経頭蓋磁気刺激用の磁気構造とタイミング方式
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、脳の精密検査用の注目すべきツールである。しかしながら、皮質の特定領域がＴＭＳにより励起可能でありながら他の箇所がそうでない理由は、依然として不明である。本発明は、有効な磁気刺激の設計用の方法ならびにツールを提供するものである。この種の刺激装置は、これまで刺激に感応しなかった神経ネットワークを励起することができる。刺激は、生体内と生体外の両方で実行することができる。本発明の新規システムならびに技術が、これまでＴＭＳにより影響を受けなかった脳あるいは神経集合体の領域を刺激することで、治療と診断の両方を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）と装置と機器ならびにその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、脳と神経の活動を刺激する有数の非侵襲性装置である。かくして、鬱病や偏頭痛に対する治療措置から多数の調査項目における脳活動の精査まで、ＴＭＳ向けの様々な用途における著しき増加が見てとれる。ＴＭＳは、非侵襲性精査能力と介入様式の蓄積に対する新規かつ革新的な追加である。この種のプローブの開発は、神経学と脳神経外科に対する診断と治療の手法の主要な課題の一つである。ＴＭＳの主な限界は、その活性化領域の精度と特異性とにある。ＴＭＳは、現在、脳の特定の領域、大半は皮質だけ刺激することが可能である。磁気刺激に対する脳領域のアクセス可能性を何が決定するかは、依然として不明である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、研究用途と臨床用途の双方に対する大きな将来性を示す非侵襲性の脳刺激技術である。しかしながら、基礎技術は基本的に変わらないままであり、その用途における前進は遥か遠く微々たるものである。近年の開発は、高周波反復周期でのパルス給送能力と脳のより深層領域への到達の双方に集中してきた。これは、薬物に起因しない鬱病に対し有効ではあるものの極めて侵食的な電気痙攣療法（ＥＣＴ）に置き換わる希望の一環として、動機付けられてきた。しかしながら、その開発の現段階でのＴＭＳの主要な限界は、印加される電界の極めて特定された方向性にあり、これには動きと外乱とに対し顕著に感応する正確に標的化された適用が要求される。位置と向きは共に高解像度をもって特定しなければならず、一旦最適位置が特定されれば、治療の全期間に亙りそこに磁石を保持しなければならない。安定した再生可能な位置決めはＭＲＩ撮像と立体視方式位置決めを用いて達成することができるが、方向性感度を改善してより有効なＴＭＳ適用モードを可能にする装置が将来の磁石開発の目標であった。
【０００４】
方向性感度が発生するのは、それらの軸索が誘起電界に沿って正確に配向される場合にのみニューロンが励起されるからである。
【０００５】
神経培養組織がＴＭＳ開発用の主要な実現ツールであり、これを用いることで、新型磁石や薬剤やＴＭＳ複合治療や新規プロトコルや他の技術革新が、動物やヒトの被験体に対する必要性を一切伴うことなく振り分けて試験できることが、最近実証された。培養組織内での活動電位応答を生み出す能力は、２つの属性、すなわち大きさと向きとに依存する。
【０００６】
方向依存が生ずるのは、ニューロンの磁気刺激が軸索にて行われ、誘起電界に沿う軸索突起が励起を達成する関連パラメータとなるからである。擬似一次元パターン化培養組織を用いることで、軸索が磁石と同心的なリングに沿って成長するよう誘導し、かくしてこれらが誘起電界に沿って伸長突起を有するようにしうる。樹状突起内で活動電位を立ち上げることでニューロンの励起が可能であるとするならば、そのときは状況は変わる筈であり、方向性に左右されない筈であることに、留意されたい。この種の励起の実例を、ここで下記に説明する。
【０００７】
特定されている別の重要な特徴は、格別に感応性のあるニューロンの下位個体群を刺激することで初期励起が達成され、そのことがそこでネットワーク全体を興奮させるための核形成中心として機能する。受容体拮抗薬（ＣＮＱＸやＡＰＶやビククリン）を適用することで完全に分離される培養組織では、この小さな部分集合（ほぼ１％）だけが賦活され、磁気刺激に対し応答する。培養組織を接続すると、この核はネットワーク内の全てのニューロンの個体群応答の顕在化の起点となる。核の大きさが余りに小さい場合、ネットワーク内のニューロン内への駆動入力は個体群応答を始動させるには不十分である。
【０００８】
磁気刺激に対する個体群応答を達成する上で、それ故に多数の始動ニューロンにおける活動電位を励起させねばならない。その軸索の向きが不規則である神経ネットワークでは、従来のＴＭＳを用いたのではこの要件に応えることは困難であり、何故ならその誘起電界の向きは一定しており、大量の十分な数の軸索がこの電界に沿って配向される可能性は低いものとなるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、本発明は１以上のニューロンを回転電界にさらし、それによってそのニューロンまたはニューロン群を励起する工程を含む改善されたニューロン励起法を提供する。一実施形態では、回転電界は少なくとも２つの時間依存性電界の合成和とする。
【００１０】
一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界を少なくとも２つの時間依存性磁界により誘起する。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性磁界を少なくとも２つの別個の独立コイルに通電することで誘起する。
【００１１】
一実施形態では、２つの別個の独立コイルを前記電流の時間シフト位相をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生成する。
【００１２】
一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界は互いに所定角度をなす。一実施形態では、その角度は９０度の角度とする。
【００１３】
一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルを２個の電源により独立して駆動する。
【００１４】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００１５】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、前記第１の電流が前記第２の電流に対し所定の位相をなすようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相をなす。
【００１６】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。
【００１７】
一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は１または２以上とする。
【００１８】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含んでおり、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期だけ遅れるようにする。
【００１９】
一実施形態では、第１の電流のパルスは１周期の第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは１周期の第２の正弦波を含む。
【００２０】
一実施形態では、回転電界は少なくとも２対の電極からなる電極組立体を用いて生成する。一実施形態では、少なくとも２つの電圧を電極組立体の少なくとも２対の電極に印加する。一実施形態では、電圧は時間変動する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００２１】
一実施形態では、ニューロンの励起は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法は診断用に適用する。一実施形態では、本方法は治療用に適用する。
【００２２】
一実施形態では、ニューロンの励起は神経培養組織に適用する。一実施形態では、前記ニューロンの励起に対する前記培養組織の応答を検出する。
【００２３】
一実施形態では、回転電界が前記ニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に大域応答を生成する。
【００２４】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行でない。
【００２５】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起用のデバイスを提供し、そのデバイスは少なくとも１組の２個の別個のコイルからなる。一実施形態では、少なくとも２個の別個のコイルは時間軸上でシフトさせた電流位相をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生み出す。一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルを２個の電源により独立して駆動する。
【００２６】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００２７】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相とする。
【００２８】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流の前記パルスの数を１または２以上とする。
【００２９】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期遅れるようにする。
【００３０】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起のための装置を提供し、この装置は少なくとも２対の電極を備える電極組立体を備える。一実施形態では、回転電界の生成に電極組立体を用いる。一実施形態では、前記電極組立体内の少なくとも２対の電極に対し少なくとも２つの電圧を印加する。一実施形態では、２つの電圧は時間と共に変化する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００３１】
一実施形態では、少なくとも２対の電極に印加する電圧は、第１組の電極に印加する第１の電圧と第２対の電極に印加する第２の電圧を含み、第１の電圧が第２の電圧に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電圧に対する第１の電圧の位相は９０度の位相をなす。
【００３２】
一実施形態では、第１の電圧をパルス化し、第２の電圧をパルス化する。
【００３３】
一実施形態では、第１の電圧のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電圧のパルスは第２の正弦波を含んでおり、第２の正弦波が第１の正弦波に対し１／４周期遅れるようにする。
【００３４】
一実施形態では、ニューロン励起は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法は診断用に適用する。一実施形態では、本方法は治療用に適用する。
【００３５】
一実施形態では、ニューロンの励起は神経培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。
【００３６】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。
【００３７】
一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に電気応答を生成する。
【００３８】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行ではない。
【００３９】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が２００μｓを上回る第１の電界パルスにさらし、それによってニューロンを励起する。
【００４０】
一実施形態では、第１の電界パルスは持続期間が１ｍｓに等しいか、１ｍｓを上回るとする。
【００４１】
一実施形態では、第１の電界は磁界により誘起する。一実施形態では、コイルに通電することで磁界を誘起する。一実施形態では、コイルはコンデンサに接続する。一実施形態では、コンデンサは少なくとも１．０ｍＦのコンデンサとする。
【００４２】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回る。
【００４３】
一実施形態では、本発明は樹状突起励起用の装置を提供し、この装置はコイルと電源とに接続したコンデンサを備え、そのコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。
【００４４】
一実施形態では、装置は持続時間が２００μｓを上回る電界パルスを生成し、それによって樹状突起を励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間が１ｍｓに等しいか、１ｍｓを上回るとする。
【００４５】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、樹状突起の励起がニューロンを興奮させる。
【００４６】
発明とみなされる主題を具体的に指摘し、明細書の結論部分に明確に特許請求の範囲として記載する。しかしながら、本発明は、作動構成と作動方法の両方に関し、その目的と特徴と利点とを併せ、添付図面と共に読み取るときに、下記の詳細な説明を参照して最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】交差コイル構成の実施形態を示すものであり、図１ａは実験に使用する実際のコイルの図であり、２個のコイルは垂直平面内で相互ロックさせ、２つの独立した刺激装置に対し接続してあり、図１ｂは交差コイル内部に嵌合するよう特注したガラス球体の図であり、ガラス製カバースリップと媒体は球体の頂部に位置するスロットに挿入されており、カバースリップは球体底部の平坦化された基部の上に横たえられ、視認用の孔を介して視認され、この孔は光学的に透明なガラスによって封止されており、図１ｃは構成の概略図であり、カバースリップ（底部）は交差コイル内部のガラス球体内に配置され、一方で反転顕微鏡でニューロンの活動を監視し、全てのスケールバーは２ｃｍであり、図１ｄは一方のコイル（水平面コイルと呼ぶ実線）の平面と第２のコイル（垂直面コイルと呼ぶ点線）の平面上に配向したピックアップコイルを用いて交差コイル内の誘起電界を計測したものであり、Ｍａｇｓｔｉｍ社製刺激装置は１００％の負荷を受け、ＨＭＳは３．５ｋＶの負荷を受け（方法説明部分の詳細参照）、図１ｅは図１ａにて計測された２つの垂直な成分の和から生み出される有効電界の再現を示すものであり、有効電界は交差コイルの磁極のまさに内部の特定の位置（図１ｃ）に対し再現され、有効電界は、黒色矢印で示される如く、磁気パルス周期期間中の３／４螺旋周期で完結し、図１ｆはラット実験用の交差コイルの構成であり、ラット頭部を交差コイル内に配置し、ＥＭＧ電極が腓腹筋から筋電位を記録し、ＥＭＧデータをデジタル化し、回転電界ＴＭＳ（ｒｆＴＭＳ）パルスと同期させてｒｆＴＭＳに対するモータの応答を評価するものである。
【図２】刺激に対する応答の実施形態を例証するものであり、図２ａはｒｆＴＭＳに対する二次元神経培養組織の応答で、その培養組織の活動は視認孔（図１ｂ参照）を介して撮像したものであり、ブラックボックスは信号を平均とする関心領域を示し、点線の白線はその上を培養組織が成長したカバースリップの境界を示しており、図２ｂは図２ａにおける関心領域のカルシウム依存蛍光発色性であり、赤色の点線は交差コイルを用いた磁気的刺激事象であり、対して黒色はコイルの一方だけを使用するときのものであり、各刺激の強度はテスラ（Ｔ）で表記してあり、動きは既に０．８Ｔを有する交差コイルにより誘起され、一方で単一コイルは１．５Ｔ台の動きを誘起するに過ぎないことに理解されたく、図２ｃはｒｆＴＭＳに対するラット運動皮質の応答であり、ラットを異なる場所で刺激するのに交差コイルを用いるときの腓腹筋のＥＭＧ記録のグラフであり、各場所は交差コイルを表わす黒色十字を有する応答トレースの右側部分について図示してあり、最後の行はラットの頸部転位後に行なったものであり、スケールバーは２００μＶであり、図２ｄは図２ｃの最後の２行の間の比較であり、実線は転位前のその頭部全体のｒｆＴＭＳに対するラットの平均応答であり、点線の曲線は転位後のラットの平均応答である。
【図３】回転誘起電界のシミュレーションの実施形態を示すものであり、上段の行は、理想的な電圧トレース、すなわち点線が中段行と下段行内の点線のコイルに対する電圧負荷を表わし、実線は実線のコイルに対する電圧負荷を表わし、青色の垂直バーはその下側の電界を算出した時刻を表わし、中段行は交差コイルであり、２つの円形コイルはそれぞれが（上段行に記載した如く）単一の正弦波状パルスを生成する独立した２つの電流源に接続してあり、コイル内に配置された球体表面の生成電界をシミュレーションし（大きさはカラーコードに従い、向きは白色の矢印に従う）、図３ａでは、水平コイルの１／４周期完了後に垂直コイルがそのパルスを開始し、誘起を支配しており、図３ｂでは、１／４周期後に両コイルが等電界を誘起し、有効電界は対角的であり、図３ｃでは、さらなる１／４周期後に水平コイルが完全に引き継ぎ、生成電界は図３ａの元々の方向に対し９０度回転しており、回転磁界の作用点（「ホットスポット」）は２個のコイルの交差点の球体表面に位置（赤色点線楕円）し、シミュレーションの詳細については本願明細書の下記を参照されたく、下段行では四つ葉クローバーコイルであり、２組の変形した８の字コイルが、それぞれ単一の正弦波状パルスを生成する２つの独立した電流源に接続してあり（コイルに対する電圧負荷は上段行に記載）、コイルの上方３ｃｍの生成電界をシミュレーションし、（大きさはカラーコードに従い、向きは白色矢印に従う）、図３ａでは、実線の組が１／４周期を完了した後、点線の組がそのパルスを開始し、誘起を支配し、垂直電界を生じ、図３ｂでは、１／４周期後、両コイルが等電界を誘起し、有効電界は対角的となり、図３ｃでは、さらなる１／４周期後、実線の組が完全に引き継ぎ、生成電界は水平となり、全周期期間中、誘起された電界の向きは回転し、２７０度を走査し、一方で最大の励起は四つ葉クローバーの中心（ホットスポット）に止まり、シミュレーションの詳細については、補足材料を参照されたい。
【図４】二次元培養組織の磁気刺激の結果を要約する表であり、活動閾値は磁気コイルの各構成ごとに表記してあり、空白入力部分は刺激に対する可観察応答の欠如を表わす。
【図５】その細胞の軸索が不規則的に配向されている培養組織の刺激の概略シミュレーションであり、各細胞は単一の軸索（実線または点線）を突出させており、図５ａは、固定された単一の向きを有する短い磁気パルスの印加を示し（黒色矢印は磁気パルスから誘起された電界の向きを示す）、その軸索（点線）が誘起電界の向きに平行を向く唯一の細胞が励起され、図５ｂは、短い回転磁界の印加を示し（円弧は磁気パルスから誘起する電界の回転スパンを示す）、その軸索の向きが回転電界の円弧内に横たわる全ての細胞が励起され、ネットワークの個体群の応答に通じ、図５ｃは、向きの固定された長い磁気パルスの印加を示し、誘起電界の方向に平行に配向された樹状突起を有する全ての細胞が励起され（励起された細胞は点線円で印付けしてある）、ネットワークの個体群の応答に通じる。
【図６】提案装置の一実施形態の概略線図であり、２個のイグナイトロン（点弧子型水銀放電管）（Ｉ１とＩ２）がトリガー発生器によりトリガーされ、結線１を介する接続Ｉ２が単極性パルスを生み出し、一方で結線２を介する接続が両極性パルスを生み出し、イグナイトロンＩ１はサイリスタにより置き換えることができ、一方でＩ２はダイオードにより置き換えることができる。
【図７】４．８ｍＦのコンデンサＣと１ｍｓの立ち上がり時間をもって約１０Ｔを給送することのできる６．５ｋＶの最大電圧負荷とを有するより大きな刺激装置の一実施形態を示すものであり、イグナイトロンＩ１はコイルを介する放電を始動させるのに用い、イグナイトロンＩ２はコイルを短絡させ、コイルを介する放電を停止するのに用いる。
【図８】ニューロンの二次元培養組織と麻酔をかけたラットの両方の磁気刺激応答の概要である。
【図９】配向依存性の一実施形態を例証するものであり、四つ葉クローバーコイルは磁気刺激の方向従属性を軽減し、四つ葉クローバーコイル（図３）が誘起する算出電界を用い、電圧感応のナトリウムやカリウムを含有する１μｍの直径と１ｍｍの長さおよび漏洩コンダクタンスを有する軸索内の活動電位生成をシミュレーションしてあり（材料と方法参照）、コイルに対する軸索の異なる方位における閾値を特性解明するため、磁気刺激が活動電位をトリガーするまで電流パルスを増大させ、各コイルによりこの電流振幅で誘起された電界の最大振幅を、ここでは軸索とｘ軸との間の角度に対しプロットしてあり、シミュレーションは、磁気刺激による活動電位生成の閾値が、四つ葉クローバーコイルを用いた場合にコイル方位にごく僅かしか依存しないことを予測している。
【図１０】神経培養組織の電気的な刺激の一実施形態を示すものであり、図１０ａは培養組織の刺激に用いる電気パルスの典型的な電圧図であり、持続時間（ＤＴ）は１０μｓと１０ｍｓとの間で連続的に可変しえ、図１０ｂはパルス持続時間閾値と培養組織の刺激に必要な最小限のパルス持続時間の片対数ヒストグラムであり、磁気的と電気的の両方で励起可能な培養組織が実線の曲線で表示してあり、電気パルスを用いてのみ励起しうる培養組織が点線の曲線で表示してある。
【図１１】培養組織内で成長したニューロンを表わすＧＦＰの蛍光性画像であり、培養組織は３０ｍｍのカバースリップ上に塗布し（図中の白色弧はカバースリップの縁を走る）、ニューロンの軸索はこれがカバースリップの周囲を接線方向に３ｍｍ追従する際に追尾することができる。
【図１２】刺激閾値に対する麻酔の効果を例証するものであり、ラットの脊椎刺激用の磁気的な閾値は１０時間の時間経過に沿って１５回計測（黒色の×点）し、キシラジンとケタミンの溶液を実験期間中に２回投与し（赤色線）、ケタミンだけを含有する溶液を５回の追加投与し（緑色線）、キシラジンの麻酔効果が注入後にピークに向け徐々に立ち上がり、続いて基線計測値に向け指数関数的に緩和するものと仮定し、データに対し緩和曲線を適合させてある。
【図１３】高密度四つ葉クローバーコイルの再現であり、左側は、コイル中心の拡大図であり、線は各コイルループのワイヤを表わし、１０本の緑色の線は垂直の群葉に対応し、９本の青色の線は水平の群葉に対応しており、右側は、青色の線がコイル葉のうちの一つの全体図を表わし、コイルは螺旋状ではなく、各内部ループは外部ループの縮尺を変えた写しである。
【図１４】方位とパルス持続時間が変化する電気刺激に対する一次元培養組織の応答を示すものであり、図１４ａでは、実線の培養組織は短時間の刺激（約０．１ｍｓ）に応答し、一方で点線は１ｍｓを上回る刺激に対してのみ応答し、閾値はパルス持続時間に合わせ減少し、続いて低飽和安定状態（図示せず）に至り、図１４ｂは、培養組織の向きに対する磁界方向の回転に対する培養組織の応答であり、点線の培養組織は全角度で一定の応答を有し、実線の培養組織（短いパルス持続時間）は、培養組織の向きに対し平行であることを意味する電界が０度であるときに励起させるのがずっと容易であり、図１４ｃは、角度の余弦値の関数としての図１４ｂに示した閾値の角度依存性を示し、実線の培養組織では、線形関係は明らかであり、励起用の閾値を特定するのが事実上磁界の方向に対する軸索突起であることを示しており、点線の培養組織は電界の向きに対し感応しない。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
説明の単純さと明快さとに配慮し、図面中に示された要素は必ずしも実寸で描かれていない点を理解されたい。例えば、一部要素の寸法は明確さに配慮して他の要素に対し誇張することができる。さらに、適切であると考えられる場合は、図面中で符号を反復させ、対応のあるいは類似の要素を指し示すことができる。
【００４９】
下記の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供すべく多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、当業者には本発明がこれらの具体的な詳細を用いずとも実施できることが理解されよう。他の例では、公知の方法や手順や構成要素を詳しく説明はせず、本発明を曖昧にしないようにしてある。
【００５０】
ＴＭＳの開発のこの段階での主要な限界は、印加電界の極めて特異な方向性にあり、それには動きと外乱に極端に感応する正確に標的化された適用が要求される。位置と向きの両方を高解像度でもって特定しなければならず、一旦最適位置が特定されると、全治療期間中、磁石をそこに保たねばならない。
【００５１】
方向性感度が生ずるのは、その軸索が誘起電界に沿って厳密に案内される場合にのみニューロンが励起されるからである。本発明は、一実施形態において、印加磁界を回転させ、軸索が多くの異なる方向を向くニューロンの励起を可能にする技術を提供するものである。
【００５２】
方向に対する依存が生ずるのは、ニューロンの磁気刺激が軸索において行われ、誘起電界に沿う軸索突起が励起を達成するための関連パラメータとなるからである。擬似一次元パターン化培養組織を用いることで、本発明は軸索が磁石と同心のリングに沿って成長するよう配向する方法を提供し、かくして一実施形態において誘起電界に沿って伸長突起を有するよう強制する。樹状突起内に活動電位を立ち上げることでニューロンを励起できるものとするならば、そのときは状況は変わる筈であり、方向性に左右されない筈であることに、留意されたい。本発明のこの態様に従う方法を、本願明細書において下記に説明する。
【００５３】
識別された別の重要な特徴は、格別に感応性のあるニューロンの下位個体群を刺激することで初期励起が達成され、そのことがそこでネットワーク全体を興奮させる核形成中心として機能するということである。受容体拮抗薬（ＣＮＱＸやＡＰＶやビククリン）の適用により完全に分離させた培養組織では、この小さな部分集合（ほぼ１％）だけが賦活され、磁気刺激に応答する。培養組織を接続すると、この核はネットワーク内の全てのニューロンの個体群の応答を誘発する起点となる。核の大きさが小さすぎる場合、ニューロンへの駆動入力は個体群の応答の始動には不十分である。
【００５４】
磁気的な刺激に対する個体群の応答を獲得するため、それ故多数の始動ニューロンにおいて活動電位を励起しなければならない。軸索方向が不規則である神経ネットワークでは、この要件は従来のＴＭＳを用いて応えるのは困難であり、何故ならその誘起電界の向きは一定であり、十分多数の軸索がこの電界に沿って配向される可能性は低いからである。
【００５５】
それ故、単一パルス期間中にその方位が広範囲の角度を走査する回転電界を誘起することで、多くの軸索を一度に全て刺激し、個体群の応答を保証しうる。下記の説明では、この種の回転を達成する方法と得られる神経標本の応答を示す。
【００５６】
生体外磁気刺激
【００５７】
磁気パルスとニューロンの相互作用に対する研究開発の一環として、脳に対する磁気パルスの効果的な相互作用を特定する新規能力とパラメータの理解とが開発されてきた。物理的な技法と新規の細胞培養法の組み合わせを用い、ＴＭＳの適用にとっての最適なパラメータを特定する。これらのパラメータは極めて空間的で幾何学的であり、神経基板の形状と磁界の方向性とに関係する。特に、この刺激の効果を最大化すべく、軸索の方向は磁気刺激が誘起する電界の方向に一致させねばならないことは、ここで明らかである。
【００５８】
方向性と立ち上がり時間と協同作用とが、磁気的な刺激の効果を制限する。
【００５９】
