经皮脊髓电神经调制器及其用途的制作方法

经皮脊髓电神经调制器及其用途
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年7月19日提交的ussn 62/876,583和2019年5月22日提交的ussn 62/851,572的权益和优先权，这两个专利均以引用的方式整体并入本文用于所有目的。
3.政府支持的声明
4.本发明在美国国立卫生研究院授予的授权号eb007165下在政府的支持下完成。政府享有本发明的某些权利。


背景技术：

5.在美国，严重脊髓损伤(sci)影响了大约130万人，并且每年发生大约12-15,000例新损伤。在这些损伤中，大约50％是完全性脊髓损伤，其中脊髓病灶水平以下的感觉和/或运动功能和自主神经功能基本上完全丧失。另外，许多神经退行性病症(例如，中风、帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病、肌萎缩性侧索硬化症(als)、原发性侧索硬化(pls)、肌张力障碍、脑性麻痹等等)和其他创伤(例如，大脑半球切除术、背根和/或腹根切断术或撕脱等等)可以导致感觉和/或运动功能和自主神经功能的部分或完全丧失。此外，膀胱过度活动症(oab)导致尿急、频率增加和尿失禁，是美国最普遍的病症之一，影响了大约3700万美国人。这种病症虽然不会危及生命，但却是一个巨大的负担，对患有这种病症的人的生活质量造成了重大影响，并且在身体、心理、经济上对人们产生负面影响，可能导致人们改变他们的生活。
6.由定位于脑干、颈部、胸部和腰部膨大区的脊髓的中间神经元形成的神经元网络(诸如脊椎网络(sn))，可以在控制姿势、运动、上肢运动、躯干、呼吸、言语、咳嗽、进食、视力和心血管、膀胱以及/或者肠和性功能方面发挥重要作用。大多数研究人员认为，基本上所有哺乳动物，包括人类，在脊髓的各个区域都有脊椎网络。通常，脊髓网络的活动受脊椎上和外周感觉输入的调节。就大脑和脊髓之间的连接障碍而言，例如由于创伤性脊髓病灶或各种神经退行性病症，可以通过腰骶段和颈段以及脑干的电刺激来实现运动任务。已经使用硬膜外刺激或经皮电刺激来提供这种刺激(参见，例如，pct/us2014/057886、pct/us2014/029340、pct/us2016/045898、pct/us2015/047268、pct/us2015/046378、pct/us2016/049129等等)。
7.然而，提供经皮电刺激的系统的使用受到在皮肤表面处递送相对高电压刺激的必要性的阻碍，这通常导致不适和/或刺激以及受试者依从性降低。


技术实现要素：

8.在各种实施方案中，提供用于经皮和/或硬膜外刺激的电刺激器。在某些实施方案中，所述刺激器提供一个或多个通道，所述通道被构造为提供以下刺激模式中的一者或多者：i)具有dc偏移的单相电刺激；ii)具有电荷平衡的单相电刺激；iii)具有dc偏移的延迟双相电刺激；iv)具有电荷平衡的延迟双相电刺激；v)调幅动态刺激；和/或vi)调频动态刺激。
9.本文设想的各种实施方案可以包括但不限于以下一项或多项：
10.实施方案1：一种经皮或硬膜外脊髓电刺激器，所述刺激器包括一个或多个通道，所述通道被构造为提供一种或多种以下刺激模式：
11.i)具有dc偏移的单相电刺激；
12.ii)具有电荷平衡的单相电刺激；
13.iii)具有dc偏移的延迟双相电刺激；
14.iv)具有电荷平衡的延迟双相电刺激；
15.v)调幅动态刺激；和/或
16.vi)调频动态刺激。
17.实施方案2：根据实施方案1所述的电刺激器，其中所述刺激器包括两个或更多个可独立构造的通道，每个所述通道能够独立地提供一个或多个所述刺激模式。
18.实施方案3：根据实施方案1所述的电刺激器，其中所述刺激器包括四个或更多个可独立构造的通道，每个所述通道能够独立地提供一个或多个所述刺激模式。
19.实施方案4：根据实施方案2-3所述的电刺激器，其中所述两个或更多个或者所述四个或更多个通道提供关于公共中性线的所述刺激模式。
20.实施方案5：根据实施方案2-3所述的电刺激器，其中所述两个或更多个通道中的每个或者所述四个或更多个通道中的每个提供关于所述通道的中性线的所述刺激模式。
21.实施方案6：根据实施方案1-5中任一项所述的电刺激器，其中所述单相或双相电刺激包括载波高频脉冲的突发，其中所述突发的频率结束幅度提供刺激信号频率和幅度，并且包括所述突发的所述高频载波脉冲的所述频率是疼痛抑制载波频率。
22.实施方案7：根据实施方案6所述的电刺激器，其中所述高频载波包括足以减少或阻止由所述刺激信号产生的疼痛或不适的脉冲频率。
23.实施方案8：根据实施方案6所述的电刺激器，其中所述频率通过tescon疗法为患有神经性和特发性疼痛的患者提供骨盆底、下肢、背部、上肢的疼痛缓解。
24.实施方案9：根据实施方案6-8中任一项所述的电刺激器，其中所述高频脉冲的频率范围为约5khz至约100khz、或约10khz至约50khz、或约10khz至约30khz、或约10khz至约20khz。
25.实施方案10：根据实施方案6-9中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器在5至10khz的频率范围内以1khz的步长，以及在10khz至100khz的频率范围内以10khz的步长提供对所述高频载波的所述频率的控制。
26.实施方案11：根据实施方案1-10中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供具有dc偏移的单相电刺激。
27.实施方案12：根据实施方案1-11中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供具有电荷平衡的单相电刺激。
28.实施方案13：根据实施方案1-12中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供具有dc偏移的延迟双相电刺激。
29.实施方案14：根据实施方案1-13中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供具有电荷平衡的延迟双相电刺激。
30.实施方案15：根据实施方案13-14中任一项所述的电刺激器，其中所述双相电刺激
的延迟范围为约0.1μsec至约2μsec、或约0.1μsec至约1μsec。
31.实施方案16：根据实施方案1-15中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供调幅动态刺激。
32.实施方案17：根据实施方案1-16中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器的一个或多个通道被构造为提供调频动态刺激。
33.实施方案18：根据实施方案17所述的电刺激器，其中所述调频动态刺激的一个或多个通道的频率范围为约1hz至约1000hz。
34.实施方案19：根据实施方案16-18中任一项所述的电刺激器，其中所述动态刺激来源于生物信号。
35.实施方案20：根据实施方案19所述的电刺激器，其中所述生物信号包括来源于emg和eeg或ekg的信号。
36.实施方案21：根据实施方案20所述的电刺激器，其中所述生物信号是从哺乳动物记录的。
37.实施方案22：根据实施方案21所述的电刺激器，其中所述生物信号是从人或从非人灵长类动物记录的。
38.实施方案23：根据实施方案19-22中任一项所述的电刺激器，其中所述生物信号包括当所述哺乳动物站立、迈步、移动手臂、储存/排空膀胱、储存/排空肠、呼吸时从哺乳动物记录的生物信号。
39.实施方案24：根据实施方案1-23中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约1ma、或约3ma、或约5ma至约500ma、或至约400ma、或至约300ma、或至约250ma、或至约200ma的刺激幅度。
40.实施方案25：根据实施方案24所述的电刺激器，其中所述电刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约5ma至约200ma的刺激幅度。
41.实施方案26：根据实施方案1-25中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供使300ma峰值的电流通过约300至约2000欧姆或约300至约900欧姆的阻抗的脉冲。
42.实施方案27：根据实施方案1-11、13和16-26中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器被构造为提供具有范围为约1ma至约30ma、或从约1ma至约20ma的dc偏移的刺激。
43.实施方案28：根据实施方案1-27中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为为所述通道中的一个或多个提供频率范围为0.2hz至10khz的刺激频率(突发频率)。
44.实施方案29：根据实施方案1-28中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器在0.2hz至100hz的频率范围内以1hz的步长提供刺激频率控制。
45.实施方案30：根据实施方案1-29中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器在100hz至1khz的频率范围内以100hz的步长提供刺激频率控制。
46.实施方案31：根据实施方案1-30中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器在1khz至10khz的频率范围内以1khz的步长提供刺激频率控制。
47.实施方案32：根据实施方案1-31中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为提供宽度范围为约0.1ms至约20ms、或至约10ms、或至约5ms、或至约4ms、或者约0.2ms至约3ms的刺激脉冲(突发)。
48.实施方案33：根据实施方案1-32中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为以0.1ms的步长提供宽度可控的刺激脉冲(突发)。
49.实施方案34：根据实施方案1-33中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为以超过10khz的刺激频率提供宽度固定为1ms的脉冲。
50.实施方案35：根据实施方案1-34中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为控制由不同通道递送的刺激信号之间的时序。
51.实施方案36：根据实施方案1-35中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器包括：
52.微处理器单元，其用于接收和/或编程和/或存储针对构成所述刺激器的一个或多个通道的刺激模式；
53.在所述微处理器的控制下的脉冲生成单元；
54.在所述微处理器的控制下的脉冲调制器(选通)单元；
55.以及输入/输出单元，其为使用者提供对所述电刺激器的控制。
56.实施方案37：根据实施方案36所述的电刺激器，其中所述电刺激器还包括在所述微处理器的控制下的直流漂移(偏移)产生单元。
57.实施方案38：根据实施方案37所述的电刺激器，其中所述直流漂移产生单元包括所述脉冲生成单元的部件。
58.实施方案39：根据实施方案36-38中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器还包括电荷平衡单元。
59.实施方案40：根据实施方案36-39中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器包括电流控制单元。
60.实施方案41：根据实施方案36-40中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器还包括监测单元。
61.实施方案42：根据实施方案41所述的电刺激器，其中所述监测单元监测导线阻抗。
62.实施方案43：根据实施方案41-42中任一项所述的电刺激器，其中所述监测单元监测输出电流。
63.实施方案44：根据实施方案36-43中任一项所述的电刺激器，其中所述输入输出单元直接电连接至所述刺激器。
64.实施方案45：根据实施方案36-43中任一项所述的电刺激器，其中所述输入输出单元通过无线连接、网络连接、wifi连接或蓝牙连接可操作地耦合至所述刺激器。
65.实施方案46：根据实施方案36-45中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器包括智能卡读取器和/或生物特征读取器。
66.实施方案47：根据实施方案46所述的电刺激器，其中所述电刺激器包括智能卡读取器。
67.实施方案48：根据实施方案46所述的电刺激器，其中所述智能卡读取器被构造为输入患者标识符，并且任选地，与所述患者标识符相关联的治疗方案。
68.实施方案49：根据实施方案46所述的电刺激器，其中所述电刺激器包括生物特征读取器。
69.实施方案50：根据实施方案49所述的电刺激器，其中所述生物特征读取器识别指
纹、面部和/或虹膜。
70.实施方案51：根据实施方案49-50中任一项所述的电刺激器，其中所述生物特征读取器鉴定待治疗的受试者。
71.实施方案52：根据实施方案1-51中任一项所述的电刺激器，其中所述电刺激器可操作地耦合至数据库。
72.实施方案53：根据实施方案52所述的电刺激器，其中所述数据库提供治疗方案。
73.实施方案54：根据实施方案52所述的电刺激器，其中所述数据库为通过所述智能卡读取器和/或通过所述生物特征读取器被所述刺激器鉴定的受试者提供治疗方案。
74.实施方案55：根据实施方案1-54中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器被构造为提供两种操作模式：i)针对临床医生和研究人员的管理员模式；
75.和ii)患者模式。
76.实施方案56：根据实施方案55所述的电刺激器，其中所述管理员模式为所述一个或多个通道中的一个或多个提供输入和存储一个或多个程序的能力，所述程序包括刺激参数。
77.实施方案57：根据实施方案56所述的电刺激器，其中所述施用模式提供存储最多5个刺激程序或最多10个刺激程序的能力。
78.实施方案58：根据实施方案55-57中任一项所述的电刺激器，其中所述管理员模式为在患者模式下的演示提供输入和存储电极放置位置的能力。
79.实施方案59：根据实施方案55-58中任一项所述的电刺激器，其中所述管理员模式提供测量跨每个通道的阻抗并且将其展示给所述管理员的能力。
80.实施方案60：根据实施方案55-59中任一项所述的电刺激器，其中所述患者模式允许使用患者标识符进行程序选择。
81.实施方案61：根据实施方案60所述的电刺激器，其中所述患者标识符选自由以下各项组成的组：智能卡、患者生物特征(眼睛、面部识别、拇指或指纹识别)读取器、字母数字患者id、医疗腕带、智能手机应用/轻点应用、智能手表应用/轻点应用、智能环轻点应用。
82.实施方案62：根据实施方案55-61中任一项所述的电刺激器，其中所述患者模式鉴定用于待放置的经皮刺激电极的患者部位。
83.实施方案63：根据实施方案55-62中任一项所述的电刺激器，其中所述患者模式开启所述疗法。
84.实施方案64：根据实施方案63所述的电刺激器，其中所述患者模式在检测到必要电极的放置之后开启疗法。
85.实施方案65：根据实施方案55-64中任一项所述的电刺激器，其中所述患者模式允许所述使用者设置斜率选项。
86.实施方案66：根据实施方案65所述的电刺激器，其中所述患者模式允许所述使用者设置范围为约1ma/sec至约10ma/sec的斜率选项。
87.实施方案67：根据实施方案1-66中任一项所述的电刺激器，其中所述刺激器的每个有源通道电耦合至一个或多个电极以进行经皮电刺激。
88.实施方案68：根据实施方案67所述的电刺激器，其中所述电极包括桨状电极。
89.实施方案69：根据实施方案67所述的电刺激器，其中所述电极包括自粘(例如，圆
形/方形/矩形等)水凝胶电极。
90.实施方案70：根据实施方案68所述的电刺激器，其中所述桨状电极设置在待刺激的受试者的皮肤表面上。
91.实施方案71：根据实施方案68所述的电刺激器，其中所述桨状电极设置在衣服中。
92.实施方案72：根据实施方案68所述的电刺激器，其中所述桨状电极设置在马桶座圈上。
93.实施方案73：根据实施方案68所述的电刺激器，其中所述桨状电极设置在椅子或沙发上。
94.实施方案74：根据实施方案67所述的电刺激器，其中所述电极包括针电极。
95.实施方案75：一种将经皮电刺激施加于受试者的方法，所述方法包括：提供根据实施方案1-66中任一项所述的刺激器，其中所述刺激器存储一个或多个刺激程序，并且所述刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个经皮刺激电极，所述经皮刺激电极设置在受试者的身体表面上；
96.以及根据一个或多个所述程序操作所述刺激器以将经皮电刺激提供于所述受试者。
97.实施方案76：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者患有脊髓损伤、缺血性脑损伤和/或神经退行性病症。
98.实施方案77：根据实施方案76所述的方法，其中所述受试者患有临床上归类为运动不完全的脊髓损伤。
99.实施方案78：根据实施方案76所述的方法，其中所述受试者患有临床上归类为运动完全的脊髓损伤。
100.实施方案79：根据实施方案76所述的方法，其中所述受试者患有缺血性脑损伤。
101.实施方案80：根据实施方案79所述的方法，其中所述缺血性脑损伤是中风或急性创伤引起的脑损伤。
102.实施方案81：根据实施方案76所述的方法，其中所述受试者具有神经退行性病理。
103.实施方案82：根据实施方案81所述的方法，其中所述神经退行性病理与选自由以下各项组成的组的病症相关：中风、帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病、肌萎缩性侧索硬化症(als)、原发性侧索硬化(pls)、肌张力障碍、大脑半球切除术、横贯性脊髓炎、脊髓圆锥损伤(下运动神经元损伤)和脑性麻痹。
104.实施方案83：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者患有膀胱过度活动症和/或便秘的特发性病症。
105.实施方案84：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者由于不活动的生活方式和/或肥胖和/或衰老而患有肌肉损失。
106.实施方案85：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者在下肢和/或上肢和/或背部和/或骨盆底肌和/或膀胱和/或会阴阴道中患有神经性疼痛。
107.实施方案86：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者在下肢和/或上肢和/或背部和/或骨盆底肌和/或膀胱和/或会阴阴道中患有慢性特发性疼痛。
108.实施方案87：根据实施方案75所述的方法，其中所述受试者因纤维肌痛和/或间质性膀胱炎和/或慢性前列腺炎和/或慢性盆腔疼痛综合征和/或膀胱疼痛综合征而疼痛。
109.实施方案88：根据实施方案75-87中任一项所述的方法，其中所述刺激器在一个或多个独立控制的通道上提供一种或多种以下刺激模式：
110.i)具有dc偏移的单相电刺激；
111.ii)具有电荷平衡的单相电刺激；
112.iii)具有dc偏移的延迟双相电刺激；
113.iv)具有电荷平衡的延迟双相电刺激；
114.v)调幅动态刺激；
115.和/或vi)调频动态刺激。
116.实施方案89：根据实施方案88所述的方法，其中所述刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同的通道上提供相同的刺激模态和刺激参数。
117.实施方案90：根据实施方案88所述的方法，其中所述刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同通道上提供不同的刺激模态和/或不同的刺激参数。
118.实施方案91：根据实施方案88-90中任一项所述的方法，其中所述单相或双相电刺激包括载波高频脉冲的突发，其中所述突发的频率结束幅度提供刺激信号频率和幅度，并且包括所述突发的所述高频载波脉冲的所述频率是疼痛抑制载波频率。
119.实施方案92：根据实施方案91所述的方法，其中所述高频载波包括足以减少或阻止由所述刺激信号产生的疼痛或不适的脉冲频率。
120.实施方案93：根据实施方案91-92中任一项所述的方法，其中所述高频脉冲的频率范围为约5khz至约100khz、或约10khz至约50khz、或约10khz至约30khz、或约10khz至约20khz。
121.实施方案94：根据实施方案88-93中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供具有dc偏移的单相电刺激。
122.实施方案95：根据实施方案88-94中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供具有电荷平衡的单相电刺激。
123.实施方案96：根据实施方案88-95中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供具有dc偏移的双相电刺激。
124.实施方案97：根据实施方案88-96中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供具有电荷平衡的双相电刺激。
125.实施方案98：根据实施方案88-97中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供调幅动态刺激。
126.实施方案99：根据实施方案88-98中任一项所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道提供调频动态刺激。
127.实施方案100：根据实施方案99所述的方法，其中所述调频动态刺激的一个或多个通道的频率范围为约1hz至约1000hz。
128.实施方案101：根据实施方案99-100中任一项所述的方法，其中所述动态刺激来源于生物信号。
129.实施方案102：根据实施方案101所述的方法，其中所述生物信号包括来源于emg和
eeg或ekg的信号。
130.实施方案103：根据实施方案102所述的方法，其中所述生物信号是从哺乳动物记录的。
131.实施方案104：根据实施方案103所述的方法，其中所述生物信号是从人或从非人灵长类动物记录的。
132.实施方案105：根据实施方案101-104中任一项所述的方法，其中所述生物信号包括当所述哺乳动物站立、迈步、移动手臂、储存/排空膀胱、储存/排空肠、呼吸时从哺乳动物记录的生物信号。
133.实施方案106：根据实施方案88-105中任一项所述的方法，其中所述电刺激器为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约1ma、或约3ma、或约5ma至约500ma、或至约400ma、或至约300ma、或至约250ma、或至约200ma的刺激幅度。
134.实施方案107：根据实施方案106所述的方法，其中所述电刺激器的一个或多个通道为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约5ma至约200ma的刺激幅度。
135.实施方案108：根据实施方案88-107中任一项所述的方法，其中所述刺激器为所述一个或多个通道中的每个提供使300ma峰值的电流通过约300欧姆至约2000欧姆或约300欧姆至约900欧姆的阻抗的脉冲。
136.实施方案109：根据实施方案88-94、96和98-108中任一项所述的方法，其中所述电刺激器提供具有范围为约1ma至约20ma的dc偏移的刺激。
137.实施方案110：根据实施方案88-109中任一项所述的方法，其中所述刺激器为所述通道中的一个或多个提供频率范围为0.2hz至10khz的刺激频率(突发频率)。
138.实施方案111：根据实施方案88-110中任一项所述的方法，其中所述刺激器在所述一个或多个通道上提供宽度范围为约0.1ms至约20ms、或至约10ms、或至约5ms、或至约4ms、或者约0.2ms至约3ms的刺激脉冲(突发)。
139.实施方案112：根据实施方案88-111中任一项所述的方法，其中所述刺激器以超过10khz的刺激频率提供宽度固定为1ms的脉冲。
140.实施方案113：根据实施方案75-112中任一项所述的方法，其中所述电刺激提供所述脊髓的经皮电刺激。
141.实施方案114：根据实施方案75-113中任一项所述的方法，其中所述电刺激增强/促进内源性神经回路活动。
142.实施方案115：根据实施方案75-114中任一项所述的方法，其中所述电刺激基本上不提供外周神经刺激。
143.实施方案116：根据实施方案75-115中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：脑干、c0-c1、c0-c2、c0-c3、c0-c4、c0-c5、c0-c6、c0-c7、c0-t1、c1-c1、c1-c2、c1-c3、c1-c4、c1-c7、c1-c6、c1-c7、c1-t1、c2-c2、c2-c3、c2-c4、c2-c5、c2-c6、c2-c7、c2-t1、c3-c3、c3-c4、c3-c5、c3-c6、c3-c7、c3-t1、c4-c4、c4-c5、c4-c6、c4-c7、c4-t1、c5-c5、c5-c6、c5-c7、c5-t1、c6-c6、c6-c7、c6-t1、c7-c7和c7-t1。
144.实施方案117：根据实施方案116所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于包含c2-c3或由它们组成的区域或者其中的区域上。
145.实施方案118：根据实施方案117所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于c3处。
146.实施方案119：根据实施方案75-118中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于胸脊髓或其区域上。
147.实施方案120：根据实施方案119所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：t1-t1、t1-t2、t1-t3、t1-t4、t1-t5、t1-t6、t1-t7、t1-t8、t1-t9、t1-t10、t1-t11、t1-t12、t2-t2、t2-t3、t2-t4、t2-t5、t2-t6、t2-t7、t2-t8、t2-t9、t2-t10、t2-t11、t2-t12、t3-t3、t3-t4、t3-t5、t3-t6、t3-t7、t3-t8、t3-t9、t3-t10、t3-t11、t3-t12、t4-t4、t4-t5、t4-t6、t4-t7、t4-t8、t4-t9、t4-t10、t4-t11、t4-t12、t5-t5、t5-t6、t5-t7、t5-t8、t5-t9、t5-t10、t5-t11、t5-t12、t6-t6、t6-t7、t6-t8、t6-t9、t6-t10、t6-t11、t6-t12、t7-t7、t7-t8、t7-t9、t7-t10、t7-t11、t7-t12、t8-t8、t8-t9、t8-t10、t8-t11、t8-t12、t9-t9、t9-t10、t9-t11、t9-t12、t10-t10、t10-t11、t10-t12、t11-t11、t11-t12和t12-t12。
148.实施方案121：根据实施方案75-120中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于腰脊髓或其区域上。
149.实施方案122：根据实施方案121所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：l1-l1、l1-l2、l1-l3、l1-l4、l1-l5、l1-s1、l1-s2、l1-s3、l1-s4、l1-s5、l2-l2、l2-l3、l2-l4、l2-l5、l2-s1、l2-s2、l2-s3、l2-s4、l2-s5、l3-l3、l3-l4、l3-l5、l3-s1、l3-s2、l3-s3、l3-s4、l3-s5、l4-l4、l4-l5、l4-s1、l4-s2、l4-s3、l4-s4、l4-s5、l5-l5、l5-s1、l5-s2、l5-s3、l5-s4、l5-s5、s1-s1、s1-s2、s1-s3、s1-s4、s1-s5、s2-s2、s2-s3、s2-s4、s2-s5、s3-s3、s3-s4、s3-s5、s4-s4、s4-s5和s5-s6。
150.实施方案123：根据实施方案121所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于尾骨上。
151.实施方案124：根据实施方案75-123中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于t11和l4之间的区域上。
152.实施方案125：根据实施方案124所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：t11-t12、l1-l2和l2-l3。
153.实施方案126：根据实施方案124所述的方法，其中将所述经皮电刺激的至少一个通道施加于ll-l2和/或t11-t12上。
154.实施方案127：根据实施方案75-126中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激同时促进运动功能和/或手臂功能和/或言语功能和/或呼吸功能和/或进食和咀嚼功能和/或心血管功能和/或视觉和聚焦和/或膀胱和肠道。
155.实施方案128：根据实施方案75-126中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激使用tescon疗法为患有神经性和特发性疼痛的患者提供骨盆底、和/或下肢、和/或上肢、和/或背部、和/或膀胱和/或肠道和/或阴道的慢性疼痛缓解。
156.实施方案129：根据实施方案75-126中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激提供疼痛的减轻或消除。
157.实施方案130：根据实施方案129所述的方法，其中所述经皮电刺激为患有神经性和特发性疼痛的患者提供骨盆底、下肢、背部、上肢中的一者或多者的疼痛缓解。
158.实施方案131：根据实施方案75-126中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进运动功能(站立和/或迈步)。
159.实施方案132：根据实施方案75-131中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进臂和/或手控制。
160.实施方案133：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进言语功能。
161.实施方案134：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进呼吸功能。
162.实施方案135：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进进食和咀嚼功能。
163.实施方案136：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进咳嗽功能。
164.实施方案137：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进视觉和聚焦。
165.实施方案138：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进心血管功能。
166.实施方案139：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进性功能。
167.实施方案140：根据实施方案75-132中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激促进膀胱和/或肠道功能。
168.实施方案141：根据实施方案140所述的方法，其中所述经皮电刺激施加于一个或多个部位上，所述部位选自由以下各项组成的组：t10-t11、t11-t12、t12-l1、l1-l2、l2-l3和l3-l4。
169.实施方案142：根据实施方案140-141中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激产生膀胱功能的改善。
170.实施方案143：根据实施方案142所述的方法，其中所述膀胱功能的改善的特征在于一个或多个指标，所述指标选自由以下各项组成的组：尿动力学膀胱容量改善、尿动力学排泄效率改善、通过神经源性膀胱症状评分评估的生活质量评分改善、通过4天排泄日记评估的尿失禁发作减少以及泌尿道感染频率降低。
171.实施方案144：根据实施方案142-143中任一项所述的方法，其中所述膀胱功能的改善的特征在于一个或多个指标，所述指标选自由以下各项组成的组：尿失禁发作减少50％或更多、膀胱容量增加50％或更多(或增加至300ml，以较高者为准)以及神经源性膀胱症状评分降低。
