁）傳遞。例如，第一電極可被置于鼻根區(qū)域上，且第二電極置于太陽穴上，或如所述 的，第二電極可被置于頸部，或第二電極可被置于耳后，且TES如本文通常所描述的那樣施 加。使用鼻根電極的放置方案，尤其是第二電極的太陽穴放置，可用于喚起、增強或改善如 用于增強注意力、警覺性或精神專注的認知狀態(tài)。
[003引一般來講，電極可被置于受試者身體的相同側(例如，都在右側或都在左側）。
[0039]在任一種所述方法中，TES施加器可為獨立成套的，且可為輕型化的。尤其是，該施 加器可為佩帶式的。例如，該施加器可被粘接性地固定到受試者身體上(例如臉部、頭部、頸 部等等）。在下面更詳細地描述可佩帶式設備(包括施加器），并且通常是小型化的，例如，從 皮膚伸出小于約2 cm、小于約1.5 cm、小于約1 cm、小于約0.5 cm等，并且是輕型化的，例如，小 于60克、小于50克、小于40克、小于30克等。
[0040] 施加 TES的總持續(xù)時間通常長于10秒(盡管在一些變型中可更小），但是可被更穩(wěn) 健地施加更長時間，包括長于15秒、長于20秒、長于30秒、長于1分鐘、長于5分鐘等。例如，改 變受試者的認知狀態(tài)可包括在第一電極和第二電極之間施加雙相經皮電刺激5分鐘或更長 時間。
[0041] 當將第二電極置于頸部時，頸部的適當區(qū)域可為隆椎W上的頸部區(qū)域。該放置可 從頸部的中線側向偏離，例如朝著第一電極(太陽穴電極)定位的受試者的一側。
[0042] 如所提及的，任一種用于改變受試者的認知狀態(tài)的方法可由受試者執(zhí)行。例如，如 本文所述的是改變受試者的認知狀態(tài)(包括平靜和放松的認知狀態(tài)或注意力、警覺性或精 神專注的認知狀態(tài)）的方法，并且可包括W下步驟:指導受試者將便攜式經皮電刺激(TES) 施加器的第一電極置于受試者身體的第一側的太陽穴區(qū)域上的受試者皮膚上;指導受試者 將第二電極置于在受試者身體的第一側的受試者頭部或頸部上的受試者皮膚上;指導受試 者通過啟動便攜式TES施加器來改變他們的認知狀態(tài)，其中該便攜式TES施加器經配置為在 第一電極和第二電極之間傳遞雙相經皮電刺激，所述雙相經皮電刺激具有大于10%的占空 比，400化或更大的頻率，3mA或更大的強度和直流偏移。
[0043] 例如，增強注意力、警覺性或精神專注的方法可包括：將可佩帶式經皮電刺激 (TES)施加器的第一電極置于受試者身體的第一側的太陽穴區(qū)域上的受試者皮膚上;將第 二電極置于受試者身體的第一側的乳突區(qū)域上的受試者皮膚上；啟動可佩帶式TES施加器 W傳遞具有大于10%的占空比、400化或更大的頻率和3mA或更大的強度的雙相經皮電刺 激，其中所述雙相經皮電刺激具有直流偏移；W及通過在第一電極和第二電極之間施加雙 相經皮電刺激10秒或更長時間來增強注意力、警覺性或精神專注。如所提及的，受試者可放 置第一電極和第二電極，和/或可觸發(fā)或啟動可佩戴式TES施加器，例如通過無線觸發(fā)啟動 可穿戴式TES施加器。如下文所詳述的，受試者可操作遠程控制器(例如移動電話/智能電 話、膝上型計算機、pad、平板電腦等）。
[0044] 類似地，增強平靜或放松的精神狀態(tài)的方法包括:將可佩帶式經皮電刺激(TES)施 加器的第一電極置于受試者身體的第一側的太陽穴區(qū)域上的受試者皮膚上;將第二電極置 于受試者隆椎W上的頸背部；啟動可佩帶式TES施加器W傳遞具有大于10%的占空比、 400化或更大的頻率和3mA或更大的強度的雙相經皮電刺激，其中所述雙相經皮電刺激具有 直流偏移；W及通過在第一電極和第二電極之間施加雙相經皮電刺激10秒或更長時間來增 強平靜或放松的精神狀態(tài)。如所提及的，受試者可放置第一電極和第二電極，和/或可觸發(fā) 或啟動可佩戴式TES施加器。
[0045] 本文也描述了用于修改受試者的認知狀態(tài)的便攜式經皮電刺激(TES)施加器。一 般來講，運些施加器可為輕型化的（例如，小于60克、小于50克、小于40克、小于30克、小于25 克、小于20克等），并且可為可佩帶式的，包括可直接固定至受試者(例如通過粘合劑）的獨 立成套的可佩帶式設備。
[0046] 例如，便攜式TES設備（施加器)可包括:主體(其可包括外殼）；經配置為固定到受 試者皮膚的第一電極;經配置為固定到受試者皮膚的第二部分并且通過電纜、電繩等連接 到設備的其余部分的第二電極；w及至少部分地在主體內并且包括處理器、定時器和波形 發(fā)生器的TES控制模塊，其中所述TES控制模塊適于在第一電極和第二電極之間傳遞10秒或 更長的雙相電刺激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10%的占空 比、3mA或更大的強度、具有直流偏移。該設備也可包括禪合到TES控制模塊、電池和包括存 儲器等其他電子元件的無線接收器。
[0047] 用于改變受試者的認知狀態(tài)的可佩帶式經皮電刺激(TES)施加器可包括:適于受 試者佩帶的主體;第一電極;第二電極;至少部分地在主體內的TES控制模塊，所述TES控制 模塊包括電源、處理器、定時器和波形發(fā)生器，其中所述TES控制模塊適于在第一電極和第 二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的 頻率、大于10%的占空比、3mA或更大的強度、具有直流偏移；W及連接至TES控制模塊的無 線接收器;其中所述可佩帶式TES施加器的重量小于50克。
[0048] 用于改變受試者的認知狀態(tài)的可佩帶式經皮電刺激(TES)施加器可包括:適于緊 靠受試者的皮膚佩帶的主體;在主體上的第一電極;通過電繩禪合到主體的第二電極；W及 至少部分地在主體內并且包括處理器、定時器和波形發(fā)生器的TES控制模塊，其中所述TES 控制模塊適于在第一電極和第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺激信號，所述雙相電 刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10%的占空比、3mA或更大的強度、具有直流偏移； 其中所述可佩帶式TES施加器的重量小于50克。
[0049] 如上所述，本文所述設備中的任一種可經配置為在該設備操作期間使在電極上積 累的電容放電。例如，運些設備中的任一種可包括電容放電電路。電容放電電路可由TES控 制模塊控制，并且在由設備施加刺激期間可不定期、定期或有規(guī)律地去除所放電。因此，TES 控制模塊可經配置為在雙相電刺激信號的傳遞過程中不定期或定期地觸發(fā)電容放電電路 W使電極上的電容放電。
[0050] 本文所述的用于改變受試者的認知狀態(tài)的便攜式經皮電刺激(TES)施加器的另一 個例子可包括具有所述電容放電特征（'短路'施加器)的TES設備。例如，用于改變受試者的 認知狀態(tài)的便攜式經皮電刺激(TES)施加器可包括:主體;第一電極;第二電極;至少部分地 在主體內的TES控制模塊，所述TES控制模塊包括處理器、定時器和波形發(fā)生器，其中所述 TES控制模塊適于在第一電極和第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺激信號，所述雙 相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10%的占空比、3mA或更大的強度、具有直流偏 移；W及電容放電電路，其中所述TES控制模塊經配置為在雙相電刺激信號的傳遞過程中不 定期觸發(fā)電容放電電路W使電極上的電容放電。該設備可包括在電容放電電路上的開關， 其中所述開關被禪合到TES控制模塊。
[0051] 本文所述方法的任一種可包括在施加 TES期間使電極上的電容短暫地放電（例如 使它們短路）。例如，改變受試者的認知狀態(tài)的方法可包括:將經皮電刺激(TES)施加器的第 一電極置于受試者皮膚上;將TES施加器的第二電極置于受試者皮膚上；啟動TES施加器W 傳遞具有400Hz或更大的頻率和3mA或更大的強度的雙相經皮電刺激，其中所述雙相經皮電 刺激具有直流偏移;通過在第一電極和第二電極之間施加雙相經皮電刺激10秒或更長的治 療期間來改變受試者的認知狀態(tài)，并且啟動電容放電電路足夠長的時間W在治療期間不定 期地使電容放電。
[0052] -般來講，本文所述的任一種施加器的主體區(qū)域可包括外殼W至少部分地包封一 些或所有電子器件。一般來講，所述外殼可適于保護電子器件和電路(諸如功率源，例如電 池、電容器等，W及TES控制模塊等）。在可佩戴式變型中，所述外殼可為小型化的（例如，薄 于30mm、薄于25mm、薄于20mm、薄于18mm、薄于15mm等），和/或可適配為符合頭部的特定區(qū) 域，諸如太陽穴區(qū)域。例如，主體可為細長的和彎曲的，使得它可適應頭部且不與眼眶區(qū)域 重疊，其可妨礙視力。在本文所述的設備的一些實施例中，第一電極可被定位在主體的外表 面，且第二電極可通過電繩(導線、導體、電纜等)與主體連接(例如，至TES控制模塊）。該設 備也可包括粘合劑(例如，生物相容性和/或導電性粘合劑）。在一些變型中，第一電極和第 二電極兩者通過電繩(相同的電繩或兩種不同的電繩)禪合到主體。在一些變型中，該設備 可不保持在主體上，而是被就近定位(例如，通過佩帶在受試者的衣服上等，或接近受試者 定位(例如，在書桌上、在口袋中等））。
[0053] 本文所述設備中的任一種可包括輸入端，尤其是手動輸入端，用于輸入控制命令 W調節(jié)該設備的活動/行動。例如，該設備可包括在禪合到控制模塊的設備的主體上的手動 控件。手動控件可為按鈕、開關、觸摸屏等。
[0054] TES控制器通常可包括一個或多個專用于驅動在相對高強度有效誘導認知狀 態(tài))的參數(shù)范圍內的刺激但經配置為防止不適和/或疼痛的電路。例如，TES模塊的波形發(fā)生 器可包括如本文示出的可在lOOHz至30KHZ驅動的振蕩器(振蕩器電路），W及濾波器和整流 器。尤其是，本文所述的設備通常可包括安全特征，諸如限流器，其可充當烙斷器W防止傷 害佩帶該裝置的受試者。TES控制器可包括或可連接到適于存儲與TES施加器的操作有關的 信息的存儲器(例如，諸如一種或多種寄存器的易失性存儲器、閃存存儲器等）。
[0055] 本文也描述了用于受試者的認知狀態(tài)的TES調制的方法和設備，其提供或包括在 TES治療方案中具有快速過渡的TES?？焖龠^渡可被稱為斜變或偏移，由于它們通常包括從 認知狀態(tài)改變的刺激水平至用于誘導認知效應的亞闊值的刺激水平，然后迅速返回至用于 誘導認知效應的超闊值水平的過渡或偏移。偏移刺激Γ斜變"）通常在TES方案內，并且增強 了認知效應和/或認知效應的感知。雖然更多漸變(或斜變)對減少習慣化可能是有用的，快 速(如下所述)過渡對增強受試者對誘導的認知狀態(tài)的體驗可能尤其有用。
[0056] -般來講，增強用于改變受試者的認知狀態(tài)的經皮電刺激(TES)的方法可包括改 變強度、頻率、占空比和/或直流偏移中的至少一個來改變從用于誘導認知效應的超闊值水 平到用于誘導認知效應的亞闊值水平施加的刺激。在刺激被改變回到用于誘導認知效應的 超闊值水平之前，TES通常僅暫時保持在亞闊值范圍（例如，小于15秒、小于10秒、小于5秒、 小于2秒等）。與將參數(shù)恢復到用于誘導認知效應的超闊值水平的時間相比，參數(shù)水平的改 變可發(fā)生得相對較慢，運通常發(fā)生大約幾秒。
[0057] 例如，增強用于改變受試者的認知狀態(tài)的經皮電刺激(TES)的方法可包括:將具有 強度、頻率、占空比和直流偏移的TES刺激傳遞到受試者W喚起認知狀態(tài)，所述TES刺激包括 具有400Hz或更大的目標頻率、3mA或更大的目標強度、大于10%的目標占空比和大于10% 的目標直流偏移的雙相電刺激;并且在施加 TES刺激期間通過執(zhí)行W下步驟中的一個或多 個來增強受試者的認知狀態(tài):將強度降低大于目標強度的20%，并且在小于15秒的延時之 后W大于每秒5 %的強度變化速率將強度恢復至目標強度，將頻率增大至少10 %的刺激頻 率，并且在小于15秒的延時之后W大于每秒5%的頻率變化速率將頻率恢復至目標頻率，將 占空比從目標占空比降低2%或更大，并且在小于15秒的延時之后W大于每秒0.5%的速率 將占空比恢復至目標占空比，或將直流偏移從目標直流偏移改變+/-5%，并且在小于15秒 的延時之后W大于每秒1 %的速率將直流偏移恢復至目標直流偏移。
[005引運些方法中的任一種可包括將TES施加器的第一電極置于受試者皮膚上，且將TES 施加器的第二電極置于受試者皮膚上，其中傳遞TES刺激包括在第一電極和第二電極之間 施加 TES刺激。在本文所述的任一種方法中，傳遞TES刺激可包括傳遞TES刺激多于10秒(例 如，多于30秒、多于1分鐘、多于2分鐘、多于5分鐘、多于10分鐘、多于12分鐘、多于15分鐘、多 于20分鐘、多于25分鐘、多于30分鐘等）。而且，如本文所述方法中的任一種可用于改變任何 合適的認知狀態(tài)，包括例如平靜或放松的精神狀態(tài)或警覺或集中的精神狀態(tài)。
[0059] 如所提及的，運些方法中的任一種也可由受試者親自觸發(fā)增強的認知狀態(tài)來驅 動。例如，增強受試者的認知狀態(tài)可包括受試者觸發(fā)開始，觸發(fā)斜變增強刺激），受試者 改變波形等。例如，受試者可觸發(fā)上述的斜變(偏移增強誘導的認知狀態(tài)的體驗，或所述 斜變可被自動觸發(fā)。如上所述觸發(fā)斜變可被稱為促進誘導的認知效應。
[0060] 例如，在一個變型中，促進誘導的認知效應可被觸發(fā)(例如通過受試者），其中該裝 置將強度減小了大于目標強度的50% (超闊值刺激參數(shù)），并且恢復強度包括W大于每 500ms 50%強度變化的速率將強度恢復到目標強度。
