本申請一般地涉及身體的神經(jīng)系統(tǒng)的功能。更具體地，本申請涉及一種用于在正常個體或患病的患者中使用的用以修改或增強身體的神經(jīng)控制的方法、系統(tǒng)和裝置。

背景技術(shù)：

身體的多個功能受大腦（中樞神經(jīng)系統(tǒng)）和/或外圍神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)解。這些功能包括典型的“神經(jīng)學(xué)”功能，諸如視覺或聽力，而且還有幾乎所有的日常生活活動，包括學(xué)習(xí)、移動或操作機器。

在許多情況下，身體執(zhí)行此類功能的能力是受約束的。約束可以采取許多形式且可以是物理上或功能上的。物理約束包括防止肢體在封閉空間中的移動的外部障礙，諸如可以影響戰(zhàn)士或水肺潛水員。物理約束也可以是內(nèi)部的，諸如來自截肢術(shù)的肢體損失。功能約束可以包括典型疾病，諸如防止個體移動腳的能力的中風(fēng)。然而，功能約束還可以包括由于技能的訓(xùn)練、知識或獲取不足或者通過不用而引起的對任務(wù)的執(zhí)行不足。

已經(jīng)進行了許多嘗試以解決這些約束中的某些，使用身體傳感器（例如眼睛），神經(jīng)功能（例如中樞和外圍神經(jīng)系統(tǒng)）和效應(yīng)器器官（例如肌肉群）可以成為的熟悉范例常常在功能上被映射到特定解剖位置。

因此當這些功能受到約束時應(yīng)用有意識且有目的的介入，例如如果他/她的腳由于障礙物而不能激活踏板，士兵可以使用手指來激活設(shè)備，或者在被截肢者中，將機器人臂對接到先前控制生物手臂的特定神經(jīng)纖維。

然而，用以解決約束的典型解決方案所需的功能映射是復(fù)雜的。此類功能映射或‘圖譜’即使對于某些“簡單感覺”（諸如臉部的視覺識別）而言也是有爭論的，并且對于諸如警覺性之類的復(fù)雜功能而言遠不那么清楚。大量數(shù)據(jù)來自于并非非常適合于對富有思想性或復(fù)雜的人類活動的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)進行建?；蚍治龅膭游锬Ｐ?。

許多身體功能在個體之間示出相當可觀的變化，并且通過包括作為情緒、警覺性、如何操作機器的學(xué)習(xí)、鍛煉形式或其它復(fù)雜的感覺運動活動的映射而被不精確地定義。這些功能中的某些對于正常活動而言是必不可少的，并且其它的對于高需求活動（諸如在戰(zhàn)斗中或者在競技體育期間）而言是必不可少的。

當前，與人類功能對接、加強或輔助人類功能的機器在很大程度上是基于編檔的正常和異常功能/通路的神經(jīng)成像、大腦皮層映射和甚至外圍神經(jīng)映射的詳細知識。此類機器已在很大程度上嘗試基于正常編檔功能和通路來替換、改善或恢復(fù)功能。

在完全虛擬功能的情況下，目標通常是通過饋送特定感覺輸入（主要是視覺、觸覺和/或聽覺）來創(chuàng)建幻覺或代表性環(huán)境以再次地復(fù)制正常編檔通路和現(xiàn)實世界存在的體驗。遺憾的是，這種方法常常由于正常通路從個體到個體變化的事實而限制技術(shù)的益處。因此，模擬常態(tài)常?？赡懿粫槍€體而準確地復(fù)制該功能，也未表示針對該個體的常態(tài)。

相反地，構(gòu)造一種能夠恢復(fù)/增強此類人類功能（即補償上文涉及到的約束而不需要定義或復(fù)制精確的神經(jīng)通路以進行設(shè)備對接或者不需要有意識地改變功能（例如訓(xùn)練使用手指而不是腳來操作踏板））的設(shè)備對社會將有極大的益處。當前，在現(xiàn)有技術(shù)中存在將實現(xiàn)此目標的很少的方法。此類設(shè)備可以用來增強沒有疾病的個體的性能或者恢復(fù)患病的那些人的失去的功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

通過使用傳感器來檢測自然地與失去的功能相關(guān)聯(lián)的信號，設(shè)計基于表示該功能的新符號代碼的數(shù)學(xué)形成的電路以及可以增強或恢復(fù)所述功能的效應(yīng)器，本發(fā)明能夠增強功能的性能或恢復(fù)（治療/替換）失去的功能，甚至是復(fù)雜的功能。使用本發(fā)明不需要先驗邏輯或編程。本發(fā)明使用大腦來計算出其自己的邏輯并在大腦上“馱運”識別圖案的能力，換言之，唯一地與現(xiàn)有大腦功能對接以便產(chǎn)生期望的結(jié)果，例如重新分派任務(wù)、增強或另外產(chǎn)生期望的功能。

由于神經(jīng)系統(tǒng)還與身體中的其它系統(tǒng)相交互，包括免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，所以本發(fā)明可以用來引導(dǎo)其它器官系統(tǒng)或與之相交互，包括摧毀癌細胞、改變肺功能或者改變胃腸或泌尿生殖道的功能。

因此，本發(fā)明是一種加密神經(jīng)系統(tǒng)（ens），使用可編程ens將傳感器（自然生物或人工設(shè)備）鏈接到特定任務(wù)（現(xiàn)有生物神經(jīng)/肌肉或者經(jīng)由設(shè)計設(shè)備）?？梢詫ns編程為恢復(fù)/加強功能，以使用現(xiàn)有生物元件（對功能‘重新分派任務(wù)’以規(guī)避物理限制）來形成新程序或者使用混合式人工和生物元件來形成新程序以增強功能—諸如在正常頻率范圍之外的聽力或者感測到對于其而言不存在生理傳感器的刺激（例如某些毒素）。

由本發(fā)明生成的功能符號代碼是任務(wù)所特定的。其主要是個體特定的（“個性化加密神經(jīng)系統(tǒng)”），因為任何任務(wù)的映射在個體之間是不同的—其到目前為止已大大地限制了例如神經(jīng)生理學(xué)假肢的成功。對于某些任務(wù)而言，其可以使用基于聯(lián)合群體的方法（“人群來源加密神經(jīng)系統(tǒng)”）而使用來自其它個體的輸入。這是其中必須避免個人暴露/訓(xùn)練的某些應(yīng)用所需要的（例如使用群體列線圖導(dǎo)出的某些毒素的危險水平）。在人群來源方法中采用的數(shù)學(xué)方法是憑經(jīng)驗的和函數(shù)的，因此規(guī)避了由于與“正?！蓖樊a(chǎn)生差別的個體之間的自然生物變異而引起的詳細神經(jīng)生理學(xué)和神經(jīng)病理學(xué)圖譜的某些限制。使用用于“學(xué)習(xí)”功能關(guān)聯(lián)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并使用包括來自該個體的關(guān)聯(lián)信號的混合方法來規(guī)避限制。

因此，本發(fā)明形成了簡單和復(fù)雜功能的符號內(nèi)部表示。此內(nèi)部表示是從檢測信號與功能之間的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)而導(dǎo)出的—例如當手指觸摸物體時的手上的電信號或者當個體“警覺性”對比困倦時的頭皮信號。這是可操作、更簡單且更易控制的計算任務(wù)。其類似于表示由“印象派”畫家而不是在“現(xiàn)實主義”學(xué)校訓(xùn)練的畫家可視化的某些東西。這種方法在很大程度上基于這樣的前提，即除了難以精確地定義的任務(wù)所需的主要大腦皮層之外，次要區(qū)變得被激活且可以被容易地感測并用于訓(xùn)練。