172.实施方案145：根据实施方案140-141中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激产生肠道功能的改善。
173.实施方案146：根据实施方案145所述的方法，其中所述肠道功能的改善的特征在于一个或多个指标，所述指标选自由以下各项组成的组：完成排便程序的时间的改善、每周
完成自发排便次数的变化、运动指数(压力幅度和收缩次数(通过结肠测压术))的改善、便秘和大便失禁评分(克利夫兰临床便秘评分系统、神经源性肠道功能障碍评分)的改善、肛门括约肌静息的变化、挤压压力、肛管的高压力区长度和压力分布(通过高分辨率肛门直肠测压术)以及生活质量(pac-qol评分)的改善。
174.实施方案147：根据实施方案145-146中任一项所述的方法，其中所述肠道功能的改善的特征在于一个或多个指标，所述指标选自由以下各项组成的组：完成排便程序的时间减少50％或更多、数字刺激/栓剂使用减少50％或更多以及神经源性肠道功能障碍评分降低(例如，3分或更多的降低)。
175.实施方案148：根据实施方案138-147中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激产生膀胱和肠道功能、或者膀胱和性功能、或者膀胱和肠道和性功能、或者膀胱和心血管功能的同时改善。
176.实施方案149：根据实施方案140-148中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激以范围为约0.5hz至约100hz、或约1hz至约50hz、或约10hz至约30hz、或约0.5hz至约1hz、或约1hz至约2hz、或约2hz至约5hz、或约5hz至约10hz、或约10hz至约30hz、或约30hz至约100hz的频率施加以诱导膀胱或肠道排泄。
177.实施方案150：根据实施方案140-148中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激以约10hz至约30hz、约30hz至约50hz、约50hz至约100hz、约100hz至约1khz、或约1khz至约10khz的频率施加以诱导膀胱或肠道潴留。
178.实施方案151：根据实施方案75-150中任一项所述的方法，其中向所述受试者施用至少一种单胺能激动剂。
179.实施方案152：根据实施方案151所述的方法，其中所述至少一种单胺能激动剂包括以下药剂，所述药剂选自由以下各项组成的组：血清素能药物、多巴胺能药物、去甲肾上腺素能药物、gaba能药物和甘氨酸能药物。
180.实施方案153：根据实施方案152所述的方法，其中所述药剂选自由以下各项组成的组：8-羟基-2-(二正丙基氨基)萘满(8-oh-dpat)、4-(苯并二噁烷-5-基)1-(茚满-2-基)哌嗪(s15535)、n-{2-[4-(2-甲氧基苯基)-1-哌嗪基]乙基}-n-(2-吡啶基)环己烷甲酰胺(way 100.635)、喹哌嗪、酮色林、4-氨基-(6-氯-2-吡啶基)-1哌啶盐酸盐(sr 57227a)、昂丹司琼、丁螺环酮、甲氧明、哌唑嗪、可乐定、育亨宾、6-氯-1-苯基-2,3,4,5-四氢-1h-3-苯并氮杂-7,8-二醇(skf-81297)、7-氯-3-甲基-1-苯基-1,2,4,5-四氢-3-苯并氮杂-8-醇(sch-23390)、喹吡罗和依替必利。
[0181]
实施方案154：根据实施方案152所述的方法，其中所述单胺能激动剂是丁螺环酮。
[0182]
实施方案155：根据实施方案75-154中任一项所述的方法，其中所述受试者是非人哺乳动物。
[0183]
实施方案156：根据实施方案75-154中任一项所述的方法，其中所述受试者是人。
[0184]
实施方案157：一种将动态电刺激施加于受试者的方法，所述方法包括：
[0185]
提供根据实施方案1-66中任一项所述的刺激器，其中所述刺激器存储一个或多个刺激程序，并且其中所述刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个经皮刺激电极，所述经皮刺激电极设置在受试者的身体表面上，以及/或者其中所述刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个硬膜外电极，所述硬膜外电极设置在脊髓区域上；以及
[0186]
根据一个或多个所述程序操作所述刺激器以将动态经皮电刺激提供于所述受试者以及/或者将动态硬膜外刺激提供于所述受试者。
[0187]
实施方案158：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者患有脊髓损伤、缺血性脑损伤和/或神经退行性病症。
[0188]
实施方案159：根据实施方案158所述的方法，其中所述受试者患有临床上归类为运动不完全的脊髓损伤。
[0189]
实施方案160：根据实施方案158所述的方法，其中所述受试者患有临床上归类为运动完全的脊髓损伤。
[0190]
实施方案161：根据实施方案158所述的方法，其中所述受试者患有缺血性脑损伤。
[0191]
实施方案162：根据实施方案161所述的方法，其中所述缺血性脑损伤是中风或急性创伤引起的脑损伤。
[0192]
实施方案163：根据实施方案158所述的方法，其中所述受试者具有神经退行性病理。
[0193]
实施方案164：根据实施方案163所述的方法，其中所述神经退行性病理与选自由以下各项组成的组的病症相关：中风、帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病、肌萎缩性侧索硬化症(als)、原发性侧索硬化(pls)、肌张力障碍、大脑半球切除术、横贯性脊髓炎、脊髓圆锥损伤(下运动神经元损伤)和脑性麻痹。
[0194]
实施方案165：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者患有膀胱过度活动症和/或便秘的特发性病症。
[0195]
实施方案166：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者由于不活动的生活方式而患有肌肉损失。
[0196]
实施方案167：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者是肥胖的。
[0197]
实施方案168：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者患有与衰老相关的肌肉损失。
[0198]
实施方案169：根据实施方案157所述的方法，其中所述受试者因纤维肌痛和/或间质性膀胱炎和/或慢性前列腺炎和/或慢性盆腔疼痛综合征和/或膀胱疼痛综合征而疼痛。
[0199]
实施方案170：根据实施方案157-169中任一项所述的方法，其中所述刺激器在一个或多个独立控制的通道上提供一种或多种以下刺激模式：调幅动态刺激；和/或调频动态刺激。
[0200]
实施方案171：根据实施方案170所述的方法，其中所述刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同的通道上提供相同的刺激模态和刺激参数。
[0201]
实施方案172：根据实施方案170所述的方法，其中所述刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同通道上提供不同的刺激模态和/或不同的刺激参数。
[0202]
实施方案173：根据实施方案157-172中任一项所述的方法，其中所述刺激器的至少一个通道耦合至硬膜外电极并且提供动态硬膜外刺激。
[0203]
实施方案174：根据实施方案157-173中任一项所述的方法，其中所述刺激器的至少一个通道耦合至经皮刺激电极并且提供动态经皮电刺激。
[0204]
实施方案175：根据实施方案174所述的方法，其中所述经皮电刺激包括调频刺激。
[0205]
实施方案176：根据实施方案157-175中任一项所述的方法，其中所述刺激器的至少一个通道耦合至硬膜外电极并且提供调幅动态硬膜外刺激。
[0206]
实施方案177：根据实施方案157-175中任一项所述的方法，其中所述刺激器的至少一个通道耦合至经皮刺激电极并且提供调幅动态经皮电刺激。
[0207]
实施方案178：根据实施方案176-177中任一项所述的方法，其中所述调幅动态硬膜外刺激和/或所述调幅动态经皮电刺激包括来源于肌电图记录的刺激信号。
[0208]
实施方案179：根据实施方案178所述的方法，其中所述肌电图记录来源于重力中性装置中的站立和/或迈步期间腿部肌肉以及/或者手和/或臂、和/或呼吸、和/或咳嗽、和/或进食、和/或施用刺激剂(例如，咖啡)后的emg。
[0209]
实施方案180：根据实施方案157-179中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激和/或所述硬膜外刺激提供所述脊髓的电刺激。
[0210]
实施方案181：根据实施方案157-180中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激和/或所述硬膜外刺激增强/促进内源性神经回路活动。
[0211]
实施方案182：根据实施方案157-181中任一项所述的方法，其中所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激基本上不提供外周神经刺激。
[0212]
实施方案183：根据实施方案157-182中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域之处(硬膜外)或之上(经皮)，所述区域选自由以下各项组成的组：脑干、c0-c1、c0-c2、c0-c3、c0-c4、c0-c5、c0-c6、c0-c7、c0-t1、c1-c1、c1-c2、c1-c3、c1-c4、c1-c7、c1-c6、c1-c7、c1-t1、c2-c2、c2-c3、c2-c4、c2-c5、c2-c6、c2-c7、c2-t1、c3-c3、c3-c4、c3-c5、c3-c6、c3-c7、c3-t1、c4-c4、c4-c5、c4-c6、c4-c7、c4-t1、c5-c5、c5-c6、c5-c7、c5-t1、c6-c6、c6-c7、c6-t1、c7-c7和c7-t1。
[0213]
实施方案184：根据实施方案183所述的方法，其中将所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于包含c2-c3或由它们组成的区域或者其中的区域之处(硬膜外)或之上(经皮)。
[0214]
实施方案185：根据实施方案184所述的方法，其中将所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于c3之处(硬膜外)或之上(经皮)。
[0215]
实施方案186：根据实施方案157-185中任一项所述的方法，其中将所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于胸脊髓或其区域之处(硬膜外)或之上(经皮)。
[0216]
实施方案187：根据实施方案186所述的方法，其中将所述经皮电刺激和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域之处(硬膜外)或之上(经皮)，所述区域选自由以下各项组成的组：t1-t1、t1-t2、t1-t3、t1-t4、t1-t5、t1-t6、t1-t7、t1-t8、t1-t9、t1-t10、t1-t11、t1-t12、t2-t2、t2-t3、t2-t4、t2-t5、t2-t6、t2-t7、t2-t8、t2-t9、t2-t10、t2-t11、t2-t12、t3-t3、t3-t4、t3-t5、t3-t6、t3-t7、t3-t8、t3-t9、t3-t10、t3-t11、t3-t12、t4-t4、t4-t5、t4-t6、t4-t7、t4-t8、t4-t9、t4-t10、t4-t11、t4-t12、t5-t5、t5-t6、t5-t7、t5-t8、t5-t9、t5-t10、t5-t11、t5-t12、t6-t6、t6-t7、t6-t8、t6-t9、t6-t10、t6-t11、t6-t12、t7-t7、t7-t8、t7-t9、t7-t10、t7-t11、t7-t12、t8-t8、t8-t9、t8-t10、t8-t11、t8-t12、t9-t9、t9-t10、t9-t11、t9-t12、t10-t10、t10-t11、t10-t12、t11-t11、
100.635)、昂丹司琼、哌唑嗪、喹吡罗、喹哌嗪、瑞伏螺酮(bay-vq-7,813)、坦度螺酮、坦度螺酮(sediel)、育亨宾和扎螺酮(wy-47,846)。
[0229]
实施方案200：根据实施方案198所述的方法，其中所述单胺能激动剂是丁螺环酮。
[0230]
实施方案201：根据实施方案157-200中任一项所述的方法，其中所述受试者是非人哺乳动物。
[0231]
实施方案202：根据实施方案157-200中任一项所述的方法，其中所述受试者是人。
[0232]
实施方案203：一种马桶座圈，所述马桶座圈包括一个或多个经皮刺激电极，其中所述经皮电极被构造为在经皮刺激促进膀胱和/或肠道排泄的一个或多个位置处接触坐在所述马桶座圈上的受试者。
[0233]
实施方案204：一种衣物或其他可穿戴装置，所述衣物或其他可穿戴装置包括一个或多个经皮刺激电极，其中所述经皮电极被构造为在所述经皮刺激促进膀胱和/或肠道潴留的一个或多个位置处接触穿戴所述衣物的受试者。
[0234]
实施方案205：根据实施方案203所述的马桶座圈或根据实施方案204所述的衣物，其中所述经皮刺激电极定位为在一个或多个位置处接触受试者，所述位置选自由以下各项组成的组：c3-4至c01和/或臀部上方(s2-s3孔和根)。
[0235]
实施方案206：一种沙发、椅子、办公椅、床或躺椅，所述沙发、椅子、办公椅、床或躺椅包括一个或多个经皮刺激电极，其中所述经皮电极被构造为在经皮刺激促进膀胱和/或肠道潴留的一个或多个位置处接触坐在所述马桶座圈上的受试者。
[0236]
定义
[0237]
术语“单相脉冲模式”或“单相刺激”是指相对于中性导线仅为负或仅正的刺激脉冲(参见，例如，图1，分图a)。在单相脉冲模式是电荷平衡的情况下，然而，可以在刺激脉冲(或刺激脉冲突发)之间施加与刺激脉冲符号相反的电流(参见，例如，图1，分图b)。
[0238]
术语双相脉冲模式或双相刺激是指包括相对于中性导线为正的脉冲和为负的脉冲的刺激脉冲(参见，例如，图2，分图a)。在双相脉冲模式是电荷平衡的情况下，可以通过保持阳极脉冲和阴极脉冲的相等面积来获得电荷平衡(参见，例如，图2，分图b)。在延迟的双相脉冲模式中，正脉冲和负脉冲之间存在延迟(参见例如，图2，分图a，下图)。
[0239]
术语“高频载波”是指频率高于“刺激”脉冲模式的脉冲模式。如图1，分图a-c所示，刺激信号由脉冲突发产生。包含每个突发的脉冲是“高频载波”。突发频率是刺激频率。
[0240]
术语“模块”或“单元”在用于脉冲生成单元、功率调节单元、脉冲调制(选通)单元、移位发生器单元、电荷平衡单元、直流电流控制单元、监控单元等等时是指被构造为提供所述功能(例如，脉冲生成、选通脉冲生成等)的电路。该电路可以独立于构成刺激器的其他电路，或者可以代表“更大”电路的子组件。
[0241]
术语“生物信号”是指已经从生物有机体记录的电信号，或来源于这种信号的电信号，例如，其中信号幅度被归一化为预选电流或电压。在某些实施方案中，生物信号来自脊椎动物。在某些实施方案中，生物信号来自哺乳动物(例如，人、非人灵长类动物等)。在某些实施方案中，生物信号来自eeg和emg或ekg。
[0242]
如本文所用，“电刺激”或“刺激”是指对肌肉或神经元和/或对神经元组和/或中间神经元具有兴奋性或抑制性的电信号的施加。应当理解，电信号可以被施加到具有一个或多个返回电极的一个或多个电极。
[0243]
术语“经皮刺激”或“经皮电刺激”或“皮肤电刺激”是指施加于皮肤的电刺激，并且如本文中通常使用是指施加于皮肤以实现脊髓或其区域的刺激的电刺激。术语“经皮脊髓电刺激”也可称为“tscs”。术语“pcemc”是指无痛皮肤电刺激。术语tessla(即，用于运动(或下肢，或下泌尿道)活化的经皮脊髓电刺激)也可以使用。
[0244]
术语“硬膜外电刺激”或“硬膜外刺激”是指通过植入电极或植入电极阵列(例如，植入脊髓的硬脑膜(保护覆膜)上)向脊髓施加电流。
[0245]
当用于脊髓损伤时，术语“运动完成”表示在病灶下方没有运动功能，(例如，在由脊髓病灶下方的脊髓节段支配的肌肉中不能自愿引起运动。
附图说明
[0246]
图1，分图a-c展示了各种单相刺激模式。分图a)不具有直流漂移或电荷平衡的单相脉冲。分图b)具有电荷平衡但无直流漂移(偏移)的单相脉冲调制信号。分图c)具有直流漂移但无电荷平衡的单相脉冲调制信号。注意幅度是指电流。
[0247]
图2，分图a-c展示了各种双相刺激模式。分图a)双相刺激信号(上)与延迟双相刺激信号(下)的比较，其中延迟由时间“d”给出。分图b)具有电荷平衡的延迟双相脉冲调制信号。电荷平衡通过保持阳极脉冲和阴极脉冲的面积相等来获得。分图c)具有直流漂移(偏移)的延迟双相脉冲调制信号。注意幅度是指电流。
[0248]
图3，分图a-b展示了动态刺激。分图a)示例性调频动态刺激。基于下载到装置中的数据文件(例如，ascii文件)，可以生成特定波形。唯一需要编程的参数是最大幅度，然后按比例缩放其他突发。分图b)示例性调幅动态刺激。这类似于双相刺激，但每个载波频率的幅度以对称(或非对称)方式在突发内逐渐调制。注意幅度是指电流。
[0249]
图4a、4b和4c，示出了四个信道电刺激器的示例性实施方案的方框图。
[0250]
图5，分图a-b，分别展示了经皮脊髓电神经调制器(tescon
tm
)装置的实施方案。
[0251]
图6展示了sodimm的一个实施方案。
[0252]
图7展示了通道的一个电源的电路图。在某些实施方案中，每个通道应具有一个这样的单元。
[0253]
图8，分图a和b展示了用于分析的波形参数。分图a)单相脉冲。分图b)延迟双相脉冲。
[0254]
图9展示了用于控制psu的一个实施方案。
[0255]
图10展示了时序的一个实施方案。
[0256]
图11展示了电源软件的流程图。
[0257]
图12，分图a-b，示出了展示功能开启mpu对psu的功能的流程图。
[0258]
图13展示了用于选通单相或双相脉冲的与门。
[0259]
图14展示了单相脉冲的与门组合的工作。
[0260]
图15，分图a-c展示了驱动脉冲生成器的软件的流程图。
[0261]
图16展示了脉冲生成器和调制器单元的电路图。在某些实施方案中，每个通道具有一个这样的单元。
[0262]
图17展示了直流漂移发生器的电路图。在某些实施方案中，这用于在不具有电荷平衡的单相脉冲中引入直流漂移。在某些实施方案中，这仅用于阳极脉冲。
[0263]
图18展示了电荷平衡单元的电路图。
[0264]
图19，分图a-o，图示了描述刺激器操作的流程图。
[0265]
图20显示了间歇刺激的一个示例性但非限制性实例，例如，其中刺激模式不同并且在通道之间交错。
[0266]
图21展示了在150ma tscs下在受试者(566729、ais a、t4)的t11-t12和l1-l2椎突之间来自囊泡(pves)、尿道(pura)、腹部(pabd)和逼尿肌(pdet)压力以及尿道括约肌(eus)eus、腘绳肌腱(hm)和胫骨前肌(ta)emg的tscs引发的压力变化和emg反应(5次反应的平均值)的实例。该实例的补充曲线显示在左侧。
[0267]
图22，分图a-c显示来自代表性受试者(566729)的尿动力学记录的实例。分图a)不存在tessla，分图b)存在1hz的tessla(t11)，以及分图c)存在30hz的tessla(t11)。注意在注入205ml时存在逼尿肌过度活动(do)(参见表6)，并且在不存在tessla的情况下产生高水平的逼尿肌括约肌协同失调(dsd)，但是在存在tessla的情况下和排泄期间pura和pdet之间的相互活化水平更高。注意，与基线相比，在存在30hz的tessla的情况下膀胱容量增加(281ml，参见表6)以及排泄期间dsd减少。pdet定义为pves-pabd，pclo定义为pves-pura。
[0268]
图23显示了6名个体受试者在存在和不存在tessla(1hz)的情况下排泄期间的pdet和pura。黄色高亮部分显示排泄区域。注意：2名受试者(955941、573487)在tessla关闭期间表现出非排泄反应，因此不包括压力迹线。
[0269]
图24。分图a显示了在不存在tessla和1hz的tessla的情况下测试的7个个体的排泄效率。分图b显示了在不存在tessla和30hz的tessla的情况下的膀胱容量。*在p《0.05时与tessla关闭显著不同(通过配对t检验确定的统计差异)。
[0270]
图25。分图a)在单个受试者(566729)中，tessla关闭(黑色)和1hz的tessla(红色)在排泄期间pdet和pura之间的共活化。分图b)在受试者(n＝5)的排泄期间每秒pdet和pura之间的归一化(至tessla关闭)共活化展示了在tessla关闭情况下的排泄。*与tessla关闭显著不同，这表明与tessla关闭相比，1hz的tessla的dsd水平降低(通过配对t检验确定的统计差异)。
[0271]
图26。在不存在和存在tessla(150ma，在t11时为1hz)的情况下对一名受试者进行的代表性尿液流速(uroflow)。注意仅在tessla开启后才开始排泄和流动。
[0272]
图27显示慢性经皮脊椎神经调制改善了人类的膀胱功能。
[0273]
图28，分图a-d显示实验装置允许在氨基甲酸乙酯麻醉下对成年大鼠进行多个部位的同时刺激和记录。在分图a中，施加三种类型的刺激(锯齿形箭头)。首先，通过硬膜外阵列或经颅向皮质运动区连续施加一串弱强度的刺激(0.3hz)。在0.3hz的强直刺激期间，一种名为动态刺激(ds)的刺激方案传递通过4个脊髓节段，通过双侧植入肌腹的线状emg电极从伸肌(胫骨前肌，ta)和屈肌(比目鱼肌，sol)记录脊椎th12至l2对刺激的反应。两个具有相反阴极位置的刺激同时通过定位于阵列末端的电极传递。ds持续30s，由完整大鼠在跑步机迈步(13.5cm/s)期间从sol emg活动(29.5s)采样的波形组成。通过脱机分析，原始emg迹线得以复制并以0.5s的交错起始时间传送。(分图b)。两个刺激波形以同时、但头尾异相的方式提供(分别地，蓝色波形，阴极在l2处，红色波形，阴极连接至th12)。在分图c的方框中，两个实际刺激波形的放大表明它们由以更高频率放电(100-500hz)为特征的有节奏的突发组成，正如分图d中所示的功率谱所证实的那样。
[0274]
图29，分图a-g显示通过硬膜外阵列传递的微弱电刺激产生来自ta和sol肌肉的小而可变的反应。在分图a中，一串方形单相弱脉冲(300个刺激，0.3hz，300μa，单脉冲持续时间0.1ms)被连续传递(15min)至阵列的中心位置，如图片所示(l1脊椎水平，阴极在左侧)。在分图b中，来自右侧ta和sol的记录显示出小幅度反应以及中间(mr)和晚期反应(lr)，它们的特征是在刺激伪影后的前五毫秒内缺乏早期反应(er)。在分图c中，通过增加刺激强度(800μa)，emg反应的幅度增加，并且以er的出现为特征。在分图d的方框中报告了肌肉ta(上图)和sol(下图)的mr和lr达到峰值的时间。在分图e中，从ta肌肉记录了超过300个连续脉冲的mr(上图)和lr(下图)的峰值幅度的时程。在分图f中，从sol肌肉记录了超过300个连续脉冲的mr(上图)和lr(下图)的峰值幅度的时程。在分图g中，绘图表明从ta和sol引发的每个刺激的幅度之间缺乏相关性。分别对mr(上)和lr(下)进行分析。分图g中的散点图反映了mr和lr的ta和sol之间的独特关系，mr的sol中的比率更高，但lr的情况正好相反。另外注意，sol出现约18微伏的更高幅度的可能性更高。
[0275]
图30，分图a-k显示即使在刺激结束时，ds也会增加脊椎诱导反应的mr幅度。在分图a中，图片总结了刺激设置。两个高度变化的波形在脊髓两侧的阵列末端之间纵向传递，而脊椎诱导反应由放置在阵列中心的两个靠近电极传递的单个脉冲连续引发(脊椎水平t13/l1，脊髓水平l3/l6，阴极在左侧)。在ds之前，小反应由来自rta(分图b)和lsol(分图c)肌肉的弱单脉冲(400μa；0.1ms)控制诱导。在ds传递30s后(灰色箭头，375μa)，emg反应的幅度增加，主要在ta上。来自rta(分图d)和lsol(分图e)的时程对300个脉冲的连续传送期间(15min)mr(黑点)和lr(红点)的峰值进行定量。在30s内以375μa的强度供应ds(顶部的黑色方块)不影响lr(红点)，但它增加了mr(黑点)的幅度，在ta上更显著。通过增加刺激强度(450μa)，lta(分图f)上mr峰值的增强更长，对lr(红点)也有微弱的影响。当ds以450μa传递时，来自lsol的mr也变得更高(分图g)。直方图报告了20次连续扫描的ds后mr的平均峰值，以从多个实验中汇集的前ds对照值的百分比表示，其中ds从150μa连续增加到600μa。在两个连续的ds之间插入5min的暂停。ta的mr峰值在以375μa进行ds传递时统计增加(h：*，p《0.001)，而对于sol，ds从450μa开始增加mr的峰值(i：*，p＝0.002)。对与分图h和i中的lr相同的实验进行了类似的分析，这表明ds后无影响，即使在ta(分图j)和sol(分图k)肌肉中的幅度较高时也是如此。
[0276]
图31，分图a-d显示与定型的脉冲串相比，ds在很大程度上增加了脊椎诱导反应，即使在方案终止后也是如此。在分图a中，在不存在任何连续刺激(对照)的情况下，施加到l1/l2脊椎水平(l5/s2脊椎水平，阴极在左侧)的弱单脉冲(0.1ms)诱导来自rta的小脊椎诱导反应。在ds(375μa)期间，emg反应大大增加(中)，这种效果即使在刺激结束后仍然存在(右)。在相同的准备中，40hz的定型串仅在方案传递期间增加运动反应，刺激结束后立即返回基线值(分图b)。分图c)分图a和b中实验的完整时程报告了420个连续单脉冲(21min)的中间反应(mr)峰值。ds后的单次emg反应比以下40hz串传递后更高。注意，在40hz串传递之前，基线完全恢复到刺激前的值。下面报告了ds(左)和40hz串(右)期间时程的放大，表明ds的增强在方案传递后持续90s，而脊椎诱导反应在40hz串结束后立即恢复到对照基线值。分图d中的直方图总结了来自六块胫骨前肌的平均数据。对于每个条柱，在方案传递之前和之后，比较了来自20次连续扫描的mr的平均峰值。与40hz的一串定型脉冲相比，ds显著增强了mr的幅度(*，p＝0.031)。
[0277]
图32，分图a-f显示ds在由阵列纵向刺激引起的脊椎诱导反应中也促进mr。在分图a中，图片总结了刺激设置。两个动态变化的波形在脊髓两侧的阵列末端之间纵向传递，而脊椎诱导反应则由沿阵列的整个长度纵向传递的单个单相脉冲连续引发(头端阴极)。在分图b(右)中，弱单脉冲(0.1ms)诱导来自右后肢胫骨前肌(ta，上)和比目鱼肌(sol，下)的小emg反应。在ds传递(375μa)期间，两块肌肉(中)的emg反应幅度都会增加。即使在ds结束30s后，mr的增强仍然存在(右)。在分图c和d中，报告了右侧ta(分图c)和右侧sol(分图d)的整个时程(940个刺激，47min总持续时间)，其中ds强度从150μa连续增加到600μa。在ds传递(30s，红点)期间以及在两个连续ds(5min，黑点)之间的每次暂停期间都会连续脊椎诱导反应的mr。ds从225μa的强度开始增加mr的幅度。通过增加刺激强度，两块肌肉上的mr峰值的增强会更高更长。分图e和f中的直方图将右侧ta(分图e)和右侧sol(分图f)的mr平均峰值报告为在每个不同的刺激强度下的ds(对照)前20次连续扫描的平均值和ds终止后20次连续扫描的平均值。ta的mr峰值在375μa和600μa处统计增加(e：*，p＝0.019)，而sol仅在375μa处增加(f：*，p＝0.032)。
[0278]
图33，分图a-d显示ds的重复传递增强了更长的脊椎诱导反应。在分图a中，右侧(上)和左侧(下)ta上的小脊椎诱导反应由一串弱方波脉冲(频率0.3hz；强度＝500μa；持续时间＝0.1ms)诱导，在t13和l1脊椎水平(l3/l6脊椎水平，阴极在左侧)之间水平地施加。在名为重复ds(rds，总持续时间＝11min)的方案中，八个ds间隙(30s)以相互间隔1min的方式连续传递。在最后一次传递的ds结束时，用于对照的相同单脉冲现在可以引发来自两个ta的更大反应(分图b)。在分图c中报告了分图a和b中显示的整个实验的时程，其中640个单脉冲以0.3hz的频率传递，总持续时间为32min。rds被报告为8个ds重复(红色)的连续交替，这些重复间隔1min的休息暂停，在此期间未提供ds。rta的mr反应在rds之前的对照中非常一致。然后在ds的每个间隙之后幅度增加，在rds结束时达到最大值，并至少在接下来的8分钟内保持高于rds对照之前的值。在分图d中，条柱报告了关于mr的平均数据，通过对rds前后ta的100次连续反应(总持续时间＝5min)进行平均来计算，这表明rds诱导的运动反应显著增加(*，p＝0.017)。
[0279]
图34，分图a-d显示ds促进了皮层引发的emg反应的再现。在分图a中，连续迹线在一串单皮层脉冲(箭头；持续时间＝1ms，频率＝0.3hz)的传递期间叠加。在不存在ds(对照)的情况下，800μa的单脉冲(左，五个连续迹线叠加)引发来自lta的一致emg反应和来自rta的一些可变反应。当刺激强度较低时，两块肌肉的反应都会消失(500μa，中，10条连续迹线叠加)。在低强度(300μa)的ds传递期间，即使是弱单脉冲(500μa)现在也能够恢复来自rta和lta的重复反应(右，10条连续迹线叠加)。在分图b中，来自不同动物的20条连续迹线在一串单皮层脉冲(箭头；持续时间＝1ms；强度＝700μa；频率＝0.3hz)的传递期间叠加。在不存在ds(对照)的情况下，未记录到来自lta的反应。在以600μa的强度传递ds之后(中)，lta上出现单个最大峰值和一致的较低和晚期电势束。这些影响在ds结束后持续约1min，正如下面对应于上面阴影灰色矩形的放大所强调的那样。从ds终止9min后，emg反应消失(右)。在分图c中，在另一只动物中，皮质刺激引发的4次连续小脊椎诱导反应(持续时间＝0.1ms；强度＝700μa；频率＝0.3hz)在不存在任何ds的情况下从rsol记录(对照，左，蓝色迹线)。在375μa的ds期间(中，红色迹线)，在ds终止后，emg反应增强长达3min(右，绿色迹线)。在分图d中，根据与c中相同的实验，20次连续扫描的峰值幅度在ds(蓝色)之前取平均值，期间ds以
增加的强度(150
–
600μa；红色)和ds传递后(绿色)提供。注意，在最大强度(600μa)下，ds后的增强(绿色条柱)更高。
[0280]
图35显示硬膜外刺激阵列允许选择性地完全募集运动神经元池。为了测试硬膜外边界对多部位独立刺激的可靠性，对于每个不同的刺激配置，将从同侧sol和ta在5个连续刺激(0.3hz)中记录的emg反应进行叠加。在图片中的线条指示的水平上，每组反应通过刺激边界中不同的电极对来获得，阴极位置报告在箭头上(箭头阳极)。单脉冲串(持续时间＝0.1ms；频率＝0.3hz，强度＝800μa)沿硬膜外阵列施加，所述硬膜外阵列分别使用头端阴极或阳极从rta(绿色迹线)或rsol(紫色迹线)选择性地引发完整的emg反应。因此，可以适当地放置穿过阵列的电场线的方向，以偏置定位于不同节段水平的运动池的募集。此外，当脉冲串(持续时间＝0.1ms；频率＝0.3hz，强度＝700μa)被传递到与l1脊椎(l5/l6脊椎水平)相对应的脊髓时，从屈肌(红色迹线，lta)引发最大反应。相反，如果刺激(强度＝200μa)更多施加于尾端，则主要从伸肌(蓝色迹线，lsol)记录完整的emg反应。sol或ta在同一肢体上的选择性最大募集，通过改变刺激水平(脊椎水平l1红色，脊椎水平l2蓝色)或通过反转从阵列末端纵向传递的脉冲的阴极位置(头端绿色，尾端紫色)来获得展示了测试空间定义部位对ds传递的功效所需的阵列的独特技术特征。注意，施加不同强度的刺激来引发不同的反应对(绿色和紫色迹线为800μa，红色迹线为700μa，蓝色迹线为200μa)。
[0281]
图36，分图a-c：有限元模拟在平面阵列的表面上探测ds的复杂图案。为了预测ds期间通过阵列传递的真实刺激模式并且观察每个电极下有效表面电势的分布，应用有限元方法模拟软件。施加到电极阵列的ds模式在comsol multiphysics 5.3(comsol inc.,usa)中进行分析，该软件是一种有限元方法模拟软件，用于观察电极阵列下硬膜外隙的表面上的有效电势分布。该硬膜外表面被建模为电导率为0.20s/m的电阻介质(howell等人(2014)plos one,9(12):e114938)，并且具有大块地面节点。地面被假定为离表面相对较远，并作为模拟中施加的电势值的一般参考。模拟报告了硬膜外阵列下响应于动态模式刺激的电势分布(另外参见补充视频)。分图a)同时施加于平面阵列横向电极的两个单独的刺激波形叠加在一起(黑色和紫色迹线)。放大(下)显示这两种模式具有不重叠的突发，每个突发都以100-300hz范围内的高频波动为特征。分图b)热图显示了四个连续时刻的电势分布，如分图a中箭头1至4所示，在两个连续突发的高频活动的最正和最负峰值处采样。热图上的最高(红色)和最低(蓝色)表面电势对应于施加了两个动态变化的ds波形的电极。阵列下的整个硬膜外表面由在阵列表面每个点的唯一组合的两个波形进行调制。b1、b2是指来自不同刺激部位的刺激电流的相互作用(参见阵列的右上电极和右下电极对，以及左上电极和左下电极对)。阵列表面下的区域受到完全影响，但中间受影响最小。当另一个波形是施加的主要刺激时，也会发生类似的效果(b3、b4)。分图c)在阵列的选定部位下报告产生的刺激模式。波形施加于点p1和p5，主要反映两个传递的波形。点p2和p4处的刺激模式包含两个波形的加权和。值得注意的是，点p3在理论模拟中显示出最小刺激，因为它定位于中心位置，并且与施加刺激的所有末端等距。需要注意的是，在实际实验中，中心位置p3仍然会经历一些调制，因为其对称位置可能会由于实验过程中硬膜外隙中的电极阵列材料的微位移以及硬膜外隙结构的不均匀而发生偏移，所述中心位置假设在模拟中是完全均匀的。