[0061] -般來講，盡管精確的超闊值刺激參數(shù)可W是對受試者依賴的，并且可W根據(jù)經 驗確定，本文所述的是通?？杀徊捎玫姆盒统熤祬?shù)，并且可被稱為目標刺激參數(shù)，包括 約3mA或更大的目標強度、約400Hz或更大的目標頻率、10 %或更大的占空比和大于約10 % 的目標直流偏移。
[0062] 例如，增大頻率和恢復頻率可包括W大于每500ms 50%頻率變化的速率將頻率恢 復至目標頻率。減小占空比和恢復占空比可包括W大于每500ms 15%的速率將占空比恢復 至目標占空比。改變直流偏移和恢復直流偏移可包括W大于每500ms 15 %的速率將直流偏 移恢復至目標直流偏移。
【附圖說明】
[0063] 本發(fā)明的新特征?？谠谒綑嗬笾嘘愂?。本發(fā)明的特性和優(yōu)點的更好的理解 將通過參考W下闡述示例性實施例的【具體實施方式】來獲得，其中利用發(fā)明的原理，并且附 圖為：
[0064] 圖1A和圖1B示出在受試者頭部的太陽穴區(qū)域中的第一電極的布置。圖1C示出太陽 穴電極布置的另選的變型。圖1D示出用于太陽穴電極的示例性電極布置的示意圖。所示的 太陽穴電極布置可與位于受試者身體的另一部分中的另一電極一起用來進行認知狀態(tài)的 TES調制。
[0065] 圖2A示出用于電極的耳背式布置的乳突區(qū)，其可與第二電極諸如圖1A-1D所示的 太陽穴電極一起使用。圖2B-圖2D示出用于認知狀態(tài)的TES調制的乳突電極位置的其他變 型。
[0066] 圖2E示出針對配置(配置2) W喚起注意力、警覺性或精神專注的認知狀態(tài)的電極 布置區(qū)域。圖2F-圖2H示意性示出根據(jù)運種配置放置的電極。
[0067] 圖3A示出用于電極布置的頸部區(qū)域的背部，其可與第二電極諸如圖1A-圖1D所示 的太陽穴電極一起使用。圖3B和圖3C示出顯示偏離中屯、定位在頸部的背部的電極的運種電 極布置的實例。
[0068] 圖3D示出用于增強平靜或放松的精神狀態(tài)的配置(配置3)的電極布置區(qū)域，包括 在受試者頸部的背部和太陽穴區(qū)域布置TES電極。
[0069] 圖4A-4C示出用于另一配置Γ配置Γ用于增強注意力、警覺性或精神專注)在受試 者頭部(在位置的10/20系統(tǒng)的上下文中示出）的示例性電極布置位置。
[0070] 圖4D示出圖4A-圖4C所示的配置的一個實例。
[0071] 圖4E和圖4F分別示出配置1的電極布置區(qū)域的一個實例的太陽穴和前額。圖4G和 圖4H示出具有根據(jù)運種配置放置的電極的受試者。
[0072] 圖5A示例性示出經皮電刺激波形的一個實例，并且示出TES波形的占空百分比和 直流百分比參數(shù)。
[0073] 圖5B和圖5C分別示出使用正弦波型和方波型用于TES的示例性雙相波形。
[0074] 圖5D和圖5E示出用于干設的經皮交流電刺激的雙相波形的兩個不同的時間標尺。
[0075] 圖5F和圖5G示出用于高頻雙相交流電刺激(方波，振幅調制)的TES刺激波形。
[0076] 圖5H示出用于逐步增加本文所述的TES的電流強度的斜變的示例性示意圖。
[0077] 圖5i示出包括可增強TES刺激W改變認知狀態(tài)的多重偏移（excursion)刺激(斜 變)的治療波形方案的示例性示意圖。
[0078] 圖5J和圖5K示出用于TES(例如，經皮交流電刺激）W改變認知狀態(tài)的示例性雙相 波形。
[0079] 圖化和圖5M示出用于TESW改變本文所述的認知狀態(tài)的示例性雙相波形。
[0080] 圖6示出具有處理器的手持式裝置的一個實例，所述處理器經配置(例如，包括存 儲能夠由諸如智能電話等遠程處理器執(zhí)行的一組指令的非暫態(tài)計算機可讀存儲介質)為將 TES波形參數(shù)的界面控件顯示給用戶。
[0081] 圖7A為在套件中的TES施加器的一個實例，所述套件包括可重復使用的經皮電刺 激控制器和可與其連接的多個電極。
[0082] 圖7B示出TES施加器的電極和外殼(主體）的一個實例。圖7C示出可如本文所述來 使用(例如，附著到頸部、耳后等)的TES電極的一個實例。
[0083] 圖7D示意性地示出包括可佩帶地附著到受試者的TES施加器的主體的設備（包括 Wmm為單位的示例性尺寸)的施加器(示出頂視圖、側視圖、底視圖和前視圖）的一個變型。
[0084] 圖8示出用于配置、致動和結束TES療程的工作流的一個變型。
[0085] 圖9示意性地示出便攜式有線TES系統(tǒng)的部件。
[0086] 圖10示意性地示出無線連接到包括微處理器的控制單元的TES系統(tǒng)的部件。
[0087] 圖11示出在使用本文所述的配置1的TES刺激療程期間和之后，所感知的時間推移 的變化。
[00則圖12示出來自在TES(例如tDCS)和偽刺激期間受試者執(zhí)行'n-back'任務的數(shù)據(jù)。
[0089] 圖13示出在TES(例如tDCS)和偽刺激期間受試者自我報道的能量、專注和情緒。
[0090] 圖14示出在TES(例如tDCS)和偽刺激期間受試者自我報道的能量、專注和情緒。
[0091] 圖15A和圖15B分別為針對配置1和配置2在本文所述的TES(tDCS)之前、期間和之 后收集的屯、率變化數(shù)據(jù)的傅里葉變換曲線圖。
[0092] 圖16示出使用本文所述的配置3的使用安慰劑條件、偽刺激、W及各種形式的交流 電和直流電的TES在TES期間受試者的放松水平。
[0093] 圖17示出使用本文所述配置3的使用安慰劑條件、偽刺激W及各種形式的交流電 和直流電的TES在TES期間受試者的放松水平。
[0094] 圖18A和圖18B示出使用本文所述配置2的使用安慰劑條件、偽刺激W及各種形式 的交流電和直流電的TES在TES期間受試者的能量。
[0095] 圖19A和圖19B示出針對配置4的示例性電極位置;第一電極位置在圖19A中示出， 且第二電極位置在圖19B中示出。
[0096] 圖20A示出配置5的實例。圖20B示出配置6的實例。
[0097] 圖21A示出TES施加器的一個變型。圖21BW分解圖示出圖21A的施加器。
[0098] 圖22為圖21A-圖21B的施加器的透視圖。
[0099] 圖23示意性示出可作為TES施加器的一部分使用的無線通信模塊（例如，藍牙模 塊)的一個變型。
[0100] 圖24示意性示出可作為TES施加器的一部分使用的智能功率開關的一個變型。
[0101] 圖25為可作為如本文所述的TES施加器的一部分的電流源示意圖。
[0102] 圖26為用于TES施加器的降壓轉換器的示意圖。
[0103] 圖27為用于如本文所述的TES施加器的降壓轉換器的示意圖。
【具體實施方式】
[0104] 本文所述的是經皮電刺激(TES)方法和裝置，包括設備和系統(tǒng)，諸如用于改變受試 者的認知狀態(tài)的TES施加器。一般來講，運些用于TES的施加器和方法可用傳遞到人類受試 者的電刺激誘導神經調制，W引起認知功能和/或認知狀態(tài)有益的或預期的變化。用于經皮 電刺激(包括經煩電刺激)的設備和方法的其他實例在美國專利號14/091,121中描述，發(fā)明 人將運篇申請命名為"可佩帶式經皮電刺激設備W及使用該設備的方法（Wearable transdermal electrical stimulation devices and methods of using them)''，并且W 全文并入本文。
[0105] -般來講，本文所述的是可用于喚起、增強或改變多種認知狀態(tài)的一般的TES波形 參數(shù)。盡管本文所述的裝置和方法可用于提供TESW誘導和/或改變多種認知狀態(tài)，本文詳 細描述兩個具體的實例，包括誘導增強的注意力、警覺性或精神專注和誘導平靜或放松的 精神狀態(tài)。尤其詳細描述專用于增強注意力、警覺性或精神專注和誘導平靜或放松的精神 狀態(tài)的裝置和方法的配置，包括用于產生神經調制的特定配置，所述神經調制在受試者中 實現(xiàn)運些特定的認知效應中的一個。
[0106] 用于改變認知狀態(tài)的泛型TES施加器(設備或系統(tǒng)）可包括一對兩個電極(或兩組 電極），一個陽極和一個陰極，其可施加于受試者身體的特定區(qū)域，并且用于提供如本文所 述有效的相對高強度、高頻率范圍內的TES刺激。電流通常在陽極和陰極電極(或陽極和陰 極電極組)之間施加;在未被具體的操作理論約束的情況下，電流可通過陽極和陰極之間的 身體，在合適的治療方案中潛在地將能量施加到在特定的神經通路中的下層的神經組織 (腦神經、大腦等）W產生預期的目標效應(例如，注意力、警覺性或精神專注和誘導平靜或 放松的精神狀態(tài)）。因此，電極在受試者身體上的放置位置對提供預期的認知效應是非常重 要的。專口針對預期的認知效應的電極對(陽極和陰極電極)的放置位置可被稱為放置方案 或配置。例如，用于誘導注意力、警覺性或精神焦點的認知狀態(tài)的第一放置配置，其可被稱 為"配置A"或"配置2"，包括施加于受試者接近太陽穴區(qū)域(例如，眼睛旁邊，諸如略高于右 眼且在右眼右側或略高于左眼且在左眼左側）的第一電極和位于耳后與乳突區(qū)域(例如，在 乳突上或接近乳突）的第一電極在同一側的第二電極。此區(qū)域的高強度TES刺激(在下面將 詳細描述)可導致增強的注意力、警覺性或精神焦點。用于增強注意力、警覺性或精神焦點 的第二配置(為了方便起見，本文中稱為"配置C'或"配置Γ)可包括在太陽穴區(qū)域(例如，眼 睛旁邊，諸如略高于右眼且在右眼右側或略高于左眼且在左眼左側）的第一電極和位于前 額(例如，接近鼻根或高于鼻根)的第二電極的放置。
[0107] 例如，使用配置A來增強注意力、警覺性或精神焦點的TES可導致:增強的焦點和注 意力；增強的警覺性;增加的焦點和/或注意力；增強的清醒度;增加的主觀能量感受;增加 的客觀（即生理的）能量水平;較高的動機水平(例如，去工作、鍛煉、完成家務等）；增加的能 量(例如，生理激發(fā)、增加的主觀能量感受）；W及胸部溫暖的身體感覺。
[0108] 另一種配置(為了方便起見，本文中稱為"配置B"或"配置3")可包括定位在接近受 試者的太陽穴區(qū)域(例如，右眼上方或右方）的受試者皮膚的電極，W及在受試者頸部（例 如，W人體中線的右邊(或左邊)為中屯、的頸部的上部，并且部分重疊脊髓）的第二電極。此 區(qū)域的TES刺激可導致增強平靜或放松的精神狀態(tài)。
[0109] 使用配置B的TES可導致認知效應，所述認知效應包括但不限于:平靜的狀態(tài)，包括 能夠迅速誘導的平靜狀態(tài)（即約5分鐘內開始TES療程）；精神的無憂狀態(tài);無焦慮的精神狀 態(tài);誘導睡眠；減緩時間流逝;增強的生理、情感或和/或肌肉放松；增強集中力；抑制分屯、； 提高認知和/或感官清晰度;離解狀態(tài);類似于由作用于精神的化合物（即酒精）引起輕度中 毒的狀態(tài);類似于由作用于精神的化合物（即嗎啡）引起輕度興奮的狀態(tài);描述為輕松愉快 的精神狀態(tài)的誘導;增強聽覺和視覺體驗（即多媒體)的享受;減少的生理喚醒;增加的處理 情緒或其他壓力的能力；與通常與壓力、焦慮和精神機能障礙的生物標記物的減少相關聯(lián) 的下丘腦-垂體-腎上腺軸化PA軸）的活動變化相關的屯、理生理覺醒的減少;抗焦慮作用；高 頭腦清晰度的狀態(tài);增強的生理性能;對壓力的有害后果的耐力的提升;在周邊(即臂和/或 腿)放松的身體感覺;并且能夠聽到屯、臟跳動的身體感覺。
[0110] -般來講，認知狀態(tài)在不同群體(盡管有個體差異和程度）中可能為一致的，并且 可通過合適的方式展示。例如，根據(jù)配置A或配置B(或任何其他配置）的神經調制效應可通 過選自W下組的一種或多種方法來檢測，所述方法包括但不限于:通過改變接受者的認知、 情感、生理、注意力、動機或其他認知狀態(tài)由接受者主觀作為感知、運動、思想、指令、其他象 征通意；（ii)通過由W下方法中的一種或多種進行的大腦活動的生理測量:腦電圖化EG)、 腦磁圖(MEG)、功能性磁共振成像(fMRI)、功能性近紅外光譜(fNIRS)、正電子發(fā)射斷層成像 (PET)、單光子發(fā)射計算機斷層成像(SPECT)、計算機斷層成像(CT)、功能性組織搏動成像 (fTPI)、氣133成像、磁共振波譜(MRS)或本領域技術人員已知的用于測量大腦活動的其它 技術；W及（iii)通過進行身體的生理測量，例如通過肌電圖(EMG)、皮膚電反應(GSR)、屯、電 圖巧KG)、脈搏血氧飽和度(如光電容積描記）、屯、率、血壓、呼吸率、擴瞳、眼動、注視方向、循 環(huán)激素（例如皮質醇和睪酬）的測定、蛋白質（例如淀粉酶)或基因轉錄（即mRNA)的測定；W 及其他生理測量。
[0111] 針對配置A和配置B兩者，第一電極可為陽極或陰極。為了方便起見，第一(太陽穴） 電極可被稱為陽極。在所有配置A、B和C中的陽極(或等電陽極組)可被定位在右太陽穴，高 于右眼且在右眼右側，在眉毛和發(fā)際線之間。兩個示例性電極放置在圖1A和圖1B中示出，電 極組件具有在TES裝置和陽極-陰極對104之間的連接器、到第二電極103(第二電極未示出） 的導線、塑料背襯1〇1(頂部，遠離皮膚）、活性電極區(qū)域1〇2(即用于經皮傳導電流及膠粘 劑膠體區(qū)1〇1(頂部，粘附皮膚）。在運個實例中，活性電極區(qū)域102的底部邊緣大約對準在鼻 根和耳朵105的頂部之間走向的線?；钚噪姌O區(qū)域的最近的邊緣可為離眼睛至少約0.5cm (優(yōu)選地離眼睛至少約1cm) W防止由傳遞的TES波形引起的分散和不適的眼部肌肉顫搖(參 見圖1D)。在眼睛和活性電極區(qū)域107的邊緣之間走向的線表明在電極的邊緣和眼睛之間的 有益距離。圖1A示出相對于圖1B的第二有效定位逆時針旋轉的第一有效定位。電極角度用 箭頭106示意性地表示。對于有低發(fā)際線的受試者，圖1B的定位可被優(yōu)選W避免將粘合劑或 電極覆蓋頭發(fā)放置?；钚噪姌O區(qū)域的大約位置在圖1C中針對圖1A(109)和圖1B(108)的位置 示意性示出。