本發(fā)明是基于這樣的已知觀察，即在疾病或訓(xùn)練的某些條件下，很好地描述大腦皮層可塑性（例如，darpa肢體伸出、中風(fēng)患者在數(shù)年之后恢復(fù)功能）。在外圍神經(jīng)中也觀察到可塑性，使得當由患病神經(jīng)服務(wù)于鄰近的分布時可以擴展運轉(zhuǎn)的外圍神經(jīng)的皮節(jié)分布。換言之，現(xiàn)在可以由中樞或外圍神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域來服務(wù)于相同的功能。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“可塑性”意指神經(jīng)元響應(yīng)于來自環(huán)境的刺激而修改和改變的能力。例如，神經(jīng)路徑和突觸可以響應(yīng)于環(huán)境、行為、情緒（心情）、新的激勵、思想、神經(jīng)處理傷害及其組合的改變而改變。例如，使頭部涼快的帽子允許帶帽子并包括諸如感測和模擬部件之類的硬件，其可以與頭的各種和特定區(qū)域相交互以實現(xiàn)期望的結(jié)果。

在基礎(chǔ)層級，此‘可塑性’不要求精確的底層神經(jīng)生理學(xué)映射的知識。例如，在典型的巴甫洛夫訓(xùn)練中，在訓(xùn)練期間教導(dǎo)老鼠從先前與食物相關(guān)聯(lián)的非食物相關(guān)刺激分泌唾液。換言之，可以對新的刺激生物功能進行編程。本發(fā)明使用尖端的傳感器、數(shù)學(xué)方法和效應(yīng)器設(shè)備來以適合于期望任務(wù)的確定性方式完成這一點。

本發(fā)明并未集中于、也不依賴于已知功能/通路的先驗知識，其常常是復(fù)雜且可能不明確的，而是集中于最好地適合于通過潛在地未使用的通路中的能力來執(zhí)行特定功能的自定義、個體化的解決方案。

本發(fā)明進一步基于這樣的概念，即可以將身體視為多用途計算機，包括傳感器、處理元件、以及效應(yīng)器通路/器官。應(yīng)可能設(shè)計符號代碼以訪問此功能或?qū)ζ洹爸鼐幊獭币詫⑻囟▊鞲衅鞅榧罢麄€身體映射到特定效應(yīng)器。

本發(fā)明進一步基于這樣的概念，即身體具有一定神經(jīng)處理能力，其中甚至在諸如戰(zhàn)士戰(zhàn)斗之類的高度緊張的人類活動中只有少數(shù)被使用（例如40%的能力被使用）。在高度集中的非生即死的情況下，仍是少數(shù)被使用，可能20—40%，例如nba決賽、sat測試。因此在任何一個時間存在相當大的剩余能力。

開發(fā)此能力可以改善性能，代替失去的能力（例如，被截肢者、中風(fēng)患者），用固有的生物計算功能來替換外部計算機或者對現(xiàn)有功能的處理表示重新分派任務(wù)（例如，高爾夫球揮桿、有毒作用，諸如用于不正確任務(wù)/功能的適度疼痛）。

開發(fā)此能力/功能還可以用來補充身體的某些（未使用）部分并對其重編程（比如多用途計算機）以執(zhí)行例如控制遙控單元或?qū)斎~中的信息進行生物編碼之類的任務(wù)以利用人類大腦的用于圖案識別的無與倫比的能力。

這可以用許多方式來完成。一個是通過刺激定義神經(jīng)元模式來使用現(xiàn)有和/或未使用身體能力。這將基于刺激的頻率、振幅和部位而改變，其中的某些可以基于群體（人群來源）數(shù)據(jù)。為了避免現(xiàn)有身體功能的非故意復(fù)原，本發(fā)明可以在非生理學(xué)或非典型生理學(xué)模式中刺激未使用能力。這將涉及到作為并非正常處理或通路的一部分的神經(jīng)頻率/模式的使用。這可以避免引起行為變化、大腦的感覺和/或改變事件的記憶（redondo等人，2014年nature）。

可以使用許多類型的傳感器。示例包括固體物理傳感器，諸如fine（http://singularityhub.com/2013/07/24/darpas-brain-controlled-prosthetic-arm-and-a-bionic-hand-that-can-touch/）、傳統(tǒng)ecg或eeg電傳感器、非固體傳感器，諸如靜電奶油、壓電膜傳感器、印刷電路傳感器、光敏膜、熱敏膜、以及不與身體接觸的外部取向傳感器，諸如視頻、ir、溫度、氣體傳感器等。這些外部取向傳感器檢測外部世界的刺激并通過到活動神經(jīng)的構(gòu)造/創(chuàng)建的（非標準或非軀體特定區(qū)的）路徑來轉(zhuǎn)換該信息。

處理元件可以包括數(shù)字信號處理器，其與可以刺激身體的不同部分/神經(jīng)的輸出元件對接，或者在外部機器中引起機械作用。此類元件可以包括以隔離或聯(lián)網(wǎng)方式具有集成電路的傳統(tǒng)計算機器（例如云計算）、生物計算或者利用人類大腦中的未使用能力來執(zhí)行特定的定向計算任務(wù)。

效應(yīng)器元件可以包括直接電輸出或機械機器，諸如用以控制肢體的神經(jīng)刺激電機或伺服馬達、諸如射頻或紅外傳輸?shù)臄?shù)字化電子信號、或者甚至虛擬化數(shù)據(jù)，諸如可以被查詢的大型數(shù)據(jù)庫中的元件或虛擬世界接口中的化身（avatar）。

這些效應(yīng)器元件的應(yīng)用可以是用于診斷目的，諸如理解不同的刺激或身體功能（例如視覺功能、視覺疾病進展、心情、警覺性、檢測諸如創(chuàng)傷性腦損傷之類的傷害、心臟電和/或機械功能、亞臨床突然發(fā)作檢測）、在不使人體經(jīng)受不適的情況下了解外部世界情況或環(huán)境（例如，感測火中的熱、檢測諸如礦井之類的外部環(huán)境中的氧氣或毒氣含量）。

可以將效應(yīng)器設(shè)備或元件應(yīng)用于醫(yī)學(xué)相關(guān)治療，諸如大腦相關(guān)功能（例如用大腦刺激來治療的情感障礙、治療具有失眠或中樞呼吸暫停的患者的警覺性、用于中風(fēng)恢復(fù)的生物反饋、用于運動或突然發(fā)作錯亂的深度腦刺激）、其它神經(jīng)學(xué)疾病（例如向具有外圍神經(jīng)病的患者通知危險或有毒刺激）、心臟?。ɡ缬弥踩胧皆O(shè)備治療的心律不齊、用機械或電氣設(shè)備改善的心臟功能）或者用定向電或機械元件來修改的其它器官疾病。

這些效應(yīng)器元件的應(yīng)用可以是用于不平常生理活動或者機械、非生理功能的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)和執(zhí)行。不平常的生理應(yīng)用的示例包括經(jīng)由經(jīng)顱直流刺激來增強學(xué)習(xí)或軍用和民用應(yīng)用（ref:http://www.scientificamerican.com/article/amping-up-brain-function）、改善運動表現(xiàn)（例如，用于不正確運動/活動的有害生物反饋、用于正確運動/活動的令人高興的大腦刺激）、增強感官知覺（例如，增強視覺傳感器，其經(jīng)由較少使用的通路來饋送面部識別信息，諸如供保安部隊使用的身體假肢傳感器、響應(yīng)于亞閾值或先前不可聽信息而刺激聽覺通路的聽覺傳感器）、通過克服約束或開發(fā)更高效的解決方案來以非典型方式執(zhí)行典型任務(wù)（諸如用小的手指移動或眼球運動來駕駛汽車、用運動神經(jīng)移動來分析大型數(shù)據(jù)，諸如用虛擬手指和手來掃描和布置數(shù)據(jù)）。機械功能的示例包括操作用于士兵的機械外骨骼、執(zhí)行對于人類而言太難或危險的任務(wù)，諸如深海探索、武裝戰(zhàn)斗或者甚至基本到控制視頻游戲或遠程控件。