[0282]
图37，分图a-d：emg显示ds传递会诱导突发性收缩，以及肌肉之间不相关的ds后短时节律性放电。为了确定ds对运动池的直接影响，在实验的一个子集中，在ds传递之前和之
后获取连续的emg记录。在分图a中，四个emg连续记录从sol和ta肌肉双边获取。在刺激之前，未记录到左右ta和sol肌肉的自发放电。ds一经传递(375μa)，即可在整个刺激过程中发生突发emg活动，每块肌肉都表现出独特的模式。在分图b中，在整个ds传递期间(30ms)报告了a中emg迹线的放大。施加于硬膜外阵列右侧(r)和左侧(l)的两种刺激模式在分图上部以灰色报告。在ds供应期间，在每条腿中，来自sol肌肉的活动在很大程度上反映了施加于脊髓相应侧的高度变化的刺激波形，而来自ta的emg显示出叠加主要同源刺激模式的强直活动。在ds结束时，记录了四块肌肉中的三块(分图a、c)的高频(r和lta＝180hz，lsol＝167hz)节律性放电，每条迹线内的持续时间不同(rta＝92.8s；lta＝300.5s；lsol＝58.2s)。在分图c中，与分图a中的黑色箭头相对应的ds后强直活动在此处以更高的时基尺度呈现。单节律性放电的双相曲线在同一块肌肉内很大程度上是定型的，并且在三块肌肉之间没有明显的相关性，如分图d中更快的时基尺度清楚地显示了分图c中灰色阴影矩形中包含的迹线，并通过非常低的互相关函数进一步证实(ccf
rta/lta
＝0.008；ccf
lta/lsol
＝0.006；ccf
rta/lsol
＝0.01088)。在lta上，5.6min后(时间间隔相当于40s)，emg基线恢复到刺激前的水平。
[0283]
图38展示了用于来自不同动物模型和不同肌肉(例如，下肢、上肢、尿道括约肌、骨盆底)的动态刺激的其他emg信号。
[0284]
图39，显示多电极阵列(分图a)，以及对测试脉冲的反应(分图c)，不仅从下肢肌肉，而且还从背索表面的多个部位(分图b)同时记录。
[0285]
图40对测试脉冲的反应不仅从下肢肌肉，而且还从背索表面的多个部位同时记录。
[0286]
图41，分图a-b，示出了对测试脉冲的反应不仅从下肢肌肉，而且还从背索表面的多个部位同时记录。
[0287]
图42显示当阵列在l1水平被急性放置在脊髓挫伤上时，在病灶下方传递的高测试脉冲不会引发任何脊髓反射，而仅从背索产生很小的反应。然后，施加重复的动态刺激方案。继而，相同的测试脉冲现在能够稳定地引发后肢的肌肉收缩，并且从脊椎部位也记录到更多的放电。
[0288]
图43，分图a-b展示了经皮电刺激引起的肠道功能变化。分图a)1周内刺激后的运动变化(3个阶段)。分图b)肠道功能的变化。
[0289]
图44展示了在受试者上放置经皮电刺激导线。
[0290]
图45展示了在治疗8周后对中风人类进行的先导研究结果。
[0291]
图46显示逼尿肌和尿道压力随tescon参数的变化而变化。代表性患者展示了用于识别tescon参数的方案，该参数在pdet中产生最小变化并且在pura中产生变化。在这种情况下，在l1处以100ma(黄框)刺激pdet不会产生任何变化，而pura在tescon开启和tescon关闭之间从～25cm h20增加到32cm(a箭头)。注意在l1 120ma时pura和pdet增加。
[0292]
图47，分图a-f显示使用和不使用tescon时尿动力学研究的变化。中风患者的代表性尿动力学研究，分图a)治疗前(pretherapy)不使用tescon，和分图b)使用tescon，和分图c)治疗后(posttherapy)，以及脊髓损伤(sci)患者的代表性尿动力学研究，分图d)治疗前(pretherapy)不使用tescon，和分图e)使用tescon，和分图f)治疗后(posttherapy)。注意膀胱容量增加(逼尿肌收缩之前的时间)、改善的流速、改善的逼尿肌和括约肌协调以及在
治疗前和治疗后(不使用tescon)tescon充盈期间的尿道压力增加。黑色箭头标志着逼尿肌过度活动的发生。
[0293]
图48，分图a-c显示sci受试者在急性刺激期间尿动力学参数的变化。平均值
±
se(n＝5sci)使用(白色条柱)和不使用(红色条柱)tescon的急性递送。分图a)膀胱容量，分图b)排泄效率，分图c)充盈与排泄期间压力的变化，以展示不使用(黑色)和使用tescon(红色)情况下逼尿肌-括约肌协同失调(dsd)的改善。
[0294]
图49，分图a-d显示中风受试者在急性刺激期间尿动力学参数的变化。平均值
±
se(n＝5中风)分图a)膀胱容量，分图b)排泄效率，图c)在尿动力学研究期间第一感觉的体积，不使用(白色条柱)和使用(红色条柱)急性tescon，以及分图d)中风患者的膀胱容量与排泄之间的时间窗口。*在p《0.05时不使用tescon具有统计学显著性。
[0295]
图50，分图a-e显示8周刺激过程后尿动力学参数的变化。平均值
±
se(n＝5名sci患者)分图a)膀胱容量，分图b)排泄效率，分图c)充盈前的基线pura，分图d)膀胱充盈期间的δp
ura
，分图e)排泄期间的δp
det
，如在不使用tescon的情况下治疗前和治疗后的临床尿动力学研究期间所观察。平均值
±
se(n＝5名中风患者)f)膀胱容量，g)排泄效率，h)充盈前的基线p
ura
，i)膀胱充盈期间的δp
ura
，j)排泄期间的δp
det
，如在不使用tescon的情况下治疗前和治疗后的临床尿动力学研究期间所观察。*-与治疗前显著不同，p《0.05。
[0296]
图51，分图a-e显示tescon治疗后nbss参数的变化。分图a)14名测试患者在治疗前和治疗后的神经源性膀胱症状评分(nbss)。分图b)治疗前和治疗后的nbss评分平均值
±
se(n＝14名患者)。分图c)nbss评分分布在14名测试患者中下降，注意仅绘制了5名sci患者，因为
第
5名患者观察到变化为0，分图d)nbss评分相对于初始nbss评分的下降，分图e)治疗前和治疗后的nbss评分平均值
±
se(n＝5名sci患者，n＝5名中风和n＝3名ms)。mcid：最小临床重要差异。
[0297]
图52，分图a-c显示tescon治疗后排泄日记参数的变化。分图a)14名测试患者在治疗前和治疗后的尿失禁次数，4名患者组和所有测试患者(n＝14名患者)的尿失禁发作减少的平均值
±
se，分图b)4名患者组和所有测试患者(n＝14名患者)的排泄次数减少百分比的平均值
±
se，以及分图c)4名患者组和所有测试患者(n＝14名患者)的夜间(晚上10点至早上6点)排泄/cic发作次数减少百分比的平均值
±
se。
[0298]
图53显示使用tescon时肠道的肛门直肠区域和肛门括约肌区域的收缩(压力变化)。
[0299]
图54显示当自愿努力和tescon相结合时，tescon导致压力变化的持续时间和强度增加。
[0300]
图55展示了在c5处改变tescon强度时对吸气(圆形)和兴奋(加号)容量的测量值。
[0301]
图56显示在20ma时在c5处使用tescon 1小时之前、期间和之后的呼吸能力。
[0302]
图57显示在20ma时在c5处使用tescon治疗2周之前和期间的呼吸能力。
[0303]
图58，分图a-h1显示rds在急性脊髓挫伤后恢复脊椎诱导反应。在分图a中，在l5处对脊髓进行校准压缩后90min，单脉冲(红色星形和虚线；强度＝800μa；持续时间＝0.1ms)施加于l6(阴极在右侧)时无法从sol和ta肌肉(分图a1)引发任何双侧emg反应。再过90min后，rds通过受损脊髓提供(分图b)，50min后(分图c、d)，在a中传递的相同刺激现在引发左腿(分图c1，阴极在右侧)的脊椎诱导反应，同样，通过交换极的位置引发右腿的脊椎诱导反
应(分图d1，阴极在左侧)。在分图e-h中，在未接受任何rds的动物中遵循分图a-d中的相同方案。在后一种情况下，两种刺激配置都没有报告自发恢复(分图g1，h1)。在每个分图a1、c1、d1、e1、g1、h1中，叠加了五个连续的迹线。
[0304]
图59展示了从硬膜外边界的单个部位记录的脊髓背电势(cdp)。
[0305]
图60显示cdp随着刺激强度的增加而变化。
[0306]
图61展示了在连续刺激两条外周神经期间从脊髓的同一部位引发的反应。
[0307]
图62，分图a-d展示了响应于传入神经的双侧刺激，从脊髓的同一部位引发的反应。
[0308]
图63展示了同时源自脊髓不同部位的多个cdp。
[0309]
图64展示了从脊髓不同位置引发的反应。有时，根据别处的报道，从中线引发最高反应。
[0310]
图65展示了计算每个部位的n1/av峰值之间的比率。
[0311]
图66展示了每个部位的输入输出曲线，它们被归一化为最高峰。
[0312]
图67展示了由外侧运动皮层的选择性电刺激引发的cdp。
[0313]
图68显示，使用叠加的迹线，更高的峰值似乎出现在受刺激的皮质区域的对侧。
[0314]
图69展示了增加皮层刺激强度的效果。
[0315]
图70展示了脊椎诱导电势具有更短的延迟。
[0316]
图71，分图a-b展示了硬膜外刺激期间的多个记录
[0317]
图72，分图a-c展示了从阵列记录自发放电。
[0318]
图73显示随着刺激强度的增加，cdp组成反映了h反应的出现。
具体实施方式
[0319]
在各种实施方案中，提供一种电刺激器，其以多种方式中的一种或多种方式提供有效的经皮或硬膜外刺激。电刺激器尤其可以用于促进尤其是膀胱和/或肠道功能，特别是在这种功能减弱的受试者中，例如，由于脊髓损伤、神经退行性病症等。此外，还提供了使用此类刺激器促进各种受试者的功能(例如，膀胱或肠道功能)的方法。
[0320]
电刺激器.
[0321]
功能参数和电刺激器配置.
[0322]
在各种实施方案中，本文所述的电刺激器包括一个或多个通道，其中每个通道在存在时可提供经皮电刺激信号或硬膜外刺激信号。在某些实施方案中，电刺激器提供一个刺激通道，而在其他实施方案中，刺激器提供2个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者3个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者4个或更多个独立可控(可编程)刺激通道刺激通道、或者6个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者8个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者12个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者16个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者20个或更多个独立可控(可编程)刺激通道、或者24个或更多个独立可控(可编程)刺激通道。在某些实施方案中，刺激器提供2个独立可控(可编程)刺激通道、或者3个独立可控(可编程)刺激通道、或者4个独立可控(可编程)刺激通道、或者5个独立可控(可编程)刺激通道、或者6个独立可控(可编程)刺激通道、或者7个独立可控(可编程)刺激通道、或者8个独立可控(可编程)刺激通道。在存在多于一个通道的某些实施方案
中，多个通道可以提供关于公共(例如，中性或接地)导线的刺激信号。在存在多于一个通道的某些实施方案中，两个或更多个不同的通道可以提供关于不同导线(例如，与每个通道相关联的不同“参考”导线)的刺激信号。
[0323]
在存在多于一个通道的情况下，在某些实施方案中，一个或多个或所有通道被构造为提供经皮电刺激，或者一个或多个或所有通道被构造为提供硬膜外刺激信号，或者一个或多个通道被构造为提供经皮电刺激信号，而一个或多个其他通道被构造为提供硬膜外刺激信号。在各种实施方案中，此类电刺激器包括一个或多个通道，所述通道被构造为提供一种或多种以下刺激模式：
[0324]
i)具有dc偏移的单相电刺激；
[0325]
ii)具有电荷平衡的单相电刺激；
[0326]
iii)具有dc偏移的延迟双相电刺激；
[0327]
iv)具有电荷平衡的延迟双相电刺激；
[0328]
v)调幅动态刺激；和/或
[0329]
vi)调频动态刺激。
[0330]
这些不同的刺激模式显示在图1-3中。特别地，图1，分图a示出了不具有dc偏移或电荷平衡的基本单极刺激信号。如该图中所示，单相刺激信号包括一系列脉冲突发。包括脉冲突发的脉冲提供可以有效减少或消除刺激不适的高(更高)频率载波，特别是在经皮电刺激中。脉冲突发的频率和幅度决定了刺激频率和幅度。
[0331]
图1，分图b展示了具有电荷平衡的单相刺激模式(信号)。如其中所示，可以通过施加具有相反电荷的长脉冲来抵消由刺激信号产生的电荷积累。图1，分图c展示了具有直流漂移(偏移)的单相刺激模式(信号)。在这种情况下，信号脉冲永远不会达到零，而是偏移所需的量。
[0332]
不受特定理论的束缚，据信单相电荷平衡信号和/或具有dc偏移的单相信号可以更有效地募集受刺激受试者的神经回路。将认识到，在某些实施方案中，刺激器可以被构造为产生基本的单相刺激信号，例如，如图1，分图a所示。
[0333]
图2，分图a-c展示了各种双相脉冲调制刺激模式。分图a显示双相刺激信号(上)与延迟双相刺激信号(下)的比较，其中延迟由时间“d”给出。将认识到延迟双相信号的特征在于正向脉冲和负向脉冲之间的延迟(d)，而基本双相信号没有这样的延迟。图2，分图b展示了具有电荷平衡的延迟双相脉冲调制信号。电荷平衡通过保持阳极脉冲和阴极脉冲的面积相等来获得。图2，分图c展示了具有直流漂移(偏移)的延迟双相脉冲调制信号。在某些实施方案中，延迟双相电刺激的延迟范围为约0.1μsec至约2μsec，或约0.1μsec至约1μsec。
[0334]
图3，分图a和b展示了调频(图a)和调幅(图b)动态刺激模式。在动态刺激模式(ds)中，包括脉冲突发的脉冲的频率和/或幅度会发生变化。如分图a所示，在各种实施方案中，调频刺激模式通常会改变突发内的脉冲频率。相反，在某些实施方案中，例如，如分图b所示，调幅刺激模式，脉冲在突发内具有相同的相同频率，但脉冲幅度在突发内被调整(例如，变化)。注意，记录的生物信号通常是调频的。如本文实施例2所示，据信动态刺激模式可以提供更有效的脊髓回路募集。
[0335]
如上所述，在各种实施方案中，电刺激器提供双相电刺激，包括作为载波高频脉冲突发的载波高频脉冲的突发(参见，例如，图1)。在某些实施方案中，突发的频率和幅度提供
刺激信号频率和幅度，并且构成突发的高频载波脉冲的频率是载波频率，例如，在某些实施方案中，是疼痛抑制载波频率。因此，在某些实施方案中，高频载波包括足以减少或阻止由刺激信号产生的疼痛或不适的脉冲频率。在某些实施方案中，高频脉冲的频率范围为约5khz至约100khz、或约10khz至约50khz、或约10khz至约30khz、或约10khz至约20khz。在某些实施方案中，电刺激器在5至10khz的频率范围内以1khz的步长，以及在10khz至100khz的频率范围内以10khz的步长提供对所述高频载波的所述频率的控制。
[0336]
在某些实施方案中，电刺激器的至少一个通道被构造为提供具有dc偏移的单相电刺激和/或电刺激器的至少一个通道被构造为提供具有dc偏移的延迟双相电刺激。在某些实施方案中，提供这样的通道上的dc偏移是独立可控的并且范围为约1ma、或约5ma至约40ma、或至约30ma，或至约20ma。
[0337]
在某些实施方案中，电刺激器的至少一个通道被构造为提供具有电荷平衡的单相电刺激和/或电刺激器的至少一个通道被构造为提供具有电荷平衡的延迟双相电刺激。
[0338]
在某些实施方案中，电刺激器的至少一个通道被构造为提供调幅动态刺激和/或电刺激器的至少一个通道被构造为提供调频动态刺激。在某些实施方案中，调频动态刺激的频率范围为约1hz至约1000hz。
[0339]
在某些实施方案中，动态刺激来源于生物信号。示例性生物信号包括但不限于来自emg和eeg或ekg的信号。在某些实施方案中，生物信号是从脊椎动物记录的。在某些实施方案中，生物信号是从哺乳动物记录的。在某些实施方案中，生物信号是从人记录的。在某些实施方案中，生物信号从非人哺乳动物(例如，非人灵长类动物、犬、猫、牛、马、猪、兔形目等)记录。在某些实施方案中，生物信号包括当哺乳动物站立、迈步、移动手臂、储存/排空膀胱、储存/排空肠、呼吸时从哺乳动物记录的生物信号。在某些实施方案中，电刺激器被构造为接收和存储生物信号并递送对应于缩放到所需最大刺激强度的生物信号的信号。
[0340]
在某些实施方案中，电刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约1ma、或约3ma、或约5ma至约500ma、或至约400ma、或至约300ma、或至约250ma、或至约200ma的刺激幅度。在某些实施方案中，电刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约5ma至约200ma的刺激幅度。在某些实施方案中，电刺激器被构造为为所述一个或多个通道中的每个提供使300ma峰值的电流通过约300欧姆至约2000欧姆或约300欧姆至约900欧姆的阻抗的脉冲。在某些实施方案中，电刺激器被构造为提供具有范围为约1ma至约30ma或约1ma至约20ma的dc偏移的刺激。在某些实施方案中，电刺激器被构造为为一个或多个所述通道提供频率范围为0.2hz至10khz的刺激频率(突发频率)。在某些实施方案中，电刺激器在0.2hz至100hz频率范围内以1hz的步长提供刺激频率控制，和/或在100hz至1khz频率范围内以100hz步长提供刺激频率控制，和/或在1khz至10khz的频率范围内以1khz的步长提供刺激频率控制。
[0341]
在某些实施方案中，电刺激器被构造为提供宽度范围为约0.1ms至约20ms、或至约10ms、或至约5ms、或至约4ms、或者约0.2ms至约3ms的刺激脉冲(突发)。在某些实施方案中，电刺激器被构造为以0.1ms的步长提供宽度可控的刺激脉冲(突发)。在某些实施方案中，电刺激器被构造为在超过10khz的刺激频率下提供固定为1ms的脉冲宽度。
[0342]
电刺激器组件.
[0343]
电刺激器的各种示例性，但非限制性实施方案在图4a、4b和4c中示意性地示出。这
些图中所示的电刺激器被展示为具有4个通道，然而，应当认识到，在各种实施方案中，刺激器可以具有更多或更少的通道，如上所述。经皮脊髓电神经调制器(tescon
tm
)装置的一个实施方案的照片如图5所示。
[0344]
在各种实施方案中，例如，如图4a、4b和4c所示，电刺激器00包括微处理器单元02(用于接收和/或编程和/或存储针对一个或多个构成所述刺激器的通道的刺激模式)、在微处理器02控制下的脉冲生成单元(pgu)04、在微处理器02控制下的脉冲调制器(选通)单元06(也称为选通脉冲生成单元)、和输入/输出单元08(为使用者提供对电刺激器的控制)。在某些实施方案中，电刺激器还包括在微处理器控制下的直流漂移(偏移)产生单元(ogu)28。在某些实施方案中，偏移产生单元28是脉冲生成器04的组件，然而，在其他实施方案中，偏移产生单元28可以作为与脉冲生成单元分离的单元。在某些实施方案中，电刺激器包括电荷平衡单元30。在某些实施方案中，电刺激器包括电流控制单元(ccu)14。在某些实施方案中，电刺激器还包括可操作地耦合至阳极16和/或阴极18导线的监测单元24。在某些实施方案中，监测单元24监测导线阻抗和/或输出电流。在各种实施方案中，电刺激器包括功率调节单元10，该功率调节单元包括电池或其他电源和功率调节电路。在某些实施方案中，电刺激器包括卡读取器(例如，智能卡读取器)和/或生物特征输入读取器22。
[0345]
微处理器/微控制器
[0346]
微处理器/微控制器单元02是系统的大脑。在各种实施方案中，该单元负责：
[0347]
a.启动时系统健康检查；
[0348]
b.通过例如lcd触摸屏接收使用者输入；
[0349]
c.通过使用者输入设置系统参数。
[0350]
d.通过脉冲生成器根据设置产生脉冲。
[0351]
e.通过脉冲调制器电路调制脉冲。
[0352]
f.电池/电源电力管理。
[0353]
g.输入控制(例如，lcd触摸屏显示器)。
[0354]
在某些实施方案中，微处理器/微控制器单元02包括嵌入式软件12，该软件控制系统的整体运行。在其他实施方案中，控制系统整体操作的软件被远程存储，例如，在遥控器装置上)。
[0355]
在一个示例性但非限制性的实施方案中，微处理器/微控制器单元02存储从管理使用者(例如，医生或其他医疗保健提供者)接收的设置(例如，治疗)参数并且为识别的使用者执行程序(治疗)。在一个示例性但非限制性的实施方案中，微处理器/微控制器单元02将所有管理员定义的参数保存到板载存储器(例如，板载闪存、硬盘驱动器、固态驱动器等)。用于存储数据的操作系统和文件系统也可以加载到板载存储器上。在某些实施方案中，微处理器/微控制器单元02连接至：
[0356]
1)输入/输出装置08(例如，7英寸触摸屏显示器(显示器))。该输入/输出装置可用于显示使用者界面数据并接收管理使用者设置的配置数据。它还可以显示操作期间的所有消息。
[0357]
2)智能卡读取器(例如mifare卡读取器(mfcr))和/或生物特征读取器。在某些实施方案中，卡读取器从读取器天线附近的卡读取数据并将数据传递到微处理器以供使用者验证。根据该使用者验证，微处理器启动管理使用者程序或普通使用者程序。
[0358]
3)脉冲生成器单元04(每个通道一个单元)。mpu 02将时钟脉冲突发发送到脉冲生成器单元，并通过控制和反馈接口控制这些单元以获得所需的脉冲输出。
[0359]
4.4个单元的选通脉冲生成单元(gpgu)。mpu将时钟脉冲发送到4个单元的选通脉冲生成器，并通过控制和反馈接口控制这些单元以获得所需的选通脉冲序列。
[0360]
5.直流电流控制单元14(dcccu)，通常每个通道一个。mpu 02为每个通道控制一个dcccu单元，以通过控制和反馈接口产生所需的脉冲电流。
[0361]
6.直流电流放大器单元(dccau)。在某些实施方案中，mpu 02可以控制每个通道的dccau以精细控制最终脉冲电流。
[0362]
因此，在各种实施方案中，微控制器单元02可以提供用于主软件的存储(例如，eeprom或其他存储)、用于由例如管理使用者设置的配置参数的存储；用于与外部计算机通信以进行软件更新和/或数据上传和/或数据下载的接口。在某些实施方案中，接口是usb接口，而在其他实施方案中，接口包括无线接口(例如，蓝牙、wifi等)。
[0363]
如上所述，在某些实施方案中，微处理器02包括嵌入式软件12。在某些实施方案中，嵌入式软件被构造为执行尤其是一个或多个以下任务：1)在i/o装置08(如lcd触摸屏)上产生使用者界面；2)从使用者界面获取使用者输入并将运行参数保存在本地存储器(例如，eeprom)中；3)从本地存储器(如eeprom)读取运行参数，并根据使用者选择对脉冲生成器04和脉冲调制器06进行编程；4)收集构成电刺激器的所有子单元的反馈，并相应地控制子单元；5)收集所有子系统级错误，并在i/o装置08(如lcd显示器)上报告这些错误；以及6)为系统提供紧急停止。
[0364]
在一个示例性但非限制性的实施方案中，微处理器02包括来自toradex或同等产品的模块上系统。toradex的colibri imx7是基于i.mx 7嵌入式单片系统(soc)的计算机模块。该soc具有单核a7处理器和一个另外的arm cortex m4处理器。这种异构双核系统允许在m4内核上运行第二个实时操作系统，以执行时间和安全关键任务。这是sodimm封装。选择此som是为了可以在不更改主处理器板的情况下完成未来的开发。sodimm如图6所示。
[0365]
在某些实施方案中，可以使用的示例性imx模块是colibri imx7s 256mb。表1显示了该模块的简要规格。
[0366]
表1.imx模块的示例性规格：
[0367]
[0368]
[0369][0370]
在某些示例性但非限制性的实施方案中，在微处理器单元02上运行的软件是linux或android操作系统，在某些实施方案中，linux操作软件和应用软件是用例如c或c 编写的。
[0371]
电源调节(电源)单元(psu).
[0372]
在各种实施方案中，电刺激器的电源部分包括：1)电源单元10；2)电流脉冲生成器(pgu)04；3)直流漂移(偏移)发生器28；和/或4)电荷平衡单元30。
[0373]
在各种实施方案中，电刺激器的每个通道具有一个主电源单元10。这可用于产生和存储用于产生所需电流脉冲的能量。在某些示例性但非限制性的实施方案中，psu可以围绕atmega 8l微控制器或其他类似的控制器设计。微控制器已用于产生pwm控制脉冲，以控制输出电容器的充电以产生电流脉冲，并使用spi主从通信从疼痛微处理器单元提供远程控制。在一个示例性但非限制性的实施方案中，可以将微控制器pwm输出设置为工作在例如100khz。这允许输出电容器在下一个脉冲之前充电到所需的电平。在最大prf为10khz(prt＝0.1ms)时，psu的pwm将有10个脉冲来为输出电容器充电，因为它在100khz下工作。图7示出了一种示例性但非限制性的电路图。
[0374]
该部件产生所需的电压，例如，内部12伏锂离子电池，通过负载阻抗获得设定的电流电平。一个示例性规格提供：
[0375]
峰值电流：0ma
–
300ma；和/或
[0376]
负载阻抗：300ω-2000ω或300ω-900ω。
[0377]
因此，例如，iec 60601-2-10标准规定
–
负载电阻为500ω时，输出电流不应超过下
表2中的限制。
[0378]
表2.允许输出电流。
[0379]
脉冲频率电流限制d.c80ma_≤400hz50ma》400hz至≤1 500hz80ma》1 500hz100ma
[0380]
上述规格还规定了以下内容：对于小于0.1s的脉冲持续时间，负载电阻为500ω的脉冲能量不应超过每个脉冲300mj。对于更长的脉冲持续时间，上述直流电流限制适用。
[0381]
另外，在各种实施方案中，当在开路条件下测量时，输出电压不应超过500v的峰值。
[0382]
在这种情况下，脉冲频率范围为5khz至10khz。因此，对于所有脉冲频率，通过500ω电阻的电流不应超过100ma rms。这将意味着：
[0383]
对于图8中所示的单相脉冲，分图a：
[0384][0385]
脉冲函数是时间的变量。电流幅度在时间0和t1之间为“0”，并且在时间t1和t之间为常数i
p
。这得出
[0386]
i1(t)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤t≤t1[0387]
i2(t)＝i
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
t1≤t≤t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0388]
所以从(1)
[0389][0390]
使用(2)中的值
[0391][0392]
如果是单相脉冲t1＝t/2(50％占空比)。所以，
[0393][0394][0395]
对于双相脉冲，脉冲波形也如图8，分图b所示：
[0396][0397]
此处电流幅值变化如下：
[0398]
i1(t)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤t≤t1[0399]
i2(t)＝i
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
t1≤t≤t2[0400]
i3(t)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
t2≤t≤t3[0401]
i4(t)＝i
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
t3≤t≤t。
[0402]
所以，
[0403][0404][0405]
根据图8，分图b：
[0406]
t
2-t1＝t-t3＝pw，脉冲宽度
[0407]
所以
[0408]
在双极脉冲的情况下，脉冲宽度为时间周期的45％，即，
[0409]
pw＝0.45*t
[0410]
这得出：
[0411][0412][0413]
根据(3)和(4)
[0414]
对于输出电阻为500ω的单相脉冲，rms电流不应超过100ma。所以峰值电流为
[0415]ip
＝1.414*i
rms
＝1.414*100ma＝141ma
[0416]
对于输出电阻为500ω的双相脉冲，rms电流不应超过100ma。所以峰值电流为
[0417][0418]
由于测量值始终为i
rms
，因此本文档仅参考i
rms
值。
[0419]
这强制要求系统：
[0420]
1.从电流的最小值“0”开始；
[0421]
2.以1ma/s的步长增加电流，通过同时测量通过负载的电流和通过负载的电压来测量负载阻抗(负载阻抗＝瞬时电压*瞬时电流)。调整电流以在500ω负载阻抗下达到100ma。
[0422]
3.测量施加电压的负载电流。如果负载电流远低于最小负载阻抗的电流，则会显示“开放负载”错误并停止dc-dc转换器，使输出电压不增加。
[0423]
4.测量负载两端的负载电流和电压。如果施加的负载电流的负载电压为“0”，系统将显示“输出短路”错误并停止dc-dc转换器以防止对装置造成任何损坏。
[0424]
可编程电流源负责产生所需的单相和双相电流脉冲。该硬件模块还应符合iec标
准“iec 60601-2-10，2.0版，2012-06”。在各种实施方案中，单个电源可用于产生单相和双相脉冲。在双相脉冲的情况下，脉冲生成器单元的极性会改变，这将在脉冲生成器小节中讨论。
[0425]
在某些实施方案中，每个atmega 8l使用一个pwm通道来控制psu。在某些实施方案中(例如，4通道实施方案)有4个atmega 8l控制器连接至mpu的单个spi端口，其中mpu将是spi总线的主装置，并且atmega 8l控制从装置，如图9所示。从装置的slave选择输入可以通过2至4解码器连接至mpu的2个gpio引脚，如图9所示。
[0426]
每个通道通常有一个电源。因此，例如，在电刺激器提供四个通道的情况下，有四个电源单元显示为psu 10，在图4c的方框图中，每个通道一个。在某些实施方案中，电源中有两个电平的控制。电源的本地控制由微控制器atmega 8l控制，而atmega 8l又由主mpu 02控制。在某些实施方案中，降压升压转换器将在100khz下工作。
[0427]
在某些实施方案中，最大脉冲频率被指定为10khz，占空比为50％。这意味着两个脉冲之间有0.05ms。在100khz时，电源可以在施加下一个脉冲之前用5个脉冲为其输出电容器充电。转换器应在施加脉冲之前停止对其输出电容器充电，以停止脉冲电流中出现的任何纹波。时序如图10所示。
[0428]
该电源所需的功率计算如下：
[0429]
当脉冲频率设置为10khz且峰值电流设置为300ma时，最大功率来自电源。对于单相脉冲，从等式(3)中获得上述数字：
[0430][0431]
对于双相脉冲，根据等式(4)：
[0432][0433]
上述计算出的rms电流是在脉冲选通电路的占空比下从电源中提取的。根据功能规格，脉冲选通规格具有三种场景：
[0434]
1.脉冲选通频率从0.2hz至100hz以1hz的步长变化。调制器的脉冲宽度应从0.2ms至3ms以0.1ms的步长变化；
[0435]
2.脉冲选通频率从100hz至1khz以100hz的步长变化。调制器的脉冲宽度应固定为1ms，脉冲频率应保持固定为10khz；
[0436]
3.脉冲选通频率固定在10khz。脉冲频率应保持固定在10khz。
[0437]
根据上述规格，第3个将从电源中获取最大电流，这与上述(5)和(6)中的计算结果相同。
[0438]
900ω负载阻抗的双相10khz脉冲突发的输出功率将是最大功率输出，并且
[0439][0440]
该功率 损耗必须由转换器的输入功率提供。考虑到转换器80％的最坏情况效率，升压转换器的输入功率应为
[0441]
p
输入
＝1.2*72.6＝87瓦
[0442]
再次考虑输入降压升压转换器的80％效率，电池功率要求为：
[0443]
p
电池
＝1.2*87＝104瓦
[0444]
如果考虑使用普通的3.7v锂离子电池，那么消耗的电流将为：
[0445][0446]
使用更高电压的电池并减少对电流的需求总是更好的。
[0447]
在某些实施方案中，电源10的软件分为两部分。第一部分(模块)包括atmega 8l软件或等效软件。该软件加载在atmega 8l控制器上。该软件直接控制电源输出电容器充电。当主控单元02必须向负载发送脉冲时，它会关闭pwm。该软件的主要功能是确保输出电容器在脉冲生成器的两个连续脉冲之间充电到所需值。在脉冲生成器发出脉冲期间，电源输出电容器的充电停止，因此充电脉冲的纹波不会出现在脉冲生成器脉冲上。图图11的流程图展示了该软件流程的一个实施方案。
[0448]
第二部分包括在微处理器单元02上运行的软件。在某些实施方案中，该软件执行以下任务：
[0449]
a.将配置数据上传到atmega 8l控制器。
[0450]
b.从atmega 8l控制器获取电源状态。
[0451]
c.根据脉冲生成器脉冲时序和电源输出停止和启动电源脉冲。
[0452]
d.该模块还可以从脉冲生成器功能接收所选脉冲频率的负载阻抗计算值(v
rms
/i
rms)
。这将有助于计算输出电容器为脉冲电流所需的上升速率充电的电压。
[0453]
图12所示的流程图显示了功能开启mpu对psu的功能。
[0454]
脉冲生成单元.