外部電界刺激の神経生理学は受動的なケーブル方程式を用いて簡単化することができ（Ａ．Ｌ．Ｈｏｄｇｋｉｎ、Ｗ．Ａ．Ｒｕｓｈｔｏｎ，Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃ．Ｂ、第１３３巻４４４頁（１９４６年）と、Ｂ．Ｊ．Ｒｏｔｈ、Ｐ．Ｊ．Ｂａｓｓｅｒ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ、第３７巻５８８頁（１９９０年）参照）、それは容量と抵抗とが既知のケーブルの細胞膜（この場合、ケーブルは神経突起である）上に外部電界が誘起する電圧を算出するものである。この式は、神経突起の刺激における２つの関連パラメータの役割を強調するものである。第１に、誘起電界に対し最も強烈に応答するニューロンはその神経突起（軸索あるいは樹状突起）が電界に平行に横たわるものである。この観測結果は理論的な考察から明らかであり、一次元培養組織を用いて中枢神経系（ＣＮＳ）からのニューロンの第１の間断無き磁気刺激を入手する根底をなすものであった。第２に、その細胞膜の立ち上がり時間が外部パルスの立ち上がり時間よりもずっと長い神経突起は、刺激には応答しない。商用磁気刺激装置の立ち上がり時間は１００μｓ（１００マイクロ秒）を越えず、樹状突起の細胞膜立ち上がり時間は１ｍｓ（１ミリ秒）台であるため、ニューロンの励起は軸索においてほぼ排他的に始動させられる。より詳しい派生記事は、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ、第９４巻５０６５頁、２００８年に見いだすことができる。加えて、生体脳あるいは生体外のいずれかでのニューロンのネットワークの集約的な応答は、単一の細胞の興奮からは始動させることができない。それよりも、それは通常、生体内もしくは生体外の大型の神経培養組織のいずれかにおいて観察することのできる個体群をトリガーすべく、ほぼ同時に興奮させる欠くことのできない数の始動ニューロンを必要とする。詳細は、Ｉ．Ｂｒｅｓｋｉｎ、Ｊ．Ｓｏｒｉａｎｏ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｔ．Ｔｌｕｓｔｙ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．第９７巻１８８１０２号（２００６年１１月３日）に見いだすことができる。
【００６０】
上記の３つの要因が、ニューロンのネットワークの首尾良き磁気刺激を制限し、それらはネットワーク内の幾つかの隣接する細胞が誘起電界に平行に配向された軸索を有することを必要とする。しかしながら、所与のコイルの磁界の向きは固定され、かくして誘起電界もそうなる。これは、ニューロンが不規則に配向された軸索を有するネットワークにおいて励起することのできるニューロンの量が非常に少なく、ネットワークの集約的な応答には不十分であることを意味する（図５ａ）。このことは、生体外で二次元培養組織とその軸索方向が同質でない皮質領域を励起することが如何に困難であるかの主要な理由となろう。
【００６１】
回転電界
【００６２】
一実施形態では、軸索方位の異方性により引き起こされる問題を克服すべく、時間依存性電界を用い、全ての角度範囲に亙り走査する。一実施形態では、これは２個のコイルを用いることで得られ、その磁界は互いに垂直で、その電流は一方を他方から１／４周期だけ位相シフトさせたものとする。生成電界はパルス周期の期間中に空間内を回転し、それがその方位を走査するときは常に追加の細胞の励起に通じる。この周期はせいぜい数百μｓ（マイクロ秒）しか持続しないため、これら全ての細胞は時間軸上で十分密接して刺激を受け、ネットワークの集約的な応答を保証する（図５ｂ）。
【００６３】
本発明の回転電界法は、回転電界の誘起を必要とする。回転電界の誘起を達成する仕方と、本発明の改善された刺激パルスが培養組織のシャーレ内と生体脳内の両方でのより多数のニューロンの励起を標的としている点を、本願明細書において下記に示すことにする。これらの概念的な新規ツールにより、現在はＴＭＳに対し応答しない脳内の領域へのアクセスを可能にし、二次元培養組織の簡単な励起を提供し、これはモデルシステムとして一次元培養組織よりもずっとアクセス可能である。一実施形態では、この種の刺激技術は脳と神経系の構成要素の診断を可能とすることになる。一実施形態では、この種の刺激方法は神経学的疾患や他の臨床的疾患の治療を可能にすることになる。一実施形態では、この種の刺激技術は被験体の発症あるいは神経系関連の疾患を発症する相対的な危険を予測することになる。
【００６４】
樹状突起の刺激 一実施形態では、本発明は１ｍｓ（ミリ秒）台の持続時間でもってパルスを印加することで培養組織内の樹状突起を直接励起する方法を提供する。通常は枝分かれする前に細胞体から単一方向に長い伸びを突出させる軸索とは対照的に、樹状突起ツリーは等方性パターンにて細胞体から広範囲に枝分かれしがちとなる。樹状突起を直接励起する選択肢はかくして極めて有用であり、何故ならそれは方向性の前述の課題、すなわち各細胞がほぼ全ての可能な方向を向く多数の樹状突起を有し、固定された方向の誘起電界に対し応答する（図５ｃ）ことになるという課題を克服するからである。この解決策は回転電界に対する優位を証明することができ、何故ならそれが脳内の領域を標的化できるようにするからであり、この脳は全て軸索が頭蓋平面に対し垂直に配向され、それは誘起磁界を頭蓋骨に平行な平面内を回転するようにしか作成できないからである。
【００６５】
理論上、誘起電界の減少を伴わない磁気刺激の立ち上がり時間の増大 樹状突起刺激は、１ｍｓ台のパルス幅を必要とする。より長期の時間期間に亙り所与の大きさの誘起電界を得るべく、パルス持続時間と共に磁界を線形的に規模策定する必要がある。これは、誘起電界が磁界の時間傾斜に線形に依存するからであり、この磁界はパルスが幅広になるにつれて減少する。所与の周波数ωを有する正弦波状パルスを用いて放電させる所与のコイル構成では、或る点における誘起電界Ｅがピーク磁界Ｂの関数となる。すなわち、
【００６６】
【数１】
【００６７】
ｉを単位複素数とし、表面パラメータ｜Ａ｜＝ｍ２は問題とする幾何学的形状を考慮する。磁界のピーク振幅は、コンデンサのパラメータにより設定される。この関係式はエネルギーの考察から得ることができ、何故なら放電前にコンデンサ内に蓄えられるエネルギーは理論的にはコイルが生成する磁界のエネルギーに等しいからである。
【００６８】
【数２】
【００６９】
インダクタンスＬを有する磁気コイルについては、容量Ｃのコンデンサからコイルを介して放出されるパルスの周波数ωは下式で与えられ、すなわち
【００７０】
【数３】
【００７１】
上記の３つの関係を組み合わせることで、以下が得られる。
【００７２】
【数４】
【００７３】
本分析は、パルス持続時間を増大させる２つの経路を啓示するものである。
【００７４】
インダクタンスＬの増大：この場合、Ｅを一定に保つためＬに対しＶを二次関数的に増大させることもしなければならない。Ｌの増大は、既に詰め込まれたコイル系に対しより多くの巻数を追加することを意味する。コンデンサに対する負荷Ｖの増大は、回路内のより高い電圧にとって適切な新規基盤ならびに保安対策を導き出す。
【００７５】
容量Ｃの増大：ＥはＣとは無関係であり、かくして容量の増大は対処すべき副次的効果を伴うことなくサイクル時間を増大させ、磁気パルスを拡幅する好適な方法となる。
【００７６】
一実施形態では、樹状突起の励起法は電界をより長時間の期間に亙り印加することを必要とする。この種の電界の印加を達成する仕方と、本発明のその改善された刺激パルスが培養シャーレと生体脳内の両方において大量の数のニューロンの励起を標的とすることとを、本願明細書において下記に示すことにする。これらの概念的な新規ツールにより、現在はＴＭＳに応答しない脳内にアクセス領域を可能にでき、モデルシステムとして一次元培養組織よりもよりアクセス可能な二次元培養組織の簡単な励起を提供することができる。一実施形態では、この種の刺激技術は脳診断を可能にすることになる。一実施形態では、この種の刺激法は神経学的疾患や他の臨床的疾患の治療を可能にすることになる。
【００７７】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起法を提供し、その方法はニューロンを回転電界にさらし、それによってニューロンを励起するものである。
【００７８】
一実施形態では、回転電界は少なくとも２つの時間依存性電界の和となる。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界は少なくとも２つの時間依存性磁界により誘起される。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性磁界は少なくとも２個のコイルに通電することで誘起される。
【００７９】
一実施形態では、２個のコイルは２つの電源に独立して接続する。一実施形態では、２個のコイルと２つの電源は機器の一部をなす。一実施形態では、機器はシステムの一部をなす。
【００８０】
一実施形態では、システムはさらに電気信号検出ユニットや撮像ユニットあるいはそれらの組み合わせを含む。一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直とする。
【００８１】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し９０度の位相を有するようにする。一実施形態では、９０度の位相は第２の電流に遅れる第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。
【００８２】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同じパルス周期とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同一波形パターンとする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同一のピーク振幅とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は１とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は２以上とする。
【００８３】
一実施形態では、パルスパターンはパルスの数や各パルスの時間やパルス間の間隔あるいはそれらの組み合わせを含む。
【００８４】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期だけ遅れるようにする。一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波の１周期を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波の１周期を含む。
【００８５】
一実施形態では、本発明はニューロン励起法を提供し、この方法にはニューロンを回転電界にさらし、それによってニューロンを励起し、励起されたニューロンから電気信号を収集または検出する工程が含まれる。一実施形態では、ニューロンからの電気信号の収集と検出は、脳波検査法（ＥＥＧ）により行なう。
【００８６】
一実施形態では、回転電界は電極組立体を用いて生成する。一実施形態では、電極組立体に電圧を印加する。一実施形態では、電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、電極組立体は空間内を回転する。
【００８７】
一実施形態では、ニューロンの励起には軸索の励起が含まれる。
【００８８】
一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用される。一実施形態では、本方法は診断用に適用される。一実施形態では、本方法は治療用に適用される。一実施形態では、ニューロンの励起をニューロンの培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。一実施形態では、応答は培養組織内のスペクトル変化を撮像することで検出する。一実施形態では、応答は蛍光発色性により検出する。
【００８９】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に電気応答を生成する。一実施形態では、少なくとも２つのニューロンの軸索の長軸は平行ではない。
【００９０】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起用の装置を提供し、その装置は少なくとも１組の２つの別個のコイルを備える。一実施形態では、少なくとも２つの別個のコイルは時間軸上で位相シフトさせた電流をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生み出す。一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルは２個の電源により独立して駆動する。
【００９１】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００９２】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相とする。
【００９３】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流の前記パルスの数は１以上とする。
【００９４】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期遅れるようにする。
【００９５】
一実施形態では、本発明は改善された神経刺激装置を提供し、この装置は少なくとも２対の電極を含む電極組立体を備える。一実施形態では、電極組立体を用いて回転電界を生成する。一実施形態では、少なくとも２つの電圧を前記電極組立体内の少なくとも２対の電極に印加する。一実施形態では、２つの電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００９６】
一実施形態では、少なくとも２対の電極に印加する電圧は、第１組の電極に印加する第１の電圧と第２対の電極に印加する第２の電圧を含み、第１の電圧が第２の電圧に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電圧に対する第１の電圧は９０度の位相とする。
【００９７】
一実施形態では、第１の電圧をパルス化し、第２の電圧をパルス化する。
【００９８】
一実施形態では、第１の電圧のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電圧のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波を第１の正弦波よりも１／４周期遅らせるようにする。
【００９９】
一実施形態では、ニューロン刺激は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法を被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法を診断用に適用する。一実施形態では、本方法を治療用に適用する。
【０１００】
一実施形態では、ニューロンの励起をニューロンの培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。
【０１０１】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。
【０１０２】
一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによってニューロン個体群内に電気応答を生成する。
【０１０３】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行ではない。
【０１０４】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が２００μｓを上回る電界パルスにさらし、それによってニューロンを励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間が１ｍｓ以上とする。一実施形態では、本方法はニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含む。一実施形態では、ニューロンからの電気信号の収集と検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なう。
【０１０５】
一実施形態では、電界は磁界により誘起する。一実施形態では、磁界はコイルに通電することで誘起する。
【０１０６】
一実施形態では、コイルはコンデンサに接続する。一実施形態では、コンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、容量は前記コンデンサ材料やコンデンサ構造やコンデンサの寸法またはそれらの組み合わせの結果である。
【０１０７】
一実施形態では、電界パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、ニューロンの励起は樹状突起の励起を含む。
【０１０８】
一実施形態では、本発明は樹状突起励起用の装置を提供し、この装置はコイルと電源とに接続したコンデンサを備え、コンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。
【０１０９】
一実施形態では、装置は持続時間が２００μｓを上回る電界パルスを生成し、それによって樹状突起を励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間を１ｍｓ以上とする。
【０１１０】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、樹状突起励起がニューロンを興奮させる。
【０１１１】
定義
【０１１２】
一実施形態では、ニューロンは電気化学的信号伝達により情報を処理し伝送する神経系内の応答細胞とする。一実施形態では、ニューロンの励起はニューロンの周囲あるいはニューロンの一部に対する電界を誘起あるいは切り換えることで果たすことができる。一実施形態では、誘起電界すなわち神経細胞膜または神経細胞膜の小領域あるいは領域に作用する電界の変化がニューロンの励起を引き起こす。一実施形態では、回転電界は一つの電界であり、ここでは電界の向きが時間／空間内で変化しあるいは変動する。一実施形態では、回転電界はそれぞれの向きが空間内で回転する複数の電界成分を有する。一実施形態では、回転電界は複数の電界成分を有し、そのそれぞれの向きは時間の関数として空間内で回転する。
【０１１３】
一実施形態では、回転磁界は複数の磁界成分を有し、そのそれぞれの向きは固定され、その振幅が時間と共に変化する。一実施形態では、回転磁界は複数の磁界成分を有し、その向きは固定され、その振幅が時間の関数として変化する。
【０１１４】
一実施形態では、時間依存性電界は電界の大きさと方向が時間と共に変化する電界である。一実施形態では、電流は電気的な電流とする。一実施形態では、コイルは導電コイルである。一実施形態では、コイルはそこを通って電流を通過させることのできる導電性材料やワイヤや円形プレートや丸型あるいは螺旋状の構造をなす。
【０１１５】
一実施形態では、本発明の装置内の２個のコイルは２つの電源に独立して接続してあり、各電源が独立して動作するようにし、各コイル内に独立して電圧／電流が誘起されるようにする。一実施形態では、複数の出力端を有する１個の電源が少なくとも２個のコイルを作動させる。
【０１１６】
一実施形態では、電気信号検出ユニットや撮像ユニットやそれらの組み合わせを、脳波検査法（ＥＥＧ）ユニットや磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）ユニットあるいはそれらの組み合わせで構成する。
【０１１７】
一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直とする。一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直に近い。一実施形態では、コイルの平面間の角度は８０度と１００度の間の範囲とする。
【０１１８】
一実施形態では、他方の電流に対する一方の電流の９０度の位相は、他方の電流の類似の周期関数に対する一方の電流の周期的な電流関数の１／４周期の遅れを表わす。本実施形態によれば、電流関数の全周期は３６０度で表わされる。一実施形態では、９０度の位相は第２の電流に対する前記第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。一実施形態では、１周期は周期関数の１周期である。
【０１１９】
一実施形態では、２個のコイルが誘起する２つの磁界が誘起する回転電界に関する波形公式は下記の如く記述され、すなわち一方のコイルが放電を開始し、１／４周期後に、第２のコイルが放電を開始する。第１のコイルの生成電界はＡｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）であり、ここでＴはサイクル時間であり、Ａは振幅である。第２のコイルの生成磁界はＡｃｏｓ（２πｔ／Ｔ−π／２）であり、２つの電界が互いに垂直で、ピーク振幅とサイクル時間において等しい場合、そのときは２つの電界の合成和は２７０度の回転を遂行する。
【０１２０】
一実施形態では、パルス化電流はコイルに対しパルスとして導入される電流である。一実施形態では、パルス期間中にコイルに電流が流れ、パルス間の間隔ではコイルに一切電流が流れないかあるいはごく最小限の電流しか流れない。一実施形態では、パルス間の間隔にコイルを流れる最小電流は、本発明の方法について有効磁界を生成するのに必要な閾値未満とする。一実施形態では、電流周波数は本発明のコイルを流れる交番電流の周波数とする。一実施形態では、波形パターンを電流関数のパターンとする。一実施形態では、波形パターンを電流対時間の関数とする。一実施形態では、電流振幅やピーク振幅は本発明のコイルを流れる電流の値あるいは最高値を表わす。一実施形態では、パルスパターンは電流パルスの数や各電流パルスの時間や電流パルス間の間隔あるいはその組み合わせによって規定する。
【０１２１】
一実施形態では、電流の波形は正弦波とする。一実施形態では、２つの異なるコイルを流れる２つの電流間の位相は第１の電流については正弦波で、第２の電流については余弦波で表わすことができる。
【０１２２】
一実施形態では、電極組立体は少なくとも２つの電極を含む。一実施形態では、少なくとも２個の電極に電圧を印加することで、電極間の領域に電界を生成する。一実施形態では、電極の位置を変えるか、あるいは３以上の電極に電圧を印加することで、電極間の領域あるいは電極間の領域の一部に回転電界を生成することができる。
【０１２３】
一実施形態では、電圧は電気的な電圧とする。一実施形態では、容量なる用語は電磁気学と電子工学において用いられる用語である。一実施形態では、容量は電荷を保持する物体の能力である。
【０１２４】
一実施形態では、大容量は軸索励起電界用の５０〜４００μＦの範囲にある任意の値あるいは樹状突起励起用の１ｍＦを上回る任意の容量値とする。
【０１２５】
一実施形態では、樹状突起はニューロンの枝分かれした突起であり、それらは他の神経細胞から受けた電気化学的な刺激をそこから樹状突起が突出するニューロンの細胞本体あるいは細胞体に伝えるよう動作する。電気的な刺激は、樹状突起の心軸を挿通する様々な点に位置するシナプスを介して上流側のニューロンにより樹状突起上へ伝達される。樹状突起は、これらのシナプス入力の統合と活動電位がニューロンにより生成される範囲の特定に重要な役割を果たす。一実施形態では、軸索は神経細胞本体や細胞体から遠くへ電気インパルスを伝える神経細胞あるいはニューロンの長く細い突起である。
【０１２６】
一実施形態では、神経突起はニューロンの細胞本体からのあらゆる突起を指す。この突起は、軸索あるいは樹状突起のいずれかとすることができる。一実施形態では、活動電位は神経細胞に所定距離に亙り信号を搬送させることのできる電気化学的活動の自律再生的波形とする。一実施形態では、活動電位は神経細胞が生成する主要電気信号であり、これは神経細胞の軸索膜の特定のイオンへの浸透性変化から生起する。一実施形態では、活動電位（神経インパルスあるいはスパイクとしても公知）は、幾つかの種類の細胞膜に沿って移動する電圧のパルス様波形とする。一実施形態では、ニューロンの興奮や興奮するニューロン、あるいは「興奮」や「興奮中」や「興奮する」なる用語は、かく説明したニューロン内で生起する可能性のある活動事象を意味する。
【０１２７】
寸法と値
【０１２８】
一実施形態では、下記パラメータが磁気パルスの振幅と周期と、コンデンサに対する電圧負荷とコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを決定する。
【０１２９】
一実施形態では、コンデンサに対する電圧負荷Ｖは０Ｖ〜５ｋＶの範囲とする。一実施形態では、コンデンサに対する電圧負荷Ｖは最大２０ｋＶまで負荷をかけるよう作成することができる。一実施形態では、コイルのインダクタンスＬは０μＨと５０μＨとの間の範囲にある。一実施形態では、コイルのインダクタンスＬは１μＨと５０μＨとの間の範囲にある。一実施形態では、コンデンサの容量は１０９μＦとする。一実施形態では、樹状突起励起では、コンデンサの容量は１ｍＦとする。一実施形態では、樹状突起励起ではコンデンサの容量を５ｍＦとする。一実施形態では、コンデンサの容量は１ｍＦと５ｍＦとの間の範囲とする。
【０１３０】
一実施形態では、これらのパラメータから得られるサイクル時間（すなわちパルス幅）は１００μとと５ｍｓの間の範囲とする。
【０１３１】
一実施形態では、本発明の方法に用いる刺激装置は下記のパラメータを有する電源とコンデンサとコイルとを備え、すなわちＶ＝０〜５ｋＶ，Ｌ＝１０〜５０μＨ，Ｃ＝１０９μＨであり、得られるサイクル時間は２００μｓ〜５００μｓである。
【０１３２】
一実施形態では、コイルを有する刺激装置は最大１００Ｈｚの刺激レートを有する単一ＴＭＳあるいは複数ＴＭＳ用に用いることができる。（培養）シャーレや動物やヒトの被験体に対するコイルの向きは、変えることができる。
【０１３３】
一実施形態では、ニューロンあるいはニューロン集合体の励起に用いる電界強度は５０〜５００Ｖ／ｍの範囲とする。一実施形態では、使用する電界強度は少なくとも１００Ｖ／ｍとする。
【０１３４】
一実施形態では、使用する磁界強度が０．１Ｔ〜５Ｔの間の第１の回転電界を生成する。一実施形態では、使用する電界強度は少なくとも１００Ｖ／ｍとする。
【０１３５】
一実施形態では、コイルを流れる電流は１ｋＡ〜１０ｋＡの範囲とする。一実施形態では、コイルを流れる電流は少なくとも１ｋＡとする。
【０１３６】
一実施形態では、第１のコイルと第２のコイルを流れる電流は互いに９０度の位相を有する。別の実施形態では、電流位相は８５度と９５度の間の範囲とする。別の実施形態では、電流位相は１度と９０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は９０度と１８０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は１８０度と２７０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は２７０度と３５９度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は零度以外の他の任意の度数とする。一実施形態では、電流位相度は電流対時間のしかるべき周期関数を呈する電流を指す。一実施形態では、電流対時間の周期関数は正弦波により表わされる。一実施形態では、他の任意の位相と波形関数の組み合わせは、円形でない（例えば、特定例のニューロンに有利とすることのできる楕円形あるいはあらゆる任意の円形に近い形の）回転電界を生成するのに役立てることができる。
【０１３７】
一実施形態では、９０度の位相は前記第２の電流に対する前記第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。一実施形態では、周期遅れは０．２０周期と０．３０周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは０．０１周期と０．５０周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは０．５０周期と０．９９周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは一方の電流の別の電流に対する遅れを指し、ここで両電流は電流対時間のしかるべき周期関数を呈する。一実施形態では、電流対時間の周期関数は正弦波により表わされる。
【０１３８】
一実施形態では、２個のコイル内の２つの電流のうちの一方のパルスだけを用いる。別の実施形態では、２以上のパルスを用いる。一実施形態では、少なくとも２個のコイル内の電流パルスは同一パルス周波数とする。別の実施形態では、少なくとも２個のコイル内の電流パルスは異なるパルス周波数とする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚとする。一実施形態では、パルス周波数は５０Ｈｚとする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚと５０Ｈｚの間の範囲とする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚと１００Ｈｚとの間の範囲とする。