特定的中樞或外圍神經(jīng)功能由特定的神經(jīng)元放電模式控制。設(shè)備可以模擬這些模式以實現(xiàn)在先功能—例如使用生理學(xué)模式來刺激神經(jīng)以控制未使用肌肉。此功能還可以在沒有直接知識或?qū)χ饕∪獾脑L問的情況下應(yīng)用。許多功能在可以共同局部化的身體表面處產(chǎn)生神經(jīng)活動，例如混合外圍神經(jīng)的皮節(jié)分布。一個示例是“c234”區(qū)處的肩胛骨尖端的感覺、由“c56”區(qū)進行的三角肌功能的控制以及隔膜肌肉和因此的“c345”區(qū)處的呼吸的控制。這可以憑經(jīng)驗執(zhí)行而不直接地需要詳細的神經(jīng)成像研究。

在一個方面，提供了一種用于與神經(jīng)系統(tǒng)相交互的方法，該方法包括在一個或多個傳感器處檢測與生物功能相關(guān)聯(lián)的信號，處理所述信號以創(chuàng)建表示，基于符號表示來輸送效應(yīng)器響應(yīng)，以及控制物理過程。

在另一方面，提供了一種用以增強任務(wù)的性能的方法，該方法包括在一個或多個傳感器處檢測與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的信號，創(chuàng)建所述任務(wù)的表示，輸送效應(yīng)器響應(yīng)以修改所述表示，以及增強所述任務(wù)的性能。

在另一方面，提供了一種用以治療疾病的方法，該方法包括在一個或多個傳感器處檢測與所述疾病相關(guān)聯(lián)的信號，創(chuàng)建所述疾病的核心符號表示，模擬身體的區(qū)域以改變檢測信號與疾病之間的表示，以及治療疾病。

在另一方面，提供了一種用于變換感測神經(jīng)活動的方法，該方法包括在一個或多個傳感器處檢測與生物功能相關(guān)聯(lián)的信號，處理所述信號以創(chuàng)建表示，基于所述表示來輸送效應(yīng)器響應(yīng)，以及控制生物功能。

在另一方面，提供了一種用于使用生物信號來控制設(shè)備的方法，該方法包括使用一個或多個傳感器來檢測來自身體的生物信號，將從傳感器檢測到的生物信號轉(zhuǎn)換成電子表示，以及以可識別格式輸出電子信息以對設(shè)備進行機電控制。

在另一方面，提供了一種用以測量視覺功能的方法，該方法包括檢測生物感覺激活的生物信號，處理這些信號以提供感覺的定量度量，創(chuàng)建所述感覺激活的表示，以及可選地

使用該表示來確定最佳治療。

在另一方面，提供了一種用于改善特定人類性能的方法，該方法包括識別與服務(wù)特定功能的大腦部分相關(guān)聯(lián)的身體區(qū)域，將低能量刺激電極接近于身體的所述區(qū)域放置，通過所述電極來施加刺激以激活大腦的所述部分，以及測量與大腦的所述部分有關(guān)的性能的變化。

在另一方面，提供了一種用于與神經(jīng)系統(tǒng)相交互的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括在一個或多個傳感器處檢測與生物功能相關(guān)聯(lián)的信號，處理所述信號以創(chuàng)建表示，基于符號表示來輸送效應(yīng)器響應(yīng)，以及控制物理過程。

在另一方面，提供了一種用以增強任務(wù)的性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括在一個或多個傳感器處檢測與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的信號，創(chuàng)建所述任務(wù)的表示，輸送效應(yīng)器響應(yīng)以修改所述表示，以及增強所述任務(wù)的性能。

在另一方面，提供了一種治療疾病的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括在一個或多個傳感器處檢測與所述疾病相關(guān)聯(lián)的信號，創(chuàng)建所述疾病的核心符號表示，模擬身體的區(qū)域以改變檢測信號與疾病之間的表示，以及治療疾病。

在另一方面，提供了一種用于變換感測神經(jīng)活動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括在一個或多個傳感器處檢測與生物功能相關(guān)聯(lián)的信號，處理所述信號以創(chuàng)建表示，基于表示來輸送效應(yīng)器響應(yīng)，以及控制生物功能。

在另一方面，提供了一種用于使用生物信號來控制設(shè)備的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括使用一個或多個傳感器來檢測來自身體的生物信號，將從傳感器檢測到的生物信號轉(zhuǎn)換成電子表示，以及以可識別格式輸出電子信息以對設(shè)備進行機電控制。

在另一方面，提供了一種用以測量視覺功能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括檢測生物感覺激活的生物信號，處理這些信號以提供感覺的定量度量，創(chuàng)建所述感覺激活的表示，以及可選地使用該表示來確定最佳治療。

在另一方面，提供了一種用于改善特定人類性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理器；存儲器，其存儲指令，該指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行操作，該操作包括識別與服務(wù)特定功能的大腦的部分相關(guān)聯(lián)的身體區(qū)域，將低能量刺激電極接近于身體的所述區(qū)域放置，通過所述電極來施加刺激以激活大腦的所述部分，以及測量與大腦的所述部分有關(guān)的性能的變化。

附圖說明

在附圖的各圖中以示例并且非限制的方式圖示出某些實施例，附圖示出了：

圖1是本發(fā)明的示意性表示，包括用于生物和非生物信號的傳感器、產(chǎn)生特定神經(jīng)功能的符號表示的處理單元或者“加密神經(jīng)系統(tǒng)”以及用以改變神經(jīng)功能或控制設(shè)備的控制單元。

圖2是指示用于生物和非生物感測信號的本發(fā)明的一般功能的流程圖。

圖3是指示用于生物感測信號的本發(fā)明的功能的流程圖。

圖4是指示用于非生物（外部）感測信號的本發(fā)明的功能的流程圖。

圖5是指示用于增強神經(jīng)系統(tǒng)的運動神經(jīng)（肌肉控制）功能的一個實施例的流程圖。這是針對腿肌肉功能、針對增強（例如在軍事或運動用途中）或者出于醫(yī)學(xué)目的（例如在中風(fēng)之后）圖示出的。

圖6是用于指示用于增強神經(jīng)系統(tǒng)的感官知覺/感覺的一個實施例的流程圖。這是針對警覺性、針對增強（例如在軍事或運動使用中）、出于醫(yī)學(xué)目的（例如監(jiān)視困倦或昏迷）或者針對消費者安全（例如在在駕駛的同時識別困倦以控制反饋設(shè)備）而圖示出的。

圖7是指示用于換位或增強感官知覺的另一實施例的流程圖。這是針對聽力圖示出的，其中本發(fā)明增強聽力并將聽力功能換位成另一神經(jīng)功能。

圖8是指示用于提供當前不存在的感覺功能的另一實施例的流程圖。這是針對將來自用于生物毒素的生物傳感器的感覺整合（integrate）而圖示出的。

圖9是指示用于使用本發(fā)明和加密神經(jīng)系統(tǒng)來提供新生功能的另一實施例的流程圖。所示的是使用神經(jīng)系統(tǒng)的未使用計算能力來執(zhí)行模式識別來代替出于此目的的對人工計算機進行編程。

具體實施方式

在本文中公開了用于增強和修改神經(jīng)系統(tǒng)的功能的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在以下描述中，出于說明的目的，闡述了許多特定細節(jié)以便提供示例性實施例的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是可以在沒有全部的公開特定細節(jié)的情況下實施示例性實施例。還顯而易見的是可以將不同實施例的各種部件、元件和/或步驟組合。

圖1圖示出用以修改和增強人中的神經(jīng)系統(tǒng)的功能的示例性系統(tǒng)。具體地，示例性系統(tǒng)100被配置成訪問來自生物傳感器104和來自外部傳感器110的外部信號。

生物傳感器104包括但不限于用于經(jīng)皮或侵入式神經(jīng)活動（神經(jīng)電活動）、機械活動（機械感受器）的肌肉電活動（肌電位）、趨膚電阻（身體化學(xué)作用的度量）、體溫（代謝活動及其它疾病狀態(tài)的度量）、身體ph（來自皮膚、口或胃腸道或泌尿生殖道的其它區(qū)域）、酶分布（例如，來自胃腸道中的探頭）、dna簡檔（例如，口的內(nèi)層上的基因芯片）、心率、換氣（呼吸）速率或任何其它身體信號的傳感器。