[0112] 對于配置A、配置B和配置C，陽極電極區(qū)通?？纱笥诩s5cm2,并且可在一定程度上 更大（即，大于約7cm2、大于約10cm2或大于約15cm2)。大于20cm 2的電極區(qū)域(例如，由單個陽 極或陽極組構成）在誘導與配置A、配置B和配置C相關的認知效應方面，沒有較小的電極有 效，因為不太精確地祀定經皮傳遞的電極場。用于運些配置的有效電極形狀可通常長大于 寬，包括但不限于矩形、楠圓形W及不規(guī)則長方形。
[0113] 配置A的第二電極位置可(為了方便起見)被稱為陰極(或等電陰極組），其覆蓋在 右耳后的大部分右乳突（圖2A)。優(yōu)選地，配置A的第二電極不應該接觸耳后。配置A的陰極 (或陰極組）的有效電極形狀可為具有約0.5"至Γ的直徑的圓形或楠圓形-或可具有不規(guī)則 形狀W更有效地適應乳突區(qū)域（即，月牙形）。適合的電極優(yōu)選用于使與乳突上的皮膚均勻 (或近似均勻)接觸。在某些情況下，陰極的經皮接觸部分在一定程度上可更大，尤其在豎直 尺度上，但是在存在乳突W上或后部的頭發(fā)的情況下通常在尺寸上受到限制。在圖2A中，電 極可從乳突區(qū)域的上部區(qū)域215延伸到下部區(qū)域217(參見楠圓形區(qū)域219)。運個電極的中 屯、可與耳道對齊，或它可根據(jù)受試者的發(fā)際線和乳突骨位置上下偏移約5mm。由于具有第一 電極，頭發(fā)可被避過。圖2B-圖2D示出可接受范圍內的其它定位變型。
[0114] 圖2E-圖甜示出配置A的電極和電極放置的其它實例。在圖2E中，受試者頭部200被 示出，用于太陽穴電極放置213和乳突區(qū)域電極放置211的區(qū)域被畫出輪廓線。圖2F示出在 太陽穴處的矩形電極203和在乳突區(qū)域處的圓形電極201的實例。類似地，在圖2G中，太陽穴 電極207是圓形的。圖2H示出具有圓形電極208、圓形電極209的實例，圓形電極208、圓形電 極209可經配置作為陽極(或兩者均作為陰極）。
[0115] 此外，除了第一、在太陽穴定位的電極外，配置B使用第二電極(或等電電極組，例 如，為了方便起見稱為陰極)301置于受試者頸部的上部（即，電極的上邊緣在用戶發(fā)際線的 邊緣處或接近用戶發(fā)際線的邊緣)在人體中線處，或優(yōu)選地偏移到受試者右側多達約2cm， 如圖3A-圖3C所示。配置B的陰極(或陰極組）的電極尺寸優(yōu)選地具有大于約10cm2的面積;或 優(yōu)選地大于約15cm2;或優(yōu)選地大于約20cm2。配置B的大于約40cm2的電極對于從神經調制誘 導預期的認知效應可能不太有效，因為其不太精確地將電極場祀定到體內。配置B的陰極 (或陰極組)可為圓形、楠圓形、正方形、矩形或其它規(guī)則或不規(guī)則的形狀。圖3A-圖3C的第二 電極位置301被示出偏移到右側;通常，第二電極可從頸部中線(虛垂直線315)在與太陽穴 電極被放置的受試者側相同的方向上(例如，右或左)偏離中屯、。因此，第二電極的位置稍微 偏離到中屯、的右側或左側。垂直于受試者頸部，電極可被定位在發(fā)際線的基部和隆椎的上 部319之間（例如，接近發(fā)際線，諸如在頸部開始彎曲到肩部的區(qū)域317W上）。圖3B和圖3C示 出在頸部的電極301的位置的替代實例，每個針對在他們右側佩帶太陽穴電極的受試者。圖 3D示出用于配置B的電極放置的近似區(qū)域。在圖3D中，電極可被放置在受試者300的太陽穴 區(qū)域322中W及頸背311上。
[0116] 針對兩個配置的陽極和陰極的電極定位可被有利地選擇在具有最少毛發(fā)或無毛 發(fā)的區(qū)域，使得低阻抗和均勻的電接觸可到皮膚中，而不需要凌亂的凝膠或鹽水。例如，有 利的電極配置可包括尺寸設定的電極，使得電流密度小于2mA/cm2。
[0117] 圖4A-圖4D示出配置1(配置C)的電極位置。根據(jù)配置1放置在頭部的電極可被用作 用于傳遞電刺激W增強注意力和/或警覺性的TES系統(tǒng)的一部分。默認模式網絡(在大腦皮 層中的分布式功能網絡)在持續(xù)注意期間表現(xiàn)出降低的活性，并且在屯、不在焉和幻想期間 表現(xiàn)出增加的活性。右前腦島和額島蓋部(沿著額下回）已經在功能性磁共振成像(fMRI)研 究中被鑒定為在持續(xù)注意期間激活的腦區(qū)。在運個配置中的電極放置可增加接近右額下回 區(qū)域(包括右腦島）的活性并且降低在默認模式網絡中的活性，但是在至少一些實例中，其 它腦區(qū)可被激活、抑制或調制。第一電極可根據(jù)10/20標準被放置在接近位置F8的右額下回 上，且第二電極接近位置AFz。圖4A-圖4C示出根據(jù)示例性示出10/20電極位置400、401的根 據(jù)配置1的陽極和陰極電極的示例性放置。陽極402的近似中屯、用圓圈中的加號示出，且陰 極403的近似中屯、用圓圈中的減號示出。一個示例性電極位置在受試者400上示出。矩形陽 極電極406用加號表示，且陰極電極405用減號表示。注意陽極導線407,它將電極連接到便 攜式手持tDCS單元。在一個優(yōu)選的實施例中，較大電極（約Γ，約2"或更大)在配置1中是有 效的。在一些實施例中，單個較大陽極被在接近10/20位置F8放置的兩個或更多個較小陽極 替代。至少在某些情況中，使用從眼睛高度正下方向上朝右眼旁邊(在10/20系統(tǒng)上從F10至 F6的范圍)延伸的較大陽極電極。陰極的放置在用戶前額的中屯、處近似超過人體中線。
[0118]圖4E-圖4H示出根據(jù)配置C放置的電極的不同變型。圖4E和圖4F示出在可放置電極 的受試者頭部400上的近似區(qū)域。在圖4E中，示出太陽穴區(qū)域412,而在圖4F中，示出前額區(qū) 域413。圖4G示出在太陽穴區(qū)域處定位的近似矩形電極422,并且圖4H示出太陽穴電極422和 圓角正方形電極424兩者。
[0119]本文所述的電極配置中的任一種可用在受試者皮膚上放置的附著電極實現(xiàn);通過 可佩帶組件(例如，帽子、頭巾、臂章或其它可佩帶式附著系統(tǒng)，它自身可為粘附的，盡管系 統(tǒng)的電極為非粘附的）與受試者皮膚維持低阻抗接觸的非附著電極（例如，鹽水浸泡的海 綿)實現(xiàn);或通過將第一組電極粘附地附接到受試者，且將第二組電極非粘附地附接到受試 者，用附著電極和非附著電極的組合來實現(xiàn)。附著電極是方便的，因為它們可經配置為被去 除同時在受試者皮膚上留下最小的殘余，并且將TES傳遞到受試者中，而不添加鹽水或凝 膠。非附著電極(例如，鹽水浸泡的海綿或基于凝膠的電極系統(tǒng))在頭部的毛區(qū)、臉部和身體 上是有用的，因為低阻抗接觸可使用導電液體或凝膠穿過頭發(fā)形成。TES電極被電禪合到 TES控制電路，所述TES控制電路為至少兩個電極供應合適的電刺激波形。在使用附著電極 的實施例中，TES控制電路可為包括至少一個電極的粘附組件的部件。在使用附著電極的另 選的實施例中，TES控制電路被容納在與電極分開的組件中，并且通過導線被連接到電源和 控制電路。
[0120]在一些實施例中，單個陽極或陰極電極可被大量電連續(xù)的電極替換（即，用相互靠 近放置的兩個較小陽極電極替換單個較大陽極電極）。所使用的每個電極的尺寸和形狀為 能夠控制傳遞刺激的區(qū)域和由受試者感知的疼痛或刺激的水平的參數(shù)。在一些實施例中， 針對給定配置的每個電極位置可為在目標區(qū)域定位并且相互導電性連接的一個電極或多 于一個電極(優(yōu)選為至少2個電極、優(yōu)選為至少3個電極、優(yōu)選為至少4個電極、優(yōu)選為至少5 個電極、優(yōu)選為至少10個電極、優(yōu)選為至少25個電極、優(yōu)選為至少50個電極、優(yōu)選為至少100 個電極或優(yōu)選為至少1000個電極）。
[0121 ] 通常，至少3mA W上的峰刺激強度可對通過把大腦、神經(例如，煩神經、迷走神經、 周圍神經)和/或脊髓作為目標引起的神經調制的經皮電刺激是有利的。為了實現(xiàn)運些峰強 度而在受試者中不產生疼痛、刺激或不適可需要合適的電極和TES波形。有利的電極可具有 pH緩沖特性，并且可包括用于均勻（或更均勻地)橫跨電極的面向表皮部分傳遞電流的部 件。
[0122] 功能偏側化出現(xiàn)在人類大腦中。功能偏側化的程度和側在不同個體之間可能是變 化的。例如，慣用左手的人和女性比慣用右手的男性具有更低的功能偏側化程度。針對上述 用于頭部右側和頸部的配置中的任一種，在頭部左側和頸部或頭部兩側的相似位置處放置 的電極對于一些受試者可能是有效的，或更有效的。
[0123] 在一些用戶中，對于在用戶頭部的左側和頸部上放置的電極，改善的功效可發(fā)生； 由于兩組電極雙側放置并且連接使得陽極-陰極對為單側的；或由于兩對電極雙側放置且 連接使得陽極-陰極對為跨半球的。在具有雙側放置的兩組電極的實施例中，刺激的偏側化 可經配置為:對特定療程(例如，僅右側、僅左側或雙側)恒定;根據(jù)用戶的生理或認知狀態(tài) 的測量自動選擇;用戶選擇的;在單側陽極-陰極配對和跨半球陽極-陰極配對之間切換;或 隨時間變化的。在其中刺激的偏側化是隨時間變化的一些實施例中，刺激在刺激的一個配 置和另一個配置之間交替變化(例如，右側刺激一段時間，然后左側刺激一段時間-或通過 雙側電極組單側刺激一段時間，接下來通過雙側電極組跨半球刺激一段時間）。
[0124] 根據(jù)本文所述配置中的一個來定位的多個陽極-陰極電極對可使用相同的刺激方 案。根據(jù)本文所述配置之一定位的多個陽極-陰極電極對可使用在選自W下列表的至少一 個參數(shù)不同的刺激方案，所述列表包括但不限于：電流強度、波形、持續(xù)時間，和其他刺激參 數(shù)。本領域普通技術人員將認識到存在電極可被功能性布置的許多位置，并且本發(fā)明的實 施例預期與任何此類功能布置一起使用。
[0125] 通常，與本文所述的任何配置一起使用的TES波形可為傳遞到受試者組織(例如經 皮）的電流的模式。雖然可能存在針對每個配置（電極位置)和各目標認知狀態(tài)的運些波形 和電方案的變型(優(yōu)化），但是一般來講，模式可在值的相同范圍內，W提供高強度、高頻率、 高占空比和電荷不平衡(例如，直流偏移）的信號，該信號被施加 W在大多數(shù)個體中穩(wěn)健地 喚起響應，同時導致低水平(例如最小或無)的不適和/或疼痛。
[0126] 經煩傳遞W誘導神經調制的電刺激的時變模式可被稱為經皮電刺激波形（'TES波 形'）。刺激方案可限定傳遞到陽極-陰極組的電流的時間模式，并且可W包括一個或多個波 形成分，所述波形成分包括但不限于:直流電、交流電、脈沖電流、線性斜變電流、非線性斜 變電流、指數(shù)斜變電流、電流調制(例如在一個或多個頻率上的幅度調制）W及更復雜的(包 括重復、隨機、偽隨機和混亂模式）。在操作中，該設備可在目標區(qū)域(例如，在大腦、面部神 經、迷走神經或其他神經元目標)提供電流流動W在適當?shù)碾姌O配置和刺激方案被傳遞時 誘導神經調制。
[0127] 通常，TES波形可由持續(xù)時間、方向、峰值電流和頻率來限定。在一些實施例中，TES 波形還由占空百分比（圖5A)、直流電百分比（圖5A)、斜變或其它幅度調制、一個或多個頻率 分量、雙相電流的相位關系、平的或結構化的噪聲、波形（即銀齒波、Ξ角波、正弦波、方波、 指數(shù)或其他波形）、電容補償功能或如在于2013年11月26日提交的標題為"可佩帶式經皮電 刺激設備和使用該設備的方法（Wearable Transdermal Electrical Stimulation Devices and Methods of Using Themr的美國專利申請序列號14/091121中討論的其它 參數(shù)限定，其全部內容W引入方式并入本文。如本文所用，"占空百分比"可指導致非零(或 名義上為非零）電流進行經皮傳遞(參見圖5A的等式）的波形的周期比。此外，'直流百分比' 可指正向的波形周期的非零部分(參見圖5A的等式）。
[0128] 誘導顯著、穩(wěn)健和/或可靠的認知效應通常需要由一組參數(shù)限定的適當?shù)腡ES波 形。刺激方案（'TES波形'）可限定傳遞到陽極-陰極組的電流的時間模式，并且可W包括一 個或多個波形成分，所述波形成分包括但不限于:直流電、交流電、脈沖電流、線性斜變電 流、非線性斜變電流、指數(shù)斜變電流、電流調制W及更復雜的（包括重復、隨機、偽隨機和混 亂模式）。在操作中，該設備可在目標區(qū)域(例如，在大腦中）提供電流流動W在適當?shù)碾姌O 配置和刺激方案被傳遞時誘導神經調制。
[0129] -組波形參數(shù)可基于所期望的認知效應（例如配置A、配置B等）和電極的數(shù)量、電 極的位置、電極的尺寸、電極的形狀、電極的組成和電極的陽極-陰極配對來選擇（即，無論 一組電極作為陽極還是陰極電禪合;而且無論刺激的多個獨立通道是否經由電流源驅動的 獨立的陽極-陰極組存在）。改變上述列表中的任何特征可能需要通過改變一個或多個參數(shù) W獲得預期的認知效應來調制TES波形。
[0130] 圖5B和圖5C示出在4k化處的正弦波（圖5B)和方波（圖5C)的實例，其可能用于形成 本文所述波形。例如，圖5F和圖5G示出帶有調幅的4k化方波的實例(在圖5F中示出）。圖5G示 出帶有1mA直流偏移的4kHz方波的實例。需注意，有利的脈沖方案可包括調幅、調頻和用于 調制交流電的其它線性和非線性技術。例如，正弦波和方波(例如，4k化波形)可用于本文所 述的TES刺激。有效的脈沖方案的一個例子是4ms接通，16ms關閉。此外，脈沖可用于W小于 200化的生物相關頻率刺激神經回路。
[0131] 圖5J和圖5K示出具有零凈電流的兩個脈沖方案。一個脈沖方案具有負向相位 2101，負向相位2101立即跟隨在正向相位2100之后，該脈沖具有與調頻一致的可變脈沖間 間隔2102、2103、2104。在另選的實施例中，使用恒定的脈沖間間隔。另一個脈沖方案將正向 脈沖相位2105通過間隔2106、2107、2109與負向脈沖相位2108分離。圖化和圖5M示出具有零 凈電流的兩個另外的脈沖方案。一個脈沖方案具有短暫高電流的正向相位2200,之后是較 長低電流的負向相位2201，且具有可變的脈沖間間隔2202、2203、2204。另一個脈沖方案傳 遞具有正向相位2206、負向相位2207和在脈沖2205的起始點之間的間隔的非方形波形。