【０１３９】
一実施形態では、第１の電流のパルスと第２の電流のパルスは同じ波形パターンとする。一実施形態では、パルスは異なる波形パターンとする。一実施形態では、任意のパルス波形の組み合わせが円形ではない（例えば、特定例のニューロンに有利とすることのできる楕円形あるいはあらゆる任意の円形に近い）回転電界を生成するのに役立てることができる。
【０１４０】
一実施形態では、電流ピーク振幅は１ｋＡ〜１０ｋＡの間の範囲とする。
【０１４１】
一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数は１とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１と５０の間の範囲とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１と１００の間の範囲とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１００と１０００の間の範囲とする。
【０１４２】
一実施形態では、各パルスの時間を１マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１０マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を５０マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と２００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と１０００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と５００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と２０００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１ミリ秒と５ミリ秒の間の範囲とする。
【０１４３】
一実施形態では、パルス間の間隔をほぼ２０ミリ秒とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０ミリ秒と３０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１ミリ秒とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０ミリ秒と１００ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０μｓと３０秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数秒台とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数ミリ秒台とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数マイクロ秒台とする。
【０１４４】
一実施形態では、一方のコイルを流れる一方の電流パルスは１周期の正弦波を含み、第２のコイルを流れる第２の電流パルスは１周期の余弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは半周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは１／４周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは３／４周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは２周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは１周期と１０周期の間の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは０．０１周期と０．９９周期の間の正弦波を含む。
【０１４５】
一実施形態では、電極組立体に印加する電圧はピーク間で１Ｖと３６Ｖの間の範囲とする。一実施形態では、パルスは双極性矩形パルスとする。一実施形態では、パルス幅は０．１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。
【０１４６】
一実施形態では、電極組立体内の幾つかの電極に印加する電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、電圧の時間変動は異なる方向に沿いあるいは異なる軸に沿って異なり、電圧が印加される電極間の１（または複数）の領域は電界の変動に遭遇する。
【０１４７】
一実施形態では、電極組立体は空間内を回転する。一実施形態では、電極組立体もしくはその一部は９０度回転する。一実施形態では、電極組立体を１８０度回転させることができる。一実施形態では、電極組立体を３６０度以下回転させることができる。
【０１４８】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が１００μｓを上回る第１の電界パルスにさらし、ニューロンを刺激する工程が含まれる。
【０１４９】
一実施形態では、電界パルスの持続時間は１ｍｓ以上の持続時間とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は１００μｓと１０００μｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は７５０μｓと１２５０μｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は１ｍｓと１０ｍｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は０．５ｍｓと２ｍｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は０．９ｍｓと１００ｍｓの間の範囲とする。
【０１５０】
一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも０．１ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも４．８ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも０．０５ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は０．１ｍＦと１０ｍＦの間の範囲とする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は１ｍＦと５ｍＦの間の範囲とする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は１０ｍＦと５０ｍＦの間の範囲とする。
【０１５１】
一実施形態では、コイル巻数は２０巻きと８０巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は１０巻きと５０巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は１０巻きと１００巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は４０巻きと１００巻きの間の範囲とする。
【０１５２】
一実施形態では、コイルインダクタンスＬは１μＨと５０μＨの間の範囲とする。一実施形態では、コイルインダクタンスＬは１μＨと１０μＨの間の範囲とする。一実施形態では、コイルインダクタンスＬは２５μＨと５０μＨとの間の範囲とする。
【０１５３】
一実施形態では、コイル内／外径は１００ｍｍとする。一実施形態では、コイル内／外径は１０ｍｍとする。一実施形態では、コイル内／外径は５ｍｍと２００ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は１０ｍｍと５０ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は５０ｍｍと１００ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は１００ｍｍと２００ｍｍの間の範囲とする。
【０１５４】
一実施形態では、コイルは導電材料で作成する。一実施形態では、コイルは金属で作成する。一実施形態では、コイルは銅で作成する。一実施形態では、コイルは絶縁銅線で作成する。一実施形態では、銅線の厚みは０．０１インチと０．２５インチの幅とする。一実施形態では、コイル線の厚み、幅、あるいは直径は０．００５インチと０．５０インチの間の範囲とする。
【０１５５】
一実施形態では、刺激装置は４．８ｍＦの容量と６．５ｋＶの最大電圧負荷を含む。一実施形態では、刺激装置は０．１ｍＦの容量と２２ｋＶの最大電圧負荷を含む。
【０１５６】
一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０Ｔと１Ｔの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は１Ｔと１０Ｔの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０．５Ｔと１．５Ｔとの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０．２Ｔと３Ｔの間の範囲とする。
【０１５７】
一実施形態では、本発明の方法に用いる電界の刺激閾値は２個のコイルが誘起する回転電界により励起する培養組織について２００Ｖ／ｍと１０００Ｖ／ｍの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法の２個のコイル構成が生成する電界は１Ｖ／ｍと２００Ｖ／ｍの間の範囲とする。一実施形態では、刺激閾値電位は電極組立体が励起する培養組織について１Ｖ／ｍと２０Ｖ／ｍの間の範囲とする。
【０１５８】
一実施形態では、単位ｍｓあるいはｍＳはミリ秒を意味する。一実施形態では、μｓは１（または複数）のミリ秒を意味する。一実施形態では、ｍＦはミリファラッドを意味する。一実施形態では、μＨはマイクロヘンリーを意味する。一実施形態では、物理パラメータを記述する全ての単位は従来の単位が用いられ、全ての当業者に認識される。
【０１５９】
幾何学的形状と向き
【０１６０】
一実施形態では、コイルは球形とする。一実施形態では、コイルは８の字形状を有する。一実施形態では、コイルは四つ葉クローバー形状とする。一実施形態では、コイルは蝶形状とする。一実施形態では、２個のコイルを用いる。一実施形態では、３個または４個のコイルを用いる。一実施形態では、５個または６個のコイルを用いる。一実施形態では、コイルの数は２コイルと１０コイルの間の範囲とする。一実施形態では、コイルの数は３コイルと５コイルの間の範囲とする。一実施形態では、コイルの数は６コイルと２０コイルの間の範囲とする。一実施形態では、各コイル平面は他の全てのコイル平面に対し垂直とする。一実施形態では、コイル平面は同一平面に横たわる。一実施形態では、少なくとも２個のコイルの平面間には９０度以外の角度が存在する。一実施形態では、多数のプロトコルを用いて回転電界を拡張することができる。２つの別個のコイルシステムの任意の組み合わせを複合し、回転電界の若干の変形例、例えば真円の代りに楕円形の回転を生成することができる。両コイルの幅は必ずしも同一ではなく、かくして２個のコイルのサイクル時間と相対的な方位も同一とは限らない。
【０１６１】
材料
【０１６２】
一実施形態では、コイルは金属製のワイヤとする。一実施形態では、金属は銅とする。一実施形態では、コイルの内容積は磁性材料を充填する。一実施形態では、コイルの内容積空間に鉄を充填する。一実施形態では、コイル導電線を絶縁する。一実施形態では、コイルは巻きを含む。一実施形態では、電極は金属で作成する。一実施形態では、金属は白金か金かパラジウムで構成する。一実施形態では、電極は銀で作成する。一実施形態では、コイルは冷却システムにより囲繞する。一実施形態では、動作時に冷却システムがコイルの過熱を阻止する。
【０１６３】
方法
【０１６４】
一実施形態では、本発明は軸索の極めて効率的な励起を提供し、それによってニューロンを興奮させる。これは、所定電界を用いて所望の軸索個体群の全てあるいは大半の方向（軸索は方向性である）を走査することで達成される。一実施形態では、これはこれら全ての方向を走査する回転電界を作成することで達成され、その方向性とは無関係に軸索を励起することができる。これには、互いに所定角度（例えば、垂直）に構成した２個のコイルを有する装置が含まれ、それぞれが異なる電流／電力源に別個に接続し、２個のコイルを時間軸上で互いにシフト位相にて駆動する。位相シフトは、電界を空間内の異なる方向に時間と共に走査させる。
【０１６５】
一実施形態では、本発明はニューロンの樹状突起ツリーを励起し、それによってニューロンを興奮させる方法を提供する。一実施形態では、本方法にはだだ一つの電界の印加が含まれ、この電界の空間的な方向は決定的なものではなく、すなわちニューロンは多数の樹状突起を有し、それらが全ての方向に枝分かれしている。一実施形態では、電界が良好な一般的な方向を指向する限り、それは樹状突起を励起し、回転させる必要はない。この態様に従って一実施形態では、装置は極めて大きなコンデンサを有する特定の電源の設計に基づき、極めて長いパルス（一実施形態では従来のＴＭＳ刺激装置よりも５倍は長い）を給送する。
【０１６６】
一実施形態では、本発明の方法は生体外で用いる。一実施形態では、本発明の方法は生体内で用いる。一実施形態では、本発明の方法は細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は二次元細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は三次元細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は極めて小さな細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法に用いる細胞培養組織の大きさを記述する少なくとも一つの次元は１μｍと２０μｍの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の電界回転方法あるいは樹状突起励起方法をシャーレ内の培養組織に適用する場合、シャーレの大きさ、すなわち培養組織を成長／付着させるカバースリップの大きさと培養組織カバースリップのパターン形成方法を、培養組織内のニューロンの神経励起を達成すべく刺激装置と刺激装置のパラメータに適合するよう調整する。一実施形態では、本発明の方法は動物に用いる。一実施形態では、本発明の方法はヒト被験体に用いる。
【０１６７】
一実施形態では、本発明は本発明の方法に従いＴＭＳを遂行するＴＭＳツールを提供する。一実施形態では、機器は機器あるいは機器内の要素が本発明の方法に従いＴＭＳを遂行するよう設計する。一実施形態では、本発明はＴＭＳ用のシステムを提供する。一実施形態では、本発明のＴＭＳシステムは本発明の方法に従いＴＭＳを遂行する。一実施形態では、本発明は本発明の方法従い作動するＴＭＳツールを含むキットを提供する。
【０１６８】
一実施形態では、方法すなわち本発明の方法の幾つかの要素を自動的に遂行する。一実施形態では、方法すなわち本発明の方法の要素はロボットにより遂行する。一実施形態では、本発明の方法により動作する本発明のシステムは被験体による家庭での使用に向け設計する。
【０１６９】
一実施形態では、本発明の装置やツールや機器やシステムはさらに、精査対象である被験体や動物や培養組織に対し所望の位置にコイルや電極組立体を保持するスタンドや支持体および／または他の付属品を備える。一実施形態では、本発明のコイルや電極や装置やツールや機器やシステムはさらに、試験対象領域あるいは治療領域に対しコイルや電極を位置決めするのを助ける可動部品を備える。一実施形態では、可動部品はコンピュータ化されたシステムにより制御する。
【０１７０】
一実施形態では、本発明の方法はさらにニューロンからの信号の収集あるいは検出を含む。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集はＥＥＧおよび／またはＭＲＩにより行なう。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集は運動フィードバック、すなわちＥＭＧを用いた記録あるいは運動の監視による筋肉の起動により行なう。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集は人的フィードバック、例えば視覚的な知覚（閃光感覚）あるいは他の感覚の報告により行なう。
【０１７１】
一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は２５０マイクロ秒を上回る。一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は５００マイクロ秒を上回る。一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は１０００マイクロ秒を上回る。
【０１７２】
一実施形態では、本発明により提供される装置ならびにツールは、片や長いパルス時間を必要とする樹状突起励起に対する必要性を満たすよう設計され、作動する。一実施形態では、より長い時間のニューロン励起用の装置の設計は比較的大きなコンデンサを要求するものであり、この種のコンデンサはここで説明する如く本発明の装置内に配設する。
【０１７３】
一実施形態では、生体外での信号の検出あるいは収集は電気生理学（電極）により、あるいは活動の光学的撮像すなわちカルシウム撮像や電圧感応染料撮像等により遂行する。
【０１７４】
一実施形態では、電極組立体を用い回転電界を生成する。一実施形態では、電気励起は少なくとも２対の互いに独立した電極を用いて行なう。一実施形態では、第１の正弦波を第１の電極対に印加し、第１の正弦波とは９０度ずれた第２の正弦波を第２の電極対に印加する。一実施形態では、２対の電極は互いに垂直とする。
【０１７５】
一実施形態では、本発明の方法とツールを神経関連疾病や疾患の診断および／または治療に使用する。別の実施形態では、本発明の方法ならびにツールは神経関連疾患すなわち疾患の取得リスクの診断に用いる。別の実施形態では、本発明の方法ならびにツールは神経関連疾患あるいは障害の取得リスクを有する被験体の治療に用いる。
【０１７６】
一実施形態では、本発明の方法による治療および／または診断の対象となる疾患には認知疾患や認知障害が含まれる。一実施形態では、認知疾患や認知障害には、アルツハイマー病や多重梗塞性痴呆症やパーキンソン病のレビー小体変異体を含む記憶障害、学習障害、アルツハイマー病、多重梗塞性痴呆症、さらにクロイツフェルト−ヤコブ病、コルサコフ障害、貧血、脳卒中、頭部外傷、低血糖、一酸化炭素ガス中毒、リチウム中毒、ビタミン（Ｂ１やチアミンやＢ１２）欠乏、鬱病性障害、電気ショック療法（ＥＣＴ）後障害、あるいは当業者が理解するその他が含まれる。
【０１７７】
一部実施形態では、本発明のシステムならびに方法を用い、軽度の認知障害かあるいはより深刻な神経精神病学的疾患、すなわち認知疾患か障害かを診断してそれらを識別し、あるいは一部実施形態では、後者に対する前者の可能性あるいは経時的進行度を示すことができる。
【０１７８】
一実施形態では、軽度認知障害には、例えば軽度認知機能障害（ＭＣＩ）（ここでは、最小から軽度までの範囲の認知機能障害を含む）、軽度記憶喪失、加齢関連記憶障害（ＡＡＭＩ）、加齢関連認知能低下（ＡＲＣＤ）、良性老人性物忘れ（ＢＳＦ）、あるいは非痴呆認知障害（ＣＩＮＤ）を含めることができる。軽度認知障害には、症候群の臨床的特徴としての認知機能障害を必要とする障害が含まれ、被験体は痴呆症に対する診断規範、例えば痴呆症に対するＤＳＭ−ＩＶ ＴＲに合致しない。これらの障害のうち、軽度認知障害は臨床的な顕著な機能障害が無い状態での痴呆、すなわち最も一般的には記憶の欠如によって特徴付けられる疾患である。一実施形態では、本発明はＭＣＩを抱える被験体がアルツハイマー病を発症しそうかどうか予測する方法を提供する。
【０１７９】
本発明の方法ならびにシステムは追加の臨床試験および／または追加の臨床的評価あるいは治療方法ならびにツールと併せ使用することができる。この種の方法の組み合わせは、被験体の神経学的疾患の評価や診断や特定に用いることができる。この種の方法とツールの組み合わせは、神経精神病学的疾患や認知疾患あるいは障害の発症について被験体が抱える可能性あるいは相対的リスクの評価あるいは特定に用いることができる。方法あるいはツールのこの種の組み合わせは、本願明細書において上記と下記に一覧掲載するいずれかの障害等の障害を抱えるかあるいは患っている被験体の治療に用いることができる。方法とツールのこの種の組み合わせは、本願明細書において上記と下記に一覧掲載するいずれかの障害等の神経精神病学的疾患や認知疾患や認知障害を発症する相対的リスクを抱える被験体の治療に用いることができる。
【０１８０】
この種の追加の臨床試験あるいは評価法は、これらに限定はされないが、記憶や他の認知能力の神経精神病学的試験、日常の機能活動を遂行する能力の試験、脳の撮像試験（ＭＲＩ（磁気共鳴映像法）やＳＰＥＣＴ（単一光子放射コンピュータ断層撮影）やＰＥＴ（陽電子放射断層撮影））、血液や脳脊髄液や他の体液および組織内のバイオマーカの試験である。ＥＥＧ、言語試験、そして視力、聴覚、体性感覚（感触）、味覚および嗅覚（匂い）応答に関する知覚系応答試験。全身運動スキルと局部的運動スキル試験等。一実施形態では、撮像方法には蛍光団の検出が含まれる。一実施形態では、蛍光団あるいは他のバイオマーカを本発明の方法を用いた被験体に対するＴＭＳの実施前またはこれと並行して被験体や細胞培養組織に投与する。一実施形態では、被験体に対する蛍光団あるいは他のバイオマーカの投与は、経口、静脈内、動脈内、筋肉内、頭蓋内、鼻腔内、皮下、腸管外、経粘膜、経皮、あるいは局在塗布とする。一実施形態では、被験体の脈や心拍数や体温を本発明に記述する磁気刺激方法に関連して計測する。
【０１８１】
一実施形態では、被験体あるいは培養組織に対する本発明のＴＭＳ法の遂行に先立つかあるいはこれと併せ薬物を投与する。一実施形態では、被験体に対する薬物の投与は、経口、静脈内、動脈内、筋肉内、頭蓋内、鼻腔内、皮下、腸管外、経粘膜、経皮、あるいは局在塗布とする。
【０１８２】
本願明細書に記載するＴＭＳ法は、おそらく従来のＴＭＳ法と併せ使用される。本願明細書に説明するＴＭＳ法は、おそらく従来のＴＭＳ法の前にあるいは並行して、または後続させて使用される。
【０１８３】
本発明のシステム／方法により確認しかつ／または治療することのできる神経精神病学的疾患や認知疾患あるいは認知障害には、これらに限定はされないが、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、コルサコフ健忘症候群、後天性免疫不全症候群（ＡＩＤＳ）、筋萎縮性側索硬化症、運動神経疾患、鬱病、精神分裂症、進行した摂食障害、前頭側頭骨性痴呆症、レビー小体型痴呆症および／または血管性痴呆症が含まれる。
【０１８４】
一実施形態では、本発明の方法ならびにツールは、アスペルガー症候群、自閉症、背痛、脳膿瘍、脳損傷、脳外傷、脳腫瘍、脊椎腫瘍、慢性疼痛、慢性局所疼痛症候群、累積的外傷障害、痴呆、癲癇、頭部損傷、頭痛、運動スキル障害、筋ジストロフィー、エイズの神経学的徴候、遷延性植物状態、下肢静止不能症候群、脊髄外傷等の神経疾患や神経障害に対する診断および治療を提供する。
【０１８５】
一実施形態では、本発明の方法ならびにツールは診断治療に用い、またあらゆる神経障害や精神疾患あるいは関連疾病や疾患に対する治療上のあるいは臨床的な手法の一部として用いることができる。
【０１８６】
一実施形態では、本発明の方法を用い、初代海馬や皮質やＤＲＧ培養組織や接続されたニューロンの他の培養組織等の細胞培養組織を刺激する。
【０１８７】
一実施形態では、本発明は軸索励起を提供する。一実施形態では、本発明は樹状突起励起を提供する。一実施形態では、本発明は軸索と樹状突起の両方の励起を提供する。一実施形態では、軸索刺激や樹状突起あるいはそれらの組み合わせは、電気刺激を用いて遂行することができる。
【０１８８】
一実施形態では、本発明は一次元培養組織に回転電界刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は二次元培養組織に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は人体に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は動物に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明はラットに回転電界の刺激をもたらす。
【０１８９】
一実施形態では、樹状突起の励起追求に並行し、軸索励起を相当に改善することができる。一実施形態では、培養シャーレ内と生体脳内の両方においてこの種の励起により励起するより多数のニューロンの標的化が可能となる。一実施形態では、この種の励起は臨床応用を有する。
【０１９０】
一実施形態では、例えば本発明の方法の四つ葉クローバー設計に用いる電界及び磁気構成等のパラメータを、本発明の方法ならびに装置が臨床使用できるよう選択する。一実施形態では、本発明の方法と装置はヒト被験体の治療に用いる。
【０１９１】
一実施形態では、ほぼ１ミリ秒の立ち上がり時間を有するパルスを用いることで、樹状突起の応答は大幅に向上し、樹状突起と加えて軸索に対して電位の変化を生み出すことができる。
【０１９２】
二次元培養組織を磁気的に刺激する能力は、特に標準的な単一のあるいは８の字平面コイルを用いてこれを達成する報告された困難さ（Ｒｏｔｅｍ，Ａ．、ＭｏｓｅｓＥ．、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｎｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒｏｎａｌ Ｃｕｌｔｕｒｅｓ（一次元神経培養組織の磁気刺激）」、Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．、２００８年６月、９４（１２）：５０６５〜７８）に鑑み、重要である。この能力は電界の回転の直接的な結果のようであり、それは２つの事実を際立たせるものである。すなわち、１）軸索がＴＭＳ期間中に励起される神経領域である点と、２）軸索は二次元培養組織中には好適な方位を一切有していない点とである。
【０１９３】
驚くべきことに、一実施形態において交差コイルにより励起しうる１５個の培養組織のうち４個が１組のうちの単一のコイルだけで励起されている。このことは、単一コイルに応答した培養組織が正しい方位を向く培養組織内の幾つかの軸索を偶然有し、誘起電界によって励起させえたとの事実によるものと考えられる。１個のコイルの電界は空間的に配向されるため、培養組織の励起が方向性に依存し、培養組織をコイルに対し４５度回転させることで消失させうることは驚くに値しない。
【０１９４】
回転電界は、正しい方位を見いだし、その方向に横たわる軸索を励起するだけのこと以上のことを為す。この種の方位が存在する、すなわち培養組織内の幾つかの軸索が単一軸に沿って配向される確率は、恐らく低いものである。他の全ての場合、軸索方位は不規則に分布し、これらの培養組織の励起を可能にするのが交差コイルの走査能力である。
【０１９５】
明白な大きな関心の一つの問題点は、ヒト被験体に対する交差コイルの幾何学的形状の適用にある。ヒトの頭部を全体として交差コイル内に配置することができるよう、十分大きなコイルを製造することは可能である。誘起電界はそこでシステムの２つの極を接続する軸周りの空間内で回転し、その極でだけ最強となるものと予想される。同様の強度の非回転電界もまた、各個別コイルの周囲に沿って誘起されることになる。その結果、この構成は多くの領域、すなわち標的としていない筋肉領域や脳領域の両方を励起する不利を被ることになる。このことを例証するシミュレーションを、ここで下記に提示する。
【０１９６】