外部傳感器110可以感測來自該個體、來自另一個體或來自信號數(shù)據(jù)庫118的生物信號。

外部傳感器110可以提供許多類型的信息，包括但不限于正常地感測的那些，包括壓力/物理移動（觸覺、觸摸感覺）、溫度（熱感覺）、聲音（聽覺）、可見光譜中的電磁輻射（視覺）、移動（肌肉功能和平衡的度量）。

外部傳感器110可以提供與正常感覺有關(guān)但并非正常地感測的信息，包括但不限于不可見電磁波譜（諸如γ輻射、x射線、無線電波）、在來自人類的正常生理范圍（大致上20hz至20khz）外面但包括被動物感測范圍（例如，狗可以感測到更高頻率）的聲波。

外部傳感器110可以提供未被正常地感測的信息，包括但不限于諸如一氧化碳或過量二氧化碳之類的毒素、各形式的輻射（諸如α和β輻射）、諸如與食物中毒相關(guān)聯(lián)的大腸桿菌（0157型）的毒素之類的生物毒素、炭疽或其它媒介物。清楚地，此類信息對于軍事和安全應(yīng)用將是有價值的。

在圖1中，信號（內(nèi)部或外部）被以無線方式或經(jīng)由有線通信傳送到信號處理設(shè)備114，所述信號處理設(shè)備114與具有對分析數(shù)據(jù)庫118訪問的計算設(shè)備116合作地運行。計算和信號處理設(shè)備與控制設(shè)備120通信，控制設(shè)備120繼而直接地控制生物設(shè)備（例如，身體功能的身體部分）108或外部設(shè)備112（例如，遙控器、醫(yī)療設(shè)備）。具有傳感器和效應(yīng)器設(shè)備的計算、信號處理和控制設(shè)備一起形成“加密神經(jīng)系統(tǒng)”（ens）。

圖2給出了關(guān)于“加密神經(jīng)系統(tǒng)”的發(fā)明過程的更多細節(jié)。信號被感測（205）為非生物的（210）或生物的（215），然而這些信號可以被組合和多路復(fù)用。

在圖2中，元件220是充當ens的中心神經(jīng)系統(tǒng)的核心計算元件。此計算元件形成信號與生物功能之間的符號關(guān)系。此符號關(guān)系是數(shù)學(xué)的。特別地，此關(guān)系是憑經(jīng)驗的和函數(shù)的—其并不基于功能的詳細神經(jīng)生理學(xué)映射。其也不一定基于主要的“典型”神經(jīng)學(xué)環(huán)路。例如，腿中的充分疼痛引起身體的其它部分中的提高的神經(jīng)活動。這可以被感測為來自身體的更方便部分中的傳感器的“與疼痛相關(guān)聯(lián)”感覺。憑經(jīng)驗功能關(guān)系是數(shù)學(xué)，并且可以是確定性的（例如基于等式）或者可以被訓(xùn)練/學(xué)習(xí)，諸如經(jīng)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

在最簡單的情況下，符號關(guān)系是矩陣，其中，信號x引起函數(shù)y；例如，諸如由腿（x）中的傳感器/感覺神經(jīng)感測到的疼痛之類的有害刺激引起運動神經(jīng)中的活動，從而引起該腿（y）的撤回。在設(shè)備中并未基于腿感覺的詳細神經(jīng)生理學(xué)表示（在主要體覺皮層中、在中央后回中）或者控制該腿的精確神經(jīng)來表示此函數(shù)。替代地，此函數(shù)被憑經(jīng)驗映射—與疼痛刺激相關(guān)聯(lián)的任何神經(jīng)上的感覺可以導(dǎo)致引發(fā)腿撤回的動作。

這種方法的發(fā)明優(yōu)點是其利用任何特定刺激的多向性效應(yīng)。例如，劇烈疼痛刺激常常在遠離刺激的原始部位的神經(jīng)上產(chǎn)生激活。因此，可以從距離感覺相當遠的神經(jīng)活動（諸如胸壁，其可能更加可訪問）檢測可能不可訪問的腿中的疼痛。

在圖2中，步驟220后面是機械作用（225）或生物作用（230）。例如，感測到的有害刺激可以產(chǎn)生將使腿移動的效應(yīng)器功能（生物，230）或者控制設(shè)備以給予止痛藥物或治療（設(shè)備，225）。在下面將討論的其它示例中，刺激可以移動假肢（機械，225）或改變生物功能（230）。

圖2進一步指示精確的動作由ens通過定義與設(shè)備或身體功能的相互作用來確定（步驟235）。這是編程功能，取決于本發(fā)明的期望功能。這然后產(chǎn)生要求能量施加的實際輸出（步驟240），其導(dǎo)致與設(shè)備（245）或身體功能（250）的相互作用。

因此，圖2將本發(fā)明概括為以編程方式將感測功能與效應(yīng)器功能配對的并行人工中心和外圍神經(jīng)系統(tǒng)。在最簡單的情況下，感測和效應(yīng)器功能是自然生理功能，諸如感測到來自腿的疼痛刺激并將腿移開。以更復(fù)雜且切合實際的方式，本發(fā)明提供了用以增強正常功能（性能增強）、為了治療疾病或者在其中正常功能不能顯示的情況下（例如在戰(zhàn)爭或其它約束情況下）增強削弱的功能的能力。

如圖1和圖2中描述的本發(fā)明可以要求關(guān)于某些感測信號如何引起損傷的一般信息，以校準治療功能的感測和輸送。例如，對一氧化碳的暴露是危險的，但此毒素常常未被檢測到。美國的聯(lián)邦機構(gòu)（諸如osha）對50ppm的長期工作地點暴露水平施加最高極限，具有100ppm的“天花板”。800ppm（0.08%）的暴露在45分鐘內(nèi)導(dǎo)致頭暈、惡心以及痙攣，并且個體在2小時內(nèi)變得無知覺。本發(fā)明在早期檢測到此毒素并通過加密神經(jīng)系統(tǒng)引起生物反饋，因此在工業(yè)環(huán)境中具有極其實用的含意。應(yīng)設(shè)想用以識別用于對各種刺激的“安全”對比和“可作用”暴露的閾值的其它列線圖，所述各種刺激包括但不限于化學(xué)制品、生物毒素、輻射、電刺激、視覺刺激和聽覺刺激。本發(fā)明提供了用以檢測和提供反饋機制并開發(fā)用于治療或創(chuàng)建更安全的環(huán)境的此類實際應(yīng)用的方法和系統(tǒng)。

如在圖1和圖2中描述的發(fā)明還可以用來通過使用設(shè)計的人工“加密神經(jīng)系統(tǒng)”以將感測生物或外部信號與任何編程生物或外部設(shè)備功能配對來創(chuàng)建完全新型的人類功能。其因此形成與身體的自然神經(jīng)系統(tǒng)并行地操作的控制論神經(jīng)系統(tǒng)的實施例。這些神經(jīng)系統(tǒng)并行或被集成的程度將取決于感測信號被多路復(fù)用和效應(yīng)器“控制”信號被組合的程度。下面討論示例。

如圖1和圖2中描述的發(fā)明因此提供了迄今不可用的可塑性的編程控制—亦即實際上在正常生活中在有規(guī)律的基礎(chǔ)上在某個水平進行觀察。在感官生理學(xué)領(lǐng)域中，訓(xùn)練可以使得個體能夠感知先前存在但未被登記/識別的感覺。示例包括用以檢測音調(diào)的音樂訓(xùn)練或者用以檢測細微聲音或視覺線索的戰(zhàn)斗訓(xùn)練。在運動神經(jīng)控制領(lǐng)域中，身體訓(xùn)練可以使得個體能夠使用先前未使用的肌肉群。在疾病領(lǐng)域中，正常的“治愈功能”促使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的無疾病區(qū)域接管現(xiàn)在由于中風(fēng)而損失的功能（皮層可塑性）或者促使未受影響的外圍神經(jīng)接管由于外傷或神經(jīng)病而損失的神經(jīng)的功能（外圍皮節(jié)的擴張/可塑性）。