[0132] 對于高頻雙相刺激，相對于直流電刺激，電流強度可非?？斓爻市鄙鵁o不適。運 個特征對于能夠快速誘導有利的認知效應而無疼痛、刺激或分屯、副作用是有利的。因此，本 文所述的高頻雙相交流電刺激比tDCS更及時地改變認知狀態(tài)。
[0133] 用于疼痛緩解的另選方案可包括干設刺激的使用。干設刺激使用兩對陽極-陰極， 例如，一對在恒定的4k化處，且另一對在約40〇mz至4200化的可變頻率處。運在電極下面的 組織中產生了 1至200化的"拍頻"，其旨在減少疼痛刺激。經由在1-200化處的一個陽極-陰 極對進行刺激的運個方法的優(yōu)點是:刺激的不適感副作用可被最小化。對于干設刺激，1至 200化的拍頻是用于調制疼痛和肌纖維的重要頻率。約4k化的載波頻率減弱了通常與施加1 至200Hz之間的高強度刺激相關的不適。為了將拍頻傳遞到受試者的大腦，需要兩個通道 (即，陽極-陰極組）（例如，一個通道在4000化處傳遞刺激，其第二通道在4100化處傳遞刺 激）。圖5D和圖祀示出由4000化正弦波和4100化正弦波構成的干設tACS波形的兩個視圖。
[0134] 使用高頻雙相刺激方案用于誘導精神狀態(tài)改變的電流闊值在3至10mA之間或更高 (在至少一些情況下，高于針對tDCS的闊值），但是使用本文所述的刺激方案，在運些較高電 流處，可存在比預期更少的刺痛、痊癢和燒灼。在一些變型中，雙相刺激的凈零電流波形可 減弱或消除皮膚刺激。然而，如本文所述，具有帶有直流偏移的雙相電流也可能是（出乎意 料地)有利的，直流偏移將另外導致電荷不平衡;如下所述，可使用用于減小刺激的一種或 多種技術(包括通過使電極短路來去除電容電荷）。一個可能的副作用是肌肉收縮，在高電 流(〉6mA)處其可能為顯著的，并且對于一些用戶其可能使人分屯、但不疼痛。多至11mA被使 用而無來自肌肉收縮的過多不適，但是肌肉收縮通常在5至10mA之間變得顯著。甚至更高頻 率(例如，高至50kHz)可用于防止肌肉收縮。更小的電極(例如，1平方英寸)可導致針對肌肉 收縮的更低闊值和針對改變精神狀態(tài)的更低闊值(可假定兩種效應均與電流密度相關）。
[0135] 在一些變型中，低或零凈電流可為雙相高頻TES的有利特征，因為在電極下皮膚刺 激直接與抑變化相關，在電極下pH變化與電流強度成比例，并且低凈電流可對減小皮膚中 來自pH變化的疼痛和刺激同樣有效。例如，類似于用于使用直流電（用小PALS電極的約 0.5mA/cm2和用常規(guī)粘附皮膚電極的約0.2mA/cm2)獲得皮膚刺激的闊值電流密度的直流偏 移可與高頻交流電刺激一起使用（圖5G)W提供具有最小刺激、疼痛和組織損傷的TES。然 而，如上所述，在一些變型中，具有電荷不平衡(例如，直流偏移)是尤其有效的，尤其是在刺 激期間與'短路'相結合W去除電容電荷。
[0136] 初始數(shù)據(jù)表明使用脈沖刺激與使用直流刺激不同的'規(guī)則'。至少在某些情況中用 直流刺激，在整個刺激過程中持續(xù)認知效應。至少在某些情況中用雙相脈沖刺激，當圍繞特 定闊值升高和降低最大振幅電流時，效果更好。用運種方案，至少在某些情況中不發(fā)生馴 化。至少在某些情況中，電流可被反復增加和降低W隨著每次增加誘導所需的認知效應，但 是當將振幅留在特定值（即使該值在闊值處)時，效應會減弱。運一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了一個另外的 實施例，其中第二(較慢的）頻率調制了高頻雙相tACS的振幅（圖5F)。運種較慢的調制將通 過使頻繁的上升和下降在用于感知的闊值上方和下方來維持效應。在圖5F示出的實例中， 雙相高頻TES信號的振幅在+/-5mA(對于認知效應高于闊值)和+/-3mA(對于認知效應低于 闊值)之間交替。需注意，可使用在超闊值和亞闊值電流強度之間的調幅的其他模式(例如， 線性或非線性斜變、銀齒波、正弦波或其他調幅波形）。
[0137] 在另一另選的實施例中，高頻雙相TES(例如，tACS)可施加于受試者W誘導預期的 認知效應，然后該系統(tǒng)切換至直流操作模式W維持認知效應。高頻雙相TES可被與直流偏移 或直流偏置(例如，0.5mA或1mA)同時應用，W誘導較大認知效應而同時減弱疼痛或刺激的 感覺(圖5G)。
[013引可應用上述的脈沖、TES和干擾刺激方案中的一個或多個的粘附的獨立成套的TES 系統(tǒng)可有利于實現(xiàn)具有最小疼痛、刺激和組織損傷的預期形式的神經調制。
[0139] 包含"短路"（例如，在電極上的電容放電）的TES系統(tǒng)可對脈沖刺激方案有用，并且 可幫助降低或防止疼痛和不適。在一些變型中，裝置包括與電極連接的短路(或電容放電） 電路。例如，電容放電電路可包括電子部件和固件特征，其用低歐姆電阻器(例如，50歐姆） 縮短陽極-陰極路徑W允許在脈沖(例如，在受試者皮膚中）期間建立的電容放電。在一些情 況下，短路有利于減少不適，并且相應增加由TES誘導的認知效應（由于降低不適引起的分 屯、使得其它認知效應可被受試者體驗和允許傳遞誘導更明顯的認知效應的較高的峰電流 強度中的一者或兩者）。用于快速對電容電流放電W最小化副作用一刺激，并且因此從預期 的認知效應或精神狀態(tài)分屯、，一或在傳遞的峰強度方面受限制的其它系統(tǒng)和方法可作為所 述短路模式和系統(tǒng)的替代來使用。例如，電容放電電路可在設備中包括與主電流源相似的 固定電流源，但是在0V處飽和，并且允許聚集的電荷放電。放電時間可為固定的或可取決于 電壓和電極電容。在一個實例中，名義上的短路電流可能是可調制的（例如40mA)，其可通過 改變電阻器而改變。放電可通過具有在范圍（例如多至20mA)內的可調電流的常規(guī)電流源進 行；打開兩個底部整流開關可避免在運種情況下反充電。通常，短路放電可W是非?？斓?(例如，在微秒時間尺度上），并且可使用非常高的電流(例如，幾十mA至100mA)。
[0140] 對于上述配置A和配置B兩者，在可接受的TES波形范圍內，改變一個或多個參數(shù)可 改變認知狀態(tài)的調制，例如改變誘導的認知效應的主觀體驗。一些刺激參數(shù)可能在一個受 試者中更有效，而在另一個受試者中相反。
[0141] 通常，為了誘導特定的認知效應而在參數(shù)的不同有效范圍之間偏移波形，可將斜 變和其它波形特征包含，并且因此實現(xiàn)更強、持續(xù)更長的認知效應。在有效波形之間的偏移 可為迭代的（即一個參數(shù)改變，然后另一個改變），并且它可為重復的（即從一個波形改變至 第二波形，然后返回到第一波形等;或在Ξ個或更多有效波形之間切換）。在一些實施例中， 在有效范圍內快速偏移一個或多個參數(shù)誘導更強的認知效應，其中快速通常指小于15秒， 且可短至一秒或更小。
[0142] 在配置A和配置B兩者中，用于神經調制的雙相TES波形(直流電<100%)可使正向 脈沖和負向脈沖的中屯、在相位上分開180度，或只要正向脈沖和負向脈沖不重疊，可具有更 小的相位偏移。通常，用于本文所述配置中的任一種的TES波形可被加、減、卷積或W其他方 式進行振幅調制。此外，在實施例中，用于本文所述任一配置的TES波形可具有使用線性、指 數(shù)或另一種斜變形狀斜變的振幅。TES波形的脈沖可包括方波、正弦波、銀齒波、Ξ角波、整 流(單相)波、脈沖寬度調制的、振幅調制的、頻率調制的波形或其它模式的交流電波形。
[0143] 當受試者激活用戶界面(物理按鈕、開關等；或存儲能夠由遠程處理器(特別是智 能手機等)執(zhí)行的一組指令的非暫態(tài)計算機可讀存儲介質，所述指令在由含有遠程處理器 的計算設備或通信地連接到TES裝置的計算設備執(zhí)行時，引起用戶界面開始繪制將在TES裝 置的屏幕上顯示的TES波形），波形的傳遞可開始、暫停、停止或被調制（例如，TES波形的參 數(shù)被改變）。參見，例如，圖6示出可用于觸發(fā)由受試者佩帶的可佩帶式設備的刺激的遠程處 理器的一個例子。遠程處理器可W是智能電話，并且可W與裝置通信(雙向或單向），用于選 擇刺激參數(shù)等。
[0144] 由TES誘導的認知狀態(tài)的變化對用戶主觀識別并且歸因于電刺激可能是很困難 的。通過合并減小的電流強度的間歇、過渡時期(增加的頻率、減少的占空比、減少的直流偏 移等），較早發(fā)生的認知改變將變得明顯，改善了用戶體驗和對系統(tǒng)的積極響應。簡而言之， 瞬間（和快速)降低然后增加電流強度來為受試者產生明顯的主觀對比可在越高的電流水 平為用戶提供越明顯的誘導的認知效應。因此，通過TES療程指導用戶感知認知狀態(tài)中的誘 導變化的方法和系統(tǒng)是有益的。例如，在保持電流強度在引起神經調制的闊值之上，誘導認 知效應的超闊值水平之后，電流強度可快速(例如，小于5秒W上;任選地小于10秒W上;任 選地小于15秒W上）下降至低于誘導認知效應的闊值(誘導認知效應的亞闊值），因此導致 受試者在前述較高的電流強度下更容易地識別誘導的認知效應。
[0145] 可通過W下四個步驟描述示例性順序：（1)快速斜降至誘導認知效應所需的電流 強度W下的中間電流強度W下，（2)維持在中間水平一段時間，該時間足W使受試者識別不 存在先前誘導的認知狀態(tài)的變化，（3) W足夠慢的速率逐漸增加電流強度，使得增加的電流 強度最低限度地刺激受試者和/或使受試者痛苦，W及(4)維持使TES足W誘導感興趣的認 知效應的電流強度。四步順序可W在單個時間被傳遞到受試者，或W選擇為約O.OOlHz至 0.1化之間的固定或可變頻率重復。
[0146] 例如，圖5H和圖5i示出包括慢斜變(斜線上升)和快斜變(瞬態(tài)偏移）W改善TES療 效的示范性模式。在圖5i的實例中，電流強度開始于0mA的水平(2000)，線性增加(2001)至 中間亞闊值（用于神經調制W誘導受試者中預期的認知效應）電流(2002)，然后再次斜升 (2003)至電流(2004)，所述電流(2004)高于用于神經調制W誘導受試者中預期的認知效應 的闊值。接下來，傳遞的TES電流迅速降低(2005)發(fā)生在很短的時間周期，降到低于用于誘 導認知狀態(tài)改變的最小值W下的電流強度水平（2006 )，該電流強度在快速增加電流強度 (2007)回到較高的電流水平(2008)之前被維持一分鐘或兩分鐘，較高的電流水平高于用于 神經調制W誘導受試者中預期的認知效應的闊值。在運個實例中，在電流水平被降回到0mA 之前，電流強度2009、2010、2011中的短暫下降被重復一次。在一些變型中，已發(fā)現(xiàn)如果強度 快速或慢速斜降（亞闊值），但斜變回升到超闊值的時間要快得多（例如，小于幾秒鐘等)會 更加有效。
[0147] 旨在用于相同的電極配置的各組波形可用于誘導被更強烈持續(xù)，或提供相關但主 觀不同的體驗的認知效應(例如，第一TES刺激波形可產生增加的動力，而第二相關的TES刺 激波形誘導增加精神清晰度和焦點）。裝置(包括施加器和/或與施加器配對的遠程處理器） 可W包括運些各種波形組，并且可W由受試者選擇(在某些情況下，由受試者改變）。
[0148] -種在受試者中引起持續(xù)、更持久的認知效應的方式是傳遞引起誘導期望的認知 效果的第一 TES波形，然后在第一 TES波形暫停之后傳遞第二TES波形。當?shù)谝?TES波形結束 時，誘導的認知效應可持續(xù)一段時間，但強度或質量逐漸下降。然后可W呈現(xiàn)第二TES波形， 導致推動或再誘導由第一 TES波形引起的逐漸減弱的認知效應。通常，相對于將一般持續(xù)幾 秒鐘到幾分鐘的第二TES波形，誘導方案可W更長(即，一分鐘或更長;有利地3分鐘或更長； 或5分鐘或更長;或10分鐘或更長）。相對于簡單地重新觸發(fā)所述第一、較長的TES波形，運種 布置可能是有利的，因為它更舒適、更省電（使得在TES系統(tǒng)的電池更持久），且更安全，因為 它誘導了類似的認知效應，而引入較少的能量到體內。
[0149] 例如，經配置用于根據(jù)配置A放置的電極的8分鐘感應TES波形可經皮傳遞給受試 者，然后在'誘導'TES波形結束之后的幾分鐘至幾十分鐘（或小時），第二TES波形被選擇為 通過更簡短的（即，小于兩分鐘;或小于五分鐘）的TES波形'再充電'或'再誘導'效應。再誘 導TES波形旨在根據(jù)用戶需要來重復使用。在其中智能手機應用程序由受試者用來選擇效 果的實施例中，用戶界面元素可W在第一療程結束之后的特定時間自動呈現(xiàn)給受試者，使 得用戶可W觸發(fā)"再誘導"(或'再充電'）匹配于第一誘導TES波形的TES波形。
[0150] -些用于誘導'再誘導'或'再充電'TES波形的方法可允許用戶去除在誘導療程和 再充電療程之間（或多個再充電療程之間）的電極，且任選地，當?shù)皆俪潆姱煶痰臅r間時提 醒他們放置電極。再充電療程的定時可W純粹基于時間（即開環(huán))來確定，或可W基于生理 數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)、認知數(shù)據(jù)和/或其他數(shù)據(jù)和適當?shù)乃惴ㄗ詣佑|發(fā)，所述適當?shù)乃惴ù_定何 時誘導的認知效應逐漸消減，因此需要'再充電' TES波形。
[0151] 誘導與配置A相關的認知效應的有效的TES波形的實例可使用脈沖雙相刺激波形 (即在一個周期，在兩個方向上具有刺激），盡管在至少一些情況下，脈沖單相刺激波形和交 流電流刺激波形也可有效用于誘導類似的認知效應。
[0152] 脈沖雙相刺激使用30%至50%之間的占空比可有效用于誘導與配置A有關的認知 效應。例如，30 %至50 %之間的直流百分比；750化至化化之間的主頻率;和頻率相關的且在 3mA至16mA范圍內的最小峰值電流強度。對誘導配置A的認知效應有用的峰強度可與TES波 形的主頻率大致線性地成比例。例如，為了可靠地在不同個體誘導配置A的認知效應，所需 峰值電流可W是:在750Hz處至少3mA;在4曲Z處至少7mA; W及在lOkHz處至少16mA。通常，至 少3mA的峰值電流對穩(wěn)健地誘導配置A的認知效應是有用的。通常，隨著頻率增加，用于體驗 效果的電流可增加。然而，針對占空比和直流百分比的有效范圍可能不會隨著刺激頻率而 變化。