ヒトの頭部に対するｒｆＴＭＳの異種の実装は、四つ葉クローバー設計（方法と材料参照）であり、それは公知の８の字コイルの等価物を使用しつつ焦点の絞られた電界走査能力を達成するものである。この構成は、交差コイルのものよりも臨床用途に相応しいものと期待される。ヒト被験体に対するｒｆＴＭＳの使用は、その不規則な軸索方位が向きの固定された非回転電界を用いる励起に従わない現在アクセス不能な皮質領域の励起を結果的に可能にすることになる。
【０１９７】
ｒｆＴＭＳの他の明確な利点は、常に時間を浪費し、往々にして扱いにくく高価な立体視的器具を必要とするコイルの正確かつ一貫した位置決めならびに配向についての必要性を取り除くことにある。無論、例えば標的とする領域の解剖学的組織が既知である場合に達成できる高い特異性を標準的な単一コイルもしくは８の字コイルがもたらす誘起電界の特別な配向に対する利点が存在する。
【０１９８】
一技術としてのｒｆＴＭＳが本来相補的で、大半の他の技術革新、例えば深層ＴＭＳあるいは新規反復周波数プロトコルと縦列使用できることは、強調されて然るべきである。追加電源と二重磁石は、その利点が簡単に経費を克服するパルス対形成設定において招来されるものに匹敵する最小限の技術的あるいは経済的負担を課す。
【０１９９】
電界方位に対する感度は、軸索の方向性と、磁気刺激が軸索励起を介して得られる事実とにその起源を有する。ニューロンが樹状突起において励起しうる場合、そのときは電界の向きに対する依存性は（ｒｆＴＭＳにおける如く）消失する筈であり、何故なら樹状突起ツリーは等方性だからである。それらの異なる物理的な属性が故に、樹状突起の励起はより長い持続時間のパルスの印加を必要とするが、これらは本願明細書において下記に説明するように電気的な励起を用いるだけで現在のところアクセス可能である。磁気刺激において長いパルスを達成するのは容易であり、当方の研究所において現在追求し続けているものである。
【０２００】
実施例
【０２０１】
実施例１：回転電界用の磁気刺激装置
【０２０２】
回転電界は、その磁界が互いに垂直で、その電流を１／４周期だけ互いに位相シフトさせた２組の独立したコイルを用いることで誘起させた。２つの磁気正弦波状パルス間の９０度位相遅れの導入は、それぞれが別個の８の字コイルを制御する２個の独立した電源を正確にトリガーすることで達成された。
【０２０３】
電源 使用した２個の電源はＭａｇｓｔｉｍ Ｒａｐｉｄ ＴＭＳ（英国 Ｍａｇｓｔｉｍ社製）と手製の刺激装置（ＨＭＳ）とした。ＨＭＳは２２ｋＶの最大電圧負荷を有する０．１ｍＦコンデンサ（米国 Ｍａｘｗｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）に基づくものであり、市販のＭａｇｓｔｉｍ Ｒａｐｉｄにより検体に供給される磁界の５倍は強い磁界を得ることができる。２つの磁気パルス間に正確な位相遅れを達成すべく、２個の電源を信号発生器（米国 Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｋｅｉｔｈｌｅｙ３３９０ ５０ＭＨｚ任意波形／関数発生器）を用いて同期させた。信号発生器は、１／４周期だけ分離された２つのトリガー信号を発する。この遅れは使用するコイルに従って変化し、５０〜１５０μｓの範囲にある。
【０２０４】
磁気コイル 磁気コイルは、０．０１インチの厚みで０．２５インチの幅のポリエステル被覆された矩形銅線（米国 ＭＷＳ Ｗｉｒｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製）を用い、研究所において作成した。ワイヤは、特注のフレーム周りに巻回した。ワイヤの巻線はガラス繊維により絶縁し、エポキシ（２部のＥＰＤＮ８１４中の１部のベルサミド１４０）内に鋳込んである。交差コイル構成（下記参照）について、それぞれ巻数１０と１１で内径が７５ｍｍと６２ｍｍを用いた。四つ葉クローバー構成（下記参照）について、内径２０ｍｍを用いた。１組の巻数２５のコイルをＭａｇｓｔｉｍ社製電源に接続し、巻数３０の１組のコイルをＨＭＳに接続した。
【０２０５】
四つ葉クローバーコイル 図３に示すこの種の可能な構成の一つは、２個の標準的な８の字コイルを用いるものである。各８の字コイルの中心の真上の誘起電界は２個のコイル中心を結ぶ軸に垂直に配向され、かくして２個の８の字コイルは互いに垂直な電界を生み出す。両方の８の字コイルが共にする放電は、２つの電界の和である生成ベクトルを招来することになる。第１の８の字コイルに遅れること１／４周期での第２の８の字コイルの放電は、システムの中心での回転電界に帰結する。２つの磁気正弦波状パルスの間の９０度の位相遅れの導入は、それぞれが別個の８の字コイルを制御する２つの独立電源の正確なトリガーにより達成される。
【０２０６】
交差コイル 第２の構成が図３に示されており、その平面は垂直な２個のコイルを含んでいる。２個のコイルが交差する極近くでは、電界は大きく、コイル平面において接線方向を向いている。四つ葉クローバー設計における如く、各コイルを別個の電源に接続し、磁気正弦波状パルスの一方を他方に対し９０度位相シフトさせた。交差コイル（図１参照）については、それぞれ巻数１０と１１で内径が７５ｍｍと６２ｍｍの２個の円形コイルを用いた。２個のコイルは、その平面を垂直に保ったまま、一方を他方の内側に配置した。交差コイルのホットスポットは、２個のコイルが交差（図１ｄ〜図１ｆ）し、コイルの誘起電界が互いに垂直となる箇所の構造体の極の近くに位置する。この構成は四つ葉クローバーコイルよりも単純であり（下記参照）、相互誘導損を被らず、何故なら２個のコイルの平面は垂直だからである。
【０２０７】
誘起電界の計測とコイルの較正
【０２０８】
コイルの誘起電界を計測すべく、直径４０ｍｍのピックアップコイルを用いた。ピックアップコイルは、その平面に平行な被計測コイル内に配置した。計測は、ピックアップコイルが磁気コイルに同心であるか否かには感応しなかった。ピックアップコイルを用い、交差コイルを下記の如く較正する。先ず、刺激装置の電力設定と各コイルの生成誘起電界との間の関係を計測し、刺激装置と円形コイルの各組について線形な関係を見いだした。次に、ＨＭＳコイル対Ｍａｇｓｔｉｍ社製コイルの比例定数を比較し、Ｍａｇｓｔｉｍの１００％電力設定での誘起電界がＨＭＳの３ｋＶの設定に等価であることが判った。このことで回転磁界パルスの最大強度が特定され、このパルスは交差コイルについてはカバースリップ平面のホットスポットにおける３４５±２５Ｖ／ｍに等しいものであった。この等価性を我々の試験期間中に使用し、パルス強度の任意の設定に対し３ｋＶ／１００％の比を維持した。例えば、最大強度の半分であるパルスの給送時に、５０％Ｍａｇｓｔｉｍ電力と１．５ｋＶのＨＭＳ負荷を用い、一方で最大強度の３／４のパルスについて、７５％Ｍａｇｓｔｉｍ電力と２．２５ｋＶのＨＭＳ負荷を用いた。
【０２０９】
ホットスポットでの誘起電界の推定 神経細胞の位置における誘起電界を推定すべく、コイル内部に配置する導電媒体の寸法について検討した。導電媒体外部のあらゆる誘起電界が表面電荷により界面において相殺されるため、一様な磁界から生ずる電界を算出する関連する長さ尺度はコイル平面に平行な導電媒体の断面のそれとなる。二次元培養組織の刺激の場合、球状の球体（球体の平坦化された基底が故に、直径が５ｃｍで、残りは球体上部の空気となる）の寸法としてこの長さ尺度を採用した。ラット上のＴＭＳの場合、これは各ラットの耳と耳の間の間隔（直径で３〜４ｃｍの間）として採用した。
【０２１０】
四つ葉クローバーコイル構成についての誘起電界のシミュレーション
【０２１１】
シミュレーション用の誘起電界の算出
【０２１２】
四つ葉クローバーコイルが生成する電界は、数値計算により算出されたものである。この目的に合わせ、コイル巻線の形状はｘ軸とｙ軸の三次多項スプライン関数で記述し、続いて長さ１ｍｍの直線セグメントベクトルｌｉに離散化させた。ワイヤの高さについての根拠を明らかにするため、それぞれ全電流の１／６を導通させるｚ軸方向にそれぞれ１ｍｍシフトさせた６個のコイル例を考察した。全てのセグメントは、下式に従い磁気ベクトル電位Ａに寄与し、すなわち
【０２１３】
【数５】
【０２１４】
ただしｒｉはセグメントｉの中心を指すベクトルである。一旦ベクトル電位が算出されると、誘起電界は
【０２１５】
【数６】
【０２１６】
となる。
【０２１７】
算術計算の精度は、分析解［３］との比較により理想化した円形コイルについて試験した。１ｍｍのセグメント内での離散化はコイル表面から１ｃｍで評価した電界強度における０．０１％未満の誤差をもっての分析解の再現には十分であった。螺旋状巻線を用いるシミュレーションもまた比較したが、それはそれらが事実上内部巻線が最も外側の巻線の縮尺変更した写しとなるシミュレーションに見てとれるからである。唯一の差異は、各巻線の始端と終端とに見てとれた。四つ葉クローバーコイルの始端と終端にはワイヤがコイルの中心から離間させて配置してあり、小さな偏差はシミュレーションには関係がなく、内部ループの形状再生用に縮尺変更を用いた（図１３もまた参照）。
【０２１８】
神経細胞励起用の閾値
【０２１９】
四つ葉クローバーコイルの刺激効果を判定すべく、コイルと神経突起との間の様々な向きについての予想励起閾値を推定した。その中心上方３ｃｍの四つ葉クローバーコイルが誘起する電界Ｅを用い、受動ケーブル（直径１μｍ、長さ１ｍｍ）の細胞膜電位Ｖに対する影響を、電界Ｅの根拠となる生成項を用いたケーブル方程式を使用し、前に説明した如く（ＲｏｔｅｍおよびＭｏｓｅｓ、２００８年）算出した。
【０２２０】
【数７】
【０２２１】
軸方向長定数λ＝３８４μｍと時定数τ＝３００μｓを選択し、脱髄化軸索の状態を近似（ＲｏｔｅｍおよびＭｏｓｅｓ、２００８年）したが、ｌ軸はケーブルに平行に走り、Ｅｉはこの方向へのＥの射影である。ケーブル端は封止を想定しており、下記の境界条件を意味する。
【０２２２】
【数８】
【０２２３】
軸方向抵抗ｒｉを用いることで、生成項は電流注入
【０２２４】
【数９】
【０２２５】
と等価となり、２箇所の端部で反対の符号を有する。シミュレーションを遂行すべく、シミュレーション環境ＮＥＵＲＯＮのＩＣｌａｍｐ法を用いた。ｘ軸と神経突起との間の各角度について、特定の最大コイル電流について誘起電界と、かくしてＥ（ＥｘｍａｘとＥｙｍａｘ）のｘ軸成分とｙ軸成分の特定の最大振幅を算出した。次に、射影Ｅｉを用い、細胞膜電位の生成時間経過を算出した。この計算は、ＥｘｍａｘとＥｙｍａｘを２値探索にて可変して反復し、細胞膜が我々の首尾良き励起用の規準である丁度３０ｍＶだけ減極する値を見いだした。角度やコイル電流、加えてＮＥＵＲＯＮに対する個別の電流注入Ｉｉ通信もまた含めた系統的可変を、Ｐｙｔｈｏｎを用いて自動化した。
【０２２６】
回転磁界計測
【０２２７】
平面配置された円形の交差コイルを用い、電界を計測した。計測間でプローブを９０度回転させ、各コイルごとに別個に、組み立てられた交差コイルの両方について計測を実行した。生成電界は図１に示してあり、ここでは位相シフトは明白であり、２つのベクトルの合成和もまた図示してある。総生成電界は、３／４周期すなわち３００μｓ台でほぼ２７０度走査する回転を遂行する。図１ｅ内を回転するベクトルの半径により表わされるその大きさは、最初の１／４回転期間中は単一コイルを用いて得られる３００Ｖ／ｍ台のピーク強度に比肩する値に事実上一定に保たれる。
【０２２８】
二次元神経培養組織の励起
【０２２９】
交差コイルを用いる主要な成果は、二次元（２Ｄ）培養組織に注目することで即理解することができる。以前は磁気パルスを用いた二次元培養組織の刺激は不首尾であったが、交差コイルではこれは簡単に達成された。図８に示す如く、試験した二次元培養組織の半分（Ｎ＝３０のうちの１５個）は、磁気刺激により励起した。驚くべきことに、この幾何学的形状を用いることで、交差コイルに対し応答した二次元培養組織のほぼ２５％（Ｎ＝４）が、その閾値電界が交差コイルと同様かまたは１５％より強固であるかのいずれかである交差コイルシステムのうちの単一のコイルだけを用いた場合の励起にも応答した。励起に関する推定電界閾値は平均値３６０±４０（ＳＤ）Ｖ／ｍ台で分布し、ＩＤ培養組織について先に報告された（３００±１３０（ＳＤ）Ｖ／ｍ）に符合した。方向性に関する試験は２個の培養組織に見いだされ、これらを単一コイルと交差コイルの両方により励起した。培養組織をコイルに対し物理的に４５度回転させることで、初期の無作為の配向が励起を可能にする上で支配的かどうかを試験しうる。単一コイルによる刺激は事実この回転に感応し、閾値は当方のシステムの最大電界強度を越えて上昇した。顕著なことに、交差コイルを用いた刺激は回転に対し一切感度の違いを示さず、培養組織は全ての角度で応答した。
【０２３０】
初代培養組織の調製 新型刺激装置の効果を試験すべく、刺激装置に対し先ず二次元培養組織を適用した。全ての処置は、Ｗｅｉｚｍａｎｎ Ｅｔｈｉｃｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ワイツマン倫理協会）（ＩＡＣＵＣ）により承認されたものである。培養組織は、先のプロトコル（Ｍ．Ｐａｐａ、Ｍ．Ｃ．Ｂｕｎｄｍａｎ、Ｖ．Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇｅｒ、Ｍ．Ｓｅｇａｌ、Ｊ Ｎｅｕｒｏｓｃｉ、第１５巻１頁（１９９５年１月））に従い、胎児期のラットの分離海馬から調製した。細胞は、カバースリップごとに３００万細胞の密度にて３０ｍｍの第０番ガラス製カバースリップ（ドイツ Ｍｅｎｚｅｌ−Ｇｌａｓｅｒ社製）上に塗布した。
【０２３１】
初代培養組織の経血管磁気刺激（ＴｖＭＳ） 磁気刺激に対する培養組織の応答を計測するため、培養組織をカルシウム感応蛍光染料にて染色し、培養組織に磁気パルスを印加しつつ、カルシウム中間体を撮像（参照により全て組み込まれる、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｊ．、第９４巻５０６５頁（２００８年６月））した。培養組織に対するコイルの位置決めは、２組のコイルで異なるものであった。
【０２３２】
交差コイルの場合（図１ｃ）、培養組織は直径がほぼ６０ｍｍのほぼ球形のガラス製球体内に配置し、この球体の底部には平坦化してその上にカバースリップを載置する直径がほぼ３０ｍｍの円形基部を作成した。球体の頂部にはスロットが開口しており、これを介してカバースリップを挿入しえ、また球体の基部には直径が１３ｍｍの視認孔を基部周縁近くに作成し、光学的な透明なガラス製カバースリップでもって被覆した。極の一方の上に平坦な基部を配置し（図１ｃ参照）、視認孔の下側に倒立顕微鏡を配置した状態で、ガラス球体を交差コイル内に配置した。
【０２３３】
四つ葉クローバーのコイルの場合、培養組織はコイル中心の５ｍｍ下方にその平面に平行に配置した。培養組織の下側に、倒立顕微鏡を配置した。
【０２３４】
麻酔をかけたラットの経頭蓋磁気刺激 新型の磁気刺激装置の励起力をさらに評価すべく、ケタミンとキシラジンを用いて麻酔をかけた成体ラットに対するそれらの影響を試験した。キシラジンと組み合わせたケタミンは、ラットにおいて絶対不可欠の機能を抑圧することなく十分な麻酔と痛覚消失を示した（Ｓ．Ｚａｎｄｉｅｈ、Ｒ．Ｈｏｐｆ、Ｈ．Ｒｅｄｌ、Ｍ．Ｇ．Ｓｃｈｌａｇ、Ｓｐｉｎａｌ Ｃｏｒｄ、第４１巻１６頁（２００３年１月）参照）。全ての処置は、Ｗｅｉｚｍａｎｎ Ｅｔｈｉｃｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ワイツマン倫理協会）（ＩＡＣＵＣ）により承認されたものである。実験に先立ち、腹腔内注射する７５ｍｇ／ｋｇケタミン（オランダ Ｋｅｐｒｏ社製）と７．５ｍｇ／ｋｇキシラジン（オランダ Ｋｅｐｒｏ社製）を用いて麻酔をかけた。ラットは実験の開始に先立つほぼ１時間前に麻酔をかけ、その後に動物の麻酔レベルに従い７５ｍｇ／ｋｇ／ｈの平均レートで実験を通じてずっとケタミンを腹腔内注射した。実験終了時に、ラットは１５０ｍｇ／Ｋｇのペントバルビトン・ナトリウム（イスラエル ＣＴＳ社）を用いて安楽死させた。
【０２３５】
ＴＭＳプロトコル期間中、ラットを位置決めし、その運動皮質が刺激の焦点となるようにした。交差コイルの場合、一方の極の真下に運動皮質を配置した状態で、ラットを２個のコイルの内部に配置した。四つ葉クローバーコイルの場合、コイルの中心は運動皮質の直上に配置した。
【０２３６】
ラットに対するＴＭＳの影響を監視すべく、誘起した筋肉電位をＥＭＧシステムを用いてその後ろ脚から記録した。刺激閾値、すなわちＥＭＧに記録される応答の生成に必要な最小磁界を計測した。
【０２３７】
ラットの運動皮質の励起
【０２３８】
交差コイル構成はラットに対する適用に特に良好に適合するものであり、何故なら電界が最大である場合に、２個のコイルの接合軸上に皮質を配置した状態で、動物の頭部は交差コイル（その共有直径について、図１ｆを参照）の内部に良好に嵌まるからである。動物の脚部上の筋電図（ＥＭＧ）電極により計測される如く、磁気刺激に対する腓腹筋の応答について９匹の動物を試験した。この試験における主要な難題は、運動皮質の励起と脊髄の励起とを差別化することにある。これは、２つの励起モードにおいて異なる応答潜伏期を用いて行なった。
【０２３９】
図２ｄに示す如く、刺激に対する腓腹筋の応答は複雑であるが、再現可能であった。２つの典型的な潜伏期を観察したが、それらは脊椎応答（３．２±０．２ｍｓ（ＳＥ））と皮質応答（７．４±０．４ｍｓ（ＳＥ））に関連するものであった。大半の事例では、脊椎応答と皮質応答は潜伏期により確実に差別化しうる。頸部転位あるいは脊椎の切断は、より長い潜在性応答を消滅させ、一方でより短い応答を数分に亙り賦活状態のままとした。脊椎応答は一般に、皮質応答よりも低い磁気刺激閾値で励起された。
【０２４０】
試験した９匹の動物のうち８匹に、交差コイル刺激に対する運動皮質の明確な応答が観察された。これらの動物のうち４匹は、交差コイルシステムのうちの単一コイルだけを用いた刺激に対しても応答した。神経培養組織の刺激時の如く、単一コイルしか用いないときは、電界閾値は二重コイルシステムのそれに常に等しいかまたはそれを上回る（０％から３３％、平均で１０％は高い）ものであった。励起用の推定電界閾値は、平均して２５０±１０（ＳＤ）Ｖ／ｍ台で分布していた。
【０２４１】
配向に対する皮質の応答の依存性を、交差コイルを用いて評価した。回転磁界を用いることで、コイルと動物との間の全ての相対的な方位で依存性は全く観察されず、同じ応答が計測され、かくしてラットの位置決めは実験の決定的なパラメータとはならなかった。対照的に、皮質応答の効果的な刺激を確実にする上で単一コイルの使用はコイル内でのラットの頭部の精密な位置を必要とした。他方、単一コイルの励起についての最適な配向が一旦定まると、単一コイルあるいは交差コイルを用いた皮質の励起に必要な閾値には識別可能な差異は皆無であった。本願明細書において下記に説明する如く、単純な円形コイルを用いて皮質を刺激する幾つかの試行を行なったが、明快な励起は全く達成されなかった。
【０２４２】
キシラジン麻酔注射直後に励起閾値の５０％の増大が観察され、それは１時間後に基線値に減少復帰した。ケタミン麻酔注射は、被計測閾値に影響を及ぼさなかった（より詳細は、本願明細書の下記に見いだすことができる）。
【０２４３】
一次元初代培養組織の電気刺激 持続時間の異なる刺激に対する培養組織の応答を比較すべく、一次元培養組織を電気的に刺激した。これらの培養組織は、研究所にて開発したプロトコルを用いて１３ｍｍのガラス製カバースリップ上の厚み２００μｍで長さ８ｍｍの直線にパターン形成した。詳細は、Ｏ．Ｆｅｉｎｅｒｍａｎ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｊ Ｎｅｉｒｏｓｃｉ Ｍｅｔｈｏｄｓ、第１２７巻７５頁（２００３年７月１５日）に見いだすことができ、これは参照により組み込まれる。記録シャーレ内に浸漬させた長さ２ｃｍで３ｃｍ離間させた２本の平行な白金線（米国 Ａ−Ｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製で厚み０．００５インチ）で出来た浸液電極を用い、刺激を与えた。刺激を与えるため、ピーク間で１〜３６Ｖの振幅を有し０．１〜１０ｍｓの間持続する双極性矩形パルスを用いた。
【０２４４】
結果
【０２４５】
回転電界刺激の計測
【０２４６】
図１ｅは、ほぼ全ての方向に走査させる試作交差コイルの生成電界を示す。
【０２４７】
一次元培養組織の電気刺激 軸索励起対神経突起励起の考えの背後にある原理は、直接浸液電極刺激を用いて試験することができ、何故なら電気パルスの長さが（磁気パルスとは対照的に）簡単に制御できるからである。電極による電流注入の持続時間は、１００μｓから１０ｍｓまで簡単に可変することができる。図１６は、培養組織の２つの実施例を示す。図１６ａに示す如く、一方は１００μｓのパルスを用いて既に励起してあり、電極間の電界に平行な培養組織内に十分な軸索が存在し、それらがネットワークの残りを励起することが示されている。第２の実施例は、１００μｓでは応答しないものの、応答に数ｍｓのパルスを必要とする培養組織である。ここでは、樹状突起の励起のみが有効であると予測される。事実、予測の如く、図１４ｂは第１の培養組織が配向に対し極めて依存し、電界が培養組織（および軸索）に平行であるときの励起に必要な振幅が、電界が軸索に対し所定角度をなすときの励起に必要な電界を大幅に下回ることを示している。他方、樹状突起の励起により応答する培養組織は、電界に対する培養組織の配向に対する観察可能な依存性を一切持たないものである。この結果は、２つのモードの励起、すなわち樹状突起対軸索は、培養組織内の活動開始時に極めて異なる決定的な役割を果たすことができるとの理解を補強するものである。
【０２４８】
初代培養組織の磁気刺激 直径３０ｍｍのカバースリップ上に塗布した二次元海馬ニューロンの２７個の培養組織を、試験した。これらのうち、１３個を培養組織上方に水平に配置した円形コイルを用いて刺激し、１０個を交差コイル構成（方法参照）を用いて刺激し、両方の方法を用いて４個を刺激した。交差コイルを用いて刺激した１４個の培養組織のうち、５個が回転電界に応答し、ただ１個だけ交差システムの単一の垂直交差にも応答した（図４）。水平コイルを用いて刺激した１７個の培養組織のうち、３個しか応答しなかった。両方の方法を用いて刺激した全４個の培養組織は回転磁界に応答したが、水平コイルにはこれら培養組織のうち１個しか応答しなかった。両方の方法における刺激閾値は類似しており、その平均値は４６０±４０Ｖ／ｍであった。この閾値は一次元培養組織について計測した閾値よりも約５０％高く、一方交差コイルの成功率（３６％）は一次元培養組織よりも約５０％低いものである［Ｒｏｔｅｍ＆Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｊ．、２００８年］。結果は、図８に要約してある。
【０２４９】
実施例２：神経培養組織の電気励起対磁気励起
【０２５０】
この態様に従い、一実施形態では、磁気刺激への洞察を目的に電気刺激を試験する。長いパルス（約１ｍｓ）は磁気的ではなく電気的に刺激するのが簡単であり、２つのモードの刺激の背後の基本的なメカニズムは類似するため、電気パルスの変動する持続時間に対する培養組織の応答を調査した。これに基づき、合理的な結論と推測を磁気刺激の基本であるメカニズムに対して行なった。
【０２５１】
時間依存性を実証するため、電気的と磁気的の両方で刺激することのできる培養組織を試験し、電気的にしか刺激できないものと比較した。当然のことながら、磁石に応答する培養組織が短い電気パルスに応答することが判明した。明白でない点は、磁気刺激に応答しない培養組織が短いパルスにも応答せず、長い電気パルスでしか励起できない点である。
【０２５２】
方法：
【０２５３】
電気刺激装置
【０２５４】
神経培養組織は、円形のカバースリップ上で成長するが、本願明細書に前記した如く記録シャーレの中心に配置した。特注の環状テフロン（登録商標）製フレームを検体シャーレ内にはめ込み、培養組織上方で自由回転しうるようにした。２本の平行な長さが２０ｍｍで１２．５ｍｍ離間する白金ワイヤ（米国Ａ−Ｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製で厚み０．００５インチ）をフレームの底部に沿って培養組織のほぼ１ｍｍ上方に装着し、記録媒体内に浸漬させた。
【０２５５】
このワイヤをフォトカプラを介してトリガーする特注の電池給電刺激装置に接続し、給電網内に発生するあらゆる電気ノイズから検体を遮断した。刺激用に、０．０１〜１０ｍｓの間持続する可変持続時間とピーク間で１〜３６Ｖの振幅を有する双極性の矩形パルスを用いた。トリガー期間とパルス持続時間は信号発生器（米国カルフォニア州サニーベール市のＳｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製合成関数発生器ＤＳ３４５）により正確に制御した。
【０２５６】
神経培養組織
【０２５７】
様々な実験プロトコルを用い、異なる態様の実験用に培養組織を取得した。二次元（Ｎ＝１５）とパターン化一次元（Ｎ＝９８）の両方の幾何学的形状の培養組織を、用いた。ラットの海馬および皮質からとマウスの胸椎根部結節腫から、ニューロンを採取した。これら全ての種を用い、培養組織の電気対磁気の励起可能性を比較した。ラットの海馬培養組織は、当方の研究所において開発したプロトコルに従い成長させた１３ｍｍのガラス製カバースリップ上の２００μｍの厚みと８ｍｍの長さの直線にパターン形成した。（ＦｅｉｎｅｒｍａｎＯ．、ＳｅｇａｌＭ．、ＭｏｓｅｓＥ．共著、「Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｌｏｎｇ Ｕｎｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒｏｎａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（単一方向神経ネットワークに沿う信号伝搬）」、神経生理学誌、第９４巻３４０６〜３４１６頁、２００５年）。
【０２５８】
計測
【０２５９】
２種類のシミュレーションどうしを比較対照すべく、培養組織の刺激に必要とされる最小の電気パルス持続時間を計測し、パルス持続時間閾値（ＤＴ）と名付けた。ＤＴは、閾値が特定されるまで、刺激装置の電流をその最大振幅に設定し、双極性探索アルゴリズムを用いて双極性パルスの持続時間だけを調節することで特定した。
【０２６０】
結果：Ｎ＝１１２の培養組織を磁気と電気の両方の励起可能性について試験した。全ての培養組織が電気刺激に応答したが、磁気刺激には１６％（Ｎ＝１９）しか応答しなかった。全ＤＴの分布が、図１０に記載してある。磁気的に刺激可能な培養組織のＤＴは、Ｉ１０±４０μｓ（ＳＥ）の平均値を有しており、一方で磁気的な刺激に対応しない全ての培養組織の平均値は５１０±５０μｓ（ＳＥ）であった。
【０２６１】
誘起電界と導電性電界の等価性
【０２６２】
外部電界に対する神経突起の応答を記述する受動的なケーブル方程式は、電界源に依存しない。ＴＭＳパルスが誘起する電界は、浸液電極が生み出すものと類似の強度にある。原則として、電界全体の幾何学的形状と対向イオンの動きは、厳密なコイル構成に応じて異なることがあり、境界条件は異なることもある。しかしながら、電界の方向に配向された軸索規模では、電界は実際には同一であると見なすことができる。
【０２６３】
電気パルスと磁気パルスの有効なパルス幅の比較対照が、何らかの配慮を保証する。手書きの図１ｄに示す如く、２４０μｓの典型的な磁気正弦波状パルスは電界に対し余弦波を誘起し、ほぼ６０μｓは正で、Ｉ２０μｓは負で、６０μｓの残りの正段の３段を有する。細胞膜電位における対応する変化もまた双極性であり、位相π／２で最大限正であり、３π／２で最大限負である電位シフトをもたらす。比較対照すると、図１０ａは最初が正段で続いて負となる２段を有する双極性矩形電気パルスを示す。典型的な軸索や樹状突起の終端あるいは曲線の対応する細胞膜電位は、単極性である。この電位は対応する磁気パルス内のものに類似の値まで上昇するが、ゼロに緩和された後、反対符号まではシフトしない。
【０２６４】
原則として、ニューロンが負あるいは正の電位変化を受けるか否かは、活動電位を生み出す正の電位シフトに対するより高い可能性を伴ってニューロンの応答における差異を生む筈である。しかしながら、所与の方向について軸索と樹状突起が対向する両方向を指す可能性があったことを示す極性配列に対する明白な依存性は全く見つからなかった。
【０２６５】
磁気的に誘起されたものに似た形状の電気パルスの使用もまた、１／４周期を正方向とし、続いて２／４周期を反対の負方向とし、最終的な１／４周期を再度正方向として、試験した。この結果は、元々の使用パルスを用いたものに類似するものであった。６０μｓ未満の持続時間のパルスに応答する全培養組織もまたＴＭＳにより励起し、恐らくはこれらだけについてはより有意であることが分かった。これは、ＴＭＳのパルス持続時間、すなわち６０μｓによく符合する。より長いパルスが、より多くの培養組織を刺激する。