[0455]
脉冲生成单元04与脉冲选通单元(脉冲调制单元)06组合作用以产生传递给受试者的波形模式(参见例如图14)。在各种实施方案中，脉冲生成器单元04负责：
[0456]
a.根据使用者设置产生脉冲序列；
[0457]
b.产生具有或不具有直流漂移的单相脉冲；和/或
[0458]
c.产生具有或不具有直流漂移的双相脉冲；
[0459]
从而提供包括脉冲突发的脉冲。脉冲选通单元06选通这些脉冲以确定脉冲突发(刺激信号)的时序和/或频率。
[0460]
在某些实施方案中，脉冲生成器包括或可操作地耦合至直流电流控制单元14。在某些实施方案中，电流控制单元将电流脉冲限制至约500ma或约400ma的峰值，并且最优选地限制至约300ma。
[0461]
在各种实施方案中，pgu 04用从mpu 02接收的时钟脉冲对脉冲计时。mpu 02可以从通过例如管理程序创建的配置文件中设置脉冲参数。在某些示例性但非限制性的实施方案中，脉冲生成器单元04可以产生一种或多种以下类型的信号：
[0462]
1)具有电荷平衡不具有直流漂移的单相波形；
[0463]
2)具有直流漂移但不具有电荷平衡的单相波形；
[0464]
3)具有电荷平衡的延迟双相波形(例如，通过保持相同的阳极和阴极脉冲面积)；和/或
[0465]
4)在阳极脉冲上具有直流漂移的延迟双相波形。在各种实施方案中，直流漂移将
出现在两组脉冲之间。直流漂移不应是电荷平衡的。
[0466]
在某些实施方案中，脉冲生成器单元04可以产生不具有电荷平衡或直流漂移的单相波形和/或不具有直流漂移或电荷平衡的延迟双相脉冲，和/或无直流漂移和无电荷平衡的无延迟双相脉冲。
[0467]
在某些实施方案中，脉冲生成器或脉冲生成器04结合直流电流控制单元14可以产生或通过动态调频或调幅波形。表3示出了脉冲生成器单元04的一个示例性实施方案的功能参数。
[0468]
表3.脉冲生成器单元的示例性功能参数。
[0469]
[0470]
[0471][0472]
图16示出了脉冲生成器和调制器单元的一个示例性但非限制性的电路图。在某些实施方案中，电刺激器的每个通道具有一个这样的单元。
[0473]
脉冲调制(选通)单元
[0474]
如上所述，脉冲选通单元(脉冲调制单元)06与脉冲生成单元04结合起作用以产生传递给受试者的波形模式(参见例如，图14)。在各种实施方案中，脉冲选通单元06负责：
[0475]
a.对脉冲生成器产生的多个脉冲进行选通，以施用于患者；和/或
[0476]
b.产生预选延迟，该延迟可以施加在由不同通道(例如，由通道2、3和4相对于4通道刺激器中的通道1)产生的脉冲组之间。
[0477]
在各种实施方案中，脉冲选通单元06产生选通脉冲，决定刺激器的激发时间和弛豫时间。来自pgu 06的脉冲将来自pgu 04的脉冲切换到负载并关闭。在某些实施方案中，pug 06使用来自mpu 02的时钟脉冲对它们的脉冲进行计时。电刺激器的一个实施方案的示例性pgu操作参数显示在表中；这将根据上面4通道脊髓刺激器的功能规格第4.2节中列出的规格工作。规格参数如下
–
[0478]
表4.电刺激器的一个示例性但非限制性实施方案中的脉冲选通单元06的示例性参数。
[0479][0480]
图14显示了脉冲生成单元04和脉冲选通单元06的实现。在某些实施方案中，这两个模块被实现为一个。这两个模块一起产生单相和双相脉冲，并且还如本文所述那样选通这些脉冲。
[0481]
在某些实施方案中，示例性但非限制性的实施方案，如图13所示，mosfet m10和m11可以一起切换以获得出现在阳极的正脉冲。mosfet m20和m21在切换时改变脉冲的极
性，阳极出现负脉冲。在某些实施方案中，mosfet m10和m11用于单相和双相脉冲的情况，而mosfet m20和m21仅用于双相脉冲的情况。
[0482]
图13中所示的与门组合可用于选通单相和双相脉冲。对于单相脉冲,其工作原理如图14所示。来自mpu 02的阳极脉冲连接至与门的输入之一，阴极脉冲连接至另一个与门的输入之一。两个与门的第二个输入连接在一起，并对其施加选通脉冲。每当选通脉冲输入变高时，阳极和阴极脉冲分别施加到m1和m2的选通驱动器。
[0483]
对于单相脉冲，仅施加阳极脉冲，阴极脉冲输入保持在逻辑电平“0”。对于双相脉冲，施加阳极和阴极脉冲。
[0484]
从输出测量的电压和电流样品用于计算rms电压和电流。这是通过对电压和电流进行多次采样，然后对这些采样进行滑动窗口平均值来完成的。对于单相和双相脉冲，v
rms
＝v
avg
。
[0485]
脉冲生成器单元的一个实施方案的示例性但非限制性的电路图如图16所示。
[0486]
图15提供了流程图的示例性但非限制性实例，其示出了驱动脉冲生成器04和选通脉冲生成器06的软件。在某些实施方案中，该软件将在linux(或安卓)环境中的mpu 02上运行。
[0487]
在某些实施方案中，特别是在记录的生物信号(或其他可变信号)将用于例如动态刺激的情况下，脉冲生成单元04可用于读取输入(或存储)信号，并且脉冲调制(选通)单元06可用于将动态信号归一化为所需的最大电流电平。
[0488]
切换发生器单元.
[0489]
在某些实施方案中，直流漂移发生器单元28是由邮件微处理器单元02通过spi链接控制的另一个电源。这可以是具有低直流电流输出的隔离式直流电源。该电源在通道的阳极和阴极之间以1ma的步长在例如1ma至20ma的范围内提供直流电流。分流器可用于准确测量电流。分流器上的压降使用差分放大器放大，然后馈送到高增益光耦合器(增益＝500％)。光耦合器的输出连接至控制psu的微控制器atmega 8l的adc输入。使用者设置的电流值通过spi总线传输到atmega 8l控制器。然后atmega 8l使用pwm脉冲为psu的输出电容器充电以提供设定电流。图17中给出了该直流漂移发生器的示例性实施方案的电路图。这将用于在不具有电荷平衡的单相脉冲中引入直流漂移，仅用于阳极脉冲。
[0490]
电荷平衡单元.
[0491]
在某些实施方案中，电荷平衡30对于不具有直流漂移的单相脉冲开启。主微处理器计算每个脉冲的面积(幅度*脉冲宽度)。这给出了脉冲的总电荷含量。然后计算应作为阴极脉冲施加的单相脉冲关闭时间所需的电流幅度，以平衡阳极脉冲的总电荷含量。
[0492][0493]
在某些实施方案中，该单元包含由主微处理器通过spi总线控制的切换电源02。图18给出了电荷平衡单元的一个实施方案的示例性电路图。
[0494]
直流电流控制单元
[0495]
在各种实施方案中，电刺激器包括直流电流控制单元14。通常每个通道有一个电流控制单元。该硬件在配置阶段控制电流设置。所有dccu均可由mpu单独编程02。
[0496]
监测单元
[0497]
在各种实施方案中，电刺激器包括监测单元24。在某些实施方案中，刺激器中的每个通道有一个监测单元。在某些实施方案中，这些监测单元将监测施加到患者的最终电流脉冲。如果刺激器检测到无法恢复的错误情况，这些单元应该能够关闭刺激器。
[0498]
输入/输出单元.
[0499]
在某些实施方案中，输入/输出单元08是电刺激器的集成部件并且通过一个或多个电连接连接至微处理器02。在某些实施方案中，输入/输出单元远程连接至电刺激器，例如通过wifi连接、蓝牙连接、互联网连接等。在某些实施方案中，输入/输出单元08包括触摸屏显示器和/或控制器。显示器可以是专用显示器或运行适当软件以控制电刺激器的装置(例如，手机、平板电脑、便携式计算机、台式计算机、集中式医疗保健管理系统等)的显示器。类似地，在某些实施方案中，微处理器包括电刺激器中的专用微处理器单元，而在其他实施方案中，微处理器包括在输入/输出单元08中运行的微处理器(例如，在手机、平板电脑、便携式计算机、台式计算机、集中式医疗保健管理系统等中操作的微处理器)。
[0500]
使用者界面提供的功能参数的示例性但非限制性列表包括但不限于：
[0501]
a.ui应提供两个级别的使用者登录-管理员登录和使用者通过非接触式智能卡(例如mifare卡)和/或生物特征传感器登录；
[0502]
b.管理员级别使用者应能够设置所有操作参数。管理员应能够为使用者设置多个程序。程序的数量取决于微控制器上可用的存储空间。
[0503]
c.应有一个基于windows pc的应用程序来个性化智能卡和/或训练生物特征传感器。
[0504]
d.使用者级使用者只能执行预设的功能。
[0505]
e.管理员应能够在不改变其他通道状态的情况下打开/关闭任何通道。
[0506]
f.ui应显示任何警报或错误情况，并显示解决错误的联系电话。
[0507]
g.ui设计应符合iec 60601-1-6和扩展iec 62366中定义的可用性标准。
[0508]
可读取器/生物特征输入单元.
[0509]
在某些实施方案中，电刺激器包括智能卡读取器和/或生物特征输入读取器22。在某些实施方案中，智能卡读取器(例如，mifare读取器)读取使用者卡并将数据传递给mpu 02上的使用者验证软件。如果使用者选择以管理员身份登录并且该卡被验证为管理员卡，mpu 02启动管理程序。如果卡未通过验证，则不允许使用者访问刺激器。类似地，如果使用者选择使用者模式，并且卡被验证为使用者卡，mpu将启动使用者程序，允许使用者选择和执行管理员设置的程序。否则，不允许使用者访问刺激器。
[0510]
类似的功能可以通过使用生物特征读取器来实现。示例性生物特征传感器包括检测指纹、视网膜图案、面部识别等的传感器。
[0511]
其他考虑。
[0512]
适用于电刺激器的连接器和电缆是本领域的技术人员熟知的。因此，例如，通道的电缆可以是柔性电缆，例如，硅橡胶绝缘。在某些实施方案中，每根电缆可以包含至少一对用于通道的阳极和阴极的导线。用于电缆的连接器可包括已知适用于此类应用的任何连接器。在一个示例性但非限制性实施方案中，电缆的一端包括连接至刺激器单元的3.5mm立体声插孔。电缆的另一端可以包括两个2mm引脚以连接至商购获得的一次性电极。
[0513]
在各种实施方案中，电刺激器满足fda批准的所有要求。在某些实施方案中，这可
以包括满足以下标准中的一个或多个(或全部)：1)iec 60601-1，基本安全和基本性能；2)iec 60601-1-2，基本安全和基本性能的一般要求
–
电磁兼容性的附属标准；3)iec 60601-1-4，可编程电气医疗系统安全通用要求；4)iec 60601-1-6，规定医疗电气装置可用性工程的附属标准；5)iec 60601-1-8，规定医用电气装置和医用电气系统中报警系统的基本安全和基本性能要求和测试，并为其应用提供指导；和/或6)iec 60601-2-10，规定用于物理医学实践的神经和肌肉刺激器的安全性和基本性能要求。这包括经皮神经电刺激器(tens)和肌肉电刺激器(ems)。
[0514]
系统运行
[0515]
在某些实施方案中，电刺激器被构造为提供两种操作模式：
[0516]
i)临床医生和研究人员的管理员模式；和
[0517]
ii)正在使用刺激器治疗的患者的患者模式。
[0518]
通常，管理员模式提供输入或下载和存储一个或多个程序的能力，该程序包括一个或多个刺激器通道的刺激参数。在某些实施方案中，管理员模式提供存储最多5个刺激程序或最多10个刺激程序的能力。在某些实施方案中，管理员模式提供输入和存储电极放置位置以在患者模式下演示的能力。在某些实施方案中，管理员模式提供测量跨每个通道的阻抗并将其显示给管理员的能力。
[0519]
通常，患者模式允许使用患者标识符。示例性患者标识符包括但不限于智能卡、患者生物特征(眼睛、面部识别、拇指或指纹识别)读取器、字母数字患者id、医疗腕带、智能手机应用/轻点应用、智能手表应用/轻点应用、智能环轻点应用等。
[0520]
在某些实施方案中，电刺激器可以直接或无线地或通过互联网连接可操作地耦合至数据库。在某些实施方案中，数据库可以包含可以下载以提供基本系统刺激参数的归一化治疗方案。在某些实施方案中，数据库可以包含针对特定患者优化的刺激参数，并且在对患者进行有效验证后将这些刺激参数下载到系统。
[0521]
在其他实施方案中，数据库存储在电刺激器中，并且标准方案可以简单地由管理人员(例如，医疗保健提供者)选择，或者可以在受试患者验证时提供患者特定方案。在某些实施方案中，刺激器用特定的刺激方案直接编程(参见例如图19，分图b-o)，然后可以将其存储在本地或远程数据库中。
[0522]
图19，分图a-o，图示了描绘刺激器操作的流程图。如图19的分图所示，当系统通电时，会检查系统健康状况，如果检测到错误，则会出现错误代码。当未检测到错误时，系统启动一个主应用程序。系统然后指示使用者将他们自己标识为管理员(例如，医疗保健提供者)或患者。如果选择管理员登录，则提示使用者验证他们是否具有管理员权限(例如，使用智能卡、生物特征等)。类似地，如果选择了患者登录，则提示患者以验证他们的身份(例如，使用智能卡、生物特征等)。
[0523]
如图19，分图b-n所示，当登录被验证为管理员时，提供用于添加或删除使用者、刺激器参数(治疗方案)的配置、运行各种测试运行等的选项。刺激器参数的配置可以包括，例如，要使用的通道数量、刺激波形和参数(例如，脉冲频率、脉冲幅度、突发频率(例如，选通参数)、dc偏移、电荷平衡等)，对于每个通道，通道间时序等。
[0524]
如果登录被验证为患者，则系统可以指导患者放置电极，并且在某些实施方案中，将显示电极放置。在某些实施方案中，系统可以确定电极被固定到受试者和/或提示患者确
认电极放置。在某些实施方案中，系统可以提示患者开始治疗。在某些实施方案中，系统将允许使用者选择刺激强度的跃升速率，并且如果不适感太大，则可以允许患者自愿调降或停止刺激。
[0525]
在某些实施方案中，设想了刺激器的三种不同操作模式。这些包括例如间歇性刺激(参见，例如，图20)，在各种实施方案中，其可以被编程并且可以在不同通道上提供不同的刺激模式并且可以相对于教导其他、手动、手动刺激错开通道，其中受试者根据需要打开和关闭每个通道，并持续刺激，其中刺激器上的主要开/闭开关打开所有编程的通道。
[0526]
上述操作流程是示例性而非限制性的。使用本文提供的教导，本领域的技术人员将获得许多操作流程。
[0527]
电刺激器的使用.
[0528]
本文所述的电刺激器可用于提供经皮电刺激或硬膜外刺激，特别是对脊髓，适用于各种病症。不受特定理论的束缚，据信这种脊髓刺激促进了恢复功能水平的各种内源性脊髓神经回路的活化。特别地，据信这样的刺激可以促进或恢复运动功能(例如，手臂和手的功能、行走的坐姿、站立、保持姿势等)、膀胱和/或肠道控制(其中这种控制是功能失调的)，以及各种自主神经功能(包括但不限于呼吸、心血管功能、言语、进食和性功能)。
[0529]
在某些实施方案中，典型的受试者包括但不限于患有脊髓损伤、缺血性脑损伤和/或神经退行性病症的受试者。在某些实施方案中，受试者是患有临床分类为运动不完全的脊髓损伤的受试者。在某些实施方案中，受试者是患有临床分类为运动完全的脊髓损伤的受试者。在某些实施方案中，受试者患有缺血性脑损伤(例如，中风或急性创伤引起的脑损伤)。在某些实施方案中，受试者具有神经退行性病理(例如，与选自由以下各项组成的组的病症相关的病理：帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病、肌萎缩性侧索硬化症(als)、原发性侧索硬化(pls)、肌张力障碍、大脑半球切除术、横贯性脊髓炎、脊髓圆锥损伤(下运动神经元损伤)和脑性麻痹)。在某些实施方案中，受试者患有膀胱过度活动症和/或便秘的特发性病症。在某些实施方案中，受试者由于不活动的生活方式和/或衰老和/或肥胖而具有肌肉损失。
[0530]
在某些实施方案中，本文所考虑的方法包括施加对受试者(例如，如上所述的受试者)的经皮电刺激，其中该方法包括提供如本文所述的电刺激器，其中该刺激器存储(瞬时或非瞬时)一个或多个刺激程序，并且刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个设置在受试者身体表面的经皮刺激电极；以及根据一个或多个程序操作刺激器以将经皮电刺激提供于所述受试者。
[0531]
在某些实施方案中，本文所考虑的方法包括施加对受试者(例如，如上所述的受试者)的硬膜外电刺激，其中该方法包括提供如本文所述的电刺激器，其中该刺激器存储(瞬时或非瞬时)一个或多个刺激程序，并且刺激器的一个或多个通道电耦合至植入受治疗者体内的一个或多个硬膜外刺激电极；以及根据一个或多个程序操作刺激器以将硬膜外电刺激提供于所述受试者。
[0532]
在某些实施方案中，刺激器被构造为在受试者的一个位置、或两个或更多个位置、或三个或更多个位置、或四个或更多个位置提供经皮刺激，和/或刺激器被构造为在受试者的一个位置、或两个或更多个位置、或三个或更多个位置、或四个或更多个位置提供硬膜外刺激。在某些实施方案中，刺激器的所有活动通道都提供经皮电刺激。在某些实施方案中，
刺激器的所有活动通道都提供硬膜外刺激。在某些实施方案中，一个或多个刺激器通道被构造为提供经皮电刺激，而其他通道被构造为提供硬膜外电刺激。
[0533]
在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激由一个或多个独立控制通道上的一种或多种以下刺激模式提供：i)具有dc偏移的单相电刺激；ii)具有电荷平衡的单相电刺激；iii)具有dc偏移的延迟双相电刺激；iv)具有电荷平衡的延迟双相电刺激；v)调幅动态刺激；和/或vi)调频动态刺激。在某些实施方案中，刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同的通道上提供相同的刺激模态和刺激参数。在某些实施方案中，刺激器在2个或更多个不同的通道或者3个或更多个不同的通道、或者4个或更多个不同的通道上提供不同的刺激模态和/或不同的刺激参数。
[0534]
在某些实施方案中，单相或双相电刺激包括载波高频脉冲的突发，其中所述突发的频率结束幅度提供刺激信号频率和幅度，并且包括所述突发的所述高频载波脉冲的频率是疼痛抑制载波频率。在某些实施方案中，高频载波包括足以减少或阻止由刺激信号产生的疼痛或不适的脉冲频率。在某些实施方案中，高频脉冲的频率范围为约5khz至约100khz、或约10khz至约50khz、或约10khz至约30khz、或约10khz至约20khz。
[0535]
在某些实施方案中，所述电刺激器的一个或多个通道提供具有dc偏移的单相电刺激。在某些实施方案中，dc偏移范围为约1ma、或约5ma至约40ma、或至约30ma，或至约20ma。
[0536]
在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供具有电荷平衡的单相电刺激。在某些实施方案中，所述电刺激器的一个或多个通道提供具有dc偏移的双相电刺激。在某些实施方案中，dc偏移范围为约1ma、或约5ma至约40ma、或至约30ma，或至约20ma。在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供具有电荷平衡的双相电刺激。
[0537]
在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供调幅动态刺激。在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供调频动态刺激。在某些实施方案中，调频动态刺激的频率范围为约1hz至约1000hz。在某些实施方案中，动态刺激来源于生物信号(例如，来源于emg和eeg或ekg的信号)。在某些实施方案中，生物信号从哺乳动物(例如，从人或从非人灵长类动物)记录。在某些实施方案中，生物信号包括当哺乳动物站立、迈步、移动手臂、储存/排空膀胱、储存/排空肠时从哺乳动物记录的生物信号。
[0538]
在各种实施方案中，电刺激器的一个或多个通道为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约1ma、或约3ma、或约5ma至约500ma、或至约400ma、或至约300ma、或至约250ma、或至约200ma的刺激幅度。在某些实施方案中，所述电刺激器的一个或多个通道为所述一个或多个通道中的每个提供范围为约5ma至约200ma的刺激幅度。在某些实施方案中，所述电刺激器的一个或多个通道提供使300ma峰值电流通过所述一个或多个通道中的每个的300-900欧姆阻抗的脉冲。在某些实施方案中，刺激器为一个或多个所述通道提供频率范围为0.2hz至10khz的刺激频率(突发频率)。在某些实施方案中，刺激器在所述一个或多个通道上提供宽度范围为约0.1ms至约20ms、或至约10ms、或至约5ms、或至约4ms、或者约0.2ms至约3ms的刺激脉冲(突发)。在某些实施方案中，刺激器在超过10khz的刺激频率下提供固定为1ms的脉冲宽度。
[0539]
在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激施加于脊髓。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激增强/促进内源性神经回路活动。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激基本上不提供外周神经刺激。
[0540]
在各种实施方案中，提供了向受试者施加动态经皮和/或动态硬膜外电刺激的方法。在某些实施方案中，所述方法包括提供如本文所述的电刺激器，其中所述刺激器存储一个或多个刺激程序，并且其中所述刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个经皮刺激电极，所述经皮刺激电极设置在受试者的身体表面上，以及/或者其中所述刺激器的一个或多个通道电耦合至一个或多个硬膜外电极，所述硬膜外电极设置在脊髓区域上；根据一个或多个所述程序操作所述刺激器以将动态经皮电刺激提供于所述受试者以及/或者将动态硬膜外刺激提供于所述受试者。在某些实施方案中，一个或多个通道提供调幅动态刺激；和/或一个或多个通道提供调频动态刺激。
[0541]
在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供调幅动态刺激。在某些实施方案中，电刺激器的一个或多个通道提供调频动态刺激。在某些实施方案中，调频动态刺激的频率范围为约1hz至约1000hz。在某些实施方案中，动态刺激来源于生物信号(例如，来源于emg和eeg或ekg的信号)。在某些实施方案中，生物信号从哺乳动物(例如，从人或从非人灵长类动物)记录。在某些实施方案中，生物信号包括当哺乳动物站立、迈步、移动手臂、储存/排空膀胱、储存/排空肠时从哺乳动物记录的生物信号。
[0542]
在任何前述方法的某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域之上，所述区域选自由以下各项组成的组：脑干、c0-c1、c0-c2、c0-c3、c0-c4、c0-c5、c0-c6、c0-c7、c0-t1、c1-c1、c1-c2、c1-c3、c1-c4、c1-c7、c1-c6、c1-c7、c1-t1、c2-c2、c2-c3、c2-c4、c2-c5、c2-c6、c2-c7、c2-t1、c3-c3、c3-c4、c3-c5、c3-c6、c3-c7、c3-t1、c4-c4、c4-c5、c4-c6、c4-c7、c4-t1、c5-c5、c5-c6、c5-c7、c5-t1、c6-c6、c6-c7、c6-t1、c7-c7和c7-t1。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于包括c2-c3或由其组成的区域或其中的区域。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于c3处。
[0543]
在任何前述方法的某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于胸脊髓或其区域上。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：t1-t1、t1-t2、t1-t3、t1-t4、t1-t5、t1-t6、t1-t7、t1-t8、t1-t9、t1-t10、t1-t11、t1-t12、t2-t2、t2-t3、t2-t4、t2-t5、t2-t6、t2-t7、t2-t8、t2-t9、t2-t10、t2-t11、t2-t12、t3-t3、t3-t4、t3-t5、t3-t6、t3-t7、t3-t8、t3-t9、t3-t10、t3-t11、t3-t12、t4-t4、t4-t5、t4-t6、t4-t7、t4-t8、t4-t9、t4-t10、t4-t11、t4-t12、t5-t5、t5-t6、t5-t7、t5-t8、t5-t9、t5-t10、t5-t11、t5-t12、t6-t6、t6-t7、t6-t8、t6-t9、t6-t10、t6-t11、t6-t12、t7-t7、t7-t8、t7-t9、t7-t10、t7-t11、t7-t12、t8-t8、t8-t9、t8-t10、t8-t11、t8-t12、t9-t9、t9-t10、t9-t11、t9-t12、t10-t10、t10-t11、t10-t12、t11-t11、t11-t12和t12-t12。
[0544]
在任何前述方法的某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于腰脊髓或其区域上。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道被施加于跨过或跨越以下区域的一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：l1-l1、l1-l2、l1-l3、l1-l4、l1-l5、l1-s1、l1-s2、l1-s3、l1-s4、l1-s5、l2-l2、l2-l3、l2-l4、l2-l5、l2-s1、l2-s2、l2-s3、l2-s4、l2-s5、l3-l3、l3-l4、l3-l5、l3-s1、l3-s2、l3-s3、l3-s4、l3-s5、l4-l4、l4-l5、l4-s1、l4-s2、l4-s3、l4-s4、l4-s5、l5-l5、l5-s1、l5-s2、l5-s3、l5-s4、l5-s5、s1-s1、s1-s2、s1-s3、s1-s4、s1-s5、s2-s2、s2-s3、s2-s4、s2-s5、s3-s3、s3-s4、
s3-s5、s4-s4、s4-s5和s5-s6。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于尾骨上。
[0545]
在任何前述方法的某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于t11和l4之间的区域上。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于一个或多个区域上，所述区域选自由以下各项组成的组：t11-t12、l1-l2和l2-l3。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于ll-l2和/或t11-t12上。
[0546]
在任何前述方法的某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进运动功能(站立和/或迈步)。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进臂和/或手控制。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进言语功能。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进呼吸功能。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激进食和咀嚼功能。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进心血管功能。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进咳嗽功能。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激视觉和聚焦。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进膀胱和/或肠道功能。
[0547]
在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进膀胱功能。在这种情况下，改善膀胱功能的示例性指标包括但不限于以下一项或多项：
[0548]
1)尿动力学膀胱容量改善；
[0549]
2)尿动力学排泄效率改善；
[0550]
3)生活质量评分(例如，通过神经源性膀胱症状评分评估)改善；
[0551]
4)通过3天排泄日记评估的尿失禁发作减少；和/或
[0552]
5)泌尿道感染的频率降低。
[0553]
在某些实施方案中，成功标准是基于临床相关终点定义的，包括以下至少一项：
[0554]
1)尿失禁发作减少至少50％；
[0555]
2)尿失禁减少(这会提高生活质量并降低医疗成本)；
[0556]
3)膀胱容量增加至少50％(或增加至300ml，以较高者为准)；
[0557]
4)膀胱容量增加(允许患者减少导尿次数并减少尿失禁)；和/或
[0558]
5)神经源性膀胱症状评分降低5分或更多(评分降低表明生活质量和膀胱相关整体健康状况有所改善)。
[0559]
在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外刺激促进肠道功能。在这种情况下，膀胱功能改善的示例性指标包括但不限于以下一项或多项：
[0560]
1)完成排便程序的时间改善；
[0561]
2)每周完全自发排便次数的变化；
[0562]
3)运动指数、压力幅度和收缩次数(通过结肠测压术)改善；
[0563]
4)便秘和大便失禁评分(克利夫兰临床便秘评分系统、神经源性肠道功能障碍评分)改善；
[0564]
5)肛门括约肌静息、挤压压力、肛管的高压力区长度和压力分布(例如，通过高分辨率肛门直肠测压术)变化(改善)；
[0565]
6)生活质量(pac-qol评分)改善。
[0566]
在各种实施方案中，成功标准是基于临床相关终点定义的，包括以下至少一项：
[0567]
1)完成排便程序的时间减少50％或更多(完成排便程序的时间减少可提高生活质
量并增加完成其他日常生活活动的时间)；
[0568]
2)数字刺激/栓剂使用减少至少50％(数字刺激/栓剂需求的减少导致生活质量提高和医疗保健成本降低)；
[0569]
3)神经源性肠道功能障碍评分减少3分或更多(评分降低表明肠道健康有所改善)。
[0570]
在某些实施方案中，特别是在待治疗膀胱和/或肠道功能障碍的情况下，经皮和/或硬膜外刺激的至少一个通道施加于一个或多个部位上，所述部位选自t10-t11、t11-t12、t12-l1、l1-l2、l2-l3和l3-l4。在某些实施方案中，经皮电刺激和/或硬膜外刺激以范围为约0.5hz至约100hz、或约1hz至约50hz、或约10hz至约30hz、或约0.5hz至约1hz、或约1hz至约2hz、或约2hz至约5hz、或约5hz至约10hz、或约10hz至约30hz、或约30hz至约100hz的频率施加以诱导膀胱或肠道排泄。在某些实施方案中，经皮和/或硬膜外电刺激以10hz至30hz、30hz至50hz、50hz至100hz、100hz至1khz、1khz至10khz的频率施加以诱导膀胱或肠道潴留。
[0571]
经皮刺激电极.
