用于疼痛控制的闭环神经接口

背景技术：

1、慢性疼痛是最常见的感官障碍之一，迫切需要非阿片类和非成瘾性镇痛药。慢性疼痛被定义为由有害刺激引起的或自发性发生的不连续的疼痛发作。目前，慢性疼痛的治疗选择仅限于预定的药物干预或持续性的脊髓或周围神经调节。这些治疗选择没有考虑到个体疼痛发作的精确时间，导致治疗频繁延迟以及治疗不足或过度。从概念上讲，一种将疼痛检测与治疗及时地联系起来的闭环神经调节方法非常适合通过选择性地针对不连续的疼痛发作进行疼痛管理。然而，解码疼痛信号仍然是一项极具挑战性的任务。由于疼痛具有感觉和情感两个维度，因此解码疼痛理想情况下应该结合大脑中的感觉和情感信号。然而疼痛信号被编码在多个脑回路中。第二个挑战是大多数神经成像技术由于体积大和费用高(例如mri)而无法闭环使用。虽然侵入式神经记录具有移动和闭环应用的能力，但它通常不会产生有助于感觉解码的一致尖峰信号。解决这些挑战对于准确解码疼痛的成功至关重要。

2、同时，在治疗方面，深度脑刺激(dbs)已被用于治疗多种神经精神疾病。然而，持续刺激有多个缺点，包括随时间的推移导致疗效减弱的脱敏现象、电池消耗和副作用。此外，用于治疗疼痛的闭环dbs系统尚未实现。

技术实现思路

1、本公开内容涉及一种用于检测和治疗慢性疼痛的计算机实施方法。该方法包括通过植入在患者脑部的多个脑部区域的探针接收来自所述多个脑部区域的神经信号，所述神经信号包括多个脑部区域的局部场电位(lfp)；处理所述神经信号并将处理后的神经信号输入到机器学习疼痛解码器模型；基于处理后的神经信号确定是否指示疼痛；以及当通过疼痛解码器模型指示疼痛时，基于疼痛的指示触发对患者脑部的目标区域的刺激。

2、在一个实施方案中，处理神经信号包括计算多个脑部区域的局部场电位的频率相关功率特征。

3、在一个实施方案中，确定是否指示疼痛包括识别多个脑部区域中神经活动的相对变化。

4、在一个实施方案中，多个脑部区域包括前扣带回皮层和初级体感皮层。

5、在一个实施方案中，对患者脑部的目标区域的刺激包括光刺激和电刺激。

6、在一个实施方案中，患者脑部的目标区域包括前额叶皮层。

7、在一个实施方案中，患者脑部的目标区域包括初级运动皮层、前扣带回皮层和/或中脑水管周围灰质和丘脑中的一个。

8、在一个实施方案中，该方法还包括使用基于低频伽马(30hz至50hz)、高频伽马(50hz至100hz)和超高频(300hz至500hz)频带的频谱特征的状态空间模型来训练疼痛解码器模型。

9、此外，本公开内容涉及一种用于治疗疼痛的系统。该系统包括多个探针，所述多个探针能够植入患者的多个脑部区域以检测包括多个脑部区域的局部场电位的神经信号；处理设备，所述处理设备接收来自患者脑部的多个脑部区域的神经信号以处理神经信号，并将处理后的所述神经信号输入到机器学习疼痛解码器模型，所述机器学习疼痛解码器模型被配置为指示疼痛；以及刺激设备，所述刺激设备能够植入患者脑部的目标区域中以基于疼痛的指示提供对目标区域的刺激。

10、在一个实施方案中，处理设备被配置为通过计算多个脑部区域的局部场电位的频率相关功率特征来处理神经信号。

11、在一个实施方案中，疼痛解码器模型被训练以识别多个脑部区域中的神经活动的相对变化。

12、在一个实施方案中，使用基于低频伽马(30hz至50hz)、高频伽马(50hz至100hz)和超高频(300hz至500hz)频带的频谱特征的状态空间模型来训练疼痛解码器模型。