【０２６６】
ＤＴの分布（図１０ｂ）から、より長いパルスが培養組織の刺激により有効であると結論付けることができる。このことは、磁気刺激と電気刺激との間の等価性と併せ、より長いＴＭＳパルスが２００μｓの決定的な時間尺度でのニューロンの励起においてより有効となろうことを意味する。例えば、５００μｓ持続することになるＴＭＳパルスは全培養組織の８０％を刺激すると予想される。
【０２６７】
従来の円形のコイルを用いる
【０２６８】
培養組織実験結果
【０２６９】
先の研究では、無作為に接続した二次元（２Ｄ）培養組織は、自家製電源（［Ｒｏｔｅｍ、Ｍｏｓｅｓ共著、生物物理学誌、２００８年］）が生成する高（最大５Ｔ）磁界であっても、標準的な円形コイルを用いて磁気的に刺激しえないものである。この研究は、１１個の培養組織の試験に基づくものである。目下の研究では、１２個の培養組織のうちの交差コイルに応答した２個は標準的コイルにも応答した（他の３個の培養組織は標準的コイルに応答し、時間経過に伴う検体の劣化が故に二重コイルを用いて試験は行なわなかった）。
【０２７０】
この現象についての可能な説明は、これらの培養組織では軸索の小集合が誘起電界に平行な方向に配向されるということである。電界がカバーガラス境界に同心のリング上に横たわっているため、この方向に横たわりうる軸索を調査した。この種のＧＦＴ染色ニューロンの一例が、図１７に図示してある。このニューロンの軸索は３ｍｍ伸びており、カバースリップの境界に対し平行に成長している。軸索に対する境界の配向効果は、既に実証されている（Ｆｉｅｎｅｒｍａｎ ｅｔ ａｌ．共著、神経生理学誌、２００５年）。実際に境界が多数のニューロンを培養組織を囲繞する縁に沿って軸索を配向させる場合、そのときはこれらは誘起電界によって刺激される筈であり、培養組織全体で活動を開始しうる。
【０２７１】
ラット実験結果
【０２７２】
皮質機能の首尾良き交差コイル励起に加え、本願明細書において前記に報じた如く、ラットは標準的な単一の円形コイルを用いて磁気的に刺激した。頸部の刺激は明白であったが、信号中の皮質成分は差別化しえないものである。それ故、頸部機能励起用の閾値に対する麻酔薬ケタミンやキシラジンの効果を特性解明するタスクに、大半は円形を用いた。交差コイルを用いた一つの実験を行ない、これらの結果を検証した。
【０２７３】
刺激閾値に対する麻酔の影響
【０２７４】
図１７に示す実験において、ケタミンとキシラジンの組み合わせかあるいはケタミン単独のいずれかを用い、動物に麻酔をかけ、数服の麻酔薬を与える一方で、一連の１５個の閾値計測を遂行した。図面に見てとれるように、ケタミンだけの服用後に計測される閾値は互いにせいぜい１０％だけ相違し、一方でキシラジンは閾値をほぼ５％増大させた。閾値特定の精度が１０％台であるため、電界はキシラジン適用の近傍で計測してはならない（緩和時間はデータ合わせからほぼ１時間であると導出）が、ケタミンの適用は一般の統計的な計測値の偏差を上回って閾値に影響を及ぼすことはないと結論付けることができる。
【０２７５】
四つ葉クローバー設計
【０２７６】
交差コイル構成は、目下臨床用途にある標準的なコイルとは根本的に異なるものである。この構成は、培養組織とラットに対し極めて効率的であることが判っているが、これをヒトに適用する際に何らかの合併症を生ずることがある。特に、大型の構造と鳥籠様の構成内部での頭部の位置決めは被験体の心をくじき、実験中の患者の気持ちの落ち着きを妨げうる。加えて、交差コイルが誘起する電界は標準的なコイルよりも脳内のずっと深い領域に達し、実験期間中に非標的領域あるいは筋肉を賦活することができる。
【０２７７】
一つの代替例として、一実施形態として四つ葉クローバー構成をここで説明する。四つ葉クローバー構成は、目下利用可能な従来の製品に類似するものである。四つ葉クローバーは、２組の「８の字」コイルで構成してある（図１３）。各組は、独立した電源に接続してある。２組は同一平面内に互いに垂直に配置され、かくしてホットスポットにおいてそれらの生成電界は垂直となる。交差コイル設定と同様、対をなすパルスは位相９０度分だけ引き離される。ホットスポットの生成電界は、１個の被合成パルス期間中に３／４周期が完了する。Ｚ軸上での強度と収束と減衰についての電界のその他の特性は、従来の８の字コイルのそれに類似するものである。
【０２７８】
四つ葉クローバーコイルの改良版が、高密度四つ葉クローバー（図１３）である。このコイルでは、各円形構成要素はホットスポット近傍で歪み、ホットスポット上方の空隙を空にするよう最小化し、かくしてホットスポットの容積を減少させつつホットスポット自体の電界強度を増大させる。
【０２７９】
実施例３：樹状突起励起用の磁気刺激装置
【０２８０】
一実施形態では、樹状突起励起は刺激装置の容量を増大させることで可能とされる１ｍｓの立ち上がり時間を有する磁気パルスを必要とする。これに合わせ、１ｍｓの立ち上がり時間を有するほぼ１０Ｔを給送可能な４．８ｍＦのコンデンサ容量Ｃと６．５ｋＶの最大電圧負荷（米国 Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製３６５０ＣＭＦ３４８０）とを用い、大型の刺激装置を構成した。２つのイグナイトロンＩ１，Ｉ２（米国 Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製ＮＬ７７０３）を使用した。Ｉ１はコイルを介する放電の始動に用い、Ｉ２はコイルを短絡し、コイルを介する放電を停止させるのに用いた（図７）。こうして、パルスの始端はＩ１を用いて制御することができ、パルスの終端はＩ２により制御することができる。一実施形態では、本発明の刺激装置に用いるコンデンサは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇａｅｓｉ．ｃｏｍ／ＥＰ／ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ／ｓｅｒｉｅｓ−ｃｍｆ−ｓｅｌｆ−ｈｅａｌｉｎｇ−ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．ｐｈｐに記載されたＧｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ社製コンデンサ等の市販のコンデンサとすることができる。
【０２８１】
特許請求の範囲の事項中、「一つの（ａ）」や「一つの（ａｎ）」や「その（ｔｈｅ）」は、その逆が示されたり、あるいはさもなくば文脈から明白でない限り、１またはそれ以上を意味する。群の構成要素間に「あるいは」や「および／または」を含む請求項や説明は、群構成要素のうちの１つ、２以上あるいは全てが、正反対かあるいはさもなくば文脈から明白でない限り、所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する。本発明は、群のうちの厳密に１個の構成要素が所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する実施形態を含んでいる。本発明は、群構成要素のうちの２以上あいるは全てが所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する実施形態もまた含んでいる。さらに、他に指示するか、あるいは反論あるいは不一致が生ずる筈であることが当業者に明白でない限り、本発明が様々な実施形態において、１以上の掲載請求項からの１以上の限定や構成要素や句や記述用語等を同一の基幹請求項に依存する別の請求項に導入する全ての変形や組み合わせや置換を提供することは、理解されたい。要素が一覧として例えばマーカッシュ群書式等にて提示される場合、要素の各下位群もまた開示され、１（または複数）の任意の要素を群から取り除くことができることを、理解されたい。一般に、本発明あるいは本発明の態様が特定の要素や特徴等を含むと称される場合、本発明あるいは本発明態様の幾つかの実施形態がこの種の要素や特徴等で構成あるいは実質構成されることは、理解さるべきである。簡明さに配慮し、これら実施形態は本願明細書ではいずれの場合も同一の用語では具体的に記載されていない。幾つかの請求項は便宜上従属形式で提示してあるが、出願人は任意の従属請求項を独立形式に書き換え、独立請求項あるいはこの種の従属請求項が従属する他の任意の１（または複数）の請求項の構成要件や限定を含める権利を留保するものであり、この種の書き換えた請求項は独立形式にて書き換える前にそれが如何なる形式（補正済みあるいは非補正済み）であろうと、あらゆる点で従属請求項と等価であるとみなすべきである。
【０２８２】
本発明のしかるべき特徴を本願明細書に例示し説明してきたが、多くの改変と置換と変形と等価物がここで当業者には想起されよう。それ故、添付特許請求の範囲が本発明の真の趣旨に含まれるこの種の全ての改変と変形を網羅する意図のあることは、理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）と装置と機器ならびにその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、脳と神経の活動を刺激する有数の非侵襲性装置である。かくして、鬱病や偏頭痛に対する治療措置から多数の調査項目における脳活動の精査まで、ＴＭＳ向けの様々な用途における著しき増加が見てとれる。ＴＭＳは、非侵襲性精査能力と介入様式の蓄積に対する新規かつ革新的な追加である。この種のプローブの開発は、神経学と脳神経外科に対する診断と治療の手法の主要な課題の一つである。ＴＭＳの主な限界は、その活性化領域の精度と特異性とにある。ＴＭＳは、現在、脳の特定の領域、大半は皮質だけ刺激することが可能である。磁気刺激に対する脳領域のアクセス可能性を何が決定するかは、依然として不明である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、研究用途と臨床用途の双方に対する大きな将来性を示す非侵襲性の脳刺激技術である。しかしながら、基礎技術は基本的に変わらないままであり、その用途における前進は遥か遠く微々たるものである。近年の開発は、高周波反復周期でのパルス給送能力と脳のより深層領域への到達の双方に集中してきた。これは、薬物に起因しない鬱病に対し有効ではあるものの極めて侵食的な電気痙攣療法（ＥＣＴ）に置き換わる希望の一環として、動機付けられてきた。しかしながら、その開発の現段階でのＴＭＳの主要な限界は、印加される電界の極めて特定された方向性にあり、これには動きと外乱とに対し顕著に感応する正確に標的化された適用が要求される。位置と向きは共に高解像度をもって特定しなければならず、一旦最適位置が特定されれば、治療の全期間に亙りそこに磁石を保持しなければならない。安定した再生可能な位置決めはＭＲＩ撮像と立体視方式位置決めを用いて達成することができるが、方向性感度を改善してより有効なＴＭＳ適用モードを可能にする装置が将来の磁石開発の目標であった。
【０００４】
方向性感度が発生するのは、それらの軸索が誘起電界に沿って正確に配向される場合にのみニューロンが励起されるからである。
【０００５】
神経培養組織がＴＭＳ開発用の主要な実現ツールであり、これを用いることで、新型磁石や薬剤やＴＭＳ複合治療や新規プロトコルや他の技術革新が、動物やヒトの被験体に対する必要性を一切伴うことなく振り分けて試験できることが、最近実証された。培養組織内での活動電位応答を生み出す能力は、２つの属性、すなわち大きさと向きとに依存する。
【０００６】
方向依存が生ずるのは、ニューロンの磁気刺激が軸索にて行われ、誘起電界に沿う軸索突起が励起を達成する関連パラメータとなるからである。擬似一次元パターン化培養組織を用いることで、軸索が磁石と同心的なリングに沿って成長するよう誘導し、かくしてこれらが誘起電界に沿って伸長突起を有するようにしうる。樹状突起内で活動電位を立ち上げることでニューロンの励起が可能であるとするならば、そのときは状況は変わる筈であり、方向性に左右されない筈であることに、留意されたい。この種の励起の実例を、ここで下記に説明する。
【０００７】
特定されている別の重要な特徴は、格別に感応性のあるニューロンの下位個体群を刺激することで初期励起が達成され、そのことがそこでネットワーク全体を興奮させるための核形成中心として機能する。受容体拮抗薬（ＣＮＱＸやＡＰＶやビククリン）を適用することで完全に分離される培養組織では、この小さな部分集合（ほぼ１％）だけが賦活され、磁気刺激に対し応答する。培養組織を接続すると、この核はネットワーク内の全てのニューロンの個体群応答の顕在化の起点となる。核の大きさが余りに小さい場合、ネットワーク内のニューロン内への駆動入力は個体群応答を始動させるには不十分である。
【０００８】
磁気刺激に対する個体群応答を達成する上で、それ故に多数の始動ニューロンにおける活動電位を励起させねばならない。その軸索の向きが不規則である神経ネットワークでは、従来のＴＭＳを用いたのではこの要件に応えることは困難であり、何故ならその誘起電界の向きは一定しており、大量の十分な数の軸索がこの電界に沿って配向される可能性は低いものとなるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、本発明は１以上のニューロンを回転電界にさらし、それによってそのニューロンまたはニューロン群を励起する工程を含む改善されたニューロン励起法を提供する。一実施形態では、回転電界は少なくとも２つの時間依存性電界の合成和とする。
【００１０】
一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界を少なくとも２つの時間依存性磁界により誘起する。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性磁界を少なくとも２つの別個の独立コイルに通電することで誘起する。
【００１１】
一実施形態では、２つの別個の独立コイルを前記電流の時間シフト位相をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生成する。
【００１２】
一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界は互いに所定角度をなす。一実施形態では、その角度は９０度の角度とする。
【００１３】
一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルを２個の電源により独立して駆動する。
【００１４】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００１５】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、前記第１の電流が前記第２の電流に対し所定の位相をなすようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相をなす。
【００１６】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。
【００１７】
一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は１または２以上とする。
【００１８】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含んでおり、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期だけ遅れるようにする。
【００１９】
一実施形態では、第１の電流のパルスは１周期の第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは１周期の第２の正弦波を含む。
【００２０】
一実施形態では、回転電界は少なくとも２対の電極からなる電極組立体を用いて生成する。一実施形態では、少なくとも２つの電圧を電極組立体の少なくとも２対の電極に印加する。一実施形態では、電圧は時間変動する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００２１】
一実施形態では、ニューロンの励起は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法は診断用に適用する。一実施形態では、本方法は治療用に適用する。
【００２２】
一実施形態では、ニューロンの励起は神経培養組織に適用する。一実施形態では、前記ニューロンの励起に対する前記培養組織の応答を検出する。
【００２３】
一実施形態では、回転電界が前記ニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に大域応答を生成する。
【００２４】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行でない。
【００２５】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起用のデバイスを提供し、そのデバイスは少なくとも１組の２個の別個のコイルからなる。一実施形態では、少なくとも２個の別個のコイルは時間軸上でシフトさせた電流位相をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生み出す。一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルを２個の電源により独立して駆動する。
【００２６】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００２７】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相とする。
【００２８】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流の前記パルスの数を１または２以上とする。
【００２９】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期遅れるようにする。
【００３０】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起のための装置を提供し、この装置は少なくとも２対の電極を備える電極組立体を備える。一実施形態では、回転電界の生成に電極組立体を用いる。一実施形態では、前記電極組立体内の少なくとも２対の電極に対し少なくとも２つの電圧を印加する。一実施形態では、２つの電圧は時間と共に変化する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００３１】
一実施形態では、少なくとも２対の電極に印加する電圧は、第１組の電極に印加する第１の電圧と第２対の電極に印加する第２の電圧を含み、第１の電圧が第２の電圧に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電圧に対する第１の電圧の位相は９０度の位相をなす。
【００３２】
一実施形態では、第１の電圧をパルス化し、第２の電圧をパルス化する。
【００３３】
一実施形態では、第１の電圧のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電圧のパルスは第２の正弦波を含んでおり、第２の正弦波が第１の正弦波に対し１／４周期遅れるようにする。
【００３４】
一実施形態では、ニューロン励起は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法は診断用に適用する。一実施形態では、本方法は治療用に適用する。
【００３５】
一実施形態では、ニューロンの励起は神経培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。
【００３６】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。
【００３７】
一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に電気応答を生成する。
【００３８】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行ではない。
【００３９】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が２００μｓを上回る第１の電界パルスにさらし、それによってニューロンを励起する。
【００４０】
一実施形態では、第１の電界パルスは持続期間が１ｍｓに等しいか、１ｍｓを上回るとする。
【００４１】
一実施形態では、第１の電界は磁界により誘起する。一実施形態では、コイルに通電することで磁界を誘起する。一実施形態では、コイルはコンデンサに接続する。一実施形態では、コンデンサは少なくとも１．０ｍＦのコンデンサとする。
【００４２】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回る。
【００４３】
一実施形態では、本発明は樹状突起励起用の装置を提供し、この装置はコイルと電源とに接続したコンデンサを備え、そのコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。
【００４４】
一実施形態では、装置は持続時間が２００μｓを上回る電界パルスを生成し、それによって樹状突起を励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間が１ｍｓに等しいか、１ｍｓを上回るとする。
【００４５】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、樹状突起の励起がニューロンを興奮させる。
【００４６】
発明とみなされる主題を具体的に指摘し、明細書の結論部分に明確に特許請求の範囲として記載する。しかしながら、本発明は、作動構成と作動方法の両方に関し、その目的と特徴と利点とを併せ、添付図面と共に読み取るときに、下記の詳細な説明を参照して最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】交差コイル構成の実施形態を示すものであり、図１ａは実験に使用する実際のコイルの図であり、２個のコイルは垂直平面内で相互ロックさせ、２つの独立した刺激装置に対し接続してあり、図１ｂは交差コイル内部に嵌合するよう特注したガラス球体の図であり、ガラス製カバースリップと媒体は球体の頂部に位置するスロットに挿入されており、カバースリップは球体底部の平坦化された基部の上に横たえられ、視認用の孔を介して視認され、この孔は光学的に透明なガラスによって封止されており、図１ｃは構成の概略図であり、カバースリップ（底部）は交差コイル内部のガラス球体内に配置され、一方で反転顕微鏡でニューロンの活動を監視し、全てのスケールバーは２ｃｍであり、図１ｄは一方のコイル（水平面コイルと呼ぶ実線）の平面と第２のコイル（垂直面コイルと呼ぶ点線）の平面上に配向したピックアップコイルを用いて交差コイル内の誘起電界を計測したものであり、Ｍａｇｓｔｉｍ社製刺激装置は１００％の負荷を受け、ＨＭＳは３．５ｋＶの負荷を受け（方法説明部分の詳細参照）、図１ｅは図１ａにて計測された２つの垂直な成分の和から生み出される有効電界の再現を示すものであり、有効電界は交差コイルの磁極のまさに内部の特定の位置（図１ｃ）に対し再現され、有効電界は、黒色矢印で示される如く、磁気パルス周期期間中の３／４螺旋周期で完結し、図１ｆはラット実験用の交差コイルの構成であり、ラット頭部を交差コイル内に配置し、ＥＭＧ電極が腓腹筋から筋電位を記録し、ＥＭＧデータをデジタル化し、回転電界ＴＭＳ（ｒｆＴＭＳ）パルスと同期させてｒｆＴＭＳに対するモータの応答を評価するものである。
【図２】刺激に対する応答の実施形態を例証するものであり、図２ａはｒｆＴＭＳに対する二次元神経培養組織の応答で、その培養組織の活動は視認孔（図１ｂ参照）を介して撮像したものであり、ブラックボックスは信号を平均とする関心領域を示し、点線の白線はその上を培養組織が成長したカバースリップの境界を示しており、図２ｂは図２ａにおける関心領域のカルシウム依存蛍光発色性であり、赤色の点線は交差コイルを用いた磁気的刺激事象であり、対して黒色はコイルの一方だけを使用するときのものであり、各刺激の強度はテスラ（Ｔ）で表記してあり、動きは既に０．８Ｔを有する交差コイルにより誘起され、一方で単一コイルは１．５Ｔ台の動きを誘起するに過ぎないことに理解されたく、図２ｃはｒｆＴＭＳに対するラット運動皮質の応答であり、ラットを異なる場所で刺激するのに交差コイルを用いるときの腓腹筋のＥＭＧ記録のグラフであり、各場所は交差コイルを表わす黒色十字を有する応答トレースの右側部分について図示してあり、最後の行はラットの頸部転位後に行なったものであり、スケールバーは２００μＶであり、図２ｄは図２ｃの最後の２行の間の比較であり、実線は転位前のその頭部全体のｒｆＴＭＳに対するラットの平均応答であり、点線の曲線は転位後のラットの平均応答である。
【図３】回転誘起電界のシミュレーションの実施形態を示すものであり、上段の行は、理想的な電圧トレース、すなわち点線が中段行と下段行内の点線のコイルに対する電圧負荷を表わし、実線は実線のコイルに対する電圧負荷を表わし、青色の垂直バーはその下側の電界を算出した時刻を表わし、中段行は交差コイルであり、２つの円形コイルはそれぞれが（上段行に記載した如く）単一の正弦波状パルスを生成する独立した２つの電流源に接続してあり、コイル内に配置された球体表面の生成電界をシミュレーションし（大きさはカラーコードに従い、向きは白色の矢印に従う）、図３ａでは、水平コイルの１／４周期完了後に垂直コイルがそのパルスを開始し、誘起を支配しており、図３ｂでは、１／４周期後に両コイルが等電界を誘起し、有効電界は対角的であり、図３ｃでは、さらなる１／４周期後に水平コイルが完全に引き継ぎ、生成電界は図３ａの元々の方向に対し９０度回転しており、回転磁界の作用点（「ホットスポット」）は２個のコイルの交差点の球体表面に位置（赤色点線楕円）し、シミュレーションの詳細については本願明細書の下記を参照されたく、下段行では四つ葉クローバーコイルであり、２組の変形した８の字コイルが、それぞれ単一の正弦波状パルスを生成する２つの独立した電流源に接続してあり（コイルに対する電圧負荷は上段行に記載）、コイルの上方３ｃｍの生成電界をシミュレーションし、（大きさはカラーコードに従い、向きは白色矢印に従う）、図３ａでは、実線の組が１／４周期を完了した後、点線の組がそのパルスを開始し、誘起を支配し、垂直電界を生じ、図３ｂでは、１／４周期後、両コイルが等電界を誘起し、有効電界は対角的となり、図３ｃでは、さらなる１／４周期後、実線の組が完全に引き継ぎ、生成電界は水平となり、全周期期間中、誘起された電界の向きは回転し、２７０度を走査し、一方で最大の励起は四つ葉クローバーの中心（ホットスポット）に止まり、シミュレーションの詳細については、補足材料を参照されたい。
【図４】二次元培養組織の磁気刺激の結果を要約する表であり、活動閾値は磁気コイルの各構成ごとに表記してあり、空白入力部分は刺激に対する可観察応答の欠如を表わす。
【図５】その細胞の軸索が不規則的に配向されている培養組織の刺激の概略シミュレーションであり、各細胞は単一の軸索（実線または点線）を突出させており、図５ａは、固定された単一の向きを有する短い磁気パルスの印加を示し（黒色矢印は磁気パルスから誘起された電界の向きを示す）、その軸索（点線）が誘起電界の向きに平行を向く唯一の細胞が励起され、図５ｂは、短い回転磁界の印加を示し（円弧は磁気パルスから誘起する電界の回転スパンを示す）、その軸索の向きが回転電界の円弧内に横たわる全ての細胞が励起され、ネットワークの個体群の応答に通じ、図５ｃは、向きの固定された長い磁気パルスの印加を示し、誘起電界の方向に平行に配向された樹状突起を有する全ての細胞が励起され（励起された細胞は点線円で印付けしてある）、ネットワークの個体群の応答に通じる。
【図６】提案装置の一実施形態の概略線図であり、２個のイグナイトロン（点弧子型水銀放電管）（Ｉ１とＩ２）がトリガー発生器によりトリガーされ、結線１を介する接続Ｉ２が単極性パルスを生み出し、一方で結線２を介する接続が両極性パルスを生み出し、イグナイトロンＩ１はサイリスタにより置き換えることができ、一方でＩ２はダイオードにより置き換えることができる。
【図７】４．８ｍＦのコンデンサＣと１ｍｓの立ち上がり時間をもって約１０Ｔを給送することのできる６．５ｋＶの最大電圧負荷とを有するより大きな刺激装置の一実施形態を示すものであり、イグナイトロンＩ１はコイルを介する放電を始動させるのに用い、イグナイトロンＩ２はコイルを短絡させ、コイルを介する放電を停止するのに用いる。
【図８】ニューロンの二次元培養組織と麻酔をかけたラットの両方の磁気刺激応答の概要である。