[0153] 對于具有高電壓（例如至少50V)和高功率（例如至少700mW)的設備，也存在具有 6曲zW上的主頻率的舒適且有效的波形。然而，由于效應所需的頻率和電流大致成比例，所 W僅具有相對低皮膚阻抗(例如aOkOhm或更?。┑妮^小百分比的人群-估計小于20%-可W 使用較低功率的設備實現(xiàn)運些效果。當可行時，包括化化W上（即在化化至25kHz之間；或 6曲Z至巧曲Z之間；或10曲Z至15曲Z之間）的主頻率的TES波形，也可有效誘導配置A的效應。 由于增大的頻率，需要更高的電流強度，在該較高的頻率范圍，需要約7mAW上(且優(yōu)選約 lOmAW上)的峰值電流來誘導配置A的效應。
[0154] 對于在脈沖之間配置有短路的設備(運減少了電容性電荷積累，從而提高舒適性 且減小副作用），包括神經刺激的常規(guī)范圍中的較低頻率范圍（即，約80化至約150Hz之間） 的主頻率的TES波形可產生與配置A相關的有效認知效應，可能是由于面部神經的刺激。對 于包括運個較低范圍內的主頻率的TES波形，占空比和直流電百分比最佳為低于約30%。
[0155] 如所提及的，通常，在有效頻率范圍內的刺激頻率的快速斜變(例如，發(fā)生時間小 于10秒W上，且最優(yōu)小于3秒W上）可誘導與配置A相關的更強的認知效應。為了提高舒適 度，通常優(yōu)選使用在頻率范圍的下端處或接近頻率范圍的下端的峰值電流強度，當移頻時 所述頻率范圍對受試者是舒適的。頻率的重復偏移也可有效用于誘導強的認知效應。例如， 從化化至化化然后回到6kHz的偏移發(fā)生3秒或更短時間，可能是一種用于改善與配置A相關 的認知效應的強度的有效的TES波形特征。
[0156] 用于誘導與配置A相關的效應的示例性有效TES波形W40%占空比、38%直流電、 10mA峰強度(任選地，其在波形的過程中逐漸增力日，例如，從8mA至10mA)、W及在4曲Z至化化 之間偏移的主頻率持續(xù)5至15分鐘。
[0157] 通常，與配置A相關的認知效應水平的短期增加可W通過瞬時和快速調制刺激的 一個或多個參數(shù)來實現(xiàn)，包括增加峰值電流;增加占空比；W及減小刺激頻率。然而，調制直 流電百分比不是用來增加由配置A誘導的認知效應的強度的可靠方式。為了實現(xiàn)認知效應 的期望的短期增加，需要調制理想地發(fā)生在1秒內的TES波形參數(shù)，但多達5秒在某種程度上 可為有效的。通常，為了傳遞導致認知效應短期增加的調制同時保持調制的參數(shù)在有效范 圍內，在相反的方向上對先前的（任選地，更逐漸地發(fā)生；即10或更多秒直至數(shù)分鐘或更長 時間）TES波形參數(shù)進行調制是必需的。通常，快速增加電流或占空比需要響應的TES電流控 制電路，該TES電流控制電路能夠快速補充所需要的更高功率。
[0158] 誘導與配置B相關的'放松'認知效應的有效的TES波形可使用脈沖雙相刺激波形 (例如，在一個周期，在兩個方向上具有刺激)或脈沖單相刺激波形，盡管在至少一些情況 下，交流電刺激波形也可有效用于誘導類似的認知效應。脈沖雙相刺激可對誘導與配置B相 關的認知效應有效，使用30%至60%之的占空比；85%至100%的直流百分比（其中，100% 直流對應于單相脈沖刺激波形）；化化至50kHz之間的主頻率（例如，5kHz至25kHz ;多達 50k化等）；W及1mA至20mA的峰值電流強度(盡管在某些情況下，如果對用戶舒適，那么20mA W上的較高的峰值強度也可能是有效的）。
[0159] 包括降低和增加峰值電流的周期的TES波形可對誘導與配置B相關的認知效應有 效。例如，此類周期可包括在高峰值強度(例如15mA)處3至4分鐘，然后瞬態(tài)減少到較低峰值 強度(例如，4mA或更?。?0秒至1分鐘的時間。例如，在約10分鐘的時間上具有降低然后增加 電流強度的至少3個周期的TES波形對于誘導與配置B相關的認知效應有效。通常，約+/- lOOOHz而在峰值電流處的主刺激頻率的偏移或斜變是用于誘導與配置B相關的強認知效應 的另一種方案。
[0160] 包含有效強度逐漸增加的TES波形對于增強與配置B相關的認知效應可能有效。有 效強度可通過增加峰值電流、降低刺激頻率、增加占空比、增加直流百分比或者它們的任意 組合來增加。
[0161] 如上所述，由于需要高直流百分比W誘導與配置B相關的效應，通過具有能夠短路 (包括電極的電容放電）的TES系統(tǒng)傳遞的TES波形可W是一個有益的特性。高直流通常是指 刺激的更多電荷不平衡，因此較高的電容負載經由短路模式放電。然而，在一些情況下，與 配置B相關的認知效應可能在不用短路的情況下被誘導（例如，使用具有W下參數(shù)的TES波 形:2-4曲z、7-8mA、80%占空比W及15%的直流）。
[0162] 用于誘導與配置B相關的效應的示例性有效TES波形使用38%占空比、100%直流 (單相脈沖）、16mA峰值強度(任選地，其在波形的數(shù)分鐘過程中逐漸增加，例如從14mA至 16mA)、化化主頻(任選地，在波形中上移和/或下移至多約Ik化），并且在波形中間歇地從 11mA斜降和回升。
[0163] 用于誘導與配置B相關的效應的另一示例性有效TES波形使用44%占空比、95%直 流、13mA峰值強度（任選地，其在波形的數(shù)分鐘過程中逐漸增加，例如從10mA至13mA)、在 7.5曲Z至8.5曲Z的范圍內調制的主頻率，并且在波形中強度間歇地從4mA斜降和回升。
[0164] 通常，用于誘導與配置A和配置B相關的效應的TES波形持續(xù)至少Ξ分鐘(雖然如本 文所述的'再充電'波形可W更短，例如數(shù)十秒或更長時間）。
[0165] 通常，用于誘導與配置A和配置B相關的效應的TES波形的舒適度可能會通過具有 從零(或接近零)電流至有效電流強度的逐漸斜變而增加，使得受試者可W習慣于該電流。
[0166] 通常，用于誘導與配置A或配置B相關的效應的TES波形可W包括在有效范圍內的 參數(shù)值之間的偏移或斜變。針對配置A或配置B的TES波形在幾分鐘內強度逐步增加(例如， 在lOmin內從8mA增加至10mA)對于誘導穩(wěn)健的和/或持久的效應有效，因為受試者傾向于最 初對副作用非常敏感，但后來適應副作用。
[0167] 施加器
[0168] 上述改變受試者認知狀態(tài)的方法可W通過多種不同的設備，如TES施加器來實現(xiàn)。 通常，TES施加器可包括用于TES的硬件和軟件系統(tǒng)，諸如：與主電源安全隔離的電池或電 源;用于觸發(fā)TES事件和控制各電極的刺激的波形、持續(xù)時間、強度和其他參數(shù)的控制硬件、 固件和/或軟件;和一對或多對帶有用于電禪合到頭皮的凝膠、鹽水或另一種材料的電極。 用于TES的硬件、固件和軟件可W包括額外的或更少的部件。用于TES的硬件、固件和軟件可 W包括多種部件。
[0169] 如本文所述的TES施加器的實施例可W是粘附的和獨立成套的經皮電刺激(TES) 系統(tǒng)。在至少一些實施例中，粘附的和獨立成套的TES系統(tǒng)由電池供電、與控制器單元無線 通信，并可W分離成僅通過導電線連接的兩個獨立的組件（主組件和從組件）。主組件包括 用于管理電流傳輸?shù)奈⒖刂破鳌㈦姵?，無線通信模塊、其他電子電路W及粘附的電極組件。 從組件包含粘附的電極組件，其(僅)通過多忍導線被系在主組件，并適合于主組件的情況， 直到受試者準備好進行TES療程。為了開始TES療程，受試者從主組件外殼上分離從組件，并 且將粘附的電極放置在他/她的頭部上。電極組件是可替換的和/或一次性的。
[0170] 圖7A示出如本文所述的TES施加器的一個實例。在圖7A中，TES施加器包括一對電 極，直接禪合至TES施加器的主體603的第一電極601，W及通過電纜或導線604連接至施加 器的主體603的第二電極606。電極可W是可替換的/ 一次性的。不同形狀的電極607可用于 相同的可重復使用的TES施加器裝置。該裝置是緊湊的（小型化的）和輕型化的，并且可W被 受試者佩帶，例如佩戴在受試者的頭部或臉部。
[0171] 圖7B是包括連接到該裝置的主體703的第一電極701的施加器的另一實例。該電極 可被可拆卸地附接702到主體703。第二電極(在圖7C中示出正面和背面視圖）也可被連接到 設備的主體703,并包括電極接觸部分706和粘附部分705。第二電極包括將其電連接到設備 的主體的電繩或導線708。
[0172] 圖7D示出輕型化、可配帶施加器的另一種變型的主體部分的不同視圖（頂視圖、底 視圖、側視圖和前視圖），其中電極可被附接到裝置。在該示例中，該施加器的外殼是薄的且 包圍設備的許多電子元件，運對連接到受試者的太陽穴區(qū)域尤其有用。
[0173] 本文所述的TES方法和各種配置可W用于能夠經皮傳遞適當?shù)腡ES波形的任何TES 系統(tǒng)。通常，TES系統(tǒng)可W使用粘附的電極和/或通過可佩帶裝置（即帽、頭帶、項鏈、眼鏡框 或能夠使電極與受試者的皮膚物理接觸的其它形狀因素）固定在適當位置的電極。通常， TES系統(tǒng)的經皮電極的組成可選自包括但不限于下列項的組的一個或多個特征:接觸皮膚 的水凝膠、用于將電流有效地轉化為電化學電流（即通過帶電離子進行）的Ag/AgC12成分； 用于改善整個電極表面的電流均勻性的層或其它結構；用于更牢固地保持電極與皮膚均勻 接觸的粘合劑(例如水膠體）；用于經皮傳遞電流的鹽水浸泡的海綿組件;或經皮電刺激領 域的技術人員已知的其他經皮電極技術。通常，TES控制器的電源、電流控制器和其它電子 電路(例如，安全電路和任選地，無線通信忍片組)可W在手持式、臺式或其它便攜式控制器 系統(tǒng)中；為直接連接到一個或兩個電極或通過導線連接到電極并且W其他方式被用戶佩帶 (或放置在另一個佩帶結構（例如，頭帶或袖帶；口袋;項鏈、耳環(huán)或眼鏡框架）中）內的可佩 帶式部件;或完全是一次性的且與該系統(tǒng)的一個或多個經皮電極集成。
[0174] 例如，本發(fā)明的實施例包括用于根據(jù)配置A和/或配置B使用電極通過將適當?shù)腡ES 波形從經皮電刺激系統(tǒng)傳遞到受試者來誘導上述認知效應的方法。通常，本發(fā)明的實施例 也包括系統(tǒng)，由此除了存儲一組能夠由處理器執(zhí)行的指令的非暫態(tài)計算機可讀存儲介質之 外，TES裝置包括電源（如電池）、電流控制和安全電路、處理器（即微處理器、微控制器等）、 導電性連接器和/或連接到一個或多個陽極和一個或多個陰極的電纜，并且任選地包括無 線通信模塊，當所述指令由處理器執(zhí)行時，導致TES波形在陽極(或一組等電陽極）和陰極 (或一組等電陰極)之間經皮傳遞。
[0175] lOmAW上的刺激強度可用于誘導有益的認知效應。然而，至少在某些情況下（例 如，為了實現(xiàn)電極場到神經系統(tǒng)的目標部分的改善的定位;或因為電極位置靠近覆蓋有毛 發(fā)的區(qū)域，從而對電極放置不太理想;或者因為皮膚敏感的區(qū)域接近如耳后的乳突區(qū)；或者 由于對肌肉抽搖敏感的區(qū)域接近如眼睛周圍的區(qū)域)用于TES的電極需要很小。相對于較大 的電極，使用較小電極的TES系統(tǒng)的實施例由于與受試者接觸的表面積減少，具有較高的阻 抗。此外，由水凝膠(包括粘合劑水凝膠)或用于電禪合到身體而不留顯著殘余(或濕度，如 鹽水浸泡的海綿電極發(fā)生的）的其他組合物構成的電極可能在如何能夠具有低電極阻抗同 時保持其他所需的屬性(例如緩沖液pH從電荷不平衡刺激改變的能力)方面受限制。
[0176] 盡管已知組織阻抗在增加頻率(例如從100s化至低的10s曲Z)時降低-和其它波 形特征對阻抗的影響，如本文所述用于誘導有益認知效應的TES裝置和電極配置的系統(tǒng)阻 抗一般為Ik化m至25k0hm之間。lOkOhmW上的阻抗值并不少見。因此，根據(jù)歐姆定律需要高 電源電壓W傳遞3mAW上(或在某些情況下，多至15mAW上）的峰值電流。
[0177] 因此，本文所述的TES系統(tǒng)包含電子電路W實現(xiàn)高電壓電刺激，其中高電壓對應于 一般大于10V、且任選地大于15V、大于20V、大于30V、大于40V、大于50V、大于55V、大于60V、 大于65V或大于75V的電路電源電壓。用于傳遞高電流刺激的裝置包括具有快速放電性能 (通常為1C或更高;優(yōu)選為3C或更高;5°C或更高;或10C或更高）的電源(通常為電池)使得可 W傳遞峰值電流;接受電池或其他電源的低電壓輸出并提供需要的高電壓電平來提供特定 的功率電平的變壓器(升降壓或其他）；W及設計成在高電壓下可預測和可靠地運行的其它 電子電路元件。
[0178] 用于W神經系統(tǒng)為目標的經皮電刺激的先前系統(tǒng)一般已使用直流電刺激，對于 其，2mAW上的電流(尤其是3mAW上的電流)常導致發(fā)炎、疼痛或組織損傷。因此，W前沒有 考慮用于誘導神經調制的高電壓經皮電刺激系統(tǒng)。
[0179] 必須采取特別護理W保證本文所述的高壓TES系統(tǒng)安全運行，且用戶不會休克、燒 傷、感到刺激或W其他方式對用戶引起不適或組織損傷。通常，安全元件可W結合在TES系 統(tǒng)的電路和固件組件中，包括但不限于:最大瞬時功率輸出；最大瞬時電流輸出；最大暫存 的平均功率輸出；最大暫存的平均電流輸出；最高控制器工作溫度;最高電池工作溫度;最 小電池電源電壓和/或容量）；和其他特征，W確保所傳遞的刺激符合安全規(guī)范。
[0180] 在本發(fā)明的實施例中，可佩帶式組件限制了電極的位置，使得當用戶佩戴該組件 時，電極位置在配置所需的位置處或接近配置所需的位置?；蛘?，形狀或其它特征(如觸覺 特征)可W引導用戶將電極放置在針對特定配置的適當位置中。可佩帶式組件可W采取各 種形式，包括但不限于帽子、頭帶、項鏈、繞耳形狀因素或限制電極位置的另一種可佩帶式 系統(tǒng)。任選地，根據(jù)配置A或配置即良制電極位置的可佩帶式組件還包括電池或其它電源W 及將TES波形傳遞到電極的可編程控制器。本領域普通技術人員將認識到存在針對可佩帶 式組件的許多可用形式，并且本發(fā)明的實施例預期與任何此類可佩帶式組件一起使用。