[0572]
在上述方法的某些实施方案中，使用多种不同类型的电极中的任何一种来施加经皮刺激。此类电极包括但不限于金属板电极、碳电极、纺织电极、水凝胶电极、针状电极等(参见，例如，keller&kuhn(2008)j.automatic control.,18(2):34-45)。在各种实施方案中，可以使用例如胶带或其他粘合剂粘附电极，或者在其他实施方案中，电极是自粘附的。
[0573]
金属板电极包括但不限于被织物组织覆盖的金属板电极。通常，金属板由生物相容性材料制成。通常使用不锈钢或银/氯化银电极。织物组织可以是棉花，但通常是具有一定弹性且不会很快磨损的聚合物纺织材料。海绵材料也已被使用和推荐(参见，例如，falk等人(1983)n.engl.j.med.309:1166-1168)。在某些实施方案中，可以用水或电极凝胶使织物导电。它将电流均匀地分布在皮肤上，以防止皮肤灼伤。必须注意不要让电极变干。在最好的情况下(如果完全干燥)，这种干燥的电极会将金属板与皮肤隔离。但是在变干时，电极下分布不均的电场可能会导致皮肤灼伤。电极通常用弹性带固定在皮肤上(参见，例如，ijezerman等人(1996)j.rehab.sci.9:86-89)。
[0574]
用于经皮刺激的自粘电极使用凝胶使导电部件与受试者的皮肤接触(参见，例如，keller&kuhn(2008)j.automatic control.,18(2):34-45)。电极通常采用多层结构，由多层水凝胶组成。皮肤界面层通常包括具有相对低剥离强度的导电凝胶，用于可移除地接触受试者的皮肤。它有一种湿润的感觉，可以相对容易地从皮肤上除去。在各种示例性但非限制性实施方案中，导电凝胶由来源于聚合的共聚物制成，例如丙烯酸和n-乙烯基吡咯烷酮。在各种示例性实施方案中，第二水凝胶层将基板(低电阻材料，如碳橡胶或金属丝网)与皮肤水凝胶层连接。该第二导电凝胶层具有相对高的剥离强度，提供对基材的良好粘附。
[0575]
在某些实施方案中，可以使用载碳硅电极(参见，例如，baker,d.r.mcneal,l.a.benton,b.r.bowman和r.l.waters,neuromuscular electrical stimulation:a practical guide,第3版usa:rehabilitation engineering program,los amigos research and education institute,rancho los amigos medical center,1993；nathan(1989)j.automatic control,18(2):35-45；patterson&lockwood(1993)ieee trans.on neural systems and rehabilitation,1:59-62；等等)。
[0576]
在某些实施方案中，经皮电刺激可以通过纺织电极施加。在一个示例性但非限制
性实施方案中，纺织电极可以由多个织物层组成(参见，例如，keller等人(2006)conf.proc.ieee eng.med.biol.soc.1:194-197)。在某些实施方案中，面向皮肤的织物层保持由等离子涂覆的金属化纱线制成的刺绣电极垫。由于金属涂层很薄(例如，使用等离子体工艺获得的《25nm涂层颗粒)，纱线保持其纺织特性并且可以进行刺绣。银涂层被证明是最稳定的，并且可以经受30次洗涤。第二层包含由相同材料制成的刺绣电极布线，其设计使得在缝合在一起时不会在垫之间产生短路(同上)。
[0577]
在某些实施方案中，经皮电刺激可以通过一个或多个针电极施加，例如，如pct专利公开号：wo 2017/024276(pct/us2016/045898)中所述。
[0578]
还发现施加于受试者臀部和/或下背部的经皮刺激电极可用于促进膀胱和/或肠道控制(例如，潴留和/或排泄)。因此，在某些实施方案中，设想了一种促进调节膀胱和/或肠道功能的马桶座圈。在某些实施方案中，马桶座圈包括一个或多个经皮刺激电极，其中所述经皮电极被构造为在经皮刺激促进膀胱和/或肠道排泄的一个或多个位置处接触坐在所述马桶座圈上的受试者。
[0579]
还将认识到，在某些实施方案中，这种电极可以设置在椅子、沙发、办公椅或甚至床上，特别是在要促进膀胱和/或肠道潴留之处。
[0580]
在某些实施方案中，衣物包括一个或多个经皮刺激电极，其中所述经皮电极被构造为在所述经皮刺激促进膀胱和/或肠道潴留的一个或多个位置处接触穿戴所述衣物的受试者。在某些实施方案中，经皮刺激电极被定位成在一个或多个位置处接触受试者，所述位置选自由以下各项组成的组：c3-c4至l3-l4。在某些实施方案中，经皮刺激电极被定位成在一个或多个位置处接触受试者，所述位置选自由以下各项组成的组：c3-c3、c3-c4、c3-c5、c3-c6、c3-c7、c3-t1、c4-c4、c4-c5、c4-c6、c4-c7、c4-t1、c5-c5、c5-c6、c5-c7、c5-t1、c6-c6、c6-c7、c6-t1、c7-c7、t1-t1、t1-t2、t1-t3、t1-t4、t1-t5、t1-t6、t1-t7、t1-t8、t1-t9、t1-t10、t1-t11、t1-t12、t2-t2、t2-t3、t2-t4、t2-t5、t2-t6、t2-t7、t2-t8、t2-t9、t2-t10、t2-t11、t2-t12、t3-t3、t3-t4、t3-t5、t3-t6、t3-t7、t3-t8、t3-t9、t3-t10、t3-t11、t3-t12、t4-t4、t4-t5、t4-t6、t4-t7、t4-t8、t4-t9、t4-t10、t4-t11、t4-t12、t5-t5、t5-t6、t5-t7、t5-t8、t5-t9、t5-t10、t5-t11、t5-t12、t6-t6、t6-t7、t6-t8、t6-t9、t6-t10、t6-t11、t6-t12、t7-t7、t7-t8、t7-t9、t7-t10、t7-t11、t7-t12、t8-t8、t8-t9、t8-t10、t8-t11、t8-t12、t9-t9、t9-t10、t9-t11、t9-t12、t10-t10、t10-t11、t10-t12、t11-t11、t11-t12、t12-t12、l1-l1、l1-l2、l1-l3、l1-l4、l2-l2、l2-l3、l2-l4、l2-l5、l2-s1、l2-s2、l2-s3、l2-s4、l2-s5、l3-l3、l3-l4、l3-l5、l3-s1、l3-s2、l3-s3、l3-s4、l3-s5、l4-l4、l4-l5、l4-s1、l4-s2、l4-s3、l4-s4、l4-s5、l5-l5、l5-s1、l5-s2、l5-s3、l5-s4、l5-s5、s1-s1、s1-s2、s1-s3、s1-s4、s1-s5、s2-s2、s2-s3、s2-s4、s2-s5、s3-s3、s3-s4、s3-s5、s4-s4、s4-s5和s5-s6。
[0581]
用于经皮电刺激的前述电极是示例性而非限制性的。使用本文提供的教导，许多其他电极和/或电极配置对于本领域的技术人员将是可用的。
[0582]
硬膜外刺激和电极
[0583]
在某些实施方案中，硬膜外刺激的幅度低于经皮刺激的幅度。因此，在某些实施方案中，硬膜外刺激的幅度的范围为0.5ma、或约1ma、或约2ma、或约3ma、或约4ma、或约5ma至约50ma、或至约30ma、或至约20ma、或至约15ma、或约5ma至约20ma、或约5ma至约15ma。
[0584]
在某些实施方案中，硬膜外刺激通过永久植入的电极阵列(例如，典型的密度电极
阵列、高密度电极阵列等)施加。
[0585]
在某些实施方案中，硬膜外电刺激通过高密度硬膜外刺激阵列进行施用(例如，如pct公开号：wo/2012/094346(pct/us2012/020112)中所述)。在某些实施方案中，高密度电极阵列是使用微制造技术制备的，以将多个电极以阵列构型放置在柔性基板上。在一些实施方案中，用于视网膜刺激阵列的硬膜外阵列制造方法可用于本文所述的方法中(参见，例如，maynard(2001)annu.rev.biomed.eng.,3:145-168；weiland和humayun(2005)ieee eng.med.biol.mag.,24(5):14-21，以及美国专利公开2006/0003090和2007/0142878)。在各种实施方案中，刺激阵列包括设置在柔性材料上的一种或多种生物相容性金属(例如，金、铂、铬、钛、铱、钨和/或它们的氧化物和/或合金)。柔性材料可以选自聚对二甲苯a、聚对二甲苯c、聚对二甲苯am、聚对二甲苯f、聚对二甲苯n、聚对二甲苯d、硅、其他柔性基板材料或它们的组合。聚对二甲苯具有可用的微加工聚合物最低的透水性，以独特的保形和均匀方式沉积，此前已被fda归类为美国药典(usp)vi级生物相容性材料(使其可用于慢性植入物)(wolgemuth,medical device and diagnostic industry,22(8):42-49(2000))，并且具有柔性特性(杨氏模量～4gpa(rodger和tai(2005)ieee eng.med.biology,24(5):52-57))，介于pdms(通常被认为太柔软)和大多数聚酰亚胺(通常被认为太硬)之间。最后，聚对二甲苯的抗撕裂性和断裂伸长率都很大，最大限度地减少了手术操作对电极阵列的损坏。适用于本文所述硬膜外刺激方法的制备和聚对二甲苯微电极阵列在pct公开号：wo/2012/100260(pct/us2012/022257)中有所描述。另一种合适的微电极阵列是微电极阵列(cyberkinetics neurotechnology systems inc.,boston,ma)，它由96个铂微电极组成，排列成10
×
10阵列，角处没有电极，固定在4mm2硅基板上。
[0586]
在某些示例性但非限制性实施方案中，使用具有提供32通道背电极a型的配置的电极阵列，例如，基本上如pct申请号：pct/us2018/015098的图4a所示。在某些示例性但非限制性实施方案中，使用电极阵列，其具有提供48通道背电极b型的配置，例如，基本上如pct申请号：pct/us2018/015098中的图4b所示。在某些示例性但非限制性实施方案中，使用具有提供8通道腹侧双电极c型的配置的电极阵列，例如，基本上如pct申请号：pct/us2018/015098的图4c所示。在某些实施方案中，电极阵列具有下外侧离开电极尾。
[0587]
可以使用本领域的技术人员公知的多种方法(例如椎板切除术)中的任一种来植入电极阵列。例如，在一些实施方案中，电能通过位于围绕脊髓的硬脑膜层外部的电极输送。还考虑了对脊髓表面的刺激(硬膜下)，例如，可以将刺激施加到背柱以及背根进入区。在某些实施方案中，电极由两种主要载体承载：经皮导线和椎板切除术导线。经皮导线通常可以包括两个或更多个间隔开的电极(例如，等距间隔开的电极)，它们被放置在硬脑膜层上方，例如，通过使用touhy样针。对于插入，touhy样针可以穿过皮肤，在所需的椎骨之间，在硬脑膜层上方打开。八电极经皮导线的一个实例是advanced neuromodulation systems,inc.制造的导线。
[0588]
椎板切除术导线通常具有桨状结构并且通常具有排列成一列或多列的多个电极(例如，两个、四个、八个、十六个、24个或32个)。advanced neuromodulation systems,inc.制造的44导线是八电极两列椎板切除术导线的一个实例。在某些实施方案中，植入的椎板切除术导线在受试者的生理中线上方横向居中。在这样的位置，多列电极非常适合在中线的任一侧管理电能以产生穿过中线的电场。多列椎板切除术导线能够可靠地
定位多个电极，尤其是不容易偏离初始植入位置的多个电极行。
[0589]
椎板切除术导线通常在外科手术中植入。外科手术或部分椎板切除术通常涉及切除和除去某些脊椎组织，以允许进入硬脑膜和正确定位椎板切除术导线。椎板切除术导线提供了一个稳定的平台，可以进一步缝合到位。
[0590]
在传统脊髓刺激的情况下，外科手术或部分椎板切除术可以涉及切除和除去某些脊椎组织，以允许进入硬脑膜和正确定位椎板切除术导线。根据插入的位置，然而，进入硬脑膜可以只需要在插入部位部分除去黄韧带。在某些实施方案中，两个或更多个椎板切除术导线被定位在c1-c7的硬膜外隙内，如上所述。导线可以呈现彼此之间的任何相对位置。
[0591]
在某些实施方案中，电极阵列设置在神经根和/或腹面。电极阵列可以通过椎板切除术插入腹侧和/或神经根区域。
[0592]
在各种实施方案中，阵列可操作地连接至控制电路，该控制电路允许选择电极以活化/刺激以及/或者控制刺激的频率、和/或脉冲宽度、和/或振幅。在各种实施方案中，电极选择、频率、幅度和脉冲宽度是独立可选择的，例如，在不同的时间，可以选择不同的电极。在任何时候，不同的电极可以提供不同的刺激频率和/或幅度。在各种实施方案中，可以使用刺激的恒定电流或恒定电压递送以单极模式和/或双极模式操作不同的电极或所有电极。在某些实施方案中，可以利用时变电流和/或时变电压。
[0593]
在某些实施方案中，电极还可以设置有可植入控制电路和/或可植入电源。在各种实施方案中，可植入控制电路可以通过使用外部装置(例如，使用通过皮肤与控制电路通信的手持装置)来编程/再编程。可以根据需要多次重复编程。
[0594]
本文所述的硬膜外电极刺激系统旨在是示例性而非限制性的。使用本文提供的教导，本领域的技术人员将可获得替代的硬膜外刺激系统和方法。
[0595]
神经调节剂的使用.
[0596]
在某些实施方案中，本文所述的经皮和/或硬膜外刺激方法与各种药理学试剂，特别是具有神经调节活性(例如，单胺能的)的药理学试剂结合使用。在某些实施方案中，考虑使用各种血清素能、和/或多巴胺能、和/或去甲肾上腺素能、和/或gaba能、和/或甘氨酸能、和/或抗焦虑药和/或抗精神病药。这些药剂可以与如上所述的硬膜外刺激和/或经皮刺激和/或磁刺激结合使用。这种组合方法可以帮助使用本文描述的方法将脊髓置于神经调节的最佳生理状态。
[0597]
在某些实施方案中，全身施用药物，而在其他实施方案中，局部施用药物，例如，施用于脊髓的特定区域。调节脊髓神经运动网络兴奋性的药物包括但不限于去甲肾上腺素能、血清素能、gaba能和甘氨酸能受体激动剂和拮抗剂的组合。
[0598]
至少一种药物或药剂的剂量可以在约0.001mg/kg和约10mg/kg之间、在约0.01mg/kg和约10mg/kg之间、在约0.01mg/kg和约1mg/kg之间、在约0.1mg/kg和约10mg/kg之间、在约5mg/kg和约10mg/kg之间、在约0.01mg/kg和约5mg/kg之间、在约0.001mg/kg和约5mg/kg之间、或在约0.05mg/kg和约10mg/kg之间。
[0599]
药物或药剂可以通过注射(例如，皮下、静脉内、肌肉内)、口服、直肠或吸入递送。
[0600]
示例性药理学试剂包括但不限于血清素能：5-ht1a、5-ht2a、5-ht3和5ht7受体；去甲肾上腺素能αl和2受体；以及多巴胺能d1和d2受体的一种或多种组合的激动剂和拮抗剂(参见，例如，表5)。
[0601]
表5.示例性药理学药剂.
[0602][0603]
在某些实施方案中，神经调节剂包括一种或多种药物，所述药物选自由以下各项组成的组：4-(苯并二噁烷-5-基)1-(茚满-2-基)哌嗪(s15535)、4-氨基-(6-氯-2-吡啶基)-1哌啶盐酸盐(sr 57227a)、6-氯-1-苯基-2,3,4,5-四氢-1h-3-苯并氮杂-7,8-二醇(skf-81297)、7-氯-3-甲基-1-苯基-1,2,4,5-四氢-3-苯并氮杂-8-醇(sch-23390)、8-羟基-2-(二正丙基氨基)萘满(8-oh-dpat)、阿奈螺酮(s-20,499)、贝非拉多、比螺酮(mdl-73,005)、丁螺环酮、可乐定、依尼螺酮(cerm-3,726)、依他匹隆(f-11,440)、依替必利、f-15,599、吉吡隆(ariza、variza)、伊沙匹降(tvx-q-7,821)、酮色林、甲氧明、n-{2-[4-(2-甲氧基苯
基)-1-哌嗪基]乙基}-n-(2-吡啶基)环己烷甲酰胺(way 100.635)、昂丹司琼、哌唑嗪、喹吡罗、喹哌嗪、瑞伏螺酮(bay-vq-7,813)、坦度螺酮、坦度螺酮(sediel)、育亨宾和扎螺酮(wy-47,846)。在某些实施方案中，神经调节剂包括一种或多种抗焦虑药，所述抗焦虑药选自由以下各项组成的组：阿奈螺酮(s-20,499)、比螺酮(mdl-73,005)、丁螺环酮(buspar)、依尼螺酮(cerm-3,726)、依他匹隆(f-11,440)、吉吡隆(ariza、variza)、伊沙匹降(tvx-q-7,821)、瑞伏螺酮(bay-vq-7,813)、坦度螺酮(sediel)和扎螺酮(wy-47,846)，以及/或者一种或多种抗精神病药，所述抗精神病药选自由以下各项组成的组：哌罗匹隆(lullan)、噻螺酮(bmy-13,859)和乌美螺酮(kc-9,172)。
[0604]
前述方法旨在是示例性而非限制性的。本领域的技术人员将可以使用本文提供的教导，涉及经皮电刺激和/或硬膜外电刺激以及/或者使用神经调节剂来改善各种功能的其他方法，例如，在由于脊髓或脑损伤或病理而导致肢体运动功能受损的受试者中。
[0605]
实施例
[0606]
提供以下实施例以展示而非限制要求保护的本发明。
[0607]
实施例1
[0608]
脊髓非侵入神经调节可恢复瘫痪后下泌尿道功能
[0609]
实施例1的概述.
[0610]
通常认为运动的恢复是脊髓损伤(sci)后的最终目标。然而，下泌尿道(lut)功能障碍在sci患者中很普遍，并显著影响他们的健康和生活质量。排尿是一种神经系统复杂的行为，取决于完整的感觉和运动神经支配。sci会破坏运动和感觉功能，并导致尿液储存和排空的明显异常。目前对sci后lut功能障碍的治疗侧重于预防并发症和管理症状，而不是恢复功能。在这项研究中，我们证明了经皮脊髓电刺激下泌尿道功能增强(tessla)是一种非侵入神经调节技术，可以重新活化lut功能中的脊髓回路，并使sci患者的膀胱和尿道括约肌功能正常化。具体来说，tessla减少了逼尿肌过度活动(do)，减少了逼尿肌-括约肌协同失调(dsd)，增加了膀胱容量并能够排泄。tessla可以代表一种将内在脊椎网络转变为更具功能性的生理状态的新方法。这些特征中的每个都具有重要的临床意义。sci后下泌尿道功能的改善和恢复通过提高患者的生活质量和减少尿失禁、肾损伤和泌尿道感染的风险而使患者显著受益，同时降低医疗保健成本。
[0611]
新颖和值得注意的内容
[0612]
tessla导致脊髓损伤后下泌尿道功能的改善和正常化。对于sci引起的lut功能障碍，与目前疗法相比，tessla提供了若干优点。首先，它是非侵入性的。如果受试者不能容忍干预，则可以立即停止干预。其次，我们证明tessla可以调节脊髓的活动以引起下泌尿道的特定反应。第三，tessla可以很容易地与患者可能正在接受的其他康复计划相结合。
[0613]
引言
[0614]
人们普遍认为，由脊髓损伤(sci)引起的瘫痪只会影响一个人的行走能力。然而，自主神经功能的恢复诸如膀胱控制是sci个体的最高优先方面(anderson(2004)j.neurotrauma.21(10):1371-1383；snoek等人(2004)spinal cord,42(9):526-532)。下泌尿道(lut)的功能包括储尿不漏尿和及时排空不留尿。sci后遇到的所有泌尿问题都是lut的这两种功能受损的表现(burns等人(2001)spine(phila pa 1976),26(24suppl):s129-136)。lut受自主和躯体运动神经系统支配：来源于副交感神经核(s2-s4)的副交感神经纤
维促进膀胱收缩和排泄；来源于交感神经链胸腰段的交感神经纤维促进膀胱松弛和膀胱颈收缩，从而促进禁制；以及来自s2-s4不同区域的躯体神经支配驱动尿道外括约肌(eus)收缩，从而促进禁制(de groat和yoshimura(2001)annu.rev.pharmacol.toxicol.41:691-721)。在健康状态下，膀胱和eus活动是协调的，在尿液储存期间eus收缩、膀胱放松，而在排泄期间则相反。eus膀胱活动的协调由脑干中的几个核介导。由于sci破坏了脑干和腰骶索之间的通信，膀胱和eus变得不协调，这种情况被称为逼尿肌-括约肌协同失调(dsd)。lut的感觉神经支配与运动纤维一样重要。下泌尿道向中枢神经系统传输各种感觉信息，而且这种传输也被sci中断。结果，通常确保正常感觉的有髓鞘aδ纤维被无髓鞘c纤维取代(de groat(1997)urology,50(6a suppl):36-52；discussion 53-56；de groat和yoshimura(2001)annu.rev.pharmacol.toxicol.41:691-721)。这导致脊髓反射机制的出现，在尿液储存期间促进不受抑制的逼尿肌收缩(这种情况称为逼尿肌过度活动，do)和进一步的逼尿肌-括约肌协同失调。dsd可能特别危险：当膀胱相对于闭合的eus收缩时，它会产生增加的压力，从而导致肾损伤和膀胱依从性丧失(kaplan等人(1991)j.urol.146(1):113-117)。
[0615]
目前对sci后lut功能障碍的治疗侧重于管理这些并发症，而不是解决根本原因或试图使膀胱功能正常化或恢复。从历史上看，已经提出了多种电刺激技术来通过增加容量和减少do来改善尿液储存。并通过在患者确定的时间间隔刺激逼尿肌收缩和括约肌松弛来改善排泄。这些策略包括盆腔神经(holmquist(1968)scand.j.urol.nephrol.suppl 2:1-27)、骶神经(granger等人(2013)j.vet.intern.med.27(1):99-105；sievert等人(2010)ann.neurol.67(1):74-84)或盆腔神经丛和膀胱壁(walter等人(2005)j.rehabil.res.dev.42(2):251-560)的直接电刺激。虽然很有前景，但这些方法由于其侵入性和需要同时进行感觉去神经支配(例如骶神经刺激器)或缺乏长期有效性(例如膀胱壁神经丛刺激器)而尚未广泛实施。此外，这些方法通过直接神经刺激在局部作用以减少do或诱导逼尿肌收缩。另一方面，神经调节方法，诸如本文提供的，可以通过活化脊髓神经网络的固有功能来促进lut功能的恢复，并在被损伤分开的神经中枢之间重新建立通信。
[0616]
硬膜外脊髓刺激(es)此前已被引入作为活化神经网络并在sci后启用各种功能的新方法(gerasimenko等人(2008)exp.neurol.209(2):417-425)。这种方法已被证明可以在sci后的动物模型和人类中实现自主运动功能(courtine等人(2009)nat.neurosci.12(10):1333-1342；harkema等人(2011)lancet,377(9781):1938-1947)。此外，腰骶部脊髓的es已显示出活化与啮齿动物lut功能相关的神经网络的潜在效用(abud等人(2015)am.j.physiol.renal physiol.308(9):f1032-1040；gad等人(2014)plos one,9(9):e108184)。然而，es具有高侵入性，限制了其应用和范围。最近，经皮脊髓刺激(tscs)已被开发为一种非侵入性方法来活化人类脊髓中的神经回路，以实现上肢(gad等人(2018)j.neurotrauma,35:10.1089/neu.2017.5461；inanici等人(2018)ieee trans.neural syst.rehab.engin.26(6):1272-1278)、躯干(rath等人(2018)j.neurotrauma.35.10.1089/neu.2017.5584)和下肢(gad等人(2017)front.neurosci.11:333；gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma,32(24),1968-1980)的功能。我们已经展示了在胸腰椎上使用tscs来活化神经完整的恒河猴逼尿肌的可行性和效用(gad等人(2017)j.med.primatol.46(6):359-363；gad等人(2018)j.neurophysiol.119:1521-1527)。在这个实施例中，我们展示了经皮脊髓电刺激下泌尿道功能增强(tessla)可以在严重sci后活
化和改善lut功能。我们假设tessla活化了控制lut功能的脊髓神经网络。tessla的主要特点包括其非侵入性和其对刺激部位和参数选择的特定受试者适应性。此外，与手术侵入性神经调节装置相比，tessla的非侵入性特征可以以适中的成本吸引更广泛的受试者。
[0617]
方法
[0618]
这项研究得到了rancho研究机构的机构审查委员会的批准，rancho研究机构是rancho los amigos国家康复中心(downey,ca)的研究机构。所有研究参与者在研究开始前签署了知情同意书，并同意他们的数据用于未来的出版物和演示。招募了七名使用清洁间歇导管插入术来管理lut的t11或以上sci个体(四名男性和三名女性)。每名受试者在研究开始前至少一年患有稳定的sci。研究参与者的基线人口统计学、医学和尿动力学参数显示在表6中。这些实验是使用专有的非侵入性经皮脊髓电刺激器进行的。六名参与者在2天内(每天3小时)接受了六小时的测试，一名参与者在第3天接受了另外的测试。在第1天，lut被映射到脊髓诱导反应。脊髓刺激以0.5hz(分别在t11和l1处)提供，电流从10ma开始，以10ma的增量增加到200ma(或直到可耐受或反应趋于稳定)。在第2天，受试者在坐立(n＝4)或仰卧(n＝3)位置进行无刺激的基线尿动力学程序。接下来，tessla在t11以30hz的频率传递。开始尿动力学记录并充盈膀胱直到引起逼尿肌收缩。关闭刺激并完全排空膀胱。随后，将膀胱充盈至75％的容量。为确保不发生反射性膀胱收缩，监测逼尿肌压力至少2分钟。接下来，tessla在t11以1hz传递以启动排泄。当排泄完成时，膀胱完全排空。在第3天，一名能够舒适地坐在改良的带衬垫马桶座圈上的受试者(566729)被要求在tessla不存在和存在的情况下进行尿流测试。
[0619]
表6.研究参与者的基线人口统计学和医学特征以及尿动力学参数。lut：下泌尿道，cic：清洁间歇导管插入术，sup：栓剂，ds：数字刺激。注意，与tessla关闭相比，绿色方框标识了在tessla开启时表现出积极变化的参数，而红色方框则标识了表现出消极变化的参数。
[0620]
[0621]
[0622]
[0623][0624]
尿动力学研究
[0625]
外生殖器以无菌方式准备和覆盖。对尿道进行润滑，并在每个尿道放置一根7-fr三腔air-charged
tm
尿动力导管(laborie,ontario,canada)，远端压力端口位于膀胱内，近端压力端口位于外尿道括约肌内。尿道括约肌内的位置由近端端口的压力读数确认。用放置在肛门边缘的双侧贴片电极进行尿道外括约肌的肌电图(emg)。腹压测量值通过直肠放置的7-fr单腔air-charged
tm
导管(laborie,ontario,canada)获得。尿动力学研究(uds)根据国际禁欲协会尿动力学标准使用goby
tm
尿动力学系统(laborie,ontario,canada)进行，充盈速率为30ml/min(rosier等人(2016),international continence society good urodynamic practices and terms 2016:urodynamics,uroflowmetry,cystometry,and pressure-flow study,neurourol urodyn.36.10.1002/nau.23124)。除emg外，还记录了以下尿动力学参数：膀胱压(p
ves
)、腹压(p
abd
)、尿道外括约肌压力(p
ura
)和流速。通过从p
ves
中减去p
abd
获得逼尿肌压力(p
det
)。通过减去p
ves
和p
ura
获得
闭合压力(p
clo)
。膀胱容量定义为发生尿失禁时的膀胱容量。排泄后通过使用留置的尿动力学导管排空膀胱来排除排泄后残留盐水。排泄效率定义为
[0626]
非侵入脊髓刺激
[0627]
使用2.0cm直径圆形凝胶粘合剂电极(axelgaard，cloth)作为阴极和放置在髂嵴上方的两个5.0
×
10.0cm2矩形电极(axelgaard，cloth)作为阳极，在棘突之间传递tscs。
[0628]
映射
[0629]
经皮脊髓刺激(tscs)在t11-t12和l1-l2的棘突之间的中线分别以0.5hz的频率传送从而映射lut。刺激从10ma开始，并以10ma的增量增加到200ma或直到无法忍受。由脉冲宽度确定的每个刺激强度重复5次以评估反应的再现性。
[0630]
测试
[0631]
选择的刺激强度和部位基于从映射研究中获得的募集曲线(图21)。我们的动物研究中也使用了类似的方法(gad等人(2014)plos one,9(9):e108184；gad等人(2016)exp.neurol.285(pt b):182-189)。在使用tessla进行功能性uds研究期间，频率设置为1hz或30hz。在1hz和30hz tessla期间使用的强度是根据映射研究期间观察到的反应确定的。
[0632]
使用tessla进行尿动力学研究
[0633]
30hz刺激
[0634]
通过留置的尿动力导管排空膀胱。30hz tessla在t11启动。然后以30ml/min的速率向膀胱注入盐水，直到逼尿肌收缩发生。在逼尿肌收缩结束时，经输注口手动排空膀胱以计算残留体积。
[0635]
1hz刺激
[0636]