【図９】配向依存性の一実施形態を例証するものであり、四つ葉クローバーコイルは磁気刺激の方向従属性を軽減し、四つ葉クローバーコイル（図３）が誘起する算出電界を用い、電圧感応のナトリウムやカリウムを含有する１μｍの直径と１ｍｍの長さおよび漏洩コンダクタンスを有する軸索内の活動電位生成をシミュレーションしてあり（材料と方法参照）、コイルに対する軸索の異なる方位における閾値を特性解明するため、磁気刺激が活動電位をトリガーするまで電流パルスを増大させ、各コイルによりこの電流振幅で誘起された電界の最大振幅を、ここでは軸索とｘ軸との間の角度に対しプロットしてあり、シミュレーションは、磁気刺激による活動電位生成の閾値が、四つ葉クローバーコイルを用いた場合にコイル方位にごく僅かしか依存しないことを予測している。
【図１０】神経培養組織の電気的な刺激の一実施形態を示すものであり、図１０ａは培養組織の刺激に用いる電気パルスの典型的な電圧図であり、持続時間（ＤＴ）は１０μｓと１０ｍｓとの間で連続的に可変しえ、図１０ｂはパルス持続時間閾値と培養組織の刺激に必要な最小限のパルス持続時間の片対数ヒストグラムであり、磁気的と電気的の両方で励起可能な培養組織が実線の曲線で表示してあり、電気パルスを用いてのみ励起しうる培養組織が点線の曲線で表示してある。
【図１１】培養組織内で成長したニューロンを表わすＧＦＰの蛍光性画像であり、培養組織は３０ｍｍのカバースリップ上に塗布し（図中の白色弧はカバースリップの縁を走る）、ニューロンの軸索はこれがカバースリップの周囲を接線方向に３ｍｍ追従する際に追尾することができる。
【図１２】刺激閾値に対する麻酔の効果を例証するものであり、ラットの脊椎刺激用の磁気的な閾値は１０時間の時間経過に沿って１５回計測（黒色の×点）し、キシラジンとケタミンの溶液を実験期間中に２回投与し（赤色線）、ケタミンだけを含有する溶液を５回の追加投与し（緑色線）、キシラジンの麻酔効果が注入後にピークに向け徐々に立ち上がり、続いて基線計測値に向け指数関数的に緩和するものと仮定し、データに対し緩和曲線を適合させてある。
【図１３】高密度四つ葉クローバーコイルの再現であり、左側は、コイル中心の拡大図であり、線は各コイルループのワイヤを表わし、１０本の緑色の線は垂直の群葉に対応し、９本の青色の線は水平の群葉に対応しており、右側は、青色の線がコイル葉のうちの一つの全体図を表わし、コイルは螺旋状ではなく、各内部ループは外部ループの縮尺を変えた写しである。
【図１４】方位とパルス持続時間が変化する電気刺激に対する一次元培養組織の応答を示すものであり、図１４ａでは、実線の培養組織は短時間の刺激（約０．１ｍｓ）に応答し、一方で点線は１ｍｓを上回る刺激に対してのみ応答し、閾値はパルス持続時間に合わせ減少し、続いて低飽和安定状態（図示せず）に至り、図１４ｂは、培養組織の向きに対する磁界方向の回転に対する培養組織の応答であり、点線の培養組織は全角度で一定の応答を有し、実線の培養組織（短いパルス持続時間）は、培養組織の向きに対し平行であることを意味する電界が０度であるときに励起させるのがずっと容易であり、図１４ｃは、角度の余弦値の関数としての図１４ｂに示した閾値の角度依存性を示し、実線の培養組織では、線形関係は明らかであり、励起用の閾値を特定するのが事実上磁界の方向に対する軸索突起であることを示しており、点線の培養組織は電界の向きに対し感応しない。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
説明の単純さと明快さとに配慮し、図面中に示された要素は必ずしも実寸で描かれていない点を理解されたい。例えば、一部要素の寸法は明確さに配慮して他の要素に対し誇張することができる。さらに、適切であると考えられる場合は、図面中で符号を反復させ、対応のあるいは類似の要素を指し示すことができる。
【００４９】
下記の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供すべく多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、当業者には本発明がこれらの具体的な詳細を用いずとも実施できることが理解されよう。他の例では、公知の方法や手順や構成要素を詳しく説明はせず、本発明を曖昧にしないようにしてある。
【００５０】
ＴＭＳの開発のこの段階での主要な限界は、印加電界の極めて特異な方向性にあり、それには動きと外乱に極端に感応する正確に標的化された適用が要求される。位置と向きの両方を高解像度でもって特定しなければならず、一旦最適位置が特定されると、全治療期間中、磁石をそこに保たねばならない。
【００５１】
方向性感度が生ずるのは、その軸索が誘起電界に沿って厳密に案内される場合にのみニューロンが励起されるからである。本発明は、一実施形態において、印加磁界を回転させ、軸索が多くの異なる方向を向くニューロンの励起を可能にする技術を提供するものである。
【００５２】
方向に対する依存が生ずるのは、ニューロンの磁気刺激が軸索において行われ、誘起電界に沿う軸索突起が励起を達成するための関連パラメータとなるからである。擬似一次元パターン化培養組織を用いることで、本発明は軸索が磁石と同心のリングに沿って成長するよう配向する方法を提供し、かくして一実施形態において誘起電界に沿って伸長突起を有するよう強制する。樹状突起内に活動電位を立ち上げることでニューロンを励起できるものとするならば、そのときは状況は変わる筈であり、方向性に左右されない筈であることに、留意されたい。本発明のこの態様に従う方法を、本願明細書において下記に説明する。
【００５３】
識別された別の重要な特徴は、格別に感応性のあるニューロンの下位個体群を刺激することで初期励起が達成され、そのことがそこでネットワーク全体を興奮させる核形成中心として機能するということである。受容体拮抗薬（ＣＮＱＸやＡＰＶやビククリン）の適用により完全に分離させた培養組織では、この小さな部分集合（ほぼ１％）だけが賦活され、磁気刺激に応答する。培養組織を接続すると、この核はネットワーク内の全てのニューロンの個体群の応答を誘発する起点となる。核の大きさが小さすぎる場合、ニューロンへの駆動入力は個体群の応答の始動には不十分である。
【００５４】
磁気的な刺激に対する個体群の応答を獲得するため、それ故多数の始動ニューロンにおいて活動電位を励起しなければならない。軸索方向が不規則である神経ネットワークでは、この要件は従来のＴＭＳを用いて応えるのは困難であり、何故ならその誘起電界の向きは一定であり、十分多数の軸索がこの電界に沿って配向される可能性は低いからである。
【００５５】
それ故、単一パルス期間中にその方位が広範囲の角度を走査する回転電界を誘起することで、多くの軸索を一度に全て刺激し、個体群の応答を保証しうる。下記の説明では、この種の回転を達成する方法と得られる神経標本の応答を示す。
【００５６】
生体外磁気刺激
【００５７】
磁気パルスとニューロンの相互作用に対する研究開発の一環として、脳に対する磁気パルスの効果的な相互作用を特定する新規能力とパラメータの理解とが開発されてきた。物理的な技法と新規の細胞培養法の組み合わせを用い、ＴＭＳの適用にとっての最適なパラメータを特定する。これらのパラメータは極めて空間的で幾何学的であり、神経基板の形状と磁界の方向性とに関係する。特に、この刺激の効果を最大化すべく、軸索の方向は磁気刺激が誘起する電界の方向に一致させねばならないことは、ここで明らかである。
【００５８】
方向性と立ち上がり時間と協同作用とが、磁気的な刺激の効果を制限する。
【００５９】
外部電界刺激の神経生理学は受動的なケーブル方程式を用いて簡単化することができ（Ａ．Ｌ．Ｈｏｄｇｋｉｎ、Ｗ．Ａ．Ｒｕｓｈｔｏｎ，Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃ．Ｂ、第１３３巻４４４頁（１９４６年）と、Ｂ．Ｊ．Ｒｏｔｈ、Ｐ．Ｊ．Ｂａｓｓｅｒ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ、第３７巻５８８頁（１９９０年）参照）、それは容量と抵抗とが既知のケーブルの細胞膜（この場合、ケーブルは神経突起である）上に外部電界が誘起する電圧を算出するものである。この式は、神経突起の刺激における２つの関連パラメータの役割を強調するものである。第１に、誘起電界に対し最も強烈に応答するニューロンはその神経突起（軸索あるいは樹状突起）が電界に平行に横たわるものである。この観測結果は理論的な考察から明らかであり、一次元培養組織を用いて中枢神経系（ＣＮＳ）からのニューロンの第１の間断無き磁気刺激を入手する根底をなすものであった。第２に、その細胞膜の立ち上がり時間が外部パルスの立ち上がり時間よりもずっと長い神経突起は、刺激には応答しない。商用磁気刺激装置の立ち上がり時間は１００μｓ（１００マイクロ秒）を越えず、樹状突起の細胞膜立ち上がり時間は１ｍｓ（１ミリ秒）台であるため、ニューロンの励起は軸索においてほぼ排他的に始動させられる。より詳しい派生記事は、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ、第９４巻５０６５頁、２００８年に見いだすことができる。加えて、生体脳あるいは生体外のいずれかでのニューロンのネットワークの集約的な応答は、単一の細胞の興奮からは始動させることができない。それよりも、それは通常、生体内もしくは生体外の大型の神経培養組織のいずれかにおいて観察することのできる個体群をトリガーすべく、ほぼ同時に興奮させる欠くことのできない数の始動ニューロンを必要とする。詳細は、Ｉ．Ｂｒｅｓｋｉｎ、Ｊ．Ｓｏｒｉａｎｏ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｔ．Ｔｌｕｓｔｙ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．第９７巻１８８１０２号（２００６年１１月３日）に見いだすことができる。
【００６０】
上記の３つの要因が、ニューロンのネットワークの首尾良き磁気刺激を制限し、それらはネットワーク内の幾つかの隣接する細胞が誘起電界に平行に配向された軸索を有することを必要とする。しかしながら、所与のコイルの磁界の向きは固定され、かくして誘起電界もそうなる。これは、ニューロンが不規則に配向された軸索を有するネットワークにおいて励起することのできるニューロンの量が非常に少なく、ネットワークの集約的な応答には不十分であることを意味する（図５ａ）。このことは、生体外で二次元培養組織とその軸索方向が同質でない皮質領域を励起することが如何に困難であるかの主要な理由となろう。
【００６１】
回転電界
【００６２】
一実施形態では、軸索方位の異方性により引き起こされる問題を克服すべく、時間依存性電界を用い、全ての角度範囲に亙り走査する。一実施形態では、これは２個のコイルを用いることで得られ、その磁界は互いに垂直で、その電流は一方を他方から１／４周期だけ位相シフトさせたものとする。生成電界はパルス周期の期間中に空間内を回転し、それがその方位を走査するときは常に追加の細胞の励起に通じる。この周期はせいぜい数百μｓ（マイクロ秒）しか持続しないため、これら全ての細胞は時間軸上で十分密接して刺激を受け、ネットワークの集約的な応答を保証する（図５ｂ）。
【００６３】
本発明の回転電界法は、回転電界の誘起を必要とする。回転電界の誘起を達成する仕方と、本発明の改善された刺激パルスが培養組織のシャーレ内と生体脳内の両方でのより多数のニューロンの励起を標的としている点を、本願明細書において下記に示すことにする。これらの概念的な新規ツールにより、現在はＴＭＳに対し応答しない脳内の領域へのアクセスを可能にし、二次元培養組織の簡単な励起を提供し、これはモデルシステムとして一次元培養組織よりもずっとアクセス可能である。一実施形態では、この種の刺激技術は脳と神経系の構成要素の診断を可能とすることになる。一実施形態では、この種の刺激方法は神経学的疾患や他の臨床的疾患の治療を可能にすることになる。一実施形態では、この種の刺激技術は被験体の発症あるいは神経系関連の疾患を発症する相対的な危険を予測することになる。
【００６４】
樹状突起の刺激 一実施形態では、本発明は１ｍｓ（ミリ秒）台の持続時間でもってパルスを印加することで培養組織内の樹状突起を直接励起する方法を提供する。通常は枝分かれする前に細胞体から単一方向に長い伸びを突出させる軸索とは対照的に、樹状突起ツリーは等方性パターンにて細胞体から広範囲に枝分かれしがちとなる。樹状突起を直接励起する選択肢はかくして極めて有用であり、何故ならそれは方向性の前述の課題、すなわち各細胞がほぼ全ての可能な方向を向く多数の樹状突起を有し、固定された方向の誘起電界に対し応答する（図５ｃ）ことになるという課題を克服するからである。この解決策は回転電界に対する優位を証明することができ、何故ならそれが脳内の領域を標的化できるようにするからであり、この脳は全て軸索が頭蓋平面に対し垂直に配向され、それは誘起磁界を頭蓋骨に平行な平面内を回転するようにしか作成できないからである。
【００６５】
理論上、誘起電界の減少を伴わない磁気刺激の立ち上がり時間の増大 樹状突起刺激は、１ｍｓ台のパルス幅を必要とする。より長期の時間期間に亙り所与の大きさの誘起電界を得るべく、パルス持続時間と共に磁界を線形的に規模策定する必要がある。これは、誘起電界が磁界の時間傾斜に線形に依存するからであり、この磁界はパルスが幅広になるにつれて減少する。所与の周波数ωを有する正弦波状パルスを用いて放電させる所与のコイル構成では、或る点における誘起電界Ｅがピーク磁界Ｂの関数となる。すなわち、
【００６６】
【数１】
【００６７】
ｉを単位複素数とし、表面パラメータ｜Ａ｜＝ｍ２は問題とする幾何学的形状を考慮する。磁界のピーク振幅は、コンデンサのパラメータにより設定される。この関係式はエネルギーの考察から得ることができ、何故なら放電前にコンデンサ内に蓄えられるエネルギーは理論的にはコイルが生成する磁界のエネルギーに等しいからである。
【００６８】
【数２】
【００６９】
インダクタンスＬを有する磁気コイルについては、容量Ｃのコンデンサからコイルを介して放出されるパルスの周波数ωは下式で与えられ、すなわち
【００７０】
【数３】
【００７１】
上記の３つの関係を組み合わせることで、以下が得られる。
【００７２】
【数４】
【００７３】
本分析は、パルス持続時間を増大させる２つの経路を啓示するものである。
【００７４】
インダクタンスＬの増大：この場合、Ｅを一定に保つためＬに対しＶを二次関数的に増大させることもしなければならない。Ｌの増大は、既に詰め込まれたコイル系に対しより多くの巻数を追加することを意味する。コンデンサに対する負荷Ｖの増大は、回路内のより高い電圧にとって適切な新規基盤ならびに保安対策を導き出す。
【００７５】
容量Ｃの増大：ＥはＣとは無関係であり、かくして容量の増大は対処すべき副次的効果を伴うことなくサイクル時間を増大させ、磁気パルスを拡幅する好適な方法となる。
【００７６】
一実施形態では、樹状突起の励起法は電界をより長時間の期間に亙り印加することを必要とする。この種の電界の印加を達成する仕方と、本発明のその改善された刺激パルスが培養シャーレと生体脳内の両方において大量の数のニューロンの励起を標的とすることとを、本願明細書において下記に示すことにする。これらの概念的な新規ツールにより、現在はＴＭＳに応答しない脳内にアクセス領域を可能にでき、モデルシステムとして一次元培養組織よりもよりアクセス可能な二次元培養組織の簡単な励起を提供することができる。一実施形態では、この種の刺激技術は脳診断を可能にすることになる。一実施形態では、この種の刺激法は神経学的疾患や他の臨床的疾患の治療を可能にすることになる。
【００７７】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起法を提供し、その方法はニューロンを回転電界にさらし、それによってニューロンを励起するものである。
【００７８】
一実施形態では、回転電界は少なくとも２つの時間依存性電界の和となる。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性電界は少なくとも２つの時間依存性磁界により誘起される。一実施形態では、少なくとも２つの時間依存性磁界は少なくとも２個のコイルに通電することで誘起される。
【００７９】
一実施形態では、２個のコイルは２つの電源に独立して接続する。一実施形態では、２個のコイルと２つの電源は機器の一部をなす。一実施形態では、機器はシステムの一部をなす。
【００８０】
一実施形態では、システムはさらに電気信号検出ユニットや撮像ユニットあるいはそれらの組み合わせを含む。一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直とする。
【００８１】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し９０度の位相を有するようにする。一実施形態では、９０度の位相は第２の電流に遅れる第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。
【００８２】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同じパルス周期とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同一波形パターンとする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスは同一のピーク振幅とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は１とする。一実施形態では、第１の電流と第２の電流のパルスの数は２以上とする。
【００８３】
一実施形態では、パルスパターンはパルスの数や各パルスの時間やパルス間の間隔あるいはそれらの組み合わせを含む。
【００８４】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期だけ遅れるようにする。一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波の１周期を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波の１周期を含む。
【００８５】
一実施形態では、本発明はニューロン励起法を提供し、この方法にはニューロンを回転電界にさらし、それによってニューロンを励起し、励起されたニューロンから電気信号を収集または検出する工程が含まれる。一実施形態では、ニューロンからの電気信号の収集と検出は、脳波検査法（ＥＥＧ）により行なう。
【００８６】
一実施形態では、回転電界は電極組立体を用いて生成する。一実施形態では、電極組立体に電圧を印加する。一実施形態では、電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、電極組立体は空間内を回転する。
【００８７】
一実施形態では、ニューロンの励起には軸索の励起が含まれる。
【００８８】
一実施形態では、本方法は被験体の脳に適用される。一実施形態では、本方法は診断用に適用される。一実施形態では、本方法は治療用に適用される。一実施形態では、ニューロンの励起をニューロンの培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。一実施形態では、応答は培養組織内のスペクトル変化を撮像することで検出する。一実施形態では、応答は蛍光発色性により検出する。
【００８９】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによって前記ニューロン個体群内に電気応答を生成する。一実施形態では、少なくとも２つのニューロンの軸索の長軸は平行ではない。
【００９０】
一実施形態では、本発明は改善されたニューロン励起用の装置を提供し、その装置は少なくとも１組の２つの別個のコイルを備える。一実施形態では、少なくとも２つの別個のコイルは時間軸上で位相シフトさせた電流をもって駆動する。一実施形態では、コイルはその合成和が時間と共に方向を変える少なくとも２つの時間依存性電界を生み出す。一実施形態では、２個のコイルを独立して駆動する。一実施形態では、２個のコイルは２個の電源により独立して駆動する。
【００９１】
一実施形態では、２個のコイルは互いに所定角度をなす。一実施形態では、２個のコイルは互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００９２】
一実施形態では、少なくとも２個のコイルを流れる電流は、第１のコイルを流れる第１の電流と第２のコイルを流れる第２の電流を含み、第１の電流が第２の電流に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電流に対する第１の電流の位相は９０度の位相とする。
【００９３】
一実施形態では、第１の電流をパルス化し、第２の電流をパルス化する。一実施形態では、第１の電流と第２の電流の前記パルスの数は１以上とする。
【００９４】
一実施形態では、第１の電流のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電流のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波が第１の正弦波よりも１／４周期遅れるようにする。
【００９５】
一実施形態では、本発明は改善された神経刺激装置を提供し、この装置は少なくとも２対の電極を含む電極組立体を備える。一実施形態では、電極組立体を用いて回転電界を生成する。一実施形態では、少なくとも２つの電圧を前記電極組立体内の少なくとも２対の電極に印加する。一実施形態では、２つの電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、少なくとも２対の電極は互いに所定角度をなす。一実施形態では、２対の電極は互いに直角をなし、互いに垂直とする。
【００９６】
一実施形態では、少なくとも２対の電極に印加する電圧は、第１組の電極に印加する第１の電圧と第２対の電極に印加する第２の電圧を含み、第１の電圧が第２の電圧に対し所定位相を有するようにする。一実施形態では、第２の電圧に対する第１の電圧は９０度の位相とする。
【００９７】
一実施形態では、第１の電圧をパルス化し、第２の電圧をパルス化する。
【００９８】
一実施形態では、第１の電圧のパルスは第１の正弦波を含み、第２の電圧のパルスは第２の正弦波を含み、第２の正弦波を第１の正弦波よりも１／４周期遅らせるようにする。
【００９９】
一実施形態では、ニューロン刺激は軸索励起を含む。一実施形態では、本方法を被験体の脳に適用する。一実施形態では、本方法を診断用に適用する。一実施形態では、本方法を治療用に適用する。
【０１００】
一実施形態では、ニューロンの励起をニューロンの培養組織に適用する。一実施形態では、ニューロンの励起に対する培養組織の応答を検出する。
【０１０１】
一実施形態では、回転電界がニューロンの軸索を励起し、ここで第１の軸索の長軸の向きは第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成する。
【０１０２】
一実施形態では、回転電界がニューロン個体群内に応答を生成するのに必要な少なくとも最小限の数のニューロンを励起し、それによってニューロン個体群内に電気応答を生成する。
【０１０３】
一実施形態では、前記ニューロンのうちの少なくとも２本の軸索の長軸は平行ではない。
【０１０４】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が２００μｓを上回る電界パルスにさらし、それによってニューロンを励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間が１ｍｓ以上とする。一実施形態では、本方法はニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含む。一実施形態では、ニューロンからの電気信号の収集と検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なう。
【０１０５】
一実施形態では、電界は磁界により誘起する。一実施形態では、磁界はコイルに通電することで誘起する。
【０１０６】
一実施形態では、コイルはコンデンサに接続する。一実施形態では、コンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、容量は前記コンデンサ材料やコンデンサ構造やコンデンサの寸法またはそれらの組み合わせの結果である。
【０１０７】
一実施形態では、電界パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、ニューロンの励起は樹状突起の励起を含む。
【０１０８】
一実施形態では、本発明は樹状突起励起用の装置を提供し、この装置はコイルと電源とに接続したコンデンサを備え、コンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。
【０１０９】
一実施形態では、装置は持続時間が２００μｓを上回る電界パルスを生成し、それによって樹状突起を励起する。一実施形態では、電界パルスは持続時間を１ｍｓ以上とする。
【０１１０】
一実施形態では、パルス持続時間は樹状突起あるいは樹状突起の個体群の励起に必要な電界持続期間の閾値を上回る。一実施形態では、樹状突起励起がニューロンを興奮させる。
【０１１１】
定義
【０１１２】
一実施形態では、ニューロンは電気化学的信号伝達により情報を処理し伝送する神経系内の応答細胞とする。一実施形態では、ニューロンの励起はニューロンの周囲あるいはニューロンの一部に対する電界を誘起あるいは切り換えることで果たすことができる。一実施形態では、誘起電界すなわち神経細胞膜または神経細胞膜の小領域あるいは領域に作用する電界の変化がニューロンの励起を引き起こす。一実施形態では、回転電界は一つの電界であり、ここでは電界の向きが時間／空間内で変化しあるいは変動する。一実施形態では、回転電界はそれぞれの向きが空間内で回転する複数の電界成分を有する。一実施形態では、回転電界は複数の電界成分を有し、そのそれぞれの向きは時間の関数として空間内で回転する。
【０１１３】
一実施形態では、回転磁界は複数の磁界成分を有し、そのそれぞれの向きは固定され、その振幅が時間と共に変化する。一実施形態では、回転磁界は複数の磁界成分を有し、その向きは固定され、その振幅が時間の関数として変化する。
【０１１４】
一実施形態では、時間依存性電界は電界の大きさと方向が時間と共に変化する電界である。一実施形態では、電流は電気的な電流とする。一実施形態では、コイルは導電コイルである。一実施形態では、コイルはそこを通って電流を通過させることのできる導電性材料やワイヤや円形プレートや丸型あるいは螺旋状の構造をなす。
【０１１５】
一実施形態では、本発明の装置内の２個のコイルは２つの電源に独立して接続してあり、各電源が独立して動作するようにし、各コイル内に独立して電圧／電流が誘起されるようにする。一実施形態では、複数の出力端を有する１個の電源が少なくとも２個のコイルを作動させる。
【０１１６】
一実施形態では、電気信号検出ユニットや撮像ユニットやそれらの組み合わせを、脳波検査法（ＥＥＧ）ユニットや磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）ユニットあるいはそれらの組み合わせで構成する。
【０１１７】
一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直とする。一実施形態では、２個のコイルは互いに垂直に近い。一実施形態では、コイルの平面間の角度は８０度と１００度の間の範囲とする。
【０１１８】
一実施形態では、他方の電流に対する一方の電流の９０度の位相は、他方の電流の類似の周期関数に対する一方の電流の周期的な電流関数の１／４周期の遅れを表わす。本実施形態によれば、電流関数の全周期は３６０度で表わされる。一実施形態では、９０度の位相は第２の電流に対する前記第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。一実施形態では、１周期は周期関数の１周期である。
【０１１９】
一実施形態では、２個のコイルが誘起する２つの磁界が誘起する回転電界に関する波形公式は下記の如く記述され、すなわち一方のコイルが放電を開始し、１／４周期後に、第２のコイルが放電を開始する。第１のコイルの生成電界はＡｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）であり、ここでＴはサイクル時間であり、Ａは振幅である。第２のコイルの生成磁界はＡｃｏｓ（２πｔ／Ｔ−π／２）であり、２つの電界が互いに垂直で、ピーク振幅とサイクル時間において等しい場合、そのときは２つの電界の合成和は２７０度の回転を遂行する。