[0181] 通常，本文所述的裝置可W包括針對配置A和配置B兩者置于受試者身上合適的位 置處的兩個電極(例如，陰極或陰極組），并且還包括開關(電的、機械的、光學的等），該開關 針對配置A或配置B可替換地將單個陽極(或等電陽極組)連接到陰極，且進一步經配置為傳 遞適當?shù)腡ES波形W誘導與陰極配置相關的認知效應。
[0182] 圖8示出顯示TES系統(tǒng)的組成和使用的示意圖的一種變型。圖8示出用于配置、致動 和結束TES療程的示例性工作流。在TES設備或無線連接的控制單元上的用戶輸入800可用 于選擇所需的認知效應801，它確定電極配置設置802W實現(xiàn)所需的認知效應，包括選擇電 極或包括電極的TES系統(tǒng)，和確定電極的正確位置。在一個實施例中，用戶的配置指令803通 過選自列表中的一種或多種方式來提供，所述列表包括但不限于:經由用戶界面提供的指 令;提供給用戶的工具包;經配置為使TES電極接觸到用戶身體的適當部分的可佩帶式系 統(tǒng)；電極選擇和由用戶自動完成的定位(例如，由于W往的使用TES的體驗）；通過TES的熟練 技術人員提供的援助；W及經由其他方式提供的說明。
[0183] 基于運些指令或知識，用戶或其他個人或系統(tǒng)將電極定位在身體上804。在一些實 施例中，在電極定位在身體上后，TES療程自動開始807。在其他實施例中，在TES療程開始 807之前，通過TES系統(tǒng)檢查電極的阻抗805。在一些實施例中，在通過TES系統(tǒng)檢查電極的阻 抗805之后，在TES療程開始807之前用戶致動TES設備806。在其他實施例中，在將電極定位 在身體上804之后，用戶致動TES設備806 W開始TES療程807。一旦TES療程開始，下一個步驟 就是使用指定的刺激方案傳遞電刺激808。在一些實施例中，用戶致動TES療程的結束809。 在其他實施例中，當刺激方案完成時，TES療程自動結束810。
[0184] 圖9示出便攜式有線TES系統(tǒng)900的部件。粘附的電極901可W經由連接器902和導 線903被連接到TES控制器904dTES控制器904有幾個部件，包括電池和受保護的交流電源 905、保險絲W及其它安全電路907、存儲器908、微處理器909、用戶界面910、電流控制電路 906和波形發(fā)生器911 eneuroConn直流刺激器（德國伊爾梅瑤的neuroConn GmbH公司）和 ActivadoselK美國猶他州鹽湖市的Activatek公司）是可用于tDCS的通過導線連接到電極 的市售的便攜式系統(tǒng)。i η T E N S i t y T Μ產品系列（美國德克薩斯州奧斯汀的C U r r e η t Solutions化C)是通過導線連接到電極并且可W經配置用于恒定和干擾tACS的市售的便 攜式系統(tǒng)。其它商業(yè)或定制系統(tǒng)可W用作便攜式的有線TES系統(tǒng)W傳遞tACS、tDCS、tRNS或 另一種形式的TES。
[0185] 圖10示出包括粘附的或可佩帶式TES傳遞單元1000的TES系統(tǒng)，粘附的或可佩帶式 TES傳遞單元1000與微處理器控制的控制單元1009(例如，運行An化oid或iOS操作系統(tǒng)的智 能手機如iPhone或Ξ星Galaxy、平板電腦如iPad、包括但不限于筆記本電腦和臺式電腦的 個人計算機或任何其他合適的計算設備)無線通信。在該示例性實施例中，粘附的或可佩帶 式TES傳遞單元1000通過W下方式中的一種或多種保持與受試者皮膚接觸的兩個或更多個 電極:粘合劑、適合于或佩帶在用戶身體的一部分上的成型的形狀因素(例如，頭帶或耳周 '眼鏡'式形狀因素）。在示例性實施例中，粘附的或可佩帶式TES傳遞單元1000包括組件：電 池1001、存儲器1002、微處理器1003、用戶界面1004、電流控制電路1005、保險絲W及其他安 全電路1006、無線天線W及忍片組1007和波形發(fā)生器1016。微處理器控制的控制單元1009 包括組件:無線天線W及忍片組1010、圖形用戶界面1011、用于提供關于TES療程的反饋的 一個或多個顯示元件1012、一個或多個用戶控制元件1013、存儲器1014W及微處理器1015。 在另選實施例中，TES傳遞單元1000可W包括附加的或更少的組件。本領域的普通技術人員 將理解，TES傳遞單元可W由多種部件組成，并且本發(fā)明的實施例設及使用任何此類部件。
[0186] 粘附的或可佩帶式TES傳遞單元1000可W經配置為使用無線通信協(xié)議1008雙向通 信到微處理器控制的系統(tǒng)1009。該系統(tǒng)可經配置為無線傳送各種形式的數(shù)據(jù)，包括但不限 于觸發(fā)信號、控制信號、安全警報信號、刺激定時、刺激持續(xù)時間、刺激強度、刺激方案的其 他方面、電極質量、電極阻抗和電池電平。可W使用本領域已知的方法與設備和處理器進行 通信，所述方法包括但不限于RF、WIFI、WiMAX、藍牙、BLE、UHF、NHF、GSM、CDMA、LAN、WAN或其 他無線協(xié)議。由例如遙控器發(fā)射的脈沖紅外線是另外的無線通信形式。近場通信(NFC)是用 于與神經調制系統(tǒng)或神經調制圓盤進行通信的另一種有用的技術。本領域的普通技術人員 將理解，存在可用于本發(fā)明的實施例的多種無線通信協(xié)議，并且本發(fā)明的實施例被設想為 與任何無線通信協(xié)議一起使用。
[0187] 粘附的或可佩帶式TES傳遞單元1009可W不包括用戶界面1004,并通過無線通信 協(xié)議1008由控制單元1009?？诳刂?。在另選的實施例中，粘附的或可佩帶式TES傳遞單元 1009不包括無線天線和忍片組1007,并通過用戶界面1004?？诳刂?。本領域技術人員將認 識到，替代的TES系統(tǒng)可被設計成具有多種配置，同時仍然能夠經煩和經皮傳遞電刺激到受 試者中。
[018引圖21A至圖27示出本文所述的TES施加器裝置的一個變型。在本實例中，TES施加器 經配置作為電池供電的粘附的和獨立成套的TES系統(tǒng)，其與遠程控制器單元進行無線通信 且包括僅通過導電線禪合的主組件(其中具有控制模塊和附接的電極的主體)和從組件(第 二電極）。主組件包括用于管理電流傳遞的微控制器(控制模塊）、電池、無線通信模塊、其他 電子電路W及粘附的電極組件。從組件包含粘附的電極組件，其(僅)通過多忍導線被系在 主組件，并適合于主組件的情況直到受試者準備好進行TES療程。為了開始TES療程，根據(jù)本 文所述的針對特定配置的說明，受試者可W(在一些變型中）從主組件外殼上分離從組件， 并且將粘附的電極放置在他/她的身體上的適當位置。電極組件可W是可替換的和/或一次 性的。例如，圖21A和圖21B示出TES系統(tǒng)的一種變型2301(圖21A)和TES系統(tǒng)的'分解'視圖 (圖21B)的圖。該系統(tǒng)包括從組件的電極組件的部件：即剝即貼(peel and stick)粘合膜 2302;導電粘合電極2303 ;Ag/AgCl電流擴散器（W及抑緩沖單元)2304、2305、2306;和栓系 電極基部(例如，由模制苯乙締或由壓力形成的PET組成)2307。從組件通過柔性導線2308連 接到主組件。主組件也具有包括W下項的電極組件：即剝即貼（peel and stick)粘合膜 2309;導電粘合電極2310;Ag/AgCl電流擴散器（W及抑緩沖單元)2311、2314、2315;栓系電 極基部(例如，由模制苯乙締或由壓力形成的陽T組成)2312;和用于附接到主組件的控制模 塊并從其傳遞電流的連接器。圖22示出TES施加器Γ圓盤"）的視圖，從電極組件2503從主組 件2501分離并通過導線2502連接兩者。
[0189] TES施加器的本體可W由任何適當?shù)牟牧现瞥?，例如，壓力形成的PET或注塑苯乙 締，并且可W是主組件的可重復使用的控制模塊的外殼（'保持器'），所述主組件包括：電 源、無線通信模塊、可編程處理器和其它電氣組件。
[0190] 用于TES系統(tǒng)的某些部件的電路圖在圖23至圖27示出，包括無線藍牙模塊3902(圖 23)、智能電源開關3901(圖24)、電流源3904(圖25)、降壓轉換器3903(圖26)和突發(fā)轉換器 3900 (圖27)。未示出用于LED、電池電壓監(jiān)測、編程界面、電源連接、電流源連接器等的電路。
[0191] 具有主組件和從組件的TES系統(tǒng)的有利特征可W是:TES系統(tǒng)是可拆卸的，并且僅 通過柔性導電中繼線連接。在一些實施例中，導電中繼線可W是帶狀電纜或多忍電纜。在主 單元和從單元上的電極組件因此電禪合到主組件的可重復使用的控制模塊。導電中繼線可 W是一次性電極組件的一部分。受試者（用戶）可W根據(jù)需要展開導電中繼線，使得主電極 組件和從電極組件可粘附到頭部的適當部分，W傳遞TE對巾經調制到感興趣的大腦區(qū)域。運 個實施例是有利的，因為運兩個組件的相對位置僅由連接兩個組件的柔性導電線的長度限 審IJ。該實施例提供針對電極定位的靈活性，因為電極組件是粘附的、較小的、并且不是較大 組件的一部分，較大組件限制了多個電極與頭部或身體接觸的相對位置。
[0192] 較小的電池或超級電容器可足W為TES療程提供電力。用于TES系統(tǒng)的初級功率消 耗為傳遞到受試者體內的電流。甚至6mA的相對較高的tDCS電流傳遞30分鐘僅需要3mA-小 時(mAh),運容易從便攜式電池(如市售的重量小于5克的可充電3.7V 150mAh裡離子聚合物 電池)獲得。根據(jù)電力需求，脈沖刺激方案是更加有效的。包含一個或多個電容器和/或超級 電容器的實施例對較短的或較低電流的TES療程有用（例如，3.6F超級電容器提供ImAh，足 夠用于6mA的直流電傳遞5分鐘甚至更長的脈沖刺激療程）。由電池供電的TES系統(tǒng)的其它電 氣部件可能需要額外的功率，通知針對給定的TES持續(xù)時間和協(xié)議的電池和電容器的選擇。
[0193] 用于智能手機或平板電腦的音頻端口或充電連接器可用于為TES系統(tǒng)提供電力 和/或控制信號。在有利的實施例中，用于智能手機或平板電腦的音頻端口或充電連接器用 于為TES系統(tǒng)的電池或電容器充電，使得當智能手機或平板電腦不再連接到TES系統(tǒng)時，電 刺激可W在W后的時間被傳遞。在一些實施例中，電力通過手動操作的曲柄充電系統(tǒng)或一 個或多個太陽能電池提供給TES系統(tǒng)。
[0194] 本文所述的系統(tǒng)和方法可允許用戶'標記'經皮電刺激波形W提供說明、標記、反 饋和/或社會共享。接收經皮電刺激在時間上延伸且波形可W被設計，使得體驗在幾秒到幾 分鐘的過程中改變。例如，幻視可在特定的時間點傳遞;或誘導傳遞到受試者的神經調制的 變型的刺激的參數(shù)可被改變(例如，峰強度、刺激頻率、脈沖寬度或可W在一段時間內呈斜 變變化的其他參數(shù)），并且因此可W在質量或強度上改變在受試者中誘導的認知效應。用戶 界面可W允許受試者將波形中的時間點與評論、評級、標簽、突出顯示或其他信息關聯(lián)，所 述信息傳遞關于用戶的經皮電刺激體驗的一些情況。
[01M]本文還描述了存儲一組能夠由遠程處理器(特別是智能電話等)執(zhí)行的指令的非 暫態(tài)計算機可讀存儲介質，當所述指令由包括遠程處理器的計算設備執(zhí)行時導致呈現(xiàn)能夠 使用戶形成評論、評級、標記、突出顯示或其他信息的用戶界面，所述信息傳遞關于用戶的 經皮電刺激體驗的一些情況并且自動關聯(lián)經皮電刺激波形的信息。在一個實施例中，為包 括評級和標記的評論、W及用戶的唯一ID、波形和生成評論的波形中的時間制作數(shù)據(jù)庫條 目。例如，用戶界面可w在觸摸屏顯示器上包括數(shù)據(jù)輸入字段(例如包含基于先前輸入的標 簽"自動完成"功能的文本字段）、按鈕、下拉菜單或者評級系統(tǒng)(選擇1個或多個星），使得用 戶可W生成關于與波形和波形中的時間自動關聯(lián)的刺激的評論。
[0196] 本實施例的一個有利特征是：評論、標簽、評級等可W跨用戶（所有用戶；人口統(tǒng) 計、屯、理圖像、社會(例如，由化cebook上的朋友組成）或W其它方式限定的用戶組)和跨療 程編譯，使得特定用戶可W比較使用相同的經皮電刺激波形的療程之間的體驗。在一個實 施方案中，非暫態(tài)計算機可讀存儲介質存儲一組能夠由遠程處理器(特別是智能電話等)執(zhí) 行的指令，當所述指令由包括遠程處理器的計算設備執(zhí)行時導致在計算設備(或通信地連 接到計算設備，即通過屏幕共享或Apple TV)上的顯示器為用戶顯示跨用戶和/或針對所選 波形的療程的評論，包括與在TES療程期間用戶還未體驗的波形部分相關聯(lián)的評論。因此， 用戶將形成波形的高度顯著或其他感興趣的(或不感興趣的）部分的預期（即'注意幻視'或 '在運里上調強度'）。評論和反饋的顯示可W是定量的（例如，將示出波形的所有部分的平 均排名評級作為在TES波形的特定部分期間的反饋的時間或密度的函數(shù)示出）。不同的元數(shù) 據(jù)可W根據(jù)可獲得的反饋量和/或正顯示的波形的時間尺度自動顯示。
[0197] 同樣，來自TES用戶佩帶的傳感器如生理傳感器(例如測量皮膚電反應、溫度、屯、 率、屯、率變異性、呼吸頻率、瞳孔擴大、運動、皮質醇水平、淀粉酶水平）或W其他方式詢問 TES用戶獲得的元數(shù)據(jù)可W與波形在時間上對準。
[0198] 任何用于調整本文所述的TES波形的系統(tǒng)和方法可在使用過程中考慮阻抗和/或 電容。