本發(fā)明還基本上擴展了正?？伤苄浴ㄟ^將身體的期望和定向區(qū)域編程來感測和實現(xiàn)正常地為當前不可訪問（例如在軍事戰(zhàn)斗中）或者不可用（例如由于疾?。┑纳眢w其它區(qū)域預(yù)留的功能。

本發(fā)明還通過將外部傳感器（例如用于正常地聽不見的聲音頻率或感覺）或設(shè)備（例如假肢、其它電子設(shè)備）集成到ens中來顯著地提升正常可塑性。

因此，本發(fā)明可以改善并增強傳統(tǒng)感測的功能，如果使用將感測外面的傳感器集成的設(shè)備，則可以使用正常的生理范圍來增強正常生理感覺的范圍。例如，可以將感測頻譜的“人類聽不見”部分中的信號、將信號轉(zhuǎn)換到可聽范圍并使用設(shè)備經(jīng)由骨骼傳導(dǎo)來傳輸該信號用于私人通信、加密、娛樂或其它目的。在醫(yī)學(xué)上，本發(fā)明可以用來補償聽力損失。具有振動傳感器的本發(fā)明可以用來通過將此感覺傳輸?shù)缴眢w不同部分中的完好感覺來補償諸如外圍神經(jīng)病之類的某些神經(jīng)疾病中的此感覺的損失。

在此階段必須提出重要的安全問題。雖然用本發(fā)明未觀察到意外的、危險的或另外不期望的功能，但必須施加某些限制。首先，可以控制由設(shè)備提供的刺激強度，使得不達到痛苦或危險的水平。其次，可以控制感覺輸入，使得不達到干擾或不期望的水平。第三，期望地使用的任何傳感器或設(shè)備（效應(yīng)器）可以具有可接受且被測試的安全分布。

圖3提供了用于ens感測生物信號（305）并基于此信息完成效應(yīng)器功能的流程圖。第一步是符號模型，如上所述（310）。這涉及到將感測信號映射到功能—但不是以神經(jīng)生理學(xué)典型的經(jīng)典詳細方式。這是切合實際的映射步驟，對于其而言，如果輔助區(qū)域是容易地訪問的，則與功能相關(guān)聯(lián)的輔助區(qū)域的映射是足夠的。

在圖3中，步驟315是對功能進行變換，其由現(xiàn)有運動神經(jīng)（感測生物信號）控制。在步驟320中，感測信號被“重新路由”以控制假肢設(shè)備或另一肌肉群。例如，在被截肢者的情況下，可以從在截肢部位以上的皮膚檢測到腿的運動神經(jīng)輸入的特征。皮膚上的感測神經(jīng)活動的范圍通?？梢允?—15hz（取決于精確的神經(jīng)）。感測這些信號并將其映射到假肢的特定移動可以實現(xiàn)所述肢體的控制。此控制可要求后續(xù)訓(xùn)練—例如，其中個體嘗試彎曲截斷肢體的行為訓(xùn)練以及將皮膚信號檢測為將使那個人的假肢彎曲的那些。類似的個性化映射被用來訓(xùn)練假肢的其它運動。因此，本發(fā)明表示個性化“加密神經(jīng)系統(tǒng)”的一個實施例。

在圖3中，步驟325是不同的功能—以改善運動神經(jīng)性能。眾所周知的是控制肌肉的神經(jīng)的電刺激可以刺激該肌肉。此神經(jīng)活動的頻率和振幅位于一定范圍內(nèi)，但是對于個體而言可以是特定的。因此，此ens功能是例如感測控制股四頭肌肌肉的運動神經(jīng)活動。針對個體存儲與該肌肉的收縮和放松相關(guān)聯(lián)的皮膚區(qū)域中的神經(jīng)活動的頻率和振幅（符號表示的一部分）。然后使用外部設(shè)備來以編程方式重復(fù)此功能。這可以用來在休息期間刺激肌肉，以執(zhí)行將改善肌肉功能的等距鍛煉。這還可以增加代謝率并引起體重損失。

在圖3中，步驟330是另一不同功能—用以對生物運動神經(jīng)活動重新分派任務(wù)以控制設(shè)備。例如，作為實際上移動手指以控制用于電子設(shè)備的遙控單元的替代，用戶可以嘗試在不耗費足以移動手指的能量的情況下移動該手指。手指上的傳感器被調(diào)諧以檢測此運動神經(jīng)刺激（其可以是低振幅的），并且ens中的符號表示將其轉(zhuǎn)換成表示播放、暫停、后退或其它功能的信號并傳輸該信號以控制所述消費者遙控單元。明顯地，可以將此功能擴展以訓(xùn)練個體來移動面部的一部分以表示“播放”功能，并且使傳感器轉(zhuǎn)換此功能，并針對身體的其它替代區(qū)域和重新分派的功能類似地進行。

在圖3中，步驟335是感測信號的變換。這是本發(fā)明的另一功能。步驟340涉及到增強感測信號。示例是性能改善（步驟345），涉及到使用在正常感測范圍之外進行檢測的傳感器來增強生物感覺。例如，可以將使用頻譜的“人類聽不見”部分的傳感器來感測信號、將信號轉(zhuǎn)換到可聽范圍、并使用設(shè)備經(jīng)由振動（骨骼傳導(dǎo)）將其傳輸?shù)酱竽X的聽力區(qū)（聽覺皮層）用于私人通信、加密、娛樂或其它目的。在醫(yī)學(xué)上，本發(fā)明可以用來補償聽力損失。具有振動傳感器的此相同的發(fā)明可以用來通過將此感覺傳輸?shù)缴眢w不同部分中的完好感覺來補償諸如外圍神經(jīng)病之類的某些神經(jīng)疾病中的此感覺的損失。

性能改善的另一示例（步驟345）是增加警覺性。太陽穴區(qū)域和其它功能特定區(qū)中的頭皮的刺激可以增加這些區(qū)域中的大腦活動。本發(fā)明針對喚醒的符號表示（即警覺）修整此類刺激。作為必然的結(jié)果，可以經(jīng)由ens來檢測困倦并用作反饋環(huán)路的一部分以在身體上的可以在該處放置皮膚設(shè)備的別處觸發(fā)低強度刺激。這具有多個應(yīng)用，包括檢測并嘗試防止在駕駛的同時、在昏迷前狀態(tài)期間或在藥物過量期間的重病監(jiān)護室中的困倦以及作為用于過量酒精或藥物攝取的監(jiān)視器。

傳感器可以諸如使用產(chǎn)生各種各樣的頻率的腦電描記術(shù)（eeg）來檢測來自大群神經(jīng)元的警覺對比困倦。eeg信號例如具有寬頻譜含量，但是展現(xiàn)特定的振蕩頻率。可以在放松的清醒期間從枕葉（或者在本發(fā)明中從放置在頭皮的枕區(qū)上的電極）檢測α活動波段（8—13hz）并在眼睛閉合時增加。δ波段是1–4hz，θ是從4—8hz，β是從13—30hz且γ是從30—70hz。較快的eeg頻率與思想（認知處理）和警覺性有聯(lián)系，并且eeg信號在睡眠期間和在諸如昏迷和中毒之類的困倦狀態(tài)期間變慢。