【０１２０】
一実施形態では、パルス化電流はコイルに対しパルスとして導入される電流である。一実施形態では、パルス期間中にコイルに電流が流れ、パルス間の間隔ではコイルに一切電流が流れないかあるいはごく最小限の電流しか流れない。一実施形態では、パルス間の間隔にコイルを流れる最小電流は、本発明の方法について有効磁界を生成するのに必要な閾値未満とする。一実施形態では、電流周波数は本発明のコイルを流れる交番電流の周波数とする。一実施形態では、波形パターンを電流関数のパターンとする。一実施形態では、波形パターンを電流対時間の関数とする。一実施形態では、電流振幅やピーク振幅は本発明のコイルを流れる電流の値あるいは最高値を表わす。一実施形態では、パルスパターンは電流パルスの数や各電流パルスの時間や電流パルス間の間隔あるいはその組み合わせによって規定する。
【０１２１】
一実施形態では、電流の波形は正弦波とする。一実施形態では、２つの異なるコイルを流れる２つの電流間の位相は第１の電流については正弦波で、第２の電流については余弦波で表わすことができる。
【０１２２】
一実施形態では、電極組立体は少なくとも２つの電極を含む。一実施形態では、少なくとも２個の電極に電圧を印加することで、電極間の領域に電界を生成する。一実施形態では、電極の位置を変えるか、あるいは３以上の電極に電圧を印加することで、電極間の領域あるいは電極間の領域の一部に回転電界を生成することができる。
【０１２３】
一実施形態では、電圧は電気的な電圧とする。一実施形態では、容量なる用語は電磁気学と電子工学において用いられる用語である。一実施形態では、容量は電荷を保持する物体の能力である。
【０１２４】
一実施形態では、大容量は軸索励起電界用の５０〜４００μＦの範囲にある任意の値あるいは樹状突起励起用の１ｍＦを上回る任意の容量値とする。
【０１２５】
一実施形態では、樹状突起はニューロンの枝分かれした突起であり、それらは他の神経細胞から受けた電気化学的な刺激をそこから樹状突起が突出するニューロンの細胞本体あるいは細胞体に伝えるよう動作する。電気的な刺激は、樹状突起の心軸を挿通する様々な点に位置するシナプスを介して上流側のニューロンにより樹状突起上へ伝達される。樹状突起は、これらのシナプス入力の統合と活動電位がニューロンにより生成される範囲の特定に重要な役割を果たす。一実施形態では、軸索は神経細胞本体や細胞体から遠くへ電気インパルスを伝える神経細胞あるいはニューロンの長く細い突起である。
【０１２６】
一実施形態では、神経突起はニューロンの細胞本体からのあらゆる突起を指す。この突起は、軸索あるいは樹状突起のいずれかとすることができる。一実施形態では、活動電位は神経細胞に所定距離に亙り信号を搬送させることのできる電気化学的活動の自律再生的波形とする。一実施形態では、活動電位は神経細胞が生成する主要電気信号であり、これは神経細胞の軸索膜の特定のイオンへの浸透性変化から生起する。一実施形態では、活動電位（神経インパルスあるいはスパイクとしても公知）は、幾つかの種類の細胞膜に沿って移動する電圧のパルス様波形とする。一実施形態では、ニューロンの興奮や興奮するニューロン、あるいは「興奮」や「興奮中」や「興奮する」なる用語は、かく説明したニューロン内で生起する可能性のある活動事象を意味する。
【０１２７】
寸法と値
【０１２８】
一実施形態では、下記パラメータが磁気パルスの振幅と周期と、コンデンサに対する電圧負荷とコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを決定する。
【０１２９】
一実施形態では、コンデンサに対する電圧負荷Ｖは０Ｖ〜５ｋＶの範囲とする。一実施形態では、コンデンサに対する電圧負荷Ｖは最大２０ｋＶまで負荷をかけるよう作成することができる。一実施形態では、コイルのインダクタンスＬは０μＨと５０μＨとの間の範囲にある。一実施形態では、コイルのインダクタンスＬは１μＨと５０μＨとの間の範囲にある。一実施形態では、コンデンサの容量は１０９μＦとする。一実施形態では、樹状突起励起では、コンデンサの容量は１ｍＦとする。一実施形態では、樹状突起励起ではコンデンサの容量を５ｍＦとする。一実施形態では、コンデンサの容量は１ｍＦと５ｍＦとの間の範囲とする。
【０１３０】
一実施形態では、これらのパラメータから得られるサイクル時間（すなわちパルス幅）は１００μとと５ｍｓの間の範囲とする。
【０１３１】
一実施形態では、本発明の方法に用いる刺激装置は下記のパラメータを有する電源とコンデンサとコイルとを備え、すなわちＶ＝０〜５ｋＶ，Ｌ＝１０〜５０μＨ，Ｃ＝１０９μＨであり、得られるサイクル時間は２００μｓ〜５００μｓである。
【０１３２】
一実施形態では、コイルを有する刺激装置は最大１００Ｈｚの刺激レートを有する単一ＴＭＳあるいは複数ＴＭＳ用に用いることができる。（培養）シャーレや動物やヒトの被験体に対するコイルの向きは、変えることができる。
【０１３３】
一実施形態では、ニューロンあるいはニューロン集合体の励起に用いる電界強度は５０〜５００Ｖ／ｍの範囲とする。一実施形態では、使用する電界強度は少なくとも１００Ｖ／ｍとする。
【０１３４】
一実施形態では、使用する磁界強度が０．１Ｔ〜５Ｔの間の第１の回転電界を生成する。一実施形態では、使用する電界強度は少なくとも１００Ｖ／ｍとする。
【０１３５】
一実施形態では、コイルを流れる電流は１ｋＡ〜１０ｋＡの範囲とする。一実施形態では、コイルを流れる電流は少なくとも１ｋＡとする。
【０１３６】
一実施形態では、第１のコイルと第２のコイルを流れる電流は互いに９０度の位相を有する。別の実施形態では、電流位相は８５度と９５度の間の範囲とする。別の実施形態では、電流位相は１度と９０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は９０度と１８０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は１８０度と２７０度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は２７０度と３５９度の間の範囲とする。一実施形態では、電流位相は零度以外の他の任意の度数とする。一実施形態では、電流位相度は電流対時間のしかるべき周期関数を呈する電流を指す。一実施形態では、電流対時間の周期関数は正弦波により表わされる。一実施形態では、他の任意の位相と波形関数の組み合わせは、円形でない（例えば、特定例のニューロンに有利とすることのできる楕円形あるいはあらゆる任意の円形に近い形の）回転電界を生成するのに役立てることができる。
【０１３７】
一実施形態では、９０度の位相は前記第２の電流に対する前記第１の電流の１／４周期の遅れを表わす。一実施形態では、周期遅れは０．２０周期と０．３０周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは０．０１周期と０．５０周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは０．５０周期と０．９９周期の間の範囲とする。一実施形態では、周期遅れは一方の電流の別の電流に対する遅れを指し、ここで両電流は電流対時間のしかるべき周期関数を呈する。一実施形態では、電流対時間の周期関数は正弦波により表わされる。
【０１３８】
一実施形態では、２個のコイル内の２つの電流のうちの一方のパルスだけを用いる。別の実施形態では、２以上のパルスを用いる。一実施形態では、少なくとも２個のコイル内の電流パルスは同一パルス周波数とする。別の実施形態では、少なくとも２個のコイル内の電流パルスは異なるパルス周波数とする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚとする。一実施形態では、パルス周波数は５０Ｈｚとする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚと５０Ｈｚの間の範囲とする。一実施形態では、パルス周波数は１Ｈｚと１００Ｈｚとの間の範囲とする。
【０１３９】
一実施形態では、第１の電流のパルスと第２の電流のパルスは同じ波形パターンとする。一実施形態では、パルスは異なる波形パターンとする。一実施形態では、任意のパルス波形の組み合わせが円形ではない（例えば、特定例のニューロンに有利とすることのできる楕円形あるいはあらゆる任意の円形に近い）回転電界を生成するのに役立てることができる。
【０１４０】
一実施形態では、電流ピーク振幅は１ｋＡ〜１０ｋＡの間の範囲とする。
【０１４１】
一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数は１とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１と５０の間の範囲とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１と１００の間の範囲とする。一実施形態では、特定の刺激事象に用いるパルスの数を１００と１０００の間の範囲とする。
【０１４２】
一実施形態では、各パルスの時間を１マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１０マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を５０マイクロ秒と１００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と２００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と１０００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と５００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１００マイクロ秒と２０００マイクロ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、各パルスの時間を１ミリ秒と５ミリ秒の間の範囲とする。
【０１４３】
一実施形態では、パルス間の間隔をほぼ２０ミリ秒とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０ミリ秒と３０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１ミリ秒とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０ミリ秒と１００ミリ秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を１０μｓと３０秒の間の範囲とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数秒台とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数ミリ秒台とする。一実施形態では、パルス間の間隔を数マイクロ秒台とする。
【０１４４】
一実施形態では、一方のコイルを流れる一方の電流パルスは１周期の正弦波を含み、第２のコイルを流れる第２の電流パルスは１周期の余弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは半周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは１／４周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは３／４周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは２周期の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは１周期と１０周期の間の正弦波を含む。一実施形態では、電流パルスは０．０１周期と０．９９周期の間の正弦波を含む。
【０１４５】
一実施形態では、電極組立体に印加する電圧はピーク間で１Ｖと３６Ｖの間の範囲とする。一実施形態では、パルスは双極性矩形パルスとする。一実施形態では、パルス幅は０．１ミリ秒と１０ミリ秒の間の範囲とする。
【０１４６】
一実施形態では、電極組立体内の幾つかの電極に印加する電圧は時間と共に変動する。一実施形態では、電圧の時間変動は異なる方向に沿いあるいは異なる軸に沿って異なり、電圧が印加される電極間の１（または複数）の領域は電界の変動に遭遇する。
【０１４７】
一実施形態では、電極組立体は空間内を回転する。一実施形態では、電極組立体もしくはその一部は９０度回転する。一実施形態では、電極組立体を１８０度回転させることができる。一実施形態では、電極組立体を３６０度以下回転させることができる。
【０１４８】
一実施形態では、本発明はニューロンの励起方法を提供し、この方法はニューロンを持続時間が１００μｓを上回る第１の電界パルスにさらし、ニューロンを刺激する工程が含まれる。
【０１４９】
一実施形態では、電界パルスの持続時間は１ｍｓ以上の持続時間とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は１００μｓと１０００μｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は７５０μｓと１２５０μｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は１ｍｓと１０ｍｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は０．５ｍｓと２ｍｓの間の範囲とする。一実施形態では、パルス持続時間すなわち立ち上がり時間は０．９ｍｓと１００ｍｓの間の範囲とする。
【０１５０】
一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも０．１ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも４．８ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも１．０ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は少なくとも０．０５ｍＦとする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は０．１ｍＦと１０ｍＦの間の範囲とする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は１ｍＦと５ｍＦの間の範囲とする。一実施形態では、コイルに接続するコンデンサの容量は１０ｍＦと５０ｍＦの間の範囲とする。
【０１５１】
一実施形態では、コイル巻数は２０巻きと８０巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は１０巻きと５０巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は１０巻きと１００巻きの間の範囲とする。一実施形態では、コイル巻数は４０巻きと１００巻きの間の範囲とする。
【０１５２】
一実施形態では、コイルインダクタンスＬは１μＨと５０μＨの間の範囲とする。一実施形態では、コイルインダクタンスＬは１μＨと１０μＨの間の範囲とする。一実施形態では、コイルインダクタンスＬは２５μＨと５０μＨとの間の範囲とする。
【０１５３】
一実施形態では、コイル内／外径は１００ｍｍとする。一実施形態では、コイル内／外径は１０ｍｍとする。一実施形態では、コイル内／外径は５ｍｍと２００ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は１０ｍｍと５０ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は５０ｍｍと１００ｍｍの間の範囲とする。一実施形態では、コイル内／外径は１００ｍｍと２００ｍｍの間の範囲とする。
【０１５４】
一実施形態では、コイルは導電材料で作成する。一実施形態では、コイルは金属で作成する。一実施形態では、コイルは銅で作成する。一実施形態では、コイルは絶縁銅線で作成する。一実施形態では、銅線の厚みは０．０１インチと０．２５インチの幅とする。一実施形態では、コイル線の厚み、幅、あるいは直径は０．００５インチと０．５０インチの間の範囲とする。
【０１５５】
一実施形態では、刺激装置は４．８ｍＦの容量と６．５ｋＶの最大電圧負荷を含む。一実施形態では、刺激装置は０．１ｍＦの容量と２２ｋＶの最大電圧負荷を含む。
【０１５６】
一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０Ｔと１Ｔの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は１Ｔと１０Ｔの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０．５Ｔと１．５Ｔとの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法により生成する磁界は０．２Ｔと３Ｔの間の範囲とする。
【０１５７】
一実施形態では、本発明の方法に用いる電界の刺激閾値は２個のコイルが誘起する回転電界により励起する培養組織について２００Ｖ／ｍと１０００Ｖ／ｍの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の方法の２個のコイル構成が生成する電界は１Ｖ／ｍと２００Ｖ／ｍの間の範囲とする。一実施形態では、刺激閾値電位は電極組立体が励起する培養組織について１Ｖ／ｍと２０Ｖ／ｍの間の範囲とする。
【０１５８】
一実施形態では、単位ｍｓあるいはｍＳはミリ秒を意味する。一実施形態では、μｓは１（または複数）のミリ秒を意味する。一実施形態では、ｍＦはミリファラッドを意味する。一実施形態では、μＨはマイクロヘンリーを意味する。一実施形態では、物理パラメータを記述する全ての単位は従来の単位が用いられ、全ての当業者に認識される。
【０１５９】
幾何学的形状と向き
【０１６０】
一実施形態では、コイルは球形とする。一実施形態では、コイルは８の字形状を有する。一実施形態では、コイルは四つ葉クローバー形状とする。一実施形態では、コイルは蝶形状とする。一実施形態では、２個のコイルを用いる。一実施形態では、３個または４個のコイルを用いる。一実施形態では、５個または６個のコイルを用いる。一実施形態では、コイルの数は２コイルと１０コイルの間の範囲とする。一実施形態では、コイルの数は３コイルと５コイルの間の範囲とする。一実施形態では、コイルの数は６コイルと２０コイルの間の範囲とする。一実施形態では、各コイル平面は他の全てのコイル平面に対し垂直とする。一実施形態では、コイル平面は同一平面に横たわる。一実施形態では、少なくとも２個のコイルの平面間には９０度以外の角度が存在する。一実施形態では、多数のプロトコルを用いて回転電界を拡張することができる。２つの別個のコイルシステムの任意の組み合わせを複合し、回転電界の若干の変形例、例えば真円の代りに楕円形の回転を生成することができる。両コイルの幅は必ずしも同一ではなく、かくして２個のコイルのサイクル時間と相対的な方位も同一とは限らない。
【０１６１】
材料
【０１６２】
一実施形態では、コイルは金属製のワイヤとする。一実施形態では、金属は銅とする。一実施形態では、コイルの内容積は磁性材料を充填する。一実施形態では、コイルの内容積空間に鉄を充填する。一実施形態では、コイル導電線を絶縁する。一実施形態では、コイルは巻きを含む。一実施形態では、電極は金属で作成する。一実施形態では、金属は白金か金かパラジウムで構成する。一実施形態では、電極は銀で作成する。一実施形態では、コイルは冷却システムにより囲繞する。一実施形態では、動作時に冷却システムがコイルの過熱を阻止する。
【０１６３】
方法
【０１６４】
一実施形態では、本発明は軸索の極めて効率的な励起を提供し、それによってニューロンを興奮させる。これは、所定電界を用いて所望の軸索個体群の全てあるいは大半の方向（軸索は方向性である）を走査することで達成される。一実施形態では、これはこれら全ての方向を走査する回転電界を作成することで達成され、その方向性とは無関係に軸索を励起することができる。これには、互いに所定角度（例えば、垂直）に構成した２個のコイルを有する装置が含まれ、それぞれが異なる電流／電力源に別個に接続し、２個のコイルを時間軸上で互いにシフト位相にて駆動する。位相シフトは、電界を空間内の異なる方向に時間と共に走査させる。
【０１６５】
一実施形態では、本発明はニューロンの樹状突起ツリーを励起し、それによってニューロンを興奮させる方法を提供する。一実施形態では、本方法にはだだ一つの電界の印加が含まれ、この電界の空間的な方向は決定的なものではなく、すなわちニューロンは多数の樹状突起を有し、それらが全ての方向に枝分かれしている。一実施形態では、電界が良好な一般的な方向を指向する限り、それは樹状突起を励起し、回転させる必要はない。この態様に従って一実施形態では、装置は極めて大きなコンデンサを有する特定の電源の設計に基づき、極めて長いパルス（一実施形態では従来のＴＭＳ刺激装置よりも５倍は長い）を給送する。
【０１６６】
一実施形態では、本発明の方法は生体外で用いる。一実施形態では、本発明の方法は生体内で用いる。一実施形態では、本発明の方法は細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は二次元細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は三次元細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法は極めて小さな細胞培養組織に用いる。一実施形態では、本発明の方法に用いる細胞培養組織の大きさを記述する少なくとも一つの次元は１μｍと２０μｍの間の範囲とする。一実施形態では、本発明の電界回転方法あるいは樹状突起励起方法をシャーレ内の培養組織に適用する場合、シャーレの大きさ、すなわち培養組織を成長／付着させるカバースリップの大きさと培養組織カバースリップのパターン形成方法を、培養組織内のニューロンの神経励起を達成すべく刺激装置と刺激装置のパラメータに適合するよう調整する。一実施形態では、本発明の方法は動物に用いる。一実施形態では、本発明の方法はヒト被験体に用いる。
【０１６７】
一実施形態では、本発明は本発明の方法に従いＴＭＳを遂行するＴＭＳツールを提供する。一実施形態では、機器は機器あるいは機器内の要素が本発明の方法に従いＴＭＳを遂行するよう設計する。一実施形態では、本発明はＴＭＳ用のシステムを提供する。一実施形態では、本発明のＴＭＳシステムは本発明の方法に従いＴＭＳを遂行する。一実施形態では、本発明は本発明の方法従い作動するＴＭＳツールを含むキットを提供する。
【０１６８】
一実施形態では、方法すなわち本発明の方法の幾つかの要素を自動的に遂行する。一実施形態では、方法すなわち本発明の方法の要素はロボットにより遂行する。一実施形態では、本発明の方法により動作する本発明のシステムは被験体による家庭での使用に向け設計する。
【０１６９】
一実施形態では、本発明の装置やツールや機器やシステムはさらに、精査対象である被験体や動物や培養組織に対し所望の位置にコイルや電極組立体を保持するスタンドや支持体および／または他の付属品を備える。一実施形態では、本発明のコイルや電極や装置やツールや機器やシステムはさらに、試験対象領域あるいは治療領域に対しコイルや電極を位置決めするのを助ける可動部品を備える。一実施形態では、可動部品はコンピュータ化されたシステムにより制御する。
【０１７０】
一実施形態では、本発明の方法はさらにニューロンからの信号の収集あるいは検出を含む。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集はＥＥＧおよび／またはＭＲＩにより行なう。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集は運動フィードバック、すなわちＥＭＧを用いた記録あるいは運動の監視による筋肉の起動により行なう。一実施形態では、脳からの信号の検出あるいは収集は人的フィードバック、例えば視覚的な知覚（閃光感覚）あるいは他の感覚の報告により行なう。
【０１７１】
一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は２５０マイクロ秒を上回る。一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は５００マイクロ秒を上回る。一実施形態では、本発明の方法により遂行する樹状突起励起に用いる磁気パルスの時間規模は１０００マイクロ秒を上回る。
【０１７２】
一実施形態では、本発明により提供される装置ならびにツールは、片や長いパルス時間を必要とする樹状突起励起に対する必要性を満たすよう設計され、作動する。一実施形態では、より長い時間のニューロン励起用の装置の設計は比較的大きなコンデンサを要求するものであり、この種のコンデンサはここで説明する如く本発明の装置内に配設する。
【０１７３】
一実施形態では、生体外での信号の検出あるいは収集は電気生理学（電極）により、あるいは活動の光学的撮像すなわちカルシウム撮像や電圧感応染料撮像等により遂行する。
【０１７４】
一実施形態では、電極組立体を用い回転電界を生成する。一実施形態では、電気励起は少なくとも２対の互いに独立した電極を用いて行なう。一実施形態では、第１の正弦波を第１の電極対に印加し、第１の正弦波とは９０度ずれた第２の正弦波を第２の電極対に印加する。一実施形態では、２対の電極は互いに垂直とする。
【０１７５】
一実施形態では、本発明の方法とツールを神経関連疾病や疾患の診断および／または治療に使用する。別の実施形態では、本発明の方法ならびにツールは神経関連疾患すなわち疾患の取得リスクの診断に用いる。別の実施形態では、本発明の方法ならびにツールは神経関連疾患あるいは障害の取得リスクを有する被験体の治療に用いる。
【０１７６】
一実施形態では、本発明の方法による治療および／または診断の対象となる疾患には認知疾患や認知障害が含まれる。一実施形態では、認知疾患や認知障害には、アルツハイマー病や多重梗塞性痴呆症やパーキンソン病のレビー小体変異体を含む記憶障害、学習障害、アルツハイマー病、多重梗塞性痴呆症、さらにクロイツフェルト−ヤコブ病、コルサコフ障害、貧血、脳卒中、頭部外傷、低血糖、一酸化炭素ガス中毒、リチウム中毒、ビタミン（Ｂ１やチアミンやＢ１２）欠乏、鬱病性障害、電気ショック療法（ＥＣＴ）後障害、あるいは当業者が理解するその他が含まれる。
【０１７７】
一部実施形態では、本発明のシステムならびに方法を用い、軽度の認知障害かあるいはより深刻な神経精神病学的疾患、すなわち認知疾患か障害かを診断してそれらを識別し、あるいは一部実施形態では、後者に対する前者の可能性あるいは経時的進行度を示すことができる。
【０１７８】
一実施形態では、軽度認知障害には、例えば軽度認知機能障害（ＭＣＩ）（ここでは、最小から軽度までの範囲の認知機能障害を含む）、軽度記憶喪失、加齢関連記憶障害（ＡＡＭＩ）、加齢関連認知能低下（ＡＲＣＤ）、良性老人性物忘れ（ＢＳＦ）、あるいは非痴呆認知障害（ＣＩＮＤ）を含めることができる。軽度認知障害には、症候群の臨床的特徴としての認知機能障害を必要とする障害が含まれ、被験体は痴呆症に対する診断規範、例えば痴呆症に対するＤＳＭ−ＩＶ ＴＲに合致しない。これらの障害のうち、軽度認知障害は臨床的な顕著な機能障害が無い状態での痴呆、すなわち最も一般的には記憶の欠如によって特徴付けられる疾患である。一実施形態では、本発明はＭＣＩを抱える被験体がアルツハイマー病を発症しそうかどうか予測する方法を提供する。
【０１７９】
本発明の方法ならびにシステムは追加の臨床試験および／または追加の臨床的評価あるいは治療方法ならびにツールと併せ使用することができる。この種の方法の組み合わせは、被験体の神経学的疾患の評価や診断や特定に用いることができる。この種の方法とツールの組み合わせは、神経精神病学的疾患や認知疾患あるいは障害の発症について被験体が抱える可能性あるいは相対的リスクの評価あるいは特定に用いることができる。方法あるいはツールのこの種の組み合わせは、本願明細書において上記と下記に一覧掲載するいずれかの障害等の障害を抱えるかあるいは患っている被験体の治療に用いることができる。方法とツールのこの種の組み合わせは、本願明細書において上記と下記に一覧掲載するいずれかの障害等の神経精神病学的疾患や認知疾患や認知障害を発症する相対的リスクを抱える被験体の治療に用いることができる。
【０１８０】