[0199] 通常，TES波形可說明在療程期間（或整個療程中）電極和/或皮膚阻抗的預期變 化。退化的電極通常表現(xiàn)出增加的阻抗，并且可W將在整個電極-皮膚表面?zhèn)鬟f電流非均勻 性(從而在電流強度的邊界導致增加的皮膚不適）。相比之下，在延長數(shù)分鐘的TES療程期 間，組織(皮膚)阻抗通常會降低。組織(皮膚)阻抗已知是頻率相關的。通常，較高頻率的交 流刺激或脈沖刺激相對于較低頻率表現(xiàn)出較低阻抗?？蓱{經驗估計或測試用戶組織的頻率 依賴性。
[0200] 通常，用于本文所述的配置的TES波形可通過改變頻率、強度、占空比、波形形狀或 其他波形參數(shù)來補償電極和組織的一個或多個逐漸改變的電性質。
[0201] 阻抗檢查或估計(例如，來自用戶或其他用戶的歷史數(shù)據(jù))可提前用于選擇波形或 電極配置(例如，包括組合物、大小和/或定位），使得有效和舒適的經皮電刺激可被傳遞用 于誘導所需的認知效應的神經調制。
[0202] 在一個實施例中，用戶的電性質（例如，與頻率相關的皮膚阻抗)可用于自動地改 變TES波形的特性。用戶組織的電性質中的初始(預刺激)和刺激誘導的變化可W幫助引導 針對舒適度和有效性的波形選擇和/或調整。
[0203] 該系統(tǒng)可一次或重復測量來自用戶的阻抗和/或電容數(shù)據(jù)。響應于用戶或第Ξ方 經在可佩帶式TES系統(tǒng)或通信地連接到可佩帶式TES系統(tǒng)的控制器(例如與TES系統(tǒng)無線通 信的智能手機或平板電腦)上的用戶界面的選擇，重復測量可發(fā)生在固定的時間間隔。測量 的阻抗和/或電容數(shù)據(jù)被有利存儲W改善將來的設備功能。在可佩帶式TES的機器可讀的計 算機存儲器部件上本地存儲的阻抗和/或電容數(shù)據(jù)可W有利作為用于改善該單元的功能的 特征信息。測量的阻抗和/或電容數(shù)據(jù)也可W從可佩帶式TES系統(tǒng)經由有線或無線通信協(xié)議 進行傳遞w用于存儲在計算機、智能手機、平板電腦、專用計算單元或其它計算機化系統(tǒng)的 機器可讀的計算機存儲器部件上。通過因特網實時或異步向遠程服務器發(fā)送的阻抗和/或 電容數(shù)據(jù)是有利的，因為它允許來自許多用戶和TES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動存儲和整合W用于改 善的設備舒適性和功能。
[0204] TES系統(tǒng)的有益實施例包括用于測量阻抗和/或電容的電路，其將運些數(shù)據(jù)發(fā)送到 在可佩帶式TES系統(tǒng)外部的機器可讀的硬件(包括經由因特網連接的遠程服務器），并將包 括用戶和硬件部件版本(例如電極）的元數(shù)據(jù)與測量關聯(lián)。元數(shù)據(jù)還可包括地理數(shù)據(jù)（即從 包含在TES系統(tǒng)或TES系統(tǒng)的獨立的硬件控制器如智能手機或平板電腦內的GPS系統(tǒng)收集 的）。地理數(shù)據(jù)可W用于將阻抗和/或電容值與溫度、濕度和能夠影響電極和/或人體組織的 電性質的其他環(huán)境因素相關聯(lián)。
[0205] 如本文所述進行操作W改變受試者的認知狀態(tài)的TES施加器和系統(tǒng)的例子在圖 11-圖15B中示出。
[0206] 例如，圖11示出在接收如本文所述TES刺激的所有受試者中平均的感知時間除W 實際時間的比例。在電刺激前(在圖11中的左數(shù)據(jù)點），比例約為1，符合受試者精確估算的 時間推移。刺激期間，受試者接受W1.0mA的最大電流強度通過根據(jù)配置1定位的電極傳遞 的經煩直流電刺激，橫向電極放置在受試者右側。矩形1.3" r'PALS⑧銷電極 (Axelgaard制造有限公司，部件編號891200)作為陽極（106)，且正方形電極 (Axelgaard制造有限公司，部件編號UF2020)作為陰極（105)。因此，在刺激期間和刺激后， 受試者估計時間緩慢消逝:來自受試者的平均時間估計為約75%的已消逝時間的實際量 (在圖11中的中屯、數(shù)據(jù)點）。同樣，受試者使用配置2接收刺激(在1.5mA處通過根據(jù)配置2定 位的電極傳遞的TES，在配置2中兩個電極位于受試者右側;矩形1.3"x2.rPALS飯銷電極 (Axelgaard制造有限公司，部件編號891200)作為陽極，且圓形（約Γ直徑）小的MLS渡 ECG電極(Axelgaard制造有限公司，部件編號SEN5001)作為陰極，在刺激期間或刺激后給予 已通過時間的約85%實際時間量的平均估計(在圖11中的右數(shù)據(jù)點）。運些結果示出用于配 置1和配置2的TES刺激誘導時間快速消逝的主觀認知，與焦點、注意力和流動的認知狀態(tài)對 應的認知質量。
[0207] 如圖12所示，在1.5mA處使用配置2的直流TES也導致關于工作記憶任務性能的顯 著改善。在不同的Ξ天的獨立療程中，受試者執(zhí)行'n-back'（其中n = 2)任務同時接收TES或 偽刺激。n-back任務探查工作記憶，其為與智力功能、注意力、讀寫能力和教育成就具有緊 密聯(lián)系的執(zhí)行功能系統(tǒng)。工作記憶不是簡單地用訓練來提高的，表明用于提高工作記憶的 TES系統(tǒng)和方法可能導致受試者提高的智力能力。在重復訓練中，通過受試者使用較高強度 (例如，3mA)發(fā)現(xiàn)更穩(wěn)健的效果。
[0208] 圖13示出在100-訓練n-back療程中作為訓練次數(shù)的函數(shù)的受試者的平均錯誤率。 在相同的基線水平執(zhí)行，使用配置1接收TES的受試者的錯誤率約為接收偽"sr刺激的受試 者的10%。相比之下，使用配置2接收TES刺激的受試者具有明顯更少的錯誤，尤其對于n- back療程的前約50次訓練。運些結果示出使用>1.5mA(且更穩(wěn)健地，大于3mA)強度的直流 TES刺激顯著改善n-back任務的性能，與在刺激期間工作記憶的增強一致。相比之下，較低 (1mA)強度的療程對n-back性能相對于偽"sr刺激不具有影響。
[0209] 例如，當使用配置3(在3至3.5mA之間的強度處)時也發(fā)現(xiàn)運點。在運個實例中，TES 改善了能量、注意力和情緒。較高的能量水平、增加的注意力和改善的情緒在用于增強的生 產力、活動力和幸福的認知狀態(tài)中是高度需要的改變。在不同的Ξ天的獨立療程中，在受試 者接收TES(配置1)刺激、TES(配置2)刺激、TES(配置3)刺激、偽"Sr刺激或偽"S2"刺激之 后，完成對能量、注意力和情緒的評估的主觀感知的調查。
[0210]圖12和圖13示出對能量、注意力和情緒的平均(+/-SEM)調查結果，歸一化為預刺 激基線調查，其中較高的分數(shù)對應于較高的能量水平、提高的注意力和更好的情緒。需注 意，偽刺激調查結果大于0很可能對應于安慰劑效應。相對于偽"sr刺激，配置1的TES誘導 注意力的穩(wěn)健提高，但未明顯影響能量或情緒（圖12)。相對于偽"sr刺激，配置2的TES誘導 受試者的能量和注意力的實質性提高，但未明顯影響情緒（圖12)。相對于偽"S2"刺激，配置 3的TES導致提高的注意力和情緒的主觀報告，但未明顯影響關于能量水平的主觀報告（圖 14)。運些結果表明：配置1療程少量提高了受試者的注意力，但并未影響他們的注意力或情 緒;TES配置2療程提高了受試者的能量和注意力，但并未影響他們的情緒;且TES配置3療程 提高了受試者的注意力和情緒，但并未影響他們的能量。增加強度和控制頻率及如上所 述的直流偏移和占空比)實質上提供了更穩(wěn)健的效應。
[0別。圖15A和圖15B檢查了TES對屯、率波動的影響。屯、率波動化RV)ii量了屯、跳間間隔的 波動，并且被認為是自主神經系統(tǒng)功能的敏感分析。在不同的兩天的獨立療程中，在配置1 或配置2的TES療程之前、期間或之后，受試者佩帶脈沖傳感器系統(tǒng)。圖15A和圖15B示出接收 配置1(圖15A)或配置2(圖15B)的TES療程的所有受試者中的皿V的平均傅里葉變換。TES刺 激的任一形式誘導了非頻率特異性的HRV增加。運些結果表明配置1或配置2的TES療程誘導 增加的屯、率波動，并且認為運些形式的經煩電刺激對于控制自主神經系統(tǒng)有效，并且因此 誘導在大腦內部和外部的寬范圍的生理功能。
[0212] 圖16示出根據(jù)配置3定位電極的關于受試者放松水平的高強度TES刺激。在運個實 例中，受試者接收TES、安慰劑或偽刺激，并且針對根據(jù)配置3定位電極的主觀放松感受被評 估。分數(shù)在圖16中示出，并且被歸一化使得安慰劑狀況的放松分數(shù)等于1。偽刺激導致受試 者中的平均放松水平輕微降低。在3mA處的直流電刺激也未導致放松水平增加。相反，交流 電刺激（4kHz雙相方波；inTENSity單元，Current Solutions LLC，Austin TX;電流強度被 受試者控制到高達10mA的最大值)單獨或與直流電結合，導致增加的放松水平。脈沖直流電 刺激誘導最大程度增加的放松水平(英國赫里?？さ腟TD藥物公司的I化ostar系統(tǒng);7曲Z脈 沖、約42%占空比、電流強度被受試者控制到高達10mA的最大值）。當用合適的TES方案配置 時，根據(jù)配置3定位電極的TES系統(tǒng)提供了受試者增強的放松感受。
[0213] 圖17示出配置2中關于受試者能量感受的TES方案的效果。在運個實例中，受試者 接收TES、安慰劑或偽刺激，并且針對根據(jù)配置2定位電極的主觀能量感受被評估。分數(shù)在圖 17中示出。相對于安慰劑，偽刺激導致受試者中的平均放松水平輕微降低。在1.5mA處的直 流電刺激導致能量感受的穩(wěn)健增加。交流電刺激(4kHz雙相方波；inTENSity單元，Current Solutions LLC，Austin TX;電流強度被受試者控制到高達10mA的最大值）與直流電 (1.5mA)分離或結合，導致受試者能量感受的較大提高。當用合適的TES方案配置時，根據(jù)配 置2定位電極的TES系統(tǒng)在受試者中提供增強的能量感受。
[0214] 圖18A和圖18B示出配置2和配置3對受試者放松和能量的感受的效果。在運個實例 中，受試者接收來自英國赫里?？さ腟TD藥物公司的I化ostar系統(tǒng)（7kHz脈沖、約42 %占空 比、電流強度被受試者控制到高達10mA的最大值)的脈沖直流電刺激。在第一個療程中，受 試者使電極根據(jù)配置3定位，并且在10分鐘的電刺激之后，報告放松和能量的主觀感受。受 試者在定制的10-等級尺度上報告了高水平的放松度，但低水平的能量（圖18A)。在10分鐘 "沖蝕"期間，受試者的電極被轉移到用于配置2的位置，并且脈沖直流電刺激再次開始。在 運第二個10分鐘電刺激療程之后，受試者報告增加的能量和降低的放松等級。運些結果表 明來自配置2的用于增加能量和來自配置3的用于增加放松度的穩(wěn)健的且可逆的神經調制 效應，。
[0215] 基于諸如運一個或其他實驗，多個其他（負）實驗使用其他電極位置(配置），位置 已被發(fā)現(xiàn)對喚起特定的認知效應極其重要。
[0216] 電極的其他配置(例如，放置位置)可具有不同效應，并且已經做了例舉。例如，圖 19A和圖19B示出配置Γ配置4")的一個實例，其中一個電極定位在受試者鼻梁上，并且第二 電極定位在頭部，到第一電極的距離大于幾英寸（例如，在受試者前額或太陽穴上）。配置4 電極放置對用戶自己放置較為容易。用于使用配置4的TES的系統(tǒng)和方法將第一電極(例如， 陽極）電禪合到受試者眼睛之間在鼻梁處。圖19A示出放置在鼻梁上兩眼之間的圓形陽極電 極的模型受試者4500。在一個優(yōu)選的實施例中，陽極電極跨度小于Γ且靈活，W符合鄰近受 試者的鼻梁區(qū)域的曲率。陽極電極可為圓形、楠圓形、正方形、矩形或不規(guī)則形狀，經配置為 便于放置在鼻子上的彎曲區(qū)域。在一個優(yōu)選的實施例中，第二電極(例如，陰極)位于選自W 下列表的位置處，所述列表包括但不限于：太陽穴4502(如圖19B所示）、前額4504、頸部 4503、乳突、肩部、臂部或在臉部、頭部、頸部的其他區(qū)域或頸部W下的身體。第二電極可置 于身體的任一側。在一些實施例中，可使用多個陰極電極。
[0217] 前額電極可易于使用鏡面或智能手機(或平板電腦)相機固定，并且頸部陰極電極 定位不需要很精確。至少在某些情況下，配置4需要相對高的電流，例如至少約3mA的TES (tDCS)，W實現(xiàn)預期的認知效應。根據(jù)配置4放置在頭上的電極可用作TES系統(tǒng)的一部分，該 TES系統(tǒng)用于傳遞電刺激W誘導認知狀態(tài)的改變，用于增強受試者平靜的狀態(tài)，增強睡意使 得更易入睡或誘導睡眠。配置4可用作TES系統(tǒng)的一部分，所述TES系統(tǒng)經配置為傳遞:具有 大于3mA的最大強度的直流電；具有大于5mA的最大強度的脈沖直流電；或具有大于+/-5mA 的最大強度的交流電中的一種或多種。
[0218] 圖20A示出另一配置，本文中稱為(為方便起見）"配置5"。在該示例中，使用如本文 所述的配置5用于TES可導致增強的認知效應，包括但不限于：增加的能量;增強的注意力； 改善的情緒;和愉快的感受。配置5可通過W下列項中的一種或多種為目標進行神經調制： 大腦;一種或多種腦神經;一種或多種神經;和一種或多種神經節(jié)。如圖20所示，配置5電極 放置對用戶自己放置相對容易，通過將第一電極和第二電極兩者貼到受試者的前額來放 置。圖20A示出具有在前額上彼此相鄰放置或彼此2cm內放置的圓角電極的模型受試者 4600。第一電極(例如，陽極)4602位于受試者左眼上方，且第二電極(例如，陰極)4601位于 受試者右眼上方。在一些實施例中，多個等電電極可替換單個陽極或陰極。有趣地是，接近 運些區(qū)域的類似的放置是無效的；將小電極定位在受試者左前額的上方且側面，且第二電 極(例如，楠圓形電極)在受試者右眉上部的運種放置不會導致此誘導的認知效應，顯示出 電極的配置(放置）的重要性。在配置5中的前額電極可由受試者自身使用鏡面或相機(例 如，智能電話或平板電腦相機)貼上W指引它們。配置5可通過使用如本文所述的高電流(例 如，至少約3mA的TES刺激)穩(wěn)健地導致認知狀態(tài)的改變W實現(xiàn)預期的認知效應，需要選擇電 極和/或刺激方案W降低用戶中的疼痛和刺激。