13、在一个实施方案中，所述处理设备被配置为在指示疼痛时触发刺激设备的激活。

14、在一个实施方案中，所述刺激设备被配置为提供对目标区域的光刺激或电刺激中的一种。

15、在一个实施方案中，所述刺激设备被配置为植入前额叶皮层、初级运动皮层、前扣带回皮层、中脑水管周围灰质和丘脑中的一个。

16、在一个实施方案中，多个探针被配置为植入包括前扣带回皮层和初级体感皮层的多个脑部区域中。

17、在一个实施方案中，多个探针中的每一个探针都包括硅探针阵列。

18、在一个实施方案中，所述系统还包括图形用户界面，该图形用户界面实时显示lfp信号，并提供改变阈值标准的选项。

19、此外，本公开内容涉及一种非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括能够由处理器执行的指令集，当指令集由处理器执行时使所述处理器进行操作，所述操作包括：接收来自患者的多个脑部区域的神经信号，所述神经信号包括多个脑部区域的局部场电位(lfp)；计算多个脑部区域的局部场电位的频率相关功率特征；将所述功率特征输入到机器学习疼痛解码器模型，以识别多个脑部区域中神经活动的相对变化来指示疼痛；以及基于疼痛的指示触发对脑部的目标区域的刺激。

技术特征：

1.一种用于检测和治疗慢性疼痛的计算机实施的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述神经信号包括计算所述多个脑部区域的所述局部场电位的频率相关功率特征。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定是否指示疼痛包括识别所述多个脑部区域中神经活动的相对变化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个脑部区域包括前扣带回皮层和初级体感皮层。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述患者脑部的所述目标区域的所述刺激包括光刺激和电刺激。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述患者脑部的所述目标区域包括前额叶皮层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述患者脑部的所述目标区域包括初级运动皮层、前扣带回皮层和/或中脑水管周围灰质和丘脑中的一个。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：使用基于低频伽马(30hz至50hz)、高频伽马(50hz至100hz)和超高频(300hz至500hz)频带的频谱特征的状态空间模型来训练所述机器学习疼痛解码器模型。

9.一种用于治疗疼痛的系统，所述系统包括：

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理设备被配置为通过计算所述多个脑部区域的所述局部场电位的频率相关功率特征来处理所述神经信号。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述机器学习疼痛解码器模型被训练以识别所述多个脑部区域中的神经活动的相对变化。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，使用基于低频伽马(30hz至50hz)、高频伽马(50hz至100hz)和超高频(300hz至500hz)频带的频谱特征的状态空间模型来训练所述机器学习疼痛解码器模型。

13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理设备被配置为在指示疼痛时触发所述刺激设备的激活。

14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述刺激设备被配置为提供对所述目标区域的光刺激或电刺激中的一种。

15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述刺激设备被配置为植入前额叶皮层、初级运动皮层、前扣带回皮层、中脑水管周围灰质和丘脑中的一个。

16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个探针被配置为植入包括前扣带回皮层和初级体感皮层的多个脑部区域中。

17.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个探针中的每一个都包括硅探针阵列。

18.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统还包括图形用户界面，所述图形用户界面实时显示lfp信号并提供改变阈值标准的选项。

19.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括能够由处理器执行的指令集，当所述指令集由所述处理器执行时使所述处理器进行操作，所述操作包括：

技术总结一种用于治疗疼痛的系统和方法。该系统包括多个探针，该多个探针能够植入患者的多个脑部区域中以检测包括多个脑部区域的局部场电位的神经信号；处理设备，该处理设备接收来自患者脑部的多个脑部区域的神经信号以处理神经信号，并将处理后的神经信号输入机器学习疼痛解码器模型，该机器学习疼痛解码器模型被配置为指示疼痛；以及刺激设备，该刺激设备能够植入患者脑部的目标区域以基于疼痛的指示提供对目标区域的刺激。技术研发人员：王晶,陈哲受保护的技术使用者：纽约大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20