在圖3中，步驟350將本發(fā)明用于新生感覺功能。一個示例是產(chǎn)生數(shù)字式或控制論的“第六感”—亦即使用外部傳感器添加到現(xiàn)有的5個感覺以檢測擴展的刺激集合。該組傳感器幾乎是無限的，但是包括與工業(yè)或軍事使用領(lǐng)域的幾個特定相關(guān)性，包括用于α或β輻射的傳感器。一旦被感測到，ens將此信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)有的感覺，諸如通過皮膚貼片輸送到相對不使用的皮膚區(qū)域（例如下背）的振動。暴露于α或β顆粒的戰(zhàn)斗士兵現(xiàn)在將把輻射“感覺”為在其下背部中的可編程/可訓(xùn)練的一組振動。類似地，用于一氧化碳或其它呼吸危險的傳感器可以被作為“第六感”轉(zhuǎn)換成例如鼻孔上的低頻振動。這個方法遠比視覺讀出或其它現(xiàn)有設(shè)備更加高效—因為其使用ens來本質(zhì)上對用于這些功能的自然神經(jīng)系統(tǒng)重編程。

圖4圖示出其中感測非生物信號（步驟405）并由“加密神經(jīng)系統(tǒng)”處理的實施例的流程圖?，F(xiàn)在將身體功能與感測信號之間的符號表示擴展至非個性化ens（步驟410），以便結(jié)合一般形式的外部信號，雖然潛在地適應(yīng)于單個人。此ens可以是從多個個體的數(shù)據(jù)庫或者通過諸如其中使用來自被社交網(wǎng)絡(luò)連接的多個人的信息來提供功能的人群來源之類的技術(shù)導(dǎo)出的。

圖4中的步驟415涉及到將可編程身體功能設(shè)計成與感測外部（非生物）信號相關(guān)聯(lián)。此功能可以包括步驟420中的諸如假肢之類的設(shè)備的運動神經(jīng)控制。另一示例將到達更遠—使用外部觸發(fā)信號來改善現(xiàn)有自然肌肉群中的功能（項目430）。如所述，骨骼肌通常被神經(jīng)活動以7—15hz的頻率刺激（其隨著精確的神經(jīng)分布而變，參見dorfman等人的electroencephalographyandclinicalneurophysiology,1989;73:215-224）。提供此刺激可以通過刺激肌肉來改善肌肉強度，并且將從可編程信號實現(xiàn)例如腿肌肉的性能改善。醫(yī)學(xué)示例將是通過使氧減飽和的外部傳感器激活刺激膈神經(jīng)和因此的隔膜的設(shè)備來治療中樞性睡眠呼吸暫停。這具有相當大的臨床含意。

在圖4的步驟425中，本發(fā)明使用外部信號來改善感覺功能的性能。在已使用的示例中，可以通過使用在正常頻率范圍之外的可聽信號的外部傳感器來增強聽力，所述可聽信號將被使用放置在乳突附近的設(shè)備（例如附著到眼鏡的側(cè)臂）作為經(jīng)由骨傳導(dǎo)被傳送至內(nèi)耳中的蝸神經(jīng)的振動而轉(zhuǎn)換到正常頻率范圍。

在圖4的步驟440中，本發(fā)明利用加密神經(jīng)系統(tǒng)的全電位通過將外部感測信號與固有神經(jīng)功能配對而產(chǎn)生新型的可編程功能。已經(jīng)討論了步驟445中的性能改善（感覺或運動神經(jīng)）的示例。

在步驟450的圖4中，本發(fā)明可以提供新生功能。大腦處理能力的一大部分在任何給定時間處于睡眠狀態(tài)，但是在日常活動（例如白日夢）期間可以被下意識地激活。ens可以以編程方式訪問此能力以使用固有神經(jīng)系統(tǒng)作為計算機。對于其而言人類大腦、神經(jīng)系統(tǒng)特別擅長的一個任務(wù)是模式識別。人遠比大多數(shù)人工計算機更好地執(zhí)行面部、空間模式及其它復(fù)雜數(shù)據(jù)集的識別。所選示例訓(xùn)練個體經(jīng)由對圖像的重復(fù)暴露來檢測所述模式。對此圖像的生物響應(yīng)（符號表示）被太陽穴或額骨頭皮上的傳感器檢測到。再次地，這是憑經(jīng)驗的勁射—并且其足以表示大腦/頭皮的輔助激活區(qū)。一旦實現(xiàn)這個，則所述模式或類似模式的檢測將下意識地觸發(fā)所述響應(yīng)，其可以被感測并編碼為“1”或“0”以控制設(shè)備（例如，模式分類器計算機）或引起某個功能—例如從而觸發(fā)警報，如果這是危險模式/圖像的話。

圖5中的流程圖提供了用以變換腿移動的優(yōu)選實施例。在步驟510中將在主要運動神經(jīng)區(qū)域（頭皮，在對側(cè)中央前回的上部附近）或在輔助區(qū)域處感測的運動神經(jīng)功能的符號模型與多個腿運動相關(guān)聯(lián)。一旦完成，可以使用外部感測信號（步驟515）或并未正常地與腿功能相關(guān)聯(lián)的信號（例如在具有腿疾病的患者或者不能在某個任務(wù)中移動其腿的士兵中移動食指）或者現(xiàn)有信號來將此功能映射重編程（步驟520）。在步驟525中，信號多路復(fù)用器能夠以數(shù)學(xué)方式關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)或已關(guān)聯(lián)信號以便控制期望的編程功能。在步驟530中，這是生物腿功能的增強（例如經(jīng)由如所述的皮膚/直接電刺激）。在步驟535中，這是經(jīng)由假肢的控制。

圖6提供了用于增強感覺警覺性的實施例。步驟類似于先前的示例。在步驟610中將例如在太陽穴區(qū)域中的頭皮感測神經(jīng)活動的符號模型憑經(jīng)驗與變化的警覺性水平（自報告或監(jiān)視）相關(guān)聯(lián)。使用外部感測信號（步驟615）或并未正常地與警覺性相關(guān)聯(lián)的信號（例如特定聽覺感測頻率）或現(xiàn)有頭皮信號（步驟620）來將此功能映射重編程。在步驟625中，信號復(fù)用器將非關(guān)聯(lián)或已關(guān)聯(lián)信號以數(shù)學(xué)方式相關(guān)聯(lián)以將期望的功能—頭皮的電刺激編程以增加警覺性（步驟630）。步驟635提供了警覺性監(jiān)視器，其可以提供警報或者實際上導(dǎo)致被刺激功能（以關(guān)閉加密神經(jīng)系統(tǒng)中的人工/控制論的反饋環(huán)路）以檢測并嘗試避免困倦、昏迷或毒素攝入。

圖7是用以增強感覺功能—在這種情況下為聽力—中的性能的實施例的流程圖。步驟710使用來自容易地可訪問傳感器（不僅僅是耳朵，而是潛在地輔助關(guān)聯(lián)皮膚區(qū)域）的感測信號來形成符號表示。步驟715使用在頻譜的“人類聽不見”部分中的在正常感測范圍之外進行檢測的傳感器。步驟720使用正常地與聽力相關(guān)聯(lián)的信號。步驟725使用復(fù)用器和控制邏輯來將信號轉(zhuǎn)換到可聽范圍（步驟730），可以將使用設(shè)備經(jīng)由振動（骨傳導(dǎo)）發(fā)送到大腦的聽力區(qū)域（蝸神經(jīng)/聽覺皮層）用于私人通信、加密、娛樂或其它目的。在醫(yī)學(xué)上，本發(fā)明可以用來補償聽力損失。具有振動傳感器的本發(fā)明可以用來通過將此感覺發(fā)送到身體不同部分中的完好感覺來補償諸如外圍神經(jīng)病之類的某些神經(jīng)疾病中的此感覺的損失。步驟735將此信號轉(zhuǎn)換成不同的‘替代’感覺。