通过留置的尿动力导管排空膀胱。以30ml/min的速率向膀胱充盈盐水至膀胱容量的75％(由基线uds确定)。然后停止充盈并监测逼尿肌压力至少1至2分钟以确保没有逼尿肌收缩发生。接下来，tessla在t11以1hz的频率传递。在刺激的60秒内，诱导逼尿肌收缩。在诱导逼尿肌收缩结束后，通过输注口手动排空膀胱以计算残留体积。
[0637]
数据分析
[0638]
对研究提供的几个尿动力学参数进行分析，包括：1)输注体积；2)排泄后残留；3)排泄效率；4)逼尿肌和尿道收缩时的峰值压力；5)映射研究期间的峰值-峰值压力和emg幅度。每个强度的这些平均峰值-峰值反应被用于产生每个刺激部位的募集曲线。6)定义排泄期间每秒pdet和之间的共活化以评估dsd的水平，7)膀胱容量定义为第一个do发生漏尿时的体积。8)使用第一个do发生时的输注体积来定量do的严重度。
[0639]
统计学分析
[0640]
配对t检验用于使用graphpad软件比较tessla关闭和tessla开启组之间的数据。
[0641]
结果
[0642]
t11-12上的映射显示逼尿肌收缩，尿道和腹部的活化水平较低，而l1-2的刺激最低限度地活化逼尿肌、尿道和腹部(图21)。注意pves、pura、pabd和pdet中独特的反应模式。下肢反应与之前报道的一致(gad等人(2017)front.neurosci.11:333；sayenko等人(2015)j.appl.physiol.118(11):1364-1374)。通过压力变化确定的逼尿肌和尿道的收缩被用作
确定功能研究的适当部位的指标。在最低刺激强度下观察到最大逼尿肌收缩的部位用于下一阶段功能研究。
[0643]
基线uds展示了sci个体uds记录的典型特征(图22，分图a，表6，(weld&dmochowski(2000)urology,55(4):490-494))。tessla在t11以1hz传输导致排泄效率(ve)提高、流速增加、残留体积减少以及逼尿肌和括约肌之间的协调性得到改善(图22，分图b和图23)。排泄效率从26.99
±
15.41增加到50.80
±
5.25％(p《0.05，n＝7)。相比之下，tessla在t11以30hz传递导致尿液储存期间do降低，即膀胱容量增加(图22，分图c和图24)并改善排泄期间逼尿肌-括约肌的协调性(图23和25，n＝5，p《0.05)。膀胱容量从170.54
±
15.86增加到252.59
±
18.91ml(p《0.05，n＝7)。由于sci受试者无法产生自愿诱导的逼尿肌收缩，因此逼尿肌非自愿收缩的输注体积被用作替代生物标志物来评估do的严重度(棕色箭头，图22)。如图24所示，当施加30hz的tessla时，观察到显著降低的do。当在没有刺激的情况下重复uds时，观察到逆转到基线。过去在运动训练期间使用的多个部位(t11 l1 co1)的刺激(gerasimenko等人(2015)j.neurophysiol.113(3):834-842；gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma,32(24),1968-1980)未实现有效的膀胱排泄。
[0644]
在研究结束时，一名受试者接受了未插管的尿流测试。受试者最初被要求在不进行tessla的情况下排泄，随后在进行tessla的情况下排泄。当tessla在t11以1hz开启、ve为36.84％、平均流速为4.9ml/s时会引起排泄收缩(图26)。所有受试者都能很好地耐受手术，血压、心率、皮肤刺激(手术期间和手术后)和痉挛状态(手术后)无变化。在实验结束后的几天内，无受试者报告尿失禁的发作。即使已知尿动力学程序会引发自主神经异常反射(ad)的发作(giannantoni等人(1998)spinal cord,36(11):756-760)，但由于膀胱过度充盈，必须小心护理以确保膀胱不会过度充盈并且不会诱发ad症状。
[0645]
讨论
[0646]
此前的研究展示了在实验模型中使用侵入性es选择性活化神经元网络的可行性。l3脊髓节段上的es活化了大鼠的脊椎eus突发中心，并促进了膀胱自动储存阶段与排泄之间的转换，并改善了完整动物和脊椎动物的逼尿肌和括约肌之间的协调(abud等人(2015)am.j.physiol.renal physiol.308(9):f1032-1040)。此前的研究还表明，旨在恢复sci后运动功能的es可改善lut功能(gad等人(2014)plos one,9(9):e108184；harkema等人(2011)lancet,377(9781):1938-1947)，包括改善人受试者的禁制、肠道和性功能(hubscher等人(2018)plos one,13(1):e0190998)。虽然基于运动的疗法导致膀胱容量和排泄效率的改善，但多项研究表明，刺激参数的微调在确定sci后功能恢复水平方面起着重要作用(gad等人(2013)j.neuroeng.rehabil.10:2；rejc等人(2017),j.neurotrauma.34(9):1787-802)。上述每一项研究都强调了控制lut功能的脊椎网络所固有的自动性，以及根据刺激部位和模式活化适当神经网络(脊髓排尿中心)的能力。具有部分充盈膀胱的连续传递tessla会导致逼尿肌压力整体增加超过阈值，同时降低尿道压力以启动排泄。这是tessla诱导排泄的关键特征之一，其中tessla活化控制lut功能的神经网络以启动排泄。据报道，在促进运动方面最有效的多部位刺激(t11 l1 co1，(gerasimenko等人(2015)j.neurophysiol.113(3):834-842；gerasimenko等人(2015b)j.neurotrauma,32(24),1968-1980))不能有效地实现排泄。此外，有必要为每个受试者微调刺激参数。虽然30hz刺激导致膀胱容量增加(do减少)并改善逼尿肌和括约肌之间的协调(减少dsd)，但总体排泄
效率与基线相似，这表明需要根据预期应用微调脊柱回路即低频开始排泄(gad等人(2014)plos one,9(9):e108184)与高频增加膀胱容量(现有数据)并启用运动功能(gad等人(2016)exp.neurol.285(pt b):182-189；lavrov等人(2006)j.neurophysiol.96(4):1699-1710)。
[0647]
建模(danner等人(2011)artif.organs,35(3):257-262)和实验(hofstoetter等人(2018)plos one,13(1):e0192013)研究表明，经皮刺激(sayenko等人(2015)j.appl.physiol.118(11):1364-1374)可以使至少一部分与植入硬膜外电极募集的相同神经结构的子集去极化(sayenko等人(2014)j.neurophysiol.111(5):1088-1099)。从硬膜外刺激和经皮刺激实验中获得的数据表明，随着强度的增加，许多肌肉中早期(短潜伏期)和中期组分的刺激反应关系与h反射和m波相互作用具有一些共同特征，并且可以募集背侧传入神经、中间神经元和运动神经元。目前的研究表明，tessla可用于刺激sci人受试者脊髓中的神经回路，并通过减少do、降低dsd、增加膀胱容量和促进排泄来促进lut功能。这些特征中的每个都具有重要的临床和功能意义。控制do和增加膀胱容量可减少尿失禁发作，从而有益于患者的健康和自信心。降低dsd可降低高压排泄、膀胱依从性丧失和肾损伤的风险。此外，我们发现tessla介导膀胱-括约肌协同作用的恢复表明逼尿肌和尿道外括约肌之间的协调可以发生在脊椎水平，从而挑战膀胱-括约肌协调仅由脑干促进的教条。tessla可以通过减少sci后出现的病理性脊椎机制来影响这些变化，例如，由无髓鞘膀胱传入神经(c纤维)介导的脊椎反射机制的出现(de groat和yoshimura(2001)annu.rev.pharmacol.toxicol.41:691-721)。最后，tessla直接解决了由sci引起的主要功能障碍之一，即无法按命令排泄。
[0648]
此前已经开发了若干神经调节系统来改善sci后的lut功能(gaunt和prochazka(2006)prog.brain res.152:163-194)。这种系统的实例包括阴茎背/阴蒂神经、胫神经和骶神经刺激器。其中，阴茎背神经刺激器在sci群体中得到了最广泛的研究。该装置利用尿道保护反射：通过刺激阴部神经(在这种情况下为阴茎背神经)的分支，抑制逼尿肌收缩。若干针对sci患者的研究评估了阴茎背神经刺激，在减少尿失禁和促进更大膀胱容量方面取得了有希望的结果(kirkham等人(2001)spinal cord,39(8):420-428；lee等人(2003)arch.phys.med.rehabil.84(1):136-140)。虽然取得了这些成功，阴茎神经刺激器仍有一些局限性，包括需要持续刺激以抑制收缩，以及将装置连接至生殖器的实际意义。此外，与tessla相比，阴茎背神经刺激不能解决膀胱感觉的恢复或促进膀胱排空。事实上，我们不了解有任何以非侵入性方式直接刺激脊髓以促进sci后lut功能恢复的神经调节技术。
[0649]
tessla观察到的lut功能的每一项改进都与nibib/nih在2014年11月题为“通过脊椎刺激技术解决瘫痪”的研讨会上设定的优先事项一致(pettigrew等人(2017)ieee trans.biomed.eng.64(2):253-262)。此处提供的数据直接解决并验证了为恢复膀胱功能而提出的六个目标中的五个。此外，我们假设tscs可以解决其他盆腔自主神经功能，诸如膀胱、肠道和性功能，在研讨会中有所讨论。虽然研讨会的讨论集中在硬膜外刺激上，但我们想强调的是，tessla提供了另外的非侵入性特征。
[0650]
总而言之，对于sci引起的lut功能障碍，与目前疗法相比，tessla提供了若干优点。首先，tessla是非侵入性的。如果受试者不能容忍干预，则可以立即停止干预。其次，我们证明tessla可以以临界水平的特异性调节专门用于排尿的脊椎网络。第三，tscs和训练
用于启用上肢(gad等人(2018)j.neurotrauma,35:10.1089/neu.2017.5461)和下肢(gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma,32(24),1968-1980)功能导致在没有刺激的情况下脊椎网络发生塑性变化。同样，tessla可以导致控制膀胱充盈、排泄和感觉的神经回路发生塑性变化。然而，需要进一步的研究来确定tessla和训练对lut功能的长期影响。
[0651]
实施例2
[0652]
动态电刺激：神经调节脊椎网络的新工具
[0653]
实施例2的概述
[0654]
脊椎网络中突触效率的增强反映在脊髓和脊髓上运动诱导反应的调制幅度上。脊髓损伤后，通过配对皮质和外周神经刺激引起的自愿控制可以得到促进。为了通过单独对脊髓进行硬膜外电刺激来促进下行输入的突触增强，我们设计了一种称为动态刺激(ds)的新型神经调节方法，在迈步过程中使用来源于后肢emg信号的模式。ds通过由18个独立的铂基微电极组成的高密度硬膜外阵列从背侧施加到四个腰骶段。在接口阵列/脊髓，ds神经调节的时间和空间特征影响整个腰骶网络，特别是最头端和尾端部分。在完全麻醉的成年雌性大鼠中，与强直刺激相比，ds诱导脊髓兴奋性短暂增加，并产生更强大的脊髓诱导运动输出增强。此外，ds促进弱皮质输入以募集肌肉收缩。因此，与传统的强直波形相比，ds具有放大脊髓运动网络的外周和脊髓上输入所需的独特功能，这反过来又提高了在脊髓损伤后恢复显著功能水平的潜力。
[0655]
引言
[0656]
基于联想可塑性的赫布原理，可以通过应用具有精确时间顺序的两个收敛输入在中枢神经系统中诱导突触增强(zhang等人(1998)nature,395:37-44；song等人(2000)nat.neurosci.,3:919-926；dan&poo(2006)physiol.rev.,86:1033-1048；caporale和dan(2008)annu.rev.neurosci.,31:25-46)。事实上，在脊髓中，运动诱导的emg反应是通过同时施加到皮层和健康人(poon等人(2008)exp.brain res.,188:13-21；cortes等人(2011)clin.neurophysiol.,122:2254-2259)以及脊髓损伤者(bunday&perez(2012)curr.biol.,22:2355-2361；tolmacheva等人,(2017)j.neurotrauma,34:2668-2674；urbin等人,(2017)j.neurophysiol.,118:2171-2180)的外周神经的电脉冲串来促进的。脊椎网络中突触活动的增强可能是迄今为止报道的十名慢性“完全”脊髓损伤个体瘫痪下肢自主运动控制恢复的原因(harkema等人(2011)lancet,377:1938-1947；angeli等人,(2014)brain,137:1394-1409；gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma.,32:1968-1980；grahn等人(2018)mayo.clin.proc.,92:544-554；taccola等人(2018)prog.neurobiol.,160:64-81)。
[0657]
本研究的第一个目的是探索突触增强是否可以通过非均匀的硬膜外刺激模式在脊髓中引起，该模式也利用从不同节段汇聚到脊髓回路上的脉冲配对。其次，我们研究了脊髓中突触传递的任何增强是否可以促进对后肢主动肌和拮抗肌的微弱下行输入。
[0658]
如前所述，脊髓中突触效率的一种有效措施是由脊髓诱导的运动反应表示的，表现为由肌肉收缩产生的emg信号，该信号是由硬膜外传递到脊髓背侧的单个超阈值电脉冲引起的(lavrov等人,(2006)j.neurophysiol.,96:1699-1710)。根据刺激强度，l2和s1脊髓水平之间的单一硬膜外刺激在大鼠的后肢肌肉中产生三种类型的诱导反应，即早期(er；延迟1
–
4ms)，中间(mr；延迟5-10ms)和晚期(lr；潜伏期11ms)，二者都完好无损(gerasimenko等人(2006)j.neurosci.methods,157:253-263)并脊椎化(lavrov等人,(2006)
j.neurophysiol.,96:1699-1710)。虽然er可能对应于更高刺激强度下运动神经元或腹侧根的直接募集，但mr具有一些与单突触反射一致的组分，而lr则与多突触中间神经元脊椎网络的募集一致。
[0659]
更复杂的反应是由不同频率的硬膜外脉冲的定型串引起的(lavrov i等人(2008)j.neurosci.,28:6022-6029)。在体外开发了一种独特的多频刺激范例，包括从多个来源采样的高度变化的波形，以最佳地募集新生儿脊椎神经元网络(taccola(2011)j.neurophysiol.,106,pp.872-884；dose等人(2013)physiol.rep.,jul；1(2):e00025；dose和taccola,(2016)neuromodulation,19:563-575)。基于这些结果，我们假设与传统的单调输入相比，更复杂的输入，诸如通过新型硬膜外接口传递的“动态和嘈杂”脊椎刺激，可能会进一步增加体内制备中脊椎网络的兴奋性。动态刺激方案包括在整个腰骶网络上进行时间和空间调制的刺激参数。脊椎网络的兴奋性增加可能对应于由节段性和部位特异性硬膜外刺激产生的脊髓诱导反应和亚阈值皮质脉冲引起的下降弱输入的调制。
[0660]
方法
[0661]
实验设计
[0662]
从32只成年雌性sprague dawley大鼠(体重250-300g)收集数据。所有程序均经加州大学洛杉矶分校动物研究委员会批准，并符合美国国立卫生研究院(nih)实验室动物护理和使用指南的指导方针以及欧盟关于动物实验的指令(2010/63/eu)。
[0663]
脊髓的硬膜外电刺激用于产生从麻醉下动物的选定后肢肌肉记录的运动诱导电势。动物最初用异氟醚气体以1.5％-2.5％的恒定流速镇静以固定它们，然后施用氨基甲酸乙酯(1.2mg/kg，ip)。在手术过程中，根据需要定期进行脚趾捏合以评估异氟醚气体维持的麻醉水平。在整个实验过程中，所有动物都只受到氨基甲酸乙酯的影响。在实验结束时(9-10小时)，用异氟醚和戊巴比妥钠(ip，80-100mg/kg)处死动物。
[0664]
肌内emg电极植入术
[0665]
在胫前肌(ta)和比目鱼肌(sol)肌肉中双侧植入肌内肌电图(emg)记录电极期间，动物在加热垫上保持麻醉状态(fournier等人(1983)exp.neurol.,80,pp.147-156；roy等人(1985)brain res.,337:175-178)。进行皮肤和筋膜切口以暴露每块肌肉的腹部。将连接至镀金安酚连接器的多股聚四氟乙烯涂层不锈钢线(as 632,cooner wire co,chatsworth,ca,usa)皮下通过。使用23号针将成对的金属丝插入肌腹，并用5.0尼龙缝线打结固定在它们的肌肉入口和出口处。每根导线中的一个小凹口(0.5-1.0mm)从绝缘层上剥离以暴露导体并形成电极。通过头部连接器刺激，在手术过程中验证电极的正确放置。通过轻轻拉动尖端上的特氟龙涂层来覆盖裸线尖端。所有emg线都盘绕在背部区域以减轻压力。将公共接地(～1cm的特氟龙从远端移除)皮下插入中背部区域用于emg。
[0666]
来自双侧ta和比目鱼肌的emg记录经过带通滤波(增益1000，范围10hz至5khz，并在60hz下切迹)，使用a-m systems 1700型差分交流放大器(a-m systems,sequim,wa,usa)放大，最后以10khz数字化(1440,molecular devices,llc,ca,usa)。对于后肢的所有肌肉、结缔组织层和皮肤切口，所有手术部位使用5.0(ethicon,new brunswick,nj,usa)在层中封闭，而5.0(ethicon,new brunswick,nj,usa)是用于闭合背部的皮肤切口。
[0667]
硬膜外多电极阵列植入术
[0668]
为了同时向脊髓的多个节段传递固有变化的信号模式，有必要开发一种高密度铂基多电极阵列，该阵列由三个纵向列和六个水平行的独立低阻抗电极(总共18个独立的低阻抗电极)组成(gad等人(2013)j.neuroeng.rehabil.,10:2；chang等人(2014)conf.proc.ieee eng.med.biol.soc.2014:6834-6837)。在改变双极刺激参数的同时选择性活化伸肌或屈肌运动池证明了硬膜外接口的高清晰度和灵活性(35)。
[0669]
为了在硬膜外背侧空间植入多电极阵列，进行t12至l2椎板切除术以背侧暴露脊髓。硬膜外植入后，阵列上覆盖着用盐水冲洗过的小棉球。使用5.0(ethicon,new brunswick,nj,usa)缝合背部肌肉和皮肤，通过皮肤引出阵列。所有阵列电极的公共接地与emg接地无关，被插入左前臂的皮下。
[0670]
电刺激方案
[0671]
本研究中使用的实验设置和电刺激模式总结在图28的图片中。每次制备的运动阈值强度是用0.3hz的40个矩形脉冲串确定的。为每个刺激幅度提供一组五次扫描，并以100μa的增量增加，范围为100至800μa。每只动物的阈值被定义为从任何一块肌肉引起可检测的emg反应所需的最小强度。在实验期间定期重复输入/输出方案以确认阈值稳定性。阈值很少变化，而且变化很小。确定阈值后，传递300-700个脉冲(0.1ms脉冲持续时间，0.3hz频率，阈值强度)的连续串以记录基线反应。
[0672]
我们提供了一种名为动态刺激(ds)的电刺激方案，其中包括从以13.5cm/s的速度在跑步机上行走的神经完好的成年大鼠的sol肌肉收集的29.5s emg片段。使用a-m systems 1700型差分交流放大器(a-m systems,sequim,wa,usa)在交流模式(增益1000，滤波器范围10hz至5khz，陷波频率为60hz)下采集迹线，然后以10khz数字化(1440,molecular devices,llc,ca,usa)并通过10.3软件(molecular devices,llc,ca,usa)以2000hz的采样率离线减少。
[0673]
采样的emg迹线被导出为包含两列值的ascii文本文件。第一列值对应于emg幅度。第二列由第一列以及前0.5s的一系列零值组成。将产生的ascii文本文件导出到可编程刺激装置(4008；multi channel systems,reutlingen,germany)。两个交错的刺激方案通过两个独立的输出同时传递到具有相反阴极位置的阵列电极的左右外部列。ds方案适用于不同的强度(150、225、300、375、450、600μa)，即波形的最大正振幅和最大负振幅之间的差异(峰值-峰值)。在连续递送ds之间允许休息至少五分钟。为了测试ds前后神经元运动网络兴奋性的变化，通过一串矩形单相脉冲(100-400个脉冲，脉冲持续时间＝0.1ms，频率＝0.3hz)在阈值强度下引发emg反应，通过连续传递一对电极(通常在t13/l1脊椎水平，l3/l6脊椎水平)。重复性ds(rds)由八个连续30s的ds周期组成，并混合1分钟休息。在rds之后，使用一个长连续刺激方案(300-900个脉冲，持续时间＝0.1ms，频率＝0.3hz，幅度＝th)来跟踪基线恢复长达45分钟。有趣的是，只有连接至刺激器用于脉冲传递(ds或测试脉冲)的电极才是使用中的有源电极。与脊髓接触的其他电极是开路和断开连接的，因此不会直接影响有源电极感应的电场的传播。这已通过本文中显示的有限元模型以及我们合作者之前的建模研究得到验证(另请参见补充图29中的独立刺激)。
[0674]
在一个动物亚组中，单电脉冲串(0.1-1ms持续时间，0.3hz频率，阈值)被传递到代
表右下肢的左感觉运动皮层区域。两颗小金属螺钉通过颅骨植入，一颗在λ后2mm处，另一颗在前囟前8mm。电线连接在每个螺钉的顶部，用于双极电刺激(stgmulti channel systems,reutlingen,germany)，阴极与阳极相接。
[0675]
数据分析
[0676]
相对于刺激脉冲，脊髓诱导的emg反应分为早期(er，潜伏期1-4ms)、中期(mr，潜伏期5-10ms)和晚期反应(lr，潜伏期11-15ms)(lavrov等人,(2006)j.neurophysiol.,96:1699-1710)。使用10.3软件(molecular devices,llc,ca,usa)确定每个emg反应的幅度和到达峰值的时间以追踪时程。通过在应用ds之前和之后立即单独计算20或100次连续扫描的峰值，对反应进行统计比较。然后，对单个峰进行平均以进行统计比较。标准偏差与幅度平均值之间的比率提供了幅度变异系数(cv)，它是脊髓诱导emg反应一致性的指标(cv越低，反应变化越小)。组成ds的图案的功率谱是通过10.3软件(molecular devices,llc,ca,usa)获得的。emg信号对之间的耦合强度由10.3软件(molecular devices,llc,ca,usa)执行的互相关函数(ccf)分析定义。
[0677]
实验设计和统计学分析
[0678]
数据表示为平均值
±
sd值，n是指实验次数。基于kolmogorov-smirnov正态性检验确定数据分布的正态性后，使用3.5软件(systat software,ca,usa)进行统计学分析，以比较不同实验条件的平均值
±
sd。使用学生t检验(配对或未配对)分析所有参数值以比较两组数据，或使用anova分析两组以上的数据。在非参数值中，两组采用wilcoxon符号秩检验，两组以上采用kruskal-wallis方差分析。对于多重比较，我们应用tukey方法或dunn方法，具体取决于数据是参数还是非参数。在每个非参数数据样品中，使用friedman检验进行重复测量。当p《0.05时，结果达到显著性。
[0679]
结果
[0680]
探索的中心问题是使用来自运动emg(称为动态刺激，ds)的新型电流模式，通过硬膜外电极阵列传递到脊椎网络，对脊柱上-脊柱连接进行功能调节。因此，我们最初收集了连续弱刺激期间运动输出的内源性脊椎调制的基线趋势，并将它们与ds和传统定型方案的传递引起的调制效应进行了比较。最后，我们想知道ds引起的脊椎网络兴奋性的任何增加是否可以促进弱降皮质脊椎输入。
[0681]
局部施加到脊髓的弱脉冲引起小的随机调制的emg反应
[0682]
脊椎网络的突触效率表现为对低强度刺激的小emg反应，这些刺激施加于投射到特定运动池的脊椎网络。事实上，次最大调制强度会产生兴奋状态，使脊椎网络对本体感受输入更敏感(gad等人(2013)j.neuroeng.rehabil.,10:108)。
[0683]
为了不断探索脊髓网络的功能，一连串硬膜外脉冲(0.1ms，0.3hz)被分段传递到脊髓(t13脊椎水平，l3/l4脊髓水平，阴极在左侧)，如图29，分图a的图片所示。最初，刺激以弱强度(300μa)传递，即最低以引起基线从右侧ta和sol的明显偏转(图29，分图b)。这些反应的潜伏期与中期(mr)和晚期反应(lr)的特征相匹配，如前所述(lavrov等人,(2006)j.neurophysiol.,96:1699-1710；gerasimenko等人(2006)j.neurosci.methods,157:253-263)，即达到峰值的时间：mr
ta
＝7.6ms；lr
ta
＝12ms；mr
sol
＝8.5ms；lr
sol
＝12.8ms)，而未观
察到早期反应(er)。通过将刺激强度增加到800μa(图29，分图c)，峰值振幅得到增强，并且在脉冲传递后不久er变得明显(达到峰值的时间：rta为1.5ms，rsol为1.7ms；图29，分图c)，mr和lr的达到峰值的时间显著减少(达到峰值的时间：mr
ta
＝5.4ms；lr
ta
＝9.4ms；mr
sol
＝4.9ms；lr
sol
＝11.6ms)。
[0684]
在较弱的刺激强度(300μa)下，脊椎诱导反应在起始和峰值幅度方面都有很大差异。箱须图中报告了为连续扫描计算的峰值时间显示了300次重复的可变性(图29，分图d)。针对从ta记录的mr和lr(图29，分图e)和sol(图29，分图f)绘制了300次连续扫描(总持续时间＝15分钟)的振幅时程。所有反应的特点是幅度变化很大，如高cv所示(mr
ta
＝0.22；lr
ta
＝0.17；mr
sol
＝0.20；lr
sol
＝0.35)。然而，这种巨大的可变性与伸肌和屈肌之间的运动输出的任何模式化调制并不平行，正如针对ta和sol报告的以mr和lr对表达的反应峰值之间缺乏明确相关性所证实(图29，分图g)。在连续的亚阈值低频刺激期间没有发生依赖于活动的可塑性。因此，该方案可被视为用于追踪神经元运动网络的基线兴奋性水平的合适工具。因此，由弱脉冲引起的小的脊椎诱导反应的自发内在波动代表正在测试的运动池特定脊椎网络的兴奋性的自发变化。
[0685]
ds增强了由分段单脉冲引起的mr，主要是在ta上
[0686]
为了研究ds是否在结束ds方案后调节脊椎诱导的运动输出，将一串(0.3hz)弱电脉冲(400μa；0.1ms)在方案之前、期间和结束时连续传递到脊椎水平t13/l1(脊柱水平l3/l6，阴极在左侧)。来自右侧ta(图30，分图b)和左侧sol(图30，分图c)的前ds对照中记录的弱反应在以375μa的强度传递ds 30s后立即增强。这种效果在ta中更为突出，其中的反应偶尔会达到最大募集。从图30，分图b、c的同一实验中的300个连续emg反应(超过15分钟)，每个都分别针对mr和lr进行分析，用于分别为ta和sol绘制峰值幅度的时程。虽然控制存在可变性，在ds结束时，从ds开始并持续长达四分钟，ds递送从rta强烈增加了mr峰(图30，分图d)。在lsol中观察到更温和和更短的效果(图30，分图e)。
[0687]
在相同的制备中，当ds的强度增加到450μa时，lta(图30，分图f)和lsol(图30，分图g)上的mr增强会延长。为了更好地表征ds的最佳强度以增强脊髓诱导反应，通过将振幅从150增加到600μa，将ds连续应用于同一只动物。在ds传递之前和之后立即进行20次连续扫描(1分钟)对ta和sol的mr和lr峰值幅度的影响表明，ds从375μa开始对ta的mr峰值进行了统计调制(图30，分图h；p《0.001，kruskal-wallis单向方差分析在等级上进行多重比较，然后使用dunn方法与对照组进行多重比较，n＝6-8)，并且sol为450μa(图3i；p＝0.002，kruskal-wallis单向方差分析，然后用dunn方法与对照组进行多重比较，n＝4-6)，而lr分量即使在最高强度下也没有被ds进行统计调制(图30，分图j、k)。有趣的是，在三个实验的一个子集中，在ds传递之前和之后获得了连续的emg记录。在ds供应后立即获得短时(至少1分钟)节律性放电(图37)。
[0688]
ds在增强弱emg反应方面比标准刺激更有效
[0689]
为了确定ds在调节脊髓网络方面是否比标准刺激更有效，在相同的动物中以相同的强度(375μa)比较了两种方案，而亚阈值测试脉冲在l1处分段传递到脊髓/l2脊椎水平(l5/s2脊柱水平，阴极在左侧)。由弱节段刺激从rta诱导的小反应的幅度在ds递送期间以及刺激后立即得到高度增强(图31，分图a)。此外，40hz的标准方案增加了emg反应，但效果低于ds，并且仅限于串传递时间，一旦刺激停止，就会迅速恢复到刺激前的对照值(图31，分