[0219] 圖20B示出配置的另一實例，本文稱為配置6。在配置6中，第一電極(例如，陽極)位 于鼻梁上(例如，鼻根區(qū)），且第二電極(例如，小圓陰極)位于第一電極的正上方，例如，接近 幾 cm內。使用運種配置引起的認知效應根據(jù)傳遞的波形在能量和睡眠方面可為雙模式的。
[0220] 使用配置6的TES進行治療的受試者可體驗不同形式的神經調制，所述不同形式的 神經調制具有依靠傳遞的波形和強度的不同的認知效應。配置則尋一個電極電禪合到受試 者雙眼之間的鼻梁處（"鼻"電極），且第二電極接近前額中部（'前額'電極），高于鼻電極。鼻 電極的跨度可約為Γ或更小且靈活W符合接近受試者鼻梁區(qū)域的曲率(例如，來自加拿大 傅布魯克的Axelgaard制造有限公司的Γ直徑PALS銷電極）。前額電極可在鼻電極附近（即 約1cm)，并且在鼻電極正上部(高于）。鼻電極也可為Γ柔初圓形電極，或可選擇為具有不同 的尺寸、形狀和/或組成。通常，為了避免副作用，直徑小于2"的電極優(yōu)選被用作配置6中的 前額電極。前額電極可位于前額中部的微左或右側和/或進一步高于前額。
[0221] 圖20B示出具有根據(jù)配置6放置的電極的模型受試者5300。電極中的任一個可經配 置作為陽極或陰極。然而，優(yōu)選實施例經配置為圓形鼻電極5301作為陽極，且圓形前額電極 5302貼于鼻電極5301正上方的較低中間前額區(qū)域。在一些實施例中，多個等電電極可替換 單個陽極或陰極。在圖20B中，鼻電極為陽極，且前額電極為陰極。
[0222] 具有運種電極配置的系統(tǒng)和方法傳遞不同的電刺激波形W實現(xiàn)如下所述的不同 認知效應。例如，第一波形使用交流經煩電刺激電流傳遞TES，所述電流的頻率在3kHz至 化化之間（100%占空比、無直流偏移），強度大于2mA(優(yōu)選地大于5mA)，并且在受試者中誘 導具有認知效應的神經調制，所述認知效應包括但不限于:增加的睡意；增強的睡眠欲望： 誘導睡眠;誘導精神放松狀態(tài);及誘導精神的平靜狀態(tài)。在另選的實施例中，較短的占空比 和小于約2mA的直流偏移用于增強從運種波形中獲得的認知效應。針對使用運種類型的波 形的TES報告的一個副作用是輕度竇壓力。
[0223] 第二波形使用交流經煩電刺激電流傳遞TES，所述電流的頻率小于3Hlz(100%占 空比，無直流偏移;優(yōu)選在300Hz至1曲Z之間），強度大于1mA(優(yōu)選大于2mA)，誘導具有認知 效應的神經調制，所述認知效應包括但不限于:增加的能量和增加的睡意。針對使用運種類 型的波形的TES報告的一個副作用是可能由于Ξ叉神經刺激，臉部和頭皮皮膚刺痛或發(fā)癢。 交流電刺激的較低頻率與較高的皮膚阻抗和較顯著的副作用有關，所述副作用能夠破壞用 戶中誘導的認知效應的體驗。
[0224] 通過交替、交錯和/或組合如上所述的第一和第二交流電經煩電刺激波形，受試者 可獲得漸進水平的能量和放松度，W及有益且快樂的體驗，其中受試者的能量和放松水平 隨時間變化。針對配置6定位的電極對于獲得效果同時具有最小的不期望的副作用是很重 要的。其中電極靠近(即，最近的電極邊緣彼此相距約1cm或更小）的實施例最小化在刺激電 路中的阻抗，改善TES系統(tǒng)的能量效率。能量效率是便攜式和電池供電的TES系統(tǒng)的有益質 量。將電極置于鼻區(qū)且在前額的較低中部的正上方是為了減小不期望的副作用。如果電極 中的一個更側向且接近眼險區(qū)（例如太陽穴），刺激性眼抽搖可發(fā)生在400Hz交流電刺激方 案，并且平靜/睡眠效應可通過使用4000Hz交流電刺激方案的面刺痛來緩解(假設由于Ξ叉 神經活化）。
[0225] 使用配置6的另一個有益的可選特征是使波形的電流強度快速斜升和/或斜降，W 增強由于神經調制效應的愉悅和有趣的感受質量和感受副作用導致的神經調制的任一形 式，如上非常詳細描述的。
[0226] 用于使用諸如配置6的配置的TES的系統(tǒng)可包括將電極保持在適當位置的一副眼 鏡或其他可佩帶式帶、組件或帽子。例如，太陽鏡或'百葉窗眼鏡'可用于將鼻電極和前額電 極穩(wěn)固地保持在適當位置。
[0227] 當一個特征或元素在本文被描述為"在另一特征或元素上"時，它可直接在其他特 征或元素上，或也可能存在中間的另一特征或元素。相反，當一個特征或元素被描述為"直 接在另一特征或元素上"時，沒有中間的特征或元素存在。應當理解，當一個特征或元素被 描述為"連接"、"附接"或"禪接"到在另一特征或元素上時，它可直接連接、附接或禪接到其 他特征或元素，或可存在中間的特征或元素。相反，當一個特征或元件被稱為"直接連接"、 "直接附接"或"直接禪合"到另一特征或元素時，沒有中間的特征或元素存在。雖然關于一 個實施例描述或示出特征和元素，但是所描述或示出的特征和元素可適用于其它實施例。 本領域技術人員應當理解，參考"鄰近"另一特征設置的結構或特征可具有與相鄰特征重疊 或在相鄰特征下方的部分。
[0228] 本文所用術語僅為了描述特定實施例的目的，且并非旨在限制本發(fā)明。例如，除上 下文明確說明之外，如本文所用的，單數(shù)形式"a( -Γ、"an( -r和"the(所述r旨在同樣包 括復數(shù)形式。應當進一步理解，術語"包括(comprisesΓ和/或"包括(comprising)"當在本 說明書中使用時，指定所陳述的特征、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或 添加一個或多個其它特征、步驟、操作、元素、部件和/或它們的組。如本文所用的，術語"和/ 或"包括一種或多種相關的所列項目中的任一組合和所有組合，并且可縮寫為7"。
[02巧]空間相關的術語，諸如。在…下（under)"、。在…下（below)"、。低于（lower)"、 "在…上(over)"、"上部(upper)"等可在本文中使用，W便于描述如附圖所示的一個元件或 特征到另外的一個或多個元件或特征的關系。應當理解，空間相關的術語旨在涵蓋除了附 圖中描述的方向之外的使用的設備或操作的不同方向。例如，如果附圖中的設備是反向的， 如元件被描述為"在其它元件或特征下(under)"、"在其它元件或特征下(beneath)"，所述 元件然后將被定位成巧其它元件或特征上(over)"。因此，示例性術語巧…下(under)"可 涵蓋在…上和在…下的兩種方向。該裝置可被另外定位(旋轉90度或在其它方向），并且相 應地解釋本文所使用的空間相關的描述。類似地，除另外特別說明之外，術語"向上 (upwardly)"、。向下（downwardly)"、。垂直（vertical)"、。水平化o;rizon1:al)"等在本文中 用于說明的目的。
[0230] 雖然術語"第一"和"第二"在本文中可W用于描述各種特征/元素(包括步驟），但 是運些特征/元素不應該受運些術語的限制，除非上下文另有說明。運些術語可W被用于將 一種特征/元素與另一特征/元素區(qū)分。因此，在不脫離本發(fā)明的教導的情況下，下面討論的 第一特征/元素可W被稱為第二特征/元素，同樣，下面討論的第二特征/元素可W被稱為第 一特征/元素。
[0231] 如本文在說明書和權利要求書中所用的，包括在實施例中所用的，除非另有明確 說明，所有數(shù)字可W被讀作好像W單詞"約（about ?；?約（approximate 1 y Γ開頭，即使該 術語沒有明確出現(xiàn)。當描述大小和/或位置時，可W使用短語"約（about)"或"約 (approximately)"，W指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理預期范圍內。例如， 數(shù)值可具有為+/-0.1%的所述值(或值的范圍的所述值(或值的范圍）、+/-2%的 所述值(或值的范圍）、+/-5%的所述值(或值的范圍）、+/-10%的所述值(或值范圍）等的 值。本文所述的任何數(shù)值范圍旨在包括包含在其中的所有子范圍。
[0232] 雖然各種示例性實施例在上面有所描述，但是在不脫離由權利要求書所述的本發(fā) 明的范圍的情況下，可W對各種實施例做出任何數(shù)量的變化。例如，其中執(zhí)行各種所描述的 方法步驟的順序通常可在替代實施例中改變，并且在其它替代實施例中，可W完全跳過一 個或多個方法步驟。各種設備和系統(tǒng)實施例的任選特征可W被包括在一些實施例中，而不 包括在其他實施例中。因此，前面的描述主要為了示例性目的而提供，而不應被解釋為限制 在權利要求中陳述的本發(fā)明的范圍。
[0233] 包括在本文的實例和說明W說明而非限制的方式示出其中可W實踐主題的具體 實施例。如所提及的，可W利用并且從中推導出其他實施例，使得在不脫離本公開的范圍的 情況下，可W做出結構和邏輯的替換和改變。為了方便起見，本發(fā)明主題的此類實施例在本 文中可僅通過術語"發(fā)邸'單獨或共同引用，并且如果事實上公開的不止一個，并不旨在將 本申請的范圍主動限制到任何單一的發(fā)明或發(fā)明構思。因此，雖然在本文中已經舉例說明 和描述了具體實施例，但是計算W實現(xiàn)相同目的的任何布置可被所示的具體實施例替代。 本公開旨在涵蓋各種實施例的任何一種及所有修改或變型。在閱讀W上說明書的基礎上， 上述實施例與本文未具體描述的其它實施例的組合對本領域技術人員將是明顯的。
【主權項】
1. 一種用于修改受試者的認知狀態(tài)的便攜式經皮電刺激(TES)施加器，所述設備包括： 主體； 第一電極； 第二電極；以及 TES控制模塊，其至少部分地在所述主體內并且包括處理器、定時器和波形發(fā)生器，其 中所述TES控制模塊適于在所述第一電極和所述第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺 激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10%的占空比、3mA或更大的強 度、具有直流偏移。2. -種用于修改受試者的認知狀態(tài)的可佩帶式經皮電刺激(TES)施加器，所述設備包 括： 主體，其適于由所述受試者佩帶； 第一電極； 第二電極； TES控制模塊，其至少部分地在所述主體內，所述TES控制模塊包括電源、處理器、定時 器和波形發(fā)生器，其中所述TES控制模塊適于在所述第一電極和所述第二電極之間傳遞10 秒或更長的雙相電刺激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10 %的占 空比、3mA或更大的強度、具有直流偏移；以及 無線接收器，其連接至所述TES控制模塊； 其中所述可佩帶式TES施加器重量小于50克。3. -種用于修改受試者的認知狀態(tài)的可佩帶式經皮電刺激(TES)施加器，所述設備包 括： 主體，其適于緊靠所述受試者的皮膚佩帶； 第一電極，其在所述主體上； 第二電極，其通過電繩耦合到所述主體；以及 TES控制模塊，其至少部分地在所述主體內并且包括處理器、定時器和波形發(fā)生器，其 中所述TES控制模塊適于在所述第一電極和所述第二電極之間傳遞10秒或更長的雙相電刺 激信號，所述雙相電刺激信號具有400Hz或更大的頻率、大于10%的占空比、3mA或更大的強 度、具有直流偏移； 其中所述可佩帶式TES施加器重量小于50克。4. 根據(jù)權利要求1或3所述的設備，還包括耦合到所述TES控制模塊的無線接收器。5. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中所述第一電極在所述主體的外表面上。6. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中所述第一電極通過電繩耦合到所述主體。7. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中所述第二電極通過電繩耦合到所述主體。8. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括粘合劑以將所述主體固定到所述受試者。9. 根據(jù)權利要求1或3所述的設備，還包括電源。10. 根據(jù)權利要求2所述的設備，其中所述電源包括至少一個電池。11. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括在所述主體上耦合到所述控制模塊的手 動控件。12. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括在所述主體上的被配置為耦合到所述控 制模塊的按鈕的手動控件。13. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括電容放電電路，其中所述TES控制模塊被 配置為在所述雙相電刺激的傳遞過程中不定期觸發(fā)所述電容放電電路以使所述電極上的 電容放電。14. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括限流器。15. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的設備，還包括存儲器，所述存儲器連接至所述TES控制 模塊且適于存儲與所述TES施加器的操作有關的信息。
【文檔編號】A61N1/36GK105934261SQ201480042863
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年6月30日
【發(fā)明人】修蒙·K·帕爾, 喬納森·查爾斯沃思, 瑞米·德默斯, 丹尼爾·Z·韋特莫爾, 愛?！じ甑峦呱? 威廉姆·J·泰勒, 雷蒙德·L·格拉德沃爾, 菲利普·蘭布, 克里斯多佛·沃斯
【申請人】海銀股權投資基金公司