圖8描繪了將使用ens來將實際上不存在的功能集成到個性化生物反饋環(huán)路中的實施例—在這種情況下為檢測毒素。示例包括一氧化碳、無色、無嗅、無味且最初無刺激性的人們非常難以檢測到的毒氣的吸入。另一示例是對可能直到數(shù)小時、數(shù)天或數(shù)周以后疾病的癥狀和征兆發(fā)生才感測到的生物毒素的暴露。用以提供“第六感”的本發(fā)明方法（步驟805）是控制論的，因為毒素可以產(chǎn)生來自特定傳感器的直接信號（在步驟810中檢測到）和關(guān)聯(lián)生物信號（步驟815）兩者，其在本發(fā)明中被混合（或復(fù)用）。來自專用傳感器（元件810）的直接信號的示例是一氧化碳的化學(xué)檢測或用于傳染物（病毒、細菌、真菌）的生物檢定。理想地，此傳感器近實時地操作，然而這并不是要求且如果不這樣，情況將簡單地提供較慢的非實時信號。關(guān)聯(lián)到一氧化碳—傳統(tǒng)上認為‘未感覺到’的毒素—的生物信號的示例是來自一氧化碳的血紅蛋白的特定櫻紅色比色變化和當一氧化碳結(jié)合到氧結(jié)合部位時導(dǎo)致的氧合血紅蛋白的非特定減少。

圖8進一步描繪了本發(fā)明的加密神經(jīng)系統(tǒng)形成直接和關(guān)聯(lián)生物感測信號之間的聯(lián)合符號表示（步驟820）。符號關(guān)系可以包括直接數(shù)學(xué)變換，諸如感測信號與一氧化碳或者血紅蛋白的櫻紅色變色的關(guān)聯(lián)生物信號與生物相關(guān)濃度的定量關(guān)系。符號關(guān)系還可以使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其它模式學(xué)習(xí)或關(guān)系方法來將例如提高的心率或氧減飽和度關(guān)聯(lián)到毒素。

在圖8的步驟825中，信號被以非線性分析方式復(fù)用，如在用于任何特定毒素的符號表示中所定義的。然后使用計算機邏輯來控制生物或人工效應(yīng)器設(shè)備。多個治療或監(jiān)視功能可以被編程為關(guān)閉生物反饋環(huán)路。例如，來自正常未感覺到毒素的信號可以被轉(zhuǎn)換成自然感覺到的‘通道’上的特定信號（步驟830），例如鼻孔上的皮膚上的低強度振動（直觀地與吸入鏈接）或者正常地與脫氧作用相關(guān)聯(lián)的頭皮區(qū)域上的皮膚的刺激。此后一種生物反饋使用來自與單個人有關(guān)的訓(xùn)練的信息（對個性化加密神經(jīng)系統(tǒng)有所貢獻）或?qū)⑾嚓P(guān)刺激（在這里為脫氧）與生物信號相關(guān)聯(lián)的來自許多個體的符號表示的數(shù)據(jù)庫。這是基于群體或者潛在地人群來源的加密神經(jīng)系統(tǒng)的示例。另一生物反饋選項是治療（步驟835）—通過向設(shè)備發(fā)送控制信號的解毒劑的輸送。針對一氧化碳暴露，治療包括增加氧濃度（在極端情況下使用高壓氧）并給予亞甲藍。

使用感測信號的有害影響的列線圖來校準從加密神經(jīng)系統(tǒng)進行的治療功能的感測和輸送。針對一氧化碳，100ppm（0.01%）或以上的暴露可能對人體健康是危險的。因此，在美國，諸如osha之類的聯(lián)邦機構(gòu)對50ppm的對長期工作地點暴露水平施加最高限制，但是個體不應(yīng)被暴露至100ppm的上限（“天花板”）。800ppm（0.08%）的暴露在45分鐘內(nèi)導(dǎo)致頭暈、惡心以及痙攣，并且個體在2小時內(nèi)變得無知覺。很清楚，例如在工業(yè)環(huán)境中早期檢測到此毒素將具有極其實用的含意?？梢蚤_發(fā)其它列線圖以識別用于對各種刺激的“安全”對比和“可作用”暴露的閾值，所述各種刺激包括但不限于化學(xué)制品、生物毒素、輻射、電刺激、視覺刺激和聽覺刺激。

圖9提供了用于其中加密神經(jīng)系統(tǒng)實現(xiàn)對自然神經(jīng)系統(tǒng)的處理能力的訪問以執(zhí)行任意任務(wù)（在這種情況下為模式識別）（步驟905）的實施例的流程圖。本發(fā)明的本實施例是基于3個概念。首先，大腦在某些任務(wù)中甚至比最強大且很好地編程的人工電子計算機更加高效。例如面部的模式識別是大多數(shù)人容易地實現(xiàn)、但甚至具有非常尖端的編程的計算機也不最適宜的極好示例。其次，可以感測到來自所呈現(xiàn)刺激的大腦輸出。第三，大腦具有可以出于此目的訪問的未使用能力。此第三項提出安全限制，并且在模式識別的情況下，本發(fā)明必須不被用于對圖像或數(shù)據(jù)進行生物編碼，其將是在情緒上有害或敏感的。

步驟910和915以數(shù)學(xué)方式將模式（例如面部）鏈接到生物感測響應(yīng)—例如大腦的頂葉上或者指示“識別”的前額上的頭皮中的神經(jīng)的活動。這被用來針對此任務(wù)創(chuàng)建加密神經(jīng)系統(tǒng)的元件（步驟920）。這將是個性化的，但是還可以從多人（群體、人群來源）加密神經(jīng)系統(tǒng)獲取輸入。一旦實現(xiàn)了此鏈接，則模式的呈現(xiàn)將導(dǎo)致“感覺到的”生物模式，其在步驟925中被用來輸送“1”（已識別）或“0”（未識別）以控制裝置（步驟930）（例如外部計算機分類器）或者經(jīng)由替代感覺來刺激個體（步驟935）（例如左上臂處的振動，如果檢測到已識別模式的話）。針對本發(fā)明的使用包括純生物計算（熟悉或抽象形狀/代碼的模式識別）、將用于特定人的面部的記憶在形式上編碼并增強以及安全，使得只有敵方模式/面部引起特定替代感覺或激活裝置。這種方法相比于等待模式的認知識別的一個其它優(yōu)點是這可以充當“背景過程”和/或提供更快的模式識別。

圖10是通用計算機系統(tǒng)1400的說明性實施例的框圖。計算機系統(tǒng)1400可以是圖1的信號處理裝置114和計算裝置116。計算機系統(tǒng)1400可以包括一組指令，其可以被執(zhí)行以促使計算機系統(tǒng)1400執(zhí)行本文中公開的方法或基于計算機的功能中的任何一個或多個。計算機系統(tǒng)1400或其任何部分可以操作為獨立裝置或者可以被例如使用網(wǎng)絡(luò)或其它連接而連接到其它計算機系統(tǒng)或外圍裝置。例如，計算機系統(tǒng)1400可以被操作連接到信號處理裝置114和分析數(shù)據(jù)庫118。

在如圖1—9中所述的操作中，可以使用如本文中所述的通過創(chuàng)建和使用加密神經(jīng)系統(tǒng)（ens）進行的身體的神經(jīng)系統(tǒng)的修改和增強來增強正常個體的性能或者恢復(fù)或治療患者的失去的功能。

計算機系統(tǒng)1400還可以被實現(xiàn)為或者結(jié)合到各種設(shè)備中，諸如個人計算機（pc）、平板電腦pc、個人數(shù)字助理（pda）、移動裝置、掌上型計算機、膝上型計算機、臺式計算機、通信裝置、控制系統(tǒng)、web器具或者任何其它機器，其能夠執(zhí)行一組指定將由該機器采取的動作的一組指令（連續(xù)地或者以其它方式）。此外，雖然圖示出單個計算機系統(tǒng)1400，但還應(yīng)將術(shù)語“系統(tǒng)”理解成包括單獨地或共同地執(zhí)行一個或多個指令集以執(zhí)行一個或多個計算機功能的系統(tǒng)或子系統(tǒng)的任何集合。