图b)。追踪420个连续脉冲(21min)的时程以覆盖整个实验方案(图31，分图c)。ds在很大程度上增强了mr的振幅，在1.5min内恢复了它们的基线。休息10分钟后，40hz串促进了mr，但程度低于ds，并且仅在40hz刺激传递期间(图31，分图c)。如下图以更高的时间尺度展示，这种效果也比ds诱导的效果更短，事实上，即使在刺激结束后也会增加mr峰值。当两个方案的顺序相对于图31分图a所示的实验，即ds之前的40hz串颠倒时，收集到类似的结果。在六个实验中，比较了来自20次连续扫描的mr的平均峰值在方案递送之前和之后(图31，分图d)。与40hz的一串定型脉冲相比，ds显著增强了mr的幅度(*，p＝0.031，wilcoxon符号秩检验，n＝6)。
[0690]
ds增强的mr由通过阵列纵向传递的单脉冲诱导
[0691]
当脊髓节段性刺激引起emg反应时，ds增加了mr的幅度。我们想知道类似的调节模式是否由沿脊髓传递的单个脉冲引起的脊髓反射产生，为了探索ds是否可以调节沿脊髓的上升和下降连接，来自ta和sol的小反应是由单个和弱脉冲(500μa)施加于整个阵列长度(图32，分图a)。在500μa的强度下，rta和rsol中的小基线反应具有相似的幅度(图32，分图b，左)。类似地，375μa下的ds可比较地增强两种反应的峰值(图32，分图b，中)，即使在方案终止后，ta和sol肌肉的效果仍然存在(图32，分图b，右)。在一项制备中，ds的强度连续增加(150
–
600μa)，仅在ta和sol上的225μa刺激期间增强mr的峰值。然而，从375μa的强度开始，即使在刺激结束后，对mr的促进仍然存在，这种效果通过更高强度的ds进一步加强(图32，分图c、d)。在四个实验中，在ds之前和之后考虑了20个连续测试脉冲(375μa，1min)，ta(图32，分图e，p＝0.019，配对t检验，n＝4)和sol(图32，分图f，p＝0.032，配对t检验，n＝4)的mr峰值幅度都显著增强，ta反应高于sol。总之，沿多个脊柱节段施加的单脉冲诱导来自ta和sol的emg反应，对ds具有相似的灵敏度。另一方面，当ds以最大强度(600μa)传递时，ta的反应幅度变得大于sol。
[0692]
重复递送较长的ds会影响脊髓诱导反应
[0693]
如上所述，ds的影响在方案施加期间和短后刺激窗口(约2分钟)内观察到。这表明，除了应用到不同来源的并发电脉冲的简单总和之外(dose等人(2016)spinal cord,54:93-101)，ds可以诱导在刺激停止后持续更长时间的协同反应。事实上，随着ds的多次和连续传递，需要更长的休息时间才能稳定地恢复刺激前的基线值，这表明在短距离内提供重复ds施加的附加效应。因此，设计了一个名为“重复动态刺激(rds)”的方案，它提供八个ds间隙，定期插入一分钟的停顿，以达到十一分钟的总长度。
[0694]
弱节段脉冲(500μa)的持续传递引起针对t13和l1脊椎水平之间的脊髓左侧的小脊椎诱导反应(l3/l6脊髓水平，阴极在左侧；图33，分图b)。rds方案在其递送结束时大大增加了mr的峰值(图33，分图a)，并且在递送多个ds后，mr分量的幅度继续增加(图33，分图c)。这种效果在刺激后持续长达八分钟。通过对100次连续emg反应(5min)的单峰值幅度进行平均而获得的平均值的比较是在从rds前控制和重复刺激结束时记录的值中进行的显示出由rds引起的运动反应的显著增加(图33，分图d，p＝0.017，配对t检验，n＝7)表明rds方案在停止刺激后五分钟内增加了mr的峰值显示出比单次施加更持久的效果。
[0695]
增加脊髓网络的兴奋性有利于下行输入
[0696]
ds调节由分段或纵向施加到脊髓的脉冲引起的emg反应。我们想知道这种效应是否与沿下行纤维的脉冲传导增强有关。为了更好地探索这种可能性，皮层刺激(0.1-1ms持
续时间)双侧诱导了后肢的运动反应。在800μa的强度下，这些运动电势的特征包括在～10ms的第一反应和在25-35ms的延迟、变化更大的反应(图34，分图a，右)。在同一个实验中，亚阈值脉冲(500μa)未诱导任何运动诱导电势(图34，分图a，中)。然而，当相同弱强度的单脉冲与ds一起传递时，即使强度低至300μa，ta运动电势也出现(图34，分图a，左)，然后在ds终止后迅速消失。在另一只动物中，通过将ds的强度(600μa)加倍，亚阈值单脉冲引起的运动诱导反应的出现甚至在脊髓刺激结束后持续几分钟，最终在刺激后静止期的后期消失(图34，分图b)。在另一只动物中，小运动反应由700μa的单脉冲引起，并由ds(375μa)增强，这种效应在ds结束时持续存在(图34，分图c)。正如通过从150μa至600μa连续增加ds的强度所观察到的那样，375μa是ds的最低强度，在该强度下，皮质诱导的运动电势持续高于刺激前对照，甚至在方案结束后两分钟(图34，分图d)。
[0697]
总之，ds增强了由运动区域的直接电刺激引起的运动诱导电势。更重要的是，当与亚阈值强度的皮质脉冲配对时，无法在控制中产生任何反应，ds促进了运动反应的表达。这使得该新颖方案在利用脊髓损伤后备用的电无能运动纤维沿受伤脊髓重建一些纵向连接并增强甚至恢复自愿运动控制方面可能值得注意。
[0698]
讨论
[0699]
动态与强直刺激模式
[0700]
在目前的研究中，我们采用了一种随机调制模式，沿脊髓动态传递到多个部位。这些动态变化的模式由不断变化的频率、振幅和极性组成，与传统的单一频率和振幅的“干净”矩形波相反。我们称这种调制方法为：动态刺激(ds)，与更静态的定型脉冲串相反。在完全麻醉的成年大鼠中，该工具在方案结束后引发了定型的节律性放电，这可能反映了脊髓网络兴奋性的短暂增加。
[0701]
此外，ds增加了延迟在5和10ms(mr)之间的emg反应的分量，并由节段性硬膜外弱脉冲引起，这种影响在方案结束后仍然存在。ds的功效取决于其强度，其效果在低水平(约225μa)刺激下已经可见。此外，与标准强直40hz刺激相比，ds在增加脊髓诱导反应的幅度方面更有效，甚至在方案终止后的时间更长。当通过硬膜外阵列施加在多达四个脊柱节段上或经颅骨施加在皮质运动区域上的弱脉冲引起时，也出现了反应促进作用。ds的重复递送诱导了更长时间的emg反应幅度的促进。因此，异步ds模式的刺激增加了脊椎网络的突触效率，并在体内条件下促进了成年大鼠的皮质脊髓连接。
[0702]
亚阈值刺激期间引起的运动反应的可变性
[0703]
在本研究中，弱强度的单脉冲引起小运动反应，特征性地跨越脊髓的多个节段(gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma.,32:1968-1980；minassian等人(2007)muscle nerve,35:327-336)。一旦用单脉冲刺激背表面，就会获得具有不同延迟的复合emg反应。然后，通过增加刺激强度，反应首先出现，具有中等潜伏期，然后是晚期反应，最后以最高强度出现短潜伏期反应(lavrov等人,(2006)j.neurophysiol.,96:1699-1710；gerasimenko等人(2006)j.neurosci.methods,157:253-263)，该短潜伏期反应对应于腹侧运动神经元的直接活化。此前已经报道，通过将刺激强度增加到最大肌肉募集(同上)来调节每个诱导反应的幅度。
[0704]
本研究中主要使用的低强度刺激接近于肌肉活化的阈值，而不会引起明显的肢体运动。具有中等和晚期emg潜伏期的低强度刺激反应反映了在其他脊椎网络内或可能在其
他脊椎网络之间募集多种突触组合。另一方面，当长时间以低频传递弱脉冲时，运动诱导反应会自发地调节。事实上，基线运动反应的幅度和潜伏期随机变化，屈肌和/或伸肌的运动池活化之间无任何相关性，这表明随机、自发的突触事件似乎是神经运动系统的内在特征，可以被利用诱导共振的异步刺激模式(mart
í
nez等人(2007)j.neurophysiol.,97:4007-4016)。在麻醉状态下的成年大鼠中观察到了这种效应，并且在清醒的大鼠中可能会更加显著，其中脊椎网络的兴奋状态随着它处理大量的多模式输入而不断变化(gerasimenko等人(2006)j.neurosci.methods,157:253-263)。脊椎网络固有的自发调制可能在定义脊髓直接电刺激的效果方面发挥作用，尤其是在低强度下。此外，如果刺激频率是达到一定程度的选择性以调节不同运动输出的关键因素(minassian等人(2007)hum.mov.sci.,26:275-295)，则当给定的多模式输入集合到达给定的运动池组合时，刺激的真正影响取决于脊椎网络的生理状态。事实上，网络兴奋性的固有调制频率是至关重要的，尤其是在低强度刺激下，在总结或过滤外部脉冲，然后定义网络接收到的刺激的有效频率时。虽然ds增加了emg反应的幅度，但它们仍然是可变的，这表明ds即使在麻醉状态下也利用相同的内源性调节运动输出机制。
[0705]
具有动态变化波形的刺激
[0706]
传统硬膜外刺激使用一连串定型脉冲的机制以及采用可以在损伤后选择性地活化迈步或站立的选定频率的机制仍然知之甚少。同样，ds波形增加脊髓诱导反应的机制仍不清楚。事实上，在新生儿体外准备中，“嘈杂”波被发送到腰椎cpg以触发运动样放电的时期(nistri等人(2010)ann.n.y.acad.sci.1198:242-251)。相反，在此处，异步刺激主要针对腰骶本体脊髓网络，以影响负责调节脊髓诱导运动输出的电路的兴奋性。然而，通过将ds施加于体内麻醉的成年动物，在引发最佳反应所需的复杂程度方面出现了更多问题。此外，更完整的准备使得难以区分对运动输出的轻微影响，即ds的每个独特特征所起的作用，即使用两个横向波形而不是一个，同时错开起始和阴极位置的两种模式。虽然如此，还是选择了ds的配置，它提供了电场幅度、频率和方向的高度可变性。
[0707]
同时，ds传递几分钟后，多个运动池中出现的节律性自发活动表明神经元间网络的短暂调节可以协调不同运动池的选择，以在腰骶段内活化。即使在经历较长时间的刺激时，运动池自发活动的类似增加也不会发生在减少的准备中(dingu等人(2016)neuromodulation,19:38-46)。另一方面，涉及负重迈步的体内实验几乎肯定会揭示更高水平的变量，但也揭示了模式化的多模式输入，以及当脊椎网络被神经调节到不同的生理状态时，这种输入是如何改变的。
[0708]
总之，在ds之后，施加到脊髓背侧的单一微弱电刺激可以促进更易兴奋或可能更大的神经元间网络的募集。也许这会导致更多运动神经元和更多运动池的活化，从而产生更强大的运动反应。
[0709]
此外，在我们的方案中，两个动态变化的波形以交错的方式连续传递。ds的两个波中的大量尖峰和频率范围及其可变性可能会以最佳延迟收敛到脊椎网络上，以利用尖峰时间依赖的可塑性现象(song等人(2000)nat.neurosci.,3:919-926；dan&poo(2006)physiol.rev.,86:1033-1048)。特别是，在腰椎网络中，ds可能会最佳地将突触后末端的逆向去极化与突触前末端的顺向去极化配对，如此前的成对脉冲刺激方案所述，增加了emg反应的幅度(7)。
[0710]
新型配对相关刺激仅限于脊髓。
[0711]
即使在受伤后，向上和向下传递到运动通路末端(外周神经和皮层)并收敛到脊椎网络上的定型脉冲串也有效地促进了运动输出(poon等人(2008)exp.brain res.,188:13-21；cortes等人(2011)clin.neurophysiol.,122:2254-2259；bunday&perez(2012)curr.biol.,22:2355-2361；tolmacheva等人,(2017)j.neurotrauma,34:2668-2674；urbin等人,(2017)j.neurophysiol.,118:2171-2180)。最近，通过缩短两个刺激部位之间的距离，即直接施加到皮层和脊髓的脉冲，已证实了配对相关刺激(dixon等人(2016)j.neurophysiol.,116:904-916；mishra等人(2017)j.physiol.,5:6953-6968)。到目前为止，由于缺乏具有完全独立电极的硬膜外阵列，允许同时刺激具有不同模式的脊髓的两个部分，然而阻碍了对脊髓网络的更局部关联刺激。相反，本研究中使用的新型接口允许将两个脉冲模式配对，这些脉冲模式收敛到脊椎网络上，并沿四个脊柱节段向头侧和尾侧传递。在我们的方案中，两个动态变化的波形以交错的方式连续传递。ds的两个波中的大量尖峰和频率范围及其可变性可能会以最佳延迟收敛到脊椎网络上，以利用尖峰时间依赖的可塑性现象(song等人(2000)nat.neurosci.,3:919-926；caporale和dan(2008)annu.rev.neurosci.,31:25-46)。特别是，在腰椎网络中，ds可能会最佳地将突触后末端的逆向去极化与突触前末端的顺向去极化配对，如此前的成对脉冲刺激方案所述，增加了emg反应的幅度(bunday和perez(2012)curr.biol.,22:2355-2361)。
[0712]
此外，在具有临床定义的完全性脊髓损伤的个体中，由于现实世界中脊髓损伤的广泛可变性，发现用于促进运动输出的两种相关刺激的最佳潜伏期可能很困难。事实上，每个病变都可以触发多突触束重新路由的独特模式，这可能需要不同的配对延迟。我们的硬膜外刺激方案由两种不同的广谱谐波模式组成，应为上升和下降输入的耦合提供多种组合，从而增加最佳调整配对延迟的可能性，从而使更多个体受益。
[0713]
结论
[0714]
在本研究中，我们探索了一种通过新颖的脊髓硬膜外接口传递的噪声刺激的新模式。这两种资源提供了测试可变和多部位脊柱刺激潜力的方法，与刺激的强直模式相比，通过增加脊椎网络的兴奋性和更强大的腰骶网络调制。此外，ds刺激范例与与阈下皮层输入诱导的运动输出促进相关的模式有关。
[0715]
扩展数据
[0716]
图38展示了用于来自不同动物模型和不同肌肉(下肢、上肢、尿道括约肌、骨盆底)的动态刺激的其他emg信号。合适的emg信号包括但不限于灵长类动物(例如，恒河猴、人)手和/或臂肌肉、骨盆底肌肉、腿和/或足部肌肉等。
[0717]
如图39、40和41所示，在三种不同的动物中，测试脉冲的反应不仅被下肢肌肉，而且也被背线的表面上的多个位点同时记录。脊髓相邻部位引起的去极化出现，具有不同的潜伏期，在局部刺激伪影后几百微秒开始。
[0718]
如图42所示，当阵列在l1水平被急性放置在脊髓挫伤上时，在病灶下方传递的高测试脉冲不会引发任何脊髓反射，而仅从背索产生很小的反应。然后，施加重复的动态刺激方案。继而，相同的测试脉冲现在能够稳定地引发后肢的肌肉收缩，并且从脊椎部位也记录到更多的放电。
[0719]
突出.
[0720]
通过一项创新技术，可以从背索表面的不同部位同时记录多个电势，这表明硬膜外刺激引起的活化模式不是沿着脊髓的简单被动传导，而是突出输入的优先方向传播。
[0721]
在挫伤性病变后不久，在病变部位重复传递动态刺激可恢复后肢肌肉收缩并增加脊髓背电势的幅度。
[0722]
实施例3
[0723]
remotess：通过经皮脊髓电刺激恢复运动性
[0724]
引言：
[0725]
gi逻辑有限公司开发了一种一次性、非侵入性、声学胃肠监测(agis)生物传感器。agis传感器(abstats)允许对整个声谱范围内的肠鸣音进行连续和自动分析，包括低于人耳检测阈值的赫兹范围。abstatas已在术后肠梗阻(poi)患者中成功测试，以识别肠道声率(ir)。使用这种方法，我们使用abstats来确定经皮脊髓电刺激(tess)对ir的影响。这种方法使用我们为下泌尿道功能(tessla)开发的tess装置，称为remotess(通过经皮脊髓电刺激恢复运动性)。
[0726]
方法：
[0727]
按照建议将abstat传感器连接至患者身上。最初15分钟的数据被记录为无tess的基线。接下来，tess在t1或l1脊椎水平以不同的频率和强度打开。bstats持续监控ir。
[0728]
结果：
[0729]
在基线期间，ir在0和0.5之间(平均每2min)。在l1引入remotess(高频)在一个小时的时间内增加了ir。然而，remotess在t11或l1(低频)传输后在几分钟内显著增加了ir。增加ir的最有效部位似乎在t8-l1之间。增加的ir将总体运动性从低运动性改变为中度运动性到高运动性，表明使用remotess来改善便秘和总体低运动性患者的生活质量(参见，例如，图43)。
[0730]
使用相同的方法，在t8和t11(高频)之间传递的remotess似乎降低了运动性，更有效的部位是尾部部位(～t11)，这表明使用remotess可以改善大便失禁患者的生活质量。
[0731]
结论：
[0732]
以独特的方式提供tess可活化脊髓，通过恢复正常运动(remotess)来改善胃肠道功能障碍患者的生活质量，并可用于大便失禁患者和便秘患者。
[0733]
实施例4
[0734]
结果：使用经皮刺激恢复压力和急迫性尿失禁
[0735]
膀胱过度活动症影响着世界12％至30％的人口。伴随的尿急、尿频和尿失禁会对个人的生活质量产生深远的影响，导致抑郁和自我价值的丧失、社会孤立、避免性活动和工作效率下降。此外，仅在美国，与膀胱过度活动症相关的医疗保健费用估计每年在650亿和750亿美元之间。
[0736]
我们展示了使用独特的非侵入性脊髓刺激方法tessla，我们可以改善完全和不完全脊髓损伤个体的整体膀胱功能。
[0737]
同样，我们已经在患有特发性膀胱的身体健全的人身上证明，tessla是一种有效的治疗工具，通过减少压力性和急迫性尿失禁的冲动来改善膀胱功能。
[0738]
患者出现的症状包括：
[0739]
膀胱充盈感降低
[0740]
无法保持充盈的膀胱
[0741]
白天尿频
[0742]
夜间尿频
[0743]
因打喷嚏、咳嗽或大笑而引起的压力性尿失禁
[0744]
急迫性尿失禁
[0745]
排泄需巨大努力
[0746]
开始努力排泄和开始实际尿流之间的时间增加
[0747]
弄湿尿布
[0748]
弄湿衣服
[0749]
使用tessla装置接受治疗后，患者报告：
[0750]
改善了膀胱充盈感，即，他们知道膀胱何时充盈
[0751]
给他们一个更长的窗口期来找到洗手间
[0752]
感觉以最小的冲动发生，从而使患者更好地控制
[0753]
减少了排泄时的冲动
[0754]
增加了白天排泄周期之间的时间
[0755]
增加了夜间排泄周期之间的时间
[0756]
减少了因压力诸如咳嗽或大笑引起的尿失禁发生率
[0757]
减少了因膀胱过度充盈引起的冲动发生率
[0758]
以最少的努力更自然的排泄
[0759]
减少了努力和开始排泄之间的时间
[0760]
减少了对尿布的需求
[0761]
这同样适用于具有神经性膀胱的个体，包括
[0762]
中风
[0763]
多发性硬化
[0764]
帕金森病
[0765]
阿尔茨海默氏病
[0766]
脑性麻痹
[0767]
神经根的非侵入性刺激。
[0768]
电极放置在s2-s3根部
[0769]
电极放置在椎间孔出口处
[0770]
在以下配置中提供的刺激：
[0771]
仅脊髓
[0772]
脊髓 神经根
[0773]
脊髓 椎间孔
[0774]
仅神经根
[0775]
神经根 椎间孔
[0776]
脊髓 神经根 椎间孔
[0777]
施加的刺激器如图44所示。图45显示了人类中风的初步研究结果。
[0778]
如表7和表8所示，群体中膀胱功能障碍的发生率很高。因此，本文描述的方法具有
广泛的实用性。
[0779]
表7.特发性膀胱功能障碍的发病率。
[0780][0781]
表8.与神经功能障碍相关的膀胱功能障碍的发病率。
[0782][0783]
此外，与其他方式相比，本文描述的方法要便宜得多。此外，本文描述的方法提供了许多主要益处，包括但不限于减少对尿布和导管的需求、减少漏尿、减少泌尿道感染(uti)、提高生产力和自信心(包括增加与日常生活相关的活动的能力)，从而提供更大的独立性并降低医疗费用。从医疗保健提供者的角度来看，本文提供的方法提高了效率，减少了并发症(例如，与导尿相关的感染)。
[0784]
实施例5
[0785]
经皮脊髓电神经调制器(tescon)改善膀胱过度活动症的症状
[0786]
实施例5的概述
[0787]
神经调节是一种治疗技术，在治疗特发性下泌尿道(lut)功能障碍(诸如膀胱过度活动症(oab))中得到了很好的认可。我们最近开发了一种新的神经调节方法，即经皮脊髓电神经调节(tescon)，并在尿动力学研究期间证明了其对脊髓损伤(sci)后lut功能障碍的急性影响。我们发现，在尿动力学研究期间，tescon可以促进尿液储存并诱导排泄。本研究的目的是确定tescon是否可以重新训练脊椎神经网络以诱导lut的慢性改善，这样即使在没有刺激的情况下，积极的变化也能持续。此外，我们希望检查tescon对多种病理引起的
lut功能障碍的影响。为实现这一目标，14名患者(sci＝5，中风＝5，多发性硬化(ms)＝3，特发性oab(ioab)＝1)在8周内完成了24个tescon疗程。患者在接受tescon治疗之前和之后完成了尿动力学研究。此外，每位受试者在接受tescon治疗之前和之后都完成了排泄日记和神经源性膀胱症状评分问卷。我们发现tescon导致逼尿肌过度活动减少，改善失禁，并增强lut功能障碍背后不同病理的lut感觉。本研究作为一项试验，为严格的随机安慰剂对照试验做准备，该试验旨在证明tescon在神经源性和非神经源性条件下对lut功能的影响。
[0788]
引言
[0789]
下泌尿道(lut，由膀胱和膀胱出口组成)有两个主要作用：储存和排空尿液。当储存或排泄受损时会发生lut功能障碍，导致尿失禁或尿潴留。lut功能障碍在神经系统疾病患者和一般群体中很常见(de groat(1997)urology,50:36-52；discussion 53-36；jeong等人(2010)the urologic clinics of north america 37:537-546)。就神经系统疾病而言，lut功能障碍的发生是因为负责lut和神经排尿中心之间通信的正常通路被破坏。虽然特发性lut功能障碍的机制不那么明显，但认为神经系统至少部分与大多数病例有关。lut功能障碍具有深远的影响，从危及患者的健康(如脊髓损伤(sci)后管理不善的lut功能障碍的情况)到显著影响患者的生活质量(如特发性膀胱过度活动症(ioab)和中风后lut功能障碍的情况)。
[0790]
虽然通常假设瘫痪者优先考虑下肢功能的恢复，但多项研究表明，恢复膀胱功能排在前2-3位，高于目标诸如恢复下肢功能(anderson(2004)j.neurotrauma,21:1371-1383)。同样，中风后尿失禁是熟知的导致长期残疾、抑郁和住院的风险因素(panfili等人(2017)the urologic clinics of north america,44:403-414)。目前的lut治疗侧重于管理这些并发症，而没有解决根本原因或试图使功能正常化或恢复(stohrer等人(2009)european urology,56:81-88)。诸如sci、中风、多发性硬化(ms)和ioab等疾病中存在尿失禁、频率和尿急。虽然造成这种情况的原因可能有所不同，但逼尿肌过度活动(或不受抑制的逼尿肌收缩)是在这些情况下观察到的常见生理现象。有多种治疗方法可以纠正储尿功能；然而，它们并不总是合适的群体(例如，认知障碍患者的抗胆碱能药物；风险患者膀胱内注射肉毒杆菌毒素以保留)并且他们不会尝试恢复正常的lut功能。另一方面，神经调节的前提是纠正潜在的神经缺陷，从而恢复终末器官的功能。一些神经调节技术在ioab中已经成熟，包括骶神经刺激(dasgupta等人(2005)j.urology,174:2268-2272)和经皮胫神经刺激(peters等人(2010)j.urology,183:1438-1443)。我们最近开发了一种新的神经调节方法，即经皮脊髓电神经调节(tescon)，这是一种新型的非侵入神经调节技术，可促进神经损伤后的功能恢复。这种模式具有自动性和前馈性(gerasimenko等人(2017)neuroscientist 23:441-453)脊髓神经网络的特征，以活化脊髓网络的内在控制，这足以使自主控制恢复。我们此前已经证明，在尿动力学研究期间，急性tescon促进了sci患者的尿液储存并促进了膀胱排空(gad等人(2018)front.neurosci.12:432)。当高频刺激时，患者逼尿肌过度活动减少，膀胱容量增加，逼尿肌-括约肌协同失调改善；另一方面，当刺激以低频提供时，受试者表现出改善的排泄效率。lut功能的这些变化仅在主动刺激期间受到关注。在这项研究中，我们希望确定数周内的重复刺激是否可以重新训练脊椎神经网络以重新学习及时存储和排泄。此外，鉴于存储lut症状和生理现象(例如逼尿肌过度活跃)在多种情况下的相似性，我们希望将tescon的施用扩展到由于中风、ms和ioab引起的lut功能障碍。最后，我们的
目标是通过检查排泄日记和经过验证的临床问卷在治疗过程中的变化，对tescon对lut的影响进行临床评估。
[0791]
方法
[0792]
患者募集
[0793]
这项研究得到了rancho研究机构的机构审查委员会的批准，rancho研究机构是rancho los amigos国家康复中心(downey,ca)的研究机构。所有研究参与者在研究开始前签署了知情同意书，并同意他们的数据用于未来的出版物和演示。五名患者(四名男性和一名女性)在t8或以上使用清洁间歇导尿术(cic)的稳定(诊断后1年以上)sci，五名患者(三名男性和两名女性)患有稳定的皮质中风(诊断后1年以上)，三名女患者患有进行性ms的症状至少1年，一名女患者患有特发性oab而被募集(参见，表9)。所有患者均出现尿失禁症状，有感觉的(即非sci)患者报告尿频和尿急。
[0794]
表9.表格汇总了14名患者、他们的病理(n＝5sci、5名中风、n＝3ms以及n＝1ioab)受伤部位、受伤严重度、受伤后几个月、目前的膀胱管理技术、lut症状和目前的药物治疗。sci：脊髓损伤，cva：大脑血管意外，ms：多发性硬化，cic：清洁间歇性导管插入术。
[0795]
[0796][0797]
初步评估
[0798]
每位患者都接受了详细的病史和体格检查，并使用神经源性膀胱症状评分(nbss)完成了对lut症状的评估。根据国际尿控学会(ics)指南，使用来自laborie(ontario,canada)的goby尿动力学系统对sci和中风受试者进行了基线尿动力学研究。为了模拟在治疗前可能不会对患者进行尿动力学评估的临床环境，ms和特发性oab受试者仅通过详细的病史和身体状况、排泄日记和nbss进行评估。在初次访问之后，每个受试者完成了为期4天的排泄日记。
[0799]
脊髓刺激的传递
[0800]
使用专有的tescon装置(spinex,inc)进行刺激。刺激波形由两个极性相反的交替脉冲组成，由1us延迟分隔以形成延迟的双相波形。脉冲由高频双相载波脉冲(10khz)和低频(30hz)突发脉冲组成，每个脉冲宽度为1ms。使用t11和l1棘间韧带上的粘合电极作为阴极，使用髂嵴上方的两个粘合电极作为阳极进行刺激。这些频率是根据我们此前的发现来选择的，这些发现证明了尿失禁的最大减少和膀胱容量的增加(gad等人(2018)front.neurosci.12:432)。
[0801]
刺激参数的识别
[0802]
sci和中风患者接受了此前公布的刺激参数选择的正式评估。简而言之，放置尿动力学双端口尿道导管和尿动力学直肠导管以分别测量膀胱内(p
ves
)、尿道外括约肌(p
ura
)和腹部(p
abd
)压力。如上所述进行刺激。随着刺激强度的增加，为每个参数构建剂量反应曲线。选择了在p
ura
中产生显著变化，而p
det
几乎没有变化的刺激强度(图46)。这种刺激强度并没有给患者带来任何不适。然后根据ics指南进行尿动力学研究，同时进行tescon刺激。再次，为了模拟排除此类评估的临床环境，以预选频率(30hz)和位置(t11和l1)刺激患有ms和特发性oab的受试者。刺激强度被设置为不会引起皮肤不适或引起骨盆底肌肉或下肢肌肉的任何肌肉活化的最高电流。
[0803]
tescon疗程
[0804]
在基线评估之后，邀请患者返回接受90分钟刺激的8周tescon疗程。每名受试者每周完成三个刺激疗程。
[0805]
刺激后评估
[0806]
在最后一次刺激后一周内，sci和中风患者在不使用tescon的情况下完成了另一项临床尿动力学研究。所有患者此时也完成了nbss，并在最终评估前4天提交了排泄日记。
[0807]
数据和统计学分析
[0808]
在sci和中风受试者中收集了以下尿动力学变量：1)膀胱容量，2)排泄效率，3)排泄收缩期间的最大逼尿肌压力，4)充盈和排泄收缩期间尿道括约肌压力的变化，5)第一感
觉时的体积，以及6)膀胱容量和排泄收缩开始之间的时间。“δp
ura
充盈”被定义为在充盈循环期间p
ura
中观察到的压力变化。“p
ura
基线”被定义为充盈开始前p
ura
中的压力。“δp
det
排泄”和“δp
ura
排泄”被定义为在膀胱容量和排泄之间分别p
det
和δp
ura
中观察到的压力变化。配对t检验用于确定尿动力学参数、参与者的nbss评分以及使用和不使用tescon以及治疗前后的每日排泄次数和尿失禁次数差异的显著性。
[0809]
结果
[0810]
sci和中风患者的尿动力学评估
[0811]
在基线尿动力学期间，sci患者在排泄期间表现出逼尿肌过度活动、排泄效率低和逼尿肌括约肌协同失调。中风患者膀胱容量低，逼尿肌过度活动和适当的排泄效率(图47)(weld和dmochowski(2000)urology,55:490-494；weld等人(2000)urology,56:565-568)。sci患者中tescon的急性递送减少了逼尿肌过度活动，增加了膀胱容量，改善了逼尿肌和尿道外括约肌之间的协调并提高了排泄效率(图48)，这与我们早期的观察结果一致(gad等人(2018)front.neurosci.12:432)。相比之下，中风患者未表现出膀胱容量或排泄效率的变化。然而，中风患者在第一次膀胱感觉时表现出容量增加，并且延迟排泄能力显著增加，如通过达到膀胱容量和开始排泄之间的时间所测量(p《0.05)(图49)。完成8周治疗干预后，两组患者(n＝5中风和n＝5sci)均表现出膀胱容量增加(p《0.05，图50，分图a)(不使用tescon)；然而，在任何一组中均未观察到排泄效率的变化(50，分图b)。与治疗前相比，在尿道口记录的平均基线压力(p
ura
)和尿动力循环充盈阶段期间p
ura
的变化高于治疗前(p《0.05)(50，分图c和d)。排泄期间逼尿肌压力(p
det
)在治疗前后无变化(图50，分图e)。
[0812]
患者的临床评估
[0813]
所有患者都接受了4天排泄日记和nbss形式的临床评估。十三名神经源性患者中有十一名(n＝4sci，n＝5中风和n＝2ms)报告nbss至少降低了五点(最小临床重要差异，mcid)(welk等人(2018)spinal cord.56:259-264)(图51，分图a)。nbss中的平均得分从35.9
±
2.6下降到26.6
±
3.1(p《0.05)，最高变化为34分，最低为0(图51，分图c和d)。注意，在所有病理中都观察到nbss评分的显著降低(图51，分图e)。nbss降低在不同基础病理中的分布没有明显的趋势。所有患者还报告，每天的失禁发作次数显著减少(漏尿减少约68％，p《0.05)(图52，分图a)，每天排泄/cic发作次数减少(12％)(图52，分图b)以及夜间排泄/cic发作显著减少(～37％)，如排泄日记(图52，分图c)中所记录。未报告不良事件(ae)。所有患者都报告对治疗感到满意，如果提供治疗，他们会继续治疗超过8周。
[0814]
讨论
[0815]
神经调节能够恢复lut的感觉和运动控制
[0816]
神经系统的多个组分在lut控制中发挥作用。因此，当神经系统的一个或多个组分受到疾病的影响时，就会出现lut功能障碍。虽然现代管理技术已确保lut功能障碍很少有危险，但它几乎不可避免地会对患者的生活质量产生显著影响。目前针对神经源性和特发性情况下的lut功能障碍的一些疗法可有效预防尿失禁(例如，抗胆碱能药、β-激动剂、肉毒杆菌毒素注射)，但它们不能恢复正常的膀胱感觉或排泄功能，有时会以牺牲自己的代价实现禁制。另一方面，脊髓神经调节是一种技术，其前提是通过提供亚运动阈值电刺激来恢复神经控制功能，该电刺激可以将控制神经网络转变为更多功能的生理状态。非侵入脊髓刺激8周后，膀胱容量增加。sci患者在逼尿肌收缩期间也表现出改善的逼尿肌-括约肌协同失
调。所有患者都报告膀胱充盈感有所改善，紧迫感与逼尿肌过度活动(或自愿排泄收缩)的第一次发作之间的潜伏期增加。这些效果似乎是持久的，因为即使在治疗结束后一周也观察到它们。
[0817]
神经调节领域的一个常见问题是，硬膜外和经皮脊髓刺激的比较如何？一些更重要的比较是1)为给定的靶器官系统向功能最有效的神经元网络提供所需刺激参数的能力，2)患者可接受性以及实施干预的容易性和可及性，3)干预成本，以及4)干预的安全性。迄今为止，没有足够的知识来衡量优势，但似乎可以合理地得出这样的结论：这两种方法都应该继续开发和测试。鉴于迄今为止的数据，几乎不可避免的是，最佳方法选择将基于由患者、医生和护理人员判断的特定患者的利弊的净结果。
[0818]
为了简要地扩展其中的一些要点，很明显，使用经皮方法，只需沿脊髓长度移动电极即可靶向多个器官系统(gad(2018)j.neurotrauma,35:2145-2158；gad等人(2018)front.neurosci.12:432；gad等人(2018)j.neurophysiol.119:1521-1527；inanici等人(2018)ieee trans.neural sys.&rehab.engin.ieee engineering in medicine and biology society 26:1272-1278；phillips等人(2018)j.neurotrauma,35:446-451；rath等人(2018)j.neurotrama,35:2540-2553；hofstoetter等人(2019)j.neurotrauma,10.1089/neu.2019.6588；sayenko等人(2019)j.neurotrauma,36:1435-1450)。硬膜外刺激在治疗自主神经(harkema等人(2018)front.hum.neurosci.12:83；herrity等人(2018)sci.rep.8:8688；hubscher等人(2018)plos one,13:e0190998)和运动功能(grahn等人(2017)mayo clin proc.92:544-554；angeli等人(2018)new eng.j.med.379:1244-1250；gill等人(2018)nature med.24:1942；wagner等人(2018)nature,563:65-71)是有效的，同时保持植入物的整体位置，即使与经皮刺激相比，神经调节的神经网络的范围可能更加有限。迄今为止的证据表明，由于可以调节到多个器官系统的更全面的网络组合，经皮方法通常具有更大的优势。更广泛的网络的活化可以启用多个肌肉群，并依赖于脊髓的自动性和前馈性(gerasimenko等人(2017)neuroscientist 23:441-453)。与硬膜外方法相比，经皮方法的一个缺点是不方便经常穿脱电极，并且空间分辨率较低。虽然只有在同一名患者中进行并排比较才能提供更明确的答案，但经皮方法绝对可以帮助筛选潜在的反应者并提供有关有效刺激目标的见解。如果这被视为一种更长期的解决方案，则可以从经皮方法着手进行植入策略。然而，反向方法会更成问题。
[0819]
可以恢复具有临床意义的lut功能水平
[0820]
与在尿动力学测试中观察到的生理变化一样重要的是通过排泄日记和nbss评估的临床改善。nbss是经过验证的问卷(welk等人(2018)spinal cord.56:259-264)，它解决了神经系统疾病患者的常见泌尿科主诉(例如，失禁、频率、尿急及其对生活质量的影响)。最近，一项针对sci和多发性硬化患者的初步研究显示了nbss检测有意义的临床变化的能力，这些患者接受肉毒杆菌毒素注射治疗神经源性尿失禁(fragala等人(2015)int.neurol.j.19:272-277)。在我们的研究中，超过85％的神经源性膀胱患者报告，在完成tescon治疗后，整体nbss评分有统计学意义和临床意义的改善。在问卷的各个领域中，nbss的失禁发病率、生活质量和排泄/储存领域都有所改善。正如预期的那样，nbss的后果领域没有显著变化，因为问卷这一部分中的问题代表与泌尿道相关的慢性问题(例如，膀胱和肾结石)，预期不会立即改善lut功能的积极变化。然而，所有患者还报告每天尿失禁发作次数
显著减少或夜间排泄周期次数减少。与nbss评分中观察到的反应类似，在病理中未观察到明显的趋势。
[0821]
有助于恢复lut功能的机制因素
[0822]
虽然脊椎神经调节如何改善膀胱功能的机制细节尚不清楚，但许多但高度相关的机制可能有助于观察到的改善。我们假设刺激将传入和传出脊椎网络调节为更有效的状态。神经调节可能会改变脊椎网络对膀胱充盈和排空的反应，并提高对这些状态的意识。在长期tescon治疗后，受试者报告膀胱感觉有所改善，尿急减少。总之，这些发现表明，随着控制lut的局部脊柱中枢的重新活化和/或重新训练，负责大脑中有意识感觉的中枢神经系统部分可能已经重新参与，反映了非常显著的功能性神经可塑性水平。有趣的是，虽然损伤的病理、位置和严重度各不相同，但逼尿肌和尿道括约肌的脊柱控制是完整的，可以使用非侵入性方式进行改造。我们发现，在不使用tescon的情况下重复尿动力学测试时，8周治疗后的排泄效率没有改变，这表明驱动膀胱排空的副交感神经系统可能需要持续刺激以引起功能变化。另一方面，tescon似乎可以在交感神经和躯体系统中诱导长期存在的神经可塑性，从而驱动膀胱储存，我们发现膀胱容量和p
ura
即使在不进行刺激的情况下也显示出改善。
[0823]
虽然患者数量有限和缺乏假刺激的潜在缺点将在未来的随机对照临床试验中得到解决，但这些数据证明了使用非侵入性将膀胱功能的神经控制从功能障碍转变为功能状态的能力脊髓神经调节。我们之前的结果表明，在功能康复期间，脊髓神经调节可改善多种功能(运动和自主神经功能)(gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma,32:1968-1980；gad等人(2017)front.neurosci.11:333)。在这项研究中，然而，因为患者在接受tescon治疗时是坐着的，所以观察到运动功能的改善很小。在为因瘫痪而患有多器官功能障碍(自主神经和运动)的患者设计康复疗法时，tescon可以被证明是我们临床工具箱中的一个重要组成部分。此外，未来的研究还将在尿动力学研究期间同时进行功能性mri记录期间确定皮层的潜在慢性变化。这些数据使我们能够推测可以解释神经源性和非神经源性状态下的终末器官功能障碍的多种神经机制(例如，负责终末器官控制的中心之间的连接丧失，导致异常功能的异常神经连接的形成)。然而，控制lut的内在脊椎网络似乎不仅在受伤后持续存在，而且还有可能转变为更具功能性的状态。这些观察结果与我们在其他施用诸如下肢(gerasimenko等人(2015)j.neurotrauma,32:1968-1980；gad等人(2017)front.neurosci.11:333)和上肢功能康复(gad(2018)j.neurotrauma,35:2145-2158；inanici等人(2018)ieee trans.neural sys.&rehab.engin.ieee engineering in medicine and biology society 26:1272-1278)中对非侵入脊髓刺激的研究一致，我们一直观察到临床诊断为完全运动和感觉麻痹的个体的自主控制能力有所恢复。我们假设神经调节能够实现依赖活动的机制，将功能无能的脊髓和脊髓上网络转变为更高的功能状态。神经调节可以影响远离刺激部位的cns的一部分的想法得到了其他组数据的支持。例如，已知骶神经刺激(一种常用于特发性膀胱过动的外周神经调节方式)即使在急性刺激传递期间也会产生大脑信号的变化(dasgupta等人(2005)j.urology,174:2268-2272)。tescon可以改善各种疾病症态下的lut症状，这种令人鼓舞的发现鼓励探索其在与lut功能障碍相关的其他脑部病理(例如，帕金森病、脑性麻痹)中的应用，从而将这项技术的潜在影响扩大到更广泛疾病的范围。
[0824]
结论：
[0825]
我们已经成功证明tescon可以1)减少逼尿肌过度活动，增加膀胱容量并减少脊髓损伤、中风、多发性硬化和特发性膀胱过度活动患者的失禁发作，2)膀胱控制的感觉组分的功能转变通过延迟达到膀胱容量和开始排泄之间的时间来改善膀胱充盈感和意识，以及3)显著减少尿失禁发作和夜间排泄的次数，这也反映在nbss分数的变化中。这些观察结果表明控制膀胱功能的神经回路固有的功能自主水平。这是一个非常有吸引力的临床目标，用于在sci和其他神经源性膀胱病因中恢复更高水平的功能，因为它是一种非侵入性神经调节形式，可以通过活动依赖机制重新参与和恢复自主控制固有的自动性lut。
[0826]
实施例6
[0827]
用tescon调节肠道
[0828]
如图53所示，tescon(箭头)的急性递送导致肛门直肠区域和肠道肛门括约肌区域的收缩(压力变化)。增加tescon的强度会导致肠道区域的收缩更强烈。
[0829]
此外，如图54所示，当结合自愿努力和tescon时，强直tescon的急性和慢性递送导致压力变化的持续时间和强度增加。
[0830]
实施例7
[0831]
用tescon调节呼吸
[0832]
如图55所示，tescon的急性传递同时改变刺激强度会活化横膈膜和其他骨盆底肌肉以增加吸气和呼气能力。即使不使用tescon，在c5(突出显示)进行一小时的tescon治疗也会导致呼吸能力的长期增加(图56)。此外，即使在不使用tescon的情况下，两周的tescon治疗也能提高呼吸能力(图57)。
[0833]
实施例8
[0834]
急性神经调节可恢复严重脊髓损伤后脊髓诱导的运动反应
[0835]
实施例8的概述
[0836]
硬膜外脊髓电刺激可以促进已经完全瘫痪一年多的个体恢复自主运动控制。我们最近报告了一种名为动态刺激(ds)的新型神经调节方法，该方法可在完全麻醉的完整成年大鼠中短暂地增加脊髓兴奋性并产生强大的运动网络调节。在本实施例中，我们在l1处挫伤后立即将重复的ds模式施加于四个腰骶段。重复的ds传递恢复了此前被校准的脊髓挫伤抑制的脊髓诱导的运动emg反应。无ds递送的假实验不允许任何自发恢复。因此，ds独特地为瘫痪后更长期的功能恢复提供了潜力。
[0837]
引言
[0838]
脊髓损伤显著降低了尾部脊髓神经网络的静息活动水平(frigon和rossignol(2008)j.physiol.586:2927-2945)并可能降低甚至抑制脊髓损伤的运动网络诱导的诱导电势(courtine等人(2009)nat.neurosci.12:1333-1342)。同样，病变尾部网络的兴奋性也有很大的改变，即使是在视觉上不受初始创伤影响的部分(taccola等人(2010)eur.j.neurosci.31:60-78)。
[0839]
然而，它们的基线兴奋性可以通过强直硬膜外或经皮脊髓刺激和/或药理学活化的神经调节来改变。这些方案可以将兴奋性调节得更远或更接近在感觉运动和自主神经网络内部和之间产生动作电势所需的运动阈值，以反应其他刺激源(gerasimenkoet等人(2015)j.neurotrauma,32:1968-1980)。因此，脊椎网络生理状态的强直神经调节改变了网络兴奋超过兴奋阈值的概率。脊椎网络基础兴奋性的变化解释了皮肤和本体感受输入以及
来自下行运动通路的输入如何让人们在严重瘫痪后恢复脊柱上的连接(gad等人(2013)j.neurophysiol.110:1311-1322)。这些关键数量的感官刺激和/或脊髓上输入增加了基线兴奋性水平的升高是达到运动阈值并因此产生运动的两个主要条件(taccola等人(2018)prog.neurobiol.160:64-81)。事实上，脊髓网络已经从无反应状态转变为可以产生足够的去极化电流以诱导投射到多个运动池的运动神经元的中间神经元之间的协调动作电势的状态。
[0840]
为了从脊髓网络中引发类似运动的模式，在体外开发了一种以噪声波形为特征的独特刺激范例，以最佳地募集新生儿脊髓神经元网络(taccola(2011)j.neurophysiol.106:872-884)。然后将这种随机调制模式动态传递到完全麻醉的成年体内大鼠脊髓的不同部位(taccola等人(2020)brain stim.13(1:20-34)。这种方法被命名为动态刺激(ds)，与更静态的定型脉冲串相反。ds产生肌肉突发的模式，然后是短暂的节律性放电(taccola等人，出版中)。此外，在ds方案传递期间和之后，ds增强了由节段性硬膜外弱脉冲引起的emg反应的不同组分。ds的重复递送进一步增加了脊髓诱导的emg反应的幅度。
[0841]
然而，我们已经证明在严重sci后1周内脊髓诱导的运动反应的幅度降低，以及脊髓网络中背景活动的减少(lavrov等人(2008)j.neurosci.28:6022-6029)。此外，反应强度和潜伏期因刺激部位和损伤持续时间而异(gad等人(2013)j.neurophysiol.110:1311-1322)。此外，脊髓诱导反应重新出现的时程类似于严重sci后迈步的恢复，表明来自后肢肌肉的诱导反应可以代表sci后功能恢复的潜在生物标志物(gad等人(2015)j.neurophysiol.113:3386-3396)。然而，将脊髓网络中背景活动的调节与运动诱导反应的调节联系起来的机制仍然知之甚少。
[0842]
本研究的目的是确定动态噪声模式在校准脊髓损伤后恢复运动控制的功效。
[0843]
对8只成年雌性sprague dawley大鼠(体重250-300g)进行了实验。所有程序均经加州大学洛杉矶分校动物研究委员会批准，并符合美国国立卫生研究院(nih)实验室动物护理和使用指南提供的指导方针以及欧盟关于动物实验的指令(2010/63/eu)。
[0844]
首先，动物以1.5％-2.5％的恒定流速用异氟烷气体镇静，然后是氨基甲酸乙酯(1.2mg/kg，ip)。
[0845]
随后，将用于肌内肌电图(emg)的记录线状电极(as 632,cooner wire co,chatsworth,ca,usa)双侧植入胫前肌(ta)和比目鱼肌(sol)。emg信号经过带通滤波(增益1000，范围10hz至5khz，陷波频率为60hz)，放大(a-m systems model 1700差分交流放大器，a-m systems,sequim,wa,usa)，最后以10khz数字化(1440,molecular devices,llc,ca,usa)。
[0846]
使用高密度铂基多电极阵列进行信号传递，该阵列由三个纵向列和六个水平行的成对电极构成(chang等人(2014)conf proc ieee eng med biol soc.6834-6837；taccola等人(2020)brain stim.13(1:20-34)。在t12至l2椎板切除术后进行硬膜外背侧空间阵列植入，以背侧暴露脊髓。
[0847]
为了确定每次制备的阈值强度，采用了40个0.3hz的矩形脉冲串。每个刺激幅度进行五次扫描，以100μa的增量向上移动，范围从100至800μa。阈值被定义为从任何肌肉引起可检测的emg反应的最小强度。正如最近报道的那样(taccola等人(2020)同上)，ds由emg片段(29.5s长)组成，该片段是在迈步过程中从神经功能完好的成年大鼠的sol肌肉中收集
的。通过a-m systems 1700型差分交流放大器(a-msystems,sequim,wa,usa)在交流模式(增益1000，滤波器范围10hz至5khz，陷波频率为60hz)获得的迹线在10khz下进行数字化(1440,molecular devices,llc,ca,usa)，然后使用10.3软件(molecular devices,llc,ca,usa)以2000hz的采样率离线减少。然后，复制原始emg段，施加0.5秒的交错偏移，然后输出(如ascii文本文件)至可编程刺激器(stg multi channel systems,reutlingen,germany)以施用于阵列内的不同电极组合。该方案被传递到阵列中的两个横向电极列，具有相反的首尾阴极/阳极极性。
[0848]
通过施用电脉冲串(测试脉冲)(0.1ms持续时间，0.3hz频率)在氨基甲酸乙酯下测试脊髓功能。脉冲幅度在100
–
800μa范围内扫描5次后增加，以定义阈值强度并跟踪受伤后的募集曲线。严重脊髓损伤消除了脊髓引起的运动反应，使用校准的定制装置进行，该装置由33.0g重的钢棒从5cm处落到暴露的脊髓上。棒的末端是一个半径为1mm的圆柱形突出物，可直接撞击l5/l6的背脊中线。在小心地从脊髓表面抬起之前，将蓄积器留在原始受伤部位10秒。在撞击过程中，通过在胸部下方用2cm的棒支撑动物的腹部来稳定躯干。在病变40-90分钟后，通过施用电脉冲串(测试脉冲)(0.1ms持续时间，0.3hz频率)在氨基甲酸乙酯下测试脊髓功能。脉冲幅度在100
–
800μa范围内扫描5次后增加，以定义阈值强度并跟踪受伤后的募集曲线。用于评估脊髓功能的整个方案跨越40分钟，并在ds传递前复制两次。重复ds(rds)包括以1min的间隔传递八个30s的连续ds模式，总持续时间为11min。
[0849]
在病变后九十分钟，ta和sol肌肉中脊椎诱导的反应被抑制(图58，分图a)。以最大强度传递到损伤部位正下方部分的单脉冲(800μa)未引起任何反应(图58，分图a1)。在受伤后大约三小时，rds方案以600μa的强度施加(图58，分图b)，然后是长时间的静止期。在方案结束五十分钟后(图58，分图c)，相同的测试脉冲，通过右侧的阴极传递，从左腿的肌肉产生一致的反应，而没有来自右侧的任何输出(图58，分图c1)。相反，通过反转测试刺激的阴极/阳极极性(图58，分图d，阴极在左侧)，右腿的ta和sol显示出大的肌肉收缩，而左腿没有任何反应(图58，分图d1)。在撞击后190
±
17min施用rds时，在四只动物中进行了类似的观察。同样，在ds之前不存在的脊髓诱导反应，在撞击后228
±
18min测试时重新出现。
[0850]
进行进一步的评估以确保ds能够恢复脊柱诱导的反应，而不是通过较长静止期的自发恢复。因此，进行了四次假实验，以在没有任何ds递送的情况下复制相同的实验程序(图58，分图e-g)。在一个示例性实验中，受伤脊髓段缺乏emg反应，通过在受伤后长达250min的连续测试得到证实(图58，分图，分图e1、g1、h1)。此外，脊髓引起的反应的抑制也扩展到更多的头和尾段，最终证明在初始压缩后的最初几个小时内功能缺陷恶化(数据未显示)。
[0851]
在本研究中，我们利用了最近设计的具有噪声模式的多部位刺激方案，称为动态刺激(ds)，并通过由多电极阵列组成的硬膜外接口进行传递。最近，我们证明这两种资源调节运动网络并促进由亚阈值皮质输入引起的运动输出。在此处，在完全麻醉的动物中，我们证明了ds刺激范例与导致严重脊髓损伤后运动输出更大恢复的模式有关。
[0852]
与许多涉及神经康复的研究不同，我们的策略没有针对运动神经元网络进行运动，而是以病变部位为中心，以促进相邻节段的重新连接。这项研究的另一个原始点是在急性环境中(在受伤后的前三个小时内)对受损脊髓进行连续电刺激。这一发现表明有可能在硬膜外和/或经皮对受损脊髓采用新的动态刺激范例，作为限制脊髓损伤后功能丧失的第
一次手术干预。此外，rds的急性递送可促进多个器官系统的功能恢复，包括心血管(phillips等人(2018).j.neurotrauma,35(3):446-451)、膀胱功能(kreydin等人(2020)front.systems neurosci.,14:1)、手和臂功能(gad等人,2018,inanici等人,2018)和下肢功能(图58)，所有这些都受到脊髓损伤的影响。
[0853]
迄今为止，ds诱导的急性多重去极化抵消sci后早期功能障碍的方式尚未探索，同样，这种恢复的机制也远未阐明。
[0854]
然而，与此相反，迄今为止，据报道，沿着脊髓扩散的去极化会导致冲击损伤后的二次损伤(gorji等人(2004)neurobiol.dis.15:70-79)，因为它会释放另外的谷氨酸盐，达到对细胞的毒性水平并导致功能缺陷(hinzman等人(2015)exp.neurol.267:243-253)。在本研究中，ds的持续传递在病变部位急性施用产生了另外的去极化，矛盾的是，它不仅没有恶化功能缺陷，而且实际上一直促进运动输出的恢复。这种效果也很强大，另外当我们传递ds时，由损伤引起的可能的扩散去极化已经结束(损伤后3小时)。或者，ds可能限制了由创伤引发的扩散去极化，作为对络神经元中ds诱导的动作电势的爆发的反应，通过产生多个细胞膜后超极化来进行。事实上，这些在整个网络中的异步和扩散的超极化事件可以作为沿着扩散抑郁路径的不可兴奋节点，限制大规模传播。
[0855]
此外，ds的急性传递可能会逆转网络功能障碍的急性现象(taccola等人(2010)eur.j.neurosci.31:60-78)，这通过促进基于活动的塑性事件来进行(ganguly和poo(2013)neuron.80:729-741)。实际上，ds提供了一种相位刺激模式，该模式来源于真实运动过程中后肢肌肉的采样迹线。这种输入模式在幅度和频率上变化，并且与步态期间的传入反馈模式相当(prochazka等人(1976)j.neurophysiol.39:1090-1104)。根据这种观点，早在受试者稳定并准备好进行旨在促进运动恢复的神经康复方案之前，在创伤后几小时应用ds可能会促进模拟运动训练的活动样信号。
[0856]
大量数据表明，活动依赖机制正在发挥作用，从rna表达和突触蛋白到脊椎网络内部和之间的系统级学习现象，以及反应硬膜外和与感觉运动训练相结合的经皮刺激
[0857]
也许这些现象在受伤发生后不久会变得更加强烈。这些从完全麻醉动物的末端记录中收集的有希望的急性数据表明需要进一步研究以在脊髓损伤的急性阶段和慢性损伤中转化这种神经调节策略，以确认ds恢复功能的能力。ds可以成为临床工具箱的一个重要组成部分，它可以定义脊髓损伤后患者的急性护理标准。
[0858]
实施例9
[0859]
用于在外周、皮质和脊髓刺激期间获得多部位脊髓背电势的硬膜外接口.
[0860]
我们采用了一种新型的多电极阵列，用于对脊髓的多个部位进行硬膜外刺激，并具有高度变化的波形。我们假设以独立低阻抗电极为特征的相同技术可用于同时记录背索几个相邻部位的神经元电势。
[0861]
脊髓背电势是神经信号，通过植入背索的穿透电极在细胞外记录。提出，它们是对传入神经(brooks和eccles(1947)nature,159(4049):760-764)或脊柱上结构的电刺激做出反应而引起的。
[0862]
目前，只有少数多电极硬膜外界面能够记录脊髓表面的cdp，虽然在脊髓相邻部位之间的空间选择性很少(parker等人(2012)pain,159(3):593-601)。
[0863]
引入能够从脊髓的多个部位区分表面电势的记录装置可能具有很大的生理和诊
断价值，以追踪病变前后脊髓网络的形貌和功能组织。
[0864]
在本实施例中，我们的目标是使用我们的刺激性多电极接口在以下过程中同时从脊髓表面的多个位置导出cdp：
[0865]
1.刺激两条外周神经，
[0866]
2.选择性刺激皮质脊髓纤维，以及
[0867]
3.直接刺激脊髓相邻部位。
[0868]
为了实现这一目标，我们在完全麻醉的成年雄性大鼠(n＝27)中进行了终末实验，该大鼠植入了从l1至s2区段的硬膜外多电极阵列，并在足底和腓神经双侧电刺激期间，选择性刺激外侧控制后肢和脉冲的运动皮层硬膜外施加到脊髓的离散节段。
[0869]
结果.
[0870]
从界面的单个位点，通过刺激外周神经引发经典的cdp(brooks和eccles(1947)同上)(图59)。提供了av、n1、n2和p波的延迟和幅度的平均值。
[0871]
输入输出实验表明，随着刺激强度的增加，cdp会发生变化(图60)。延迟和振幅值由av、n1、n2和p波在增加刺激强度(表示为时间
×
th)时的分析提供。
[0872]
如图61所示，根据每个神经长度/传导，在连续刺激两条外周神经期间从脊髓的同一部位引起的反应具有不同的延迟。
[0873]
对传入神经的双侧刺激作出反应而从脊髓的同一部位引起的反应确认了脊髓上的单侧表现(图62)。
[0874]
传入神经的刺激引起界面多个部位的同时反应(图63)。延迟和振幅平均值由每个部位的av、n1、n2和p波分析提供。虽然合并数据没有显示任何统计意义，但图中的示例性痕迹以及来自单个实验的数据确定了突触后神经元靶标的定位。由双侧足底和腓神经刺激活化的运动池的形貌表示与此前报告的解剖数据一致。
[0875]
有时，根据别处的报道，从中线引发最高反应。(参见，例如，图64)。
[0876]
希望确定cdp的来源。特别是从接口记录的多个cdp是来自沿线的不同运动池的真实电势，还是它们是从一个电极被动传导到另一个电极的相同信号。使用四种不同的方法来解决这个问题。
[0877]
第一种方法涉及计算每个部位的n1/av峰值之间的比率：av在脊髓表面被动传导，并且对于每个不同的部位几乎保持相同，而n1取决于每个部位上活化的中间神经元的数量(参见，例如，图65)。
[0878]
第二种方法涉及测量反应的延迟。如果被动传导，对侧电极应报告最新的反应。
[0879]
第三种方法涉及为每个部位绘制输入输出曲线，归一化为最高峰。如果被动传导，每条曲线的轮廓是相同的，虽然最远的电极被小型化(参见，例如，图66)。
[0880]
第四种方法涉及测量来自中央和侧边电极的峰值幅度：如果被动传导，来自中央电极的反应应该在同侧和对侧位点之间。
[0881]
cdp是由侧向运动皮层的选择性电刺激引起的。与noga及其合作者报告的类似，单个或两个皮质脉冲诱导具有一致延迟分量的三峰反应(参见，例如，图67)。
[0882]
在一种情况下，使用叠加迹线，更高的峰值似乎出现在受刺激的皮质区域的对侧(图68)。在此处，尾部部位的反应似乎更高，并且多个迹线之间的延迟可能略有不同。还有待详细分析。
[0883]
通过增加皮质刺激的强度，对应于对侧腿的肌肉募集出现两个晚期峰(图69)。
[0884]
cdp可以通过刺激界面的相邻位置来记录。如图70所示，脊椎诱导的电势具有更短的潜伏期。
[0885]
硬膜外刺激期间的多次记录揭示了神经元反应的交错发作，这不仅仅取决于与刺激源的距离(图71)。
[0886]
在完全麻醉的动物中，从阵列记录自发放电并与从胸部记录的心电图相匹配(图72)。parker及其合作者(parker等人(2012)pain,153(3):593-601)已经报道了硬膜外背侧记录的类似观察结果。他们只是通过减法除去了ekg。
[0887]
对于增加的刺激强度，cdp组成反映了h反应的出现(图73)。数据表明，cdp的组分与h反应的出现之间可能存在关系。需要注意的是，图中右侧73不是一个很好的实例，因为在最低强度的刺激下，m反应出现在h反应之前。
[0888]
应了解，本文所述的实施例和实施方案仅用于说明性目的并且根据其产生的各种修改或变化将为本领域技术人员所想到并且欲包括于本技术的精神和权限以及随附权利要求的范围内。本文引用的所有公布、专利和专利申请出于所有目的据此以引用的方式整体并入。