如圖14中所示，計算機系統(tǒng)1400可以包括處理器1402，例如中央處理單元（cpu）、圖形處理單元（gpu）或兩者。此外，計算機系統(tǒng)1400可以包括可以經(jīng)由總線1426相互通信的主存儲器1404和靜態(tài)存儲器1406。如所示，計算機系統(tǒng)1400還可以包括視頻顯示單元1410，諸如液晶顯示器（lcd）、有機發(fā)光二極管（oled）、平板顯示器、固態(tài)顯示器或陰極射線管（crt)。另外，計算機系統(tǒng)1400可以包括輸入裝置1412（諸如鍵盤）以及光標控制裝置1414（諸如鼠標）。計算機系統(tǒng)1400還可以包括磁盤驅(qū)動單元1416、信號發(fā)生裝置1422（諸如揚聲器或遙控器）以及網(wǎng)絡(luò)接口裝置1408。

本發(fā)明可以包括（如圖14中所描繪的）磁盤驅(qū)動單元1416可以包括可以在其中嵌入一個或多個指令集1420（例如軟件）的計算機可讀介質(zhì)1418。此外，指令1420可以包含如本文中所述的方法或邏輯中的一個或多個。在特定實施例中，指令1420可以在被計算機系統(tǒng)1400執(zhí)行期間完全地或至少部分地常駐于主存儲器1404、靜態(tài)存儲器1406內(nèi)和/或處理器1402內(nèi)。主存儲器1404和處理器1402還可以包括計算機可讀介質(zhì)。

本發(fā)明還可以包括專用硬件實施方式，諸如專用集成電路、可編程邏輯陣列及其它硬件裝置，可以被構(gòu)造成實現(xiàn)本文中所述的方法中的一個或多個?？梢园ǜ鞣N實施例的設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用可以寬泛地包括各種電子和計算機系統(tǒng)。本文中所述的一個或多個實施例可以用可以在模塊之間和通過模塊傳送的相關(guān)控制和數(shù)據(jù)信號或者作為專用集成電路的各部分而使用兩個或更多特定互連硬件模塊或裝置來實現(xiàn)功能。因此，本發(fā)明系統(tǒng)包含軟件、固件以及硬件實施方式。

根據(jù)本發(fā)明，可以用在處理器可讀介質(zhì)中有形地包含的軟件程序來實現(xiàn)本文中所述的方法并可以由處理器執(zhí)行。此外，在示例性、非限制性實施例中，實施方式可以包括分布式處理、組件/對象分布式處理以及并行處理。替換地，可以將虛擬計算機系統(tǒng)處理構(gòu)造成實現(xiàn)如本文中所述的方法或功能中的一個或多個。

還應(yīng)設(shè)想計算機可讀介質(zhì)包括指令820或者響應(yīng)于傳播信號而接收并執(zhí)行指令1420，使得連接到網(wǎng)絡(luò)1424的裝置可以通過網(wǎng)絡(luò)1424來傳送語音、視頻或數(shù)據(jù)。此外，可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口裝置1408通過網(wǎng)絡(luò)1424來發(fā)送或接收指令1420。

雖然計算機可讀介質(zhì)被示為是單個介質(zhì)，但術(shù)語“計算機可讀介質(zhì)”包括單個介質(zhì)或多個介質(zhì)，諸如集中式或分布式數(shù)據(jù)庫和/或存儲一個或多個指令集的關(guān)聯(lián)高速緩存器和服務(wù)器。術(shù)語“計算機可讀介質(zhì)”還應(yīng)包括能夠存儲、編碼或承載一組指令以便由處理器執(zhí)行或者促使計算機系統(tǒng)執(zhí)行本文中公開的方法或操作中的任何一個或多個的任何介質(zhì)。

在特定非限制性、示例性實施例中，計算機可讀介質(zhì)可以包括容納一個或多個非易失性只讀存儲器的固態(tài)存儲器，諸如存儲卡或其它封裝。此外，計算機可讀介質(zhì)可以是隨機存取儲器或其它易失性可重寫存儲器。另外，計算機可讀介質(zhì)可以包括磁光或光學(xué)介質(zhì)，諸如用以捕捉載波信號（諸如通過傳輸介質(zhì)傳送的信號）的磁盤或磁帶或其它存儲裝置?？梢詫⒌诫娮余]件的數(shù)字式文件附件或者其它自包含式信息檔案或檔案集合視為等價于有形存儲介質(zhì)的分布介質(zhì)。因此，在本文中包括其中可以存儲數(shù)據(jù)或指令的計算機可讀介質(zhì)或分布介質(zhì)及其它的等價物和繼承介質(zhì)中的任何一個或多個。

根據(jù)本發(fā)明實施例，可以將本文中所述的方法實現(xiàn)為在計算機處理器上運行的一個或多個軟件程序?？梢酝瑯拥貥?gòu)造包括但不限于專用集成電路、可編程邏輯陣列及其它硬件裝置的專用硬件實施方式以實現(xiàn)本文中所述的方法。此外，還可以構(gòu)造包括但不限于分布式處理或組件/對象分布式處理、并行處理或虛擬機處理的替換軟件實施方式以實現(xiàn)本文中所述的方法。

還應(yīng)注意的是實現(xiàn)公開方法的軟件可以被可選地存儲在有形存儲介質(zhì)上，諸如：磁性介質(zhì)，諸如磁盤或磁帶；磁光或光學(xué)介質(zhì)，諸如磁盤；或者固態(tài)介質(zhì)，諸如存儲卡或容納一個或多個只讀（非易失性）存儲器、隨機存取存儲器或其它可重寫（易失性）存儲器的其它封裝。軟件還可以利用包含計算機指令的信號。將到電子郵件的數(shù)字式文件附件或者其它自包含式信息檔案或檔案集合視為等價于有形存儲介質(zhì)的分布介質(zhì)。因此，在本文中包括可以在其中存儲本文中的軟件實施方式的如本文中列出的有形存儲介質(zhì)或分布介質(zhì)及其它等價物和繼承介質(zhì)。

雖然已描述了特定示例性實施例，但將顯而易見的是在不脫離本發(fā)明的更寬泛范圍的情況下可以對這些實施例進行各種修改和變更。因此，應(yīng)在說明性而不是限制性意義上考慮本說明書和附圖。形成其一部分的附圖以例證并且非限制的方式示出了其中可以實施本主題的特定實施例。足夠詳細地描述了所示實施例以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍疚闹泄_的講授內(nèi)容?？梢岳貌钠鋵?dǎo)出其它實施例，使得在不脫離本公開的范圍的情況下可以進行結(jié)構(gòu)和邏輯替換和改變。因此，不應(yīng)在限制性意義上理解本詳細描述，并且各種實施例的范圍僅僅由所附權(quán)利要求連同此類權(quán)利要求被授權(quán)的等價物的全部范圍限定。

在本文中可以僅僅為了方便起見單獨地和/或共同地用術(shù)語“發(fā)明”來提及發(fā)明主題的此類實施例，并且并不意圖自愿地使本申請的范圍局限于任何單個發(fā)明或發(fā)明概念，如果實際上公開了超過一個的話。因此，雖然在本文中已圖示出并描述了特定實施例，但應(yīng)認識到的是計算將實現(xiàn)相同目的的任何布置可以代替所示的特定實施例。本公開意圖涵蓋各種實施例的任何和所有變更或修改?？梢允褂貌⒃诒疚闹型耆O(shè)想任何上述實施例的組合以及在本文中并未具體地描述的其它實施例。

提供了摘要是為了遵守37c.f.r.§1.72（b），并且將允許讀者快速地弄清楚本技術(shù)公開的本質(zhì)和主旨。它是在其將被用來解釋或限制權(quán)利要求的范圍或意義的條件下提交的。

另外，在前文的實施例的描述中，出于使本公開簡單化的目的在單個實施例中將各種特征組合在一起。不應(yīng)將公開的方法解釋為反映要求保護的實施例具有比在每個權(quán)利要求中明確地記載的更多的特征。更確切地說，如以下權(quán)利要求所反映的，本發(fā)明主題在于少于單個公開實施例的所有特征。因此，在此將以下權(quán)利要求結(jié)合到實施例的描述中，其中每個權(quán)利要求獨立地作為單獨的示例性實施例。