この種の追加の臨床試験あるいは評価法は、これらに限定はされないが、記憶や他の認知能力の神経精神病学的試験、日常の機能活動を遂行する能力の試験、脳の撮像試験（ＭＲＩ（磁気共鳴映像法）やＳＰＥＣＴ（単一光子放射コンピュータ断層撮影）やＰＥＴ（陽電子放射断層撮影））、血液や脳脊髄液や他の体液および組織内のバイオマーカの試験である。ＥＥＧ、言語試験、そして視力、聴覚、体性感覚（感触）、味覚および嗅覚（匂い）応答に関する知覚系応答試験。全身運動スキルと局部的運動スキル試験等。一実施形態では、撮像方法には蛍光団の検出が含まれる。一実施形態では、蛍光団あるいは他のバイオマーカを本発明の方法を用いた被験体に対するＴＭＳの実施前またはこれと並行して被験体や細胞培養組織に投与する。一実施形態では、被験体に対する蛍光団あるいは他のバイオマーカの投与は、経口、静脈内、動脈内、筋肉内、頭蓋内、鼻腔内、皮下、腸管外、経粘膜、経皮、あるいは局在塗布とする。一実施形態では、被験体の脈や心拍数や体温を本発明に記述する磁気刺激方法に関連して計測する。
【０１８１】
一実施形態では、被験体あるいは培養組織に対する本発明のＴＭＳ法の遂行に先立つかあるいはこれと併せ薬物を投与する。一実施形態では、被験体に対する薬物の投与は、経口、静脈内、動脈内、筋肉内、頭蓋内、鼻腔内、皮下、腸管外、経粘膜、経皮、あるいは局在塗布とする。
【０１８２】
本願明細書に記載するＴＭＳ法は、おそらく従来のＴＭＳ法と併せ使用される。本願明細書に説明するＴＭＳ法は、おそらく従来のＴＭＳ法の前にあるいは並行して、または後続させて使用される。
【０１８３】
本発明のシステム／方法により確認しかつ／または治療することのできる神経精神病学的疾患や認知疾患あるいは認知障害には、これらに限定はされないが、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、コルサコフ健忘症候群、後天性免疫不全症候群（ＡＩＤＳ）、筋萎縮性側索硬化症、運動神経疾患、鬱病、精神分裂症、進行した摂食障害、前頭側頭骨性痴呆症、レビー小体型痴呆症および／または血管性痴呆症が含まれる。
【０１８４】
一実施形態では、本発明の方法ならびにツールは、アスペルガー症候群、自閉症、背痛、脳膿瘍、脳損傷、脳外傷、脳腫瘍、脊椎腫瘍、慢性疼痛、慢性局所疼痛症候群、累積的外傷障害、痴呆、癲癇、頭部損傷、頭痛、運動スキル障害、筋ジストロフィー、エイズの神経学的徴候、遷延性植物状態、下肢静止不能症候群、脊髄外傷等の神経疾患や神経障害に対する診断および治療を提供する。
【０１８５】
一実施形態では、本発明の方法ならびにツールは診断治療に用い、またあらゆる神経障害や精神疾患あるいは関連疾病や疾患に対する治療上のあるいは臨床的な手法の一部として用いることができる。
【０１８６】
一実施形態では、本発明の方法を用い、初代海馬や皮質やＤＲＧ培養組織や接続されたニューロンの他の培養組織等の細胞培養組織を刺激する。
【０１８７】
一実施形態では、本発明は軸索励起を提供する。一実施形態では、本発明は樹状突起励起を提供する。一実施形態では、本発明は軸索と樹状突起の両方の励起を提供する。一実施形態では、軸索刺激や樹状突起あるいはそれらの組み合わせは、電気刺激を用いて遂行することができる。
【０１８８】
一実施形態では、本発明は一次元培養組織に回転電界刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は二次元培養組織に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は人体に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明は動物に回転電界の刺激をもたらす。一実施形態では、本発明はラットに回転電界の刺激をもたらす。
【０１８９】
一実施形態では、樹状突起の励起追求に並行し、軸索励起を相当に改善することができる。一実施形態では、培養シャーレ内と生体脳内の両方においてこの種の励起により励起するより多数のニューロンの標的化が可能となる。一実施形態では、この種の励起は臨床応用を有する。
【０１９０】
一実施形態では、例えば本発明の方法の四つ葉クローバー設計に用いる電界及び磁気構成等のパラメータを、本発明の方法ならびに装置が臨床使用できるよう選択する。一実施形態では、本発明の方法と装置はヒト被験体の治療に用いる。
【０１９１】
一実施形態では、ほぼ１ミリ秒の立ち上がり時間を有するパルスを用いることで、樹状突起の応答は大幅に向上し、樹状突起と加えて軸索に対して電位の変化を生み出すことができる。
【０１９２】
二次元培養組織を磁気的に刺激する能力は、特に標準的な単一のあるいは８の字平面コイルを用いてこれを達成する報告された困難さ（Ｒｏｔｅｍ，Ａ．、ＭｏｓｅｓＥ．、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｎｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒｏｎａｌ Ｃｕｌｔｕｒｅｓ（一次元神経培養組織の磁気刺激）」、Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．、２００８年６月、９４（１２）：５０６５〜７８）に鑑み、重要である。この能力は電界の回転の直接的な結果のようであり、それは２つの事実を際立たせるものである。すなわち、１）軸索がＴＭＳ期間中に励起される神経領域である点と、２）軸索は二次元培養組織中には好適な方位を一切有していない点とである。
【０１９３】
驚くべきことに、一実施形態において交差コイルにより励起しうる１５個の培養組織のうち４個が１組のうちの単一のコイルだけで励起されている。このことは、単一コイルに応答した培養組織が正しい方位を向く培養組織内の幾つかの軸索を偶然有し、誘起電界によって励起させえたとの事実によるものと考えられる。１個のコイルの電界は空間的に配向されるため、培養組織の励起が方向性に依存し、培養組織をコイルに対し４５度回転させることで消失させうることは驚くに値しない。
【０１９４】
回転電界は、正しい方位を見いだし、その方向に横たわる軸索を励起するだけのこと以上のことを為す。この種の方位が存在する、すなわち培養組織内の幾つかの軸索が単一軸に沿って配向される確率は、恐らく低いものである。他の全ての場合、軸索方位は不規則に分布し、これらの培養組織の励起を可能にするのが交差コイルの走査能力である。
【０１９５】
明白な大きな関心の一つの問題点は、ヒト被験体に対する交差コイルの幾何学的形状の適用にある。ヒトの頭部を全体として交差コイル内に配置することができるよう、十分大きなコイルを製造することは可能である。誘起電界はそこでシステムの２つの極を接続する軸周りの空間内で回転し、その極でだけ最強となるものと予想される。同様の強度の非回転電界もまた、各個別コイルの周囲に沿って誘起されることになる。その結果、この構成は多くの領域、すなわち標的としていない筋肉領域や脳領域の両方を励起する不利を被ることになる。このことを例証するシミュレーションを、ここで下記に提示する。
【０１９６】
ヒトの頭部に対するｒｆＴＭＳの異種の実装は、四つ葉クローバー設計（方法と材料参照）であり、それは公知の８の字コイルの等価物を使用しつつ焦点の絞られた電界走査能力を達成するものである。この構成は、交差コイルのものよりも臨床用途に相応しいものと期待される。ヒト被験体に対するｒｆＴＭＳの使用は、その不規則な軸索方位が向きの固定された非回転電界を用いる励起に従わない現在アクセス不能な皮質領域の励起を結果的に可能にすることになる。
【０１９７】
ｒｆＴＭＳの他の明確な利点は、常に時間を浪費し、往々にして扱いにくく高価な立体視的器具を必要とするコイルの正確かつ一貫した位置決めならびに配向についての必要性を取り除くことにある。無論、例えば標的とする領域の解剖学的組織が既知である場合に達成できる高い特異性を標準的な単一コイルもしくは８の字コイルがもたらす誘起電界の特別な配向に対する利点が存在する。
【０１９８】
一技術としてのｒｆＴＭＳが本来相補的で、大半の他の技術革新、例えば深層ＴＭＳあるいは新規反復周波数プロトコルと縦列使用できることは、強調されて然るべきである。追加電源と二重磁石は、その利点が簡単に経費を克服するパルス対形成設定において招来されるものに匹敵する最小限の技術的あるいは経済的負担を課す。
【０１９９】
電界方位に対する感度は、軸索の方向性と、磁気刺激が軸索励起を介して得られる事実とにその起源を有する。ニューロンが樹状突起において励起しうる場合、そのときは電界の向きに対する依存性は（ｒｆＴＭＳにおける如く）消失する筈であり、何故なら樹状突起ツリーは等方性だからである。それらの異なる物理的な属性が故に、樹状突起の励起はより長い持続時間のパルスの印加を必要とするが、これらは本願明細書において下記に説明するように電気的な励起を用いるだけで現在のところアクセス可能である。磁気刺激において長いパルスを達成するのは容易であり、当方の研究所において現在追求し続けているものである。
【０２００】
実施例
【０２０１】
実施例１：回転電界用の磁気刺激装置
【０２０２】
回転電界は、その磁界が互いに垂直で、その電流を１／４周期だけ互いに位相シフトさせた２組の独立したコイルを用いることで誘起させた。２つの磁気正弦波状パルス間の９０度位相遅れの導入は、それぞれが別個の８の字コイルを制御する２個の独立した電源を正確にトリガーすることで達成された。
【０２０３】
電源 使用した２個の電源はＭａｇｓｔｉｍ Ｒａｐｉｄ ＴＭＳ（英国 Ｍａｇｓｔｉｍ社製）と手製の刺激装置（ＨＭＳ）とした。ＨＭＳは２２ｋＶの最大電圧負荷を有する０．１ｍＦコンデンサ（米国 Ｍａｘｗｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）に基づくものであり、市販のＭａｇｓｔｉｍ Ｒａｐｉｄにより検体に供給される磁界の５倍は強い磁界を得ることができる。２つの磁気パルス間に正確な位相遅れを達成すべく、２個の電源を信号発生器（米国 Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｋｅｉｔｈｌｅｙ３３９０ ５０ＭＨｚ任意波形／関数発生器）を用いて同期させた。信号発生器は、１／４周期だけ分離された２つのトリガー信号を発する。この遅れは使用するコイルに従って変化し、５０〜１５０μｓの範囲にある。
【０２０４】
磁気コイル 磁気コイルは、０．０１インチの厚みで０．２５インチの幅のポリエステル被覆された矩形銅線（米国 ＭＷＳ Ｗｉｒｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製）を用い、研究所において作成した。ワイヤは、特注のフレーム周りに巻回した。ワイヤの巻線はガラス繊維により絶縁し、エポキシ（２部のＥＰＤＮ８１４中の１部のベルサミド１４０）内に鋳込んである。交差コイル構成（下記参照）について、それぞれ巻数１０と１１で内径が７５ｍｍと６２ｍｍを用いた。四つ葉クローバー構成（下記参照）について、内径２０ｍｍを用いた。１組の巻数２５のコイルをＭａｇｓｔｉｍ社製電源に接続し、巻数３０の１組のコイルをＨＭＳに接続した。
【０２０５】
四つ葉クローバーコイル 図３に示すこの種の可能な構成の一つは、２個の標準的な８の字コイルを用いるものである。各８の字コイルの中心の真上の誘起電界は２個のコイル中心を結ぶ軸に垂直に配向され、かくして２個の８の字コイルは互いに垂直な電界を生み出す。両方の８の字コイルが共にする放電は、２つの電界の和である生成ベクトルを招来することになる。第１の８の字コイルに遅れること１／４周期での第２の８の字コイルの放電は、システムの中心での回転電界に帰結する。２つの磁気正弦波状パルスの間の９０度の位相遅れの導入は、それぞれが別個の８の字コイルを制御する２つの独立電源の正確なトリガーにより達成される。
【０２０６】
交差コイル 第２の構成が図３に示されており、その平面は垂直な２個のコイルを含んでいる。２個のコイルが交差する極近くでは、電界は大きく、コイル平面において接線方向を向いている。四つ葉クローバー設計における如く、各コイルを別個の電源に接続し、磁気正弦波状パルスの一方を他方に対し９０度位相シフトさせた。交差コイル（図１参照）については、それぞれ巻数１０と１１で内径が７５ｍｍと６２ｍｍの２個の円形コイルを用いた。２個のコイルは、その平面を垂直に保ったまま、一方を他方の内側に配置した。交差コイルのホットスポットは、２個のコイルが交差（図１ｄ〜図１ｆ）し、コイルの誘起電界が互いに垂直となる箇所の構造体の極の近くに位置する。この構成は四つ葉クローバーコイルよりも単純であり（下記参照）、相互誘導損を被らず、何故なら２個のコイルの平面は垂直だからである。
【０２０７】
誘起電界の計測とコイルの較正
【０２０８】
コイルの誘起電界を計測すべく、直径４０ｍｍのピックアップコイルを用いた。ピックアップコイルは、その平面に平行な被計測コイル内に配置した。計測は、ピックアップコイルが磁気コイルに同心であるか否かには感応しなかった。ピックアップコイルを用い、交差コイルを下記の如く較正する。先ず、刺激装置の電力設定と各コイルの生成誘起電界との間の関係を計測し、刺激装置と円形コイルの各組について線形な関係を見いだした。次に、ＨＭＳコイル対Ｍａｇｓｔｉｍ社製コイルの比例定数を比較し、Ｍａｇｓｔｉｍの１００％電力設定での誘起電界がＨＭＳの３ｋＶの設定に等価であることが判った。このことで回転磁界パルスの最大強度が特定され、このパルスは交差コイルについてはカバースリップ平面のホットスポットにおける３４５±２５Ｖ／ｍに等しいものであった。この等価性を我々の試験期間中に使用し、パルス強度の任意の設定に対し３ｋＶ／１００％の比を維持した。例えば、最大強度の半分であるパルスの給送時に、５０％Ｍａｇｓｔｉｍ電力と１．５ｋＶのＨＭＳ負荷を用い、一方で最大強度の３／４のパルスについて、７５％Ｍａｇｓｔｉｍ電力と２．２５ｋＶのＨＭＳ負荷を用いた。
【０２０９】
ホットスポットでの誘起電界の推定 神経細胞の位置における誘起電界を推定すべく、コイル内部に配置する導電媒体の寸法について検討した。導電媒体外部のあらゆる誘起電界が表面電荷により界面において相殺されるため、一様な磁界から生ずる電界を算出する関連する長さ尺度はコイル平面に平行な導電媒体の断面のそれとなる。二次元培養組織の刺激の場合、球状の球体（球体の平坦化された基底が故に、直径が５ｃｍで、残りは球体上部の空気となる）の寸法としてこの長さ尺度を採用した。ラット上のＴＭＳの場合、これは各ラットの耳と耳の間の間隔（直径で３〜４ｃｍの間）として採用した。
【０２１０】
四つ葉クローバーコイル構成についての誘起電界のシミュレーション
【０２１１】
シミュレーション用の誘起電界の算出
【０２１２】
四つ葉クローバーコイルが生成する電界は、数値計算により算出されたものである。この目的に合わせ、コイル巻線の形状はｘ軸とｙ軸の三次多項スプライン関数で記述し、続いて長さ１ｍｍの直線セグメントベクトルｌｉに離散化させた。ワイヤの高さについての根拠を明らかにするため、それぞれ全電流の１／６を導通させるｚ軸方向にそれぞれ１ｍｍシフトさせた６個のコイル例を考察した。全てのセグメントは、下式に従い磁気ベクトル電位Ａに寄与し、すなわち
【０２１３】
【数５】
【０２１４】
ただしｒｉはセグメントｉの中心を指すベクトルである。一旦ベクトル電位が算出されると、誘起電界は
【０２１５】
【数６】
【０２１６】
となる。
【０２１７】
算術計算の精度は、分析解［３］との比較により理想化した円形コイルについて試験した。１ｍｍのセグメント内での離散化はコイル表面から１ｃｍで評価した電界強度における０．０１％未満の誤差をもっての分析解の再現には十分であった。螺旋状巻線を用いるシミュレーションもまた比較したが、それはそれらが事実上内部巻線が最も外側の巻線の縮尺変更した写しとなるシミュレーションに見てとれるからである。唯一の差異は、各巻線の始端と終端とに見てとれた。四つ葉クローバーコイルの始端と終端にはワイヤがコイルの中心から離間させて配置してあり、小さな偏差はシミュレーションには関係がなく、内部ループの形状再生用に縮尺変更を用いた（図１３もまた参照）。
【０２１８】
神経細胞励起用の閾値
【０２１９】
四つ葉クローバーコイルの刺激効果を判定すべく、コイルと神経突起との間の様々な向きについての予想励起閾値を推定した。その中心上方３ｃｍの四つ葉クローバーコイルが誘起する電界Ｅを用い、受動ケーブル（直径１μｍ、長さ１ｍｍ）の細胞膜電位Ｖに対する影響を、電界Ｅの根拠となる生成項を用いたケーブル方程式を使用し、前に説明した如く（ＲｏｔｅｍおよびＭｏｓｅｓ、２００８年）算出した。
【０２２０】
【数７】
【０２２１】
軸方向長定数λ＝３８４μｍと時定数τ＝３００μｓを選択し、脱髄化軸索の状態を近似（ＲｏｔｅｍおよびＭｏｓｅｓ、２００８年）したが、ｌ軸はケーブルに平行に走り、Ｅｉはこの方向へのＥの射影である。ケーブル端は封止を想定しており、下記の境界条件を意味する。
【０２２２】
【数８】
【０２２３】
軸方向抵抗ｒｉを用いることで、生成項は電流注入
【０２２４】
【数９】
【０２２５】
と等価となり、２箇所の端部で反対の符号を有する。シミュレーションを遂行すべく、シミュレーション環境ＮＥＵＲＯＮのＩＣｌａｍｐ法を用いた。ｘ軸と神経突起との間の各角度について、特定の最大コイル電流について誘起電界と、かくしてＥ（ＥｘｍａｘとＥｙｍａｘ）のｘ軸成分とｙ軸成分の特定の最大振幅を算出した。次に、射影Ｅｉを用い、細胞膜電位の生成時間経過を算出した。この計算は、ＥｘｍａｘとＥｙｍａｘを２値探索にて可変して反復し、細胞膜が我々の首尾良き励起用の規準である丁度３０ｍＶだけ減極する値を見いだした。角度やコイル電流、加えてＮＥＵＲＯＮに対する個別の電流注入Ｉｉ通信もまた含めた系統的可変を、Ｐｙｔｈｏｎを用いて自動化した。
【０２２６】
回転磁界計測
【０２２７】
平面配置された円形の交差コイルを用い、電界を計測した。計測間でプローブを９０度回転させ、各コイルごとに別個に、組み立てられた交差コイルの両方について計測を実行した。生成電界は図１に示してあり、ここでは位相シフトは明白であり、２つのベクトルの合成和もまた図示してある。総生成電界は、３／４周期すなわち３００μｓ台でほぼ２７０度走査する回転を遂行する。図１ｅ内を回転するベクトルの半径により表わされるその大きさは、最初の１／４回転期間中は単一コイルを用いて得られる３００Ｖ／ｍ台のピーク強度に比肩する値に事実上一定に保たれる。
【０２２８】
二次元神経培養組織の励起
【０２２９】
交差コイルを用いる主要な成果は、二次元（２Ｄ）培養組織に注目することで即理解することができる。以前は磁気パルスを用いた二次元培養組織の刺激は不首尾であったが、交差コイルではこれは簡単に達成された。図８に示す如く、試験した二次元培養組織の半分（Ｎ＝３０のうちの１５個）は、磁気刺激により励起した。驚くべきことに、この幾何学的形状を用いることで、交差コイルに対し応答した二次元培養組織のほぼ２５％（Ｎ＝４）が、その閾値電界が交差コイルと同様かまたは１５％より強固であるかのいずれかである交差コイルシステムのうちの単一のコイルだけを用いた場合の励起にも応答した。励起に関する推定電界閾値は平均値３６０±４０（ＳＤ）Ｖ／ｍ台で分布し、ＩＤ培養組織について先に報告された（３００±１３０（ＳＤ）Ｖ／ｍ）に符合した。方向性に関する試験は２個の培養組織に見いだされ、これらを単一コイルと交差コイルの両方により励起した。培養組織をコイルに対し物理的に４５度回転させることで、初期の無作為の配向が励起を可能にする上で支配的かどうかを試験しうる。単一コイルによる刺激は事実この回転に感応し、閾値は当方のシステムの最大電界強度を越えて上昇した。顕著なことに、交差コイルを用いた刺激は回転に対し一切感度の違いを示さず、培養組織は全ての角度で応答した。
【０２３０】
初代培養組織の調製 新型刺激装置の効果を試験すべく、刺激装置に対し先ず二次元培養組織を適用した。全ての処置は、Ｗｅｉｚｍａｎｎ Ｅｔｈｉｃｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ワイツマン倫理協会）（ＩＡＣＵＣ）により承認されたものである。培養組織は、先のプロトコル（Ｍ．Ｐａｐａ、Ｍ．Ｃ．Ｂｕｎｄｍａｎ、Ｖ．Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇｅｒ、Ｍ．Ｓｅｇａｌ、Ｊ Ｎｅｕｒｏｓｃｉ、第１５巻１頁（１９９５年１月））に従い、胎児期のラットの分離海馬から調製した。細胞は、カバースリップごとに３００万細胞の密度にて３０ｍｍの第０番ガラス製カバースリップ（ドイツ Ｍｅｎｚｅｌ−Ｇｌａｓｅｒ社製）上に塗布した。
【０２３１】
初代培養組織の経血管磁気刺激（ＴｖＭＳ） 磁気刺激に対する培養組織の応答を計測するため、培養組織をカルシウム感応蛍光染料にて染色し、培養組織に磁気パルスを印加しつつ、カルシウム中間体を撮像（参照により全て組み込まれる、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｊ．、第９４巻５０６５頁（２００８年６月））した。培養組織に対するコイルの位置決めは、２組のコイルで異なるものであった。
【０２３２】
交差コイルの場合（図１ｃ）、培養組織は直径がほぼ６０ｍｍのほぼ球形のガラス製球体内に配置し、この球体の底部には平坦化してその上にカバースリップを載置する直径がほぼ３０ｍｍの円形基部を作成した。球体の頂部にはスロットが開口しており、これを介してカバースリップを挿入しえ、また球体の基部には直径が１３ｍｍの視認孔を基部周縁近くに作成し、光学的な透明なガラス製カバースリップでもって被覆した。極の一方の上に平坦な基部を配置し（図１ｃ参照）、視認孔の下側に倒立顕微鏡を配置した状態で、ガラス球体を交差コイル内に配置した。
【０２３３】
四つ葉クローバーのコイルの場合、培養組織はコイル中心の５ｍｍ下方にその平面に平行に配置した。培養組織の下側に、倒立顕微鏡を配置した。
【０２３４】
麻酔をかけたラットの経頭蓋磁気刺激 新型の磁気刺激装置の励起力をさらに評価すべく、ケタミンとキシラジンを用いて麻酔をかけた成体ラットに対するそれらの影響を試験した。キシラジンと組み合わせたケタミンは、ラットにおいて絶対不可欠の機能を抑圧することなく十分な麻酔と痛覚消失を示した（Ｓ．Ｚａｎｄｉｅｈ、Ｒ．Ｈｏｐｆ、Ｈ．Ｒｅｄｌ、Ｍ．Ｇ．Ｓｃｈｌａｇ、Ｓｐｉｎａｌ Ｃｏｒｄ、第４１巻１６頁（２００３年１月）参照）。全ての処置は、Ｗｅｉｚｍａｎｎ Ｅｔｈｉｃｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ワイツマン倫理協会）（ＩＡＣＵＣ）により承認されたものである。実験に先立ち、腹腔内注射する７５ｍｇ／ｋｇケタミン（オランダ Ｋｅｐｒｏ社製）と７．５ｍｇ／ｋｇキシラジン（オランダ Ｋｅｐｒｏ社製）を用いて麻酔をかけた。ラットは実験の開始に先立つほぼ１時間前に麻酔をかけ、その後に動物の麻酔レベルに従い７５ｍｇ／ｋｇ／ｈの平均レートで実験を通じてずっとケタミンを腹腔内注射した。実験終了時に、ラットは１５０ｍｇ／Ｋｇのペントバルビトン・ナトリウム（イスラエル ＣＴＳ社）を用いて安楽死させた。
【０２３５】
ＴＭＳプロトコル期間中、ラットを位置決めし、その運動皮質が刺激の焦点となるようにした。交差コイルの場合、一方の極の真下に運動皮質を配置した状態で、ラットを２個のコイルの内部に配置した。四つ葉クローバーコイルの場合、コイルの中心は運動皮質の直上に配置した。
【０２３６】
ラットに対するＴＭＳの影響を監視すべく、誘起した筋肉電位をＥＭＧシステムを用いてその後ろ脚から記録した。刺激閾値、すなわちＥＭＧに記録される応答の生成に必要な最小磁界を計測した。
【０２３７】
ラットの運動皮質の励起
【０２３８】
交差コイル構成はラットに対する適用に特に良好に適合するものであり、何故なら電界が最大である場合に、２個のコイルの接合軸上に皮質を配置した状態で、動物の頭部は交差コイル（その共有直径について、図１ｆを参照）の内部に良好に嵌まるからである。動物の脚部上の筋電図（ＥＭＧ）電極により計測される如く、磁気刺激に対する腓腹筋の応答について９匹の動物を試験した。この試験における主要な難題は、運動皮質の励起と脊髄の励起とを差別化することにある。これは、２つの励起モードにおいて異なる応答潜伏期を用いて行なった。
【０２３９】
図２ｄに示す如く、刺激に対する腓腹筋の応答は複雑であるが、再現可能であった。２つの典型的な潜伏期を観察したが、それらは脊椎応答（３．２±０．２ｍｓ（ＳＥ））と皮質応答（７．４±０．４ｍｓ（ＳＥ））に関連するものであった。大半の事例では、脊椎応答と皮質応答は潜伏期により確実に差別化しうる。頸部転位あるいは脊椎の切断は、より長い潜在性応答を消滅させ、一方でより短い応答を数分に亙り賦活状態のままとした。脊椎応答は一般に、皮質応答よりも低い磁気刺激閾値で励起された。
【０２４０】
試験した９匹の動物のうち８匹に、交差コイル刺激に対する運動皮質の明確な応答が観察された。これらの動物のうち４匹は、交差コイルシステムのうちの単一コイルだけを用いた刺激に対しても応答した。神経培養組織の刺激時の如く、単一コイルしか用いないときは、電界閾値は二重コイルシステムのそれに常に等しいかまたはそれを上回る（０％から３３％、平均で１０％は高い）ものであった。励起用の推定電界閾値は、平均して２５０±１０（ＳＤ）Ｖ／ｍ台で分布していた。
【０２４１】
配向に対する皮質の応答の依存性を、交差コイルを用いて評価した。回転磁界を用いることで、コイルと動物との間の全ての相対的な方位で依存性は全く観察されず、同じ応答が計測され、かくしてラットの位置決めは実験の決定的なパラメータとはならなかった。対照的に、皮質応答の効果的な刺激を確実にする上で単一コイルの使用はコイル内でのラットの頭部の精密な位置を必要とした。他方、単一コイルの励起についての最適な配向が一旦定まると、単一コイルあるいは交差コイルを用いた皮質の励起に必要な閾値には識別可能な差異は皆無であった。本願明細書において下記に説明する如く、単純な円形コイルを用いて皮質を刺激する幾つかの試行を行なったが、明快な励起は全く達成されなかった。
【０２４２】
キシラジン麻酔注射直後に励起閾値の５０％の増大が観察され、それは１時間後に基線値に減少復帰した。ケタミン麻酔注射は、被計測閾値に影響を及ぼさなかった（より詳細は、本願明細書の下記に見いだすことができる）。
【０２４３】
一次元初代培養組織の電気刺激 持続時間の異なる刺激に対する培養組織の応答を比較すべく、一次元培養組織を電気的に刺激した。これらの培養組織は、研究所にて開発したプロトコルを用いて１３ｍｍのガラス製カバースリップ上の厚み２００μｍで長さ８ｍｍの直線にパターン形成した。詳細は、Ｏ．Ｆｅｉｎｅｒｍａｎ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｊ Ｎｅｉｒｏｓｃｉ Ｍｅｔｈｏｄｓ、第１２７巻７５頁（２００３年７月１５日）に見いだすことができ、これは参照により組み込まれる。記録シャーレ内に浸漬させた長さ２ｃｍで３ｃｍ離間させた２本の平行な白金線（米国 Ａ−Ｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製で厚み０．００５インチ）で出来た浸液電極を用い、刺激を与えた。刺激を与えるため、ピーク間で１〜３６Ｖの振幅を有し０．１〜１０ｍｓの間持続する双極性矩形パルスを用いた。
【０２４４】
結果
【０２４５】
回転電界刺激の計測
【０２４６】
図１ｅは、ほぼ全ての方向に走査させる試作交差コイルの生成電界を示す。
【０２４７】
一次元培養組織の電気刺激 軸索励起対神経突起励起の考えの背後にある原理は、直接浸液電極刺激を用いて試験することができ、何故なら電気パルスの長さが（磁気パルスとは対照的に）簡単に制御できるからである。電極による電流注入の持続時間は、１００μｓから１０ｍｓまで簡単に可変することができる。図１６は、培養組織の２つの実施例を示す。図１６ａに示す如く、一方は１００μｓのパルスを用いて既に励起してあり、電極間の電界に平行な培養組織内に十分な軸索が存在し、それらがネットワークの残りを励起することが示されている。第２の実施例は、１００μｓでは応答しないものの、応答に数ｍｓのパルスを必要とする培養組織である。ここでは、樹状突起の励起のみが有効であると予測される。事実、予測の如く、図１４ｂは第１の培養組織が配向に対し極めて依存し、電界が培養組織（および軸索）に平行であるときの励起に必要な振幅が、電界が軸索に対し所定角度をなすときの励起に必要な電界を大幅に下回ることを示している。他方、樹状突起の励起により応答する培養組織は、電界に対する培養組織の配向に対する観察可能な依存性を一切持たないものである。この結果は、２つのモードの励起、すなわち樹状突起対軸索は、培養組織内の活動開始時に極めて異なる決定的な役割を果たすことができるとの理解を補強するものである。
【０２４８】
初代培養組織の磁気刺激 直径３０ｍｍのカバースリップ上に塗布した二次元海馬ニューロンの２７個の培養組織を、試験した。これらのうち、１３個を培養組織上方に水平に配置した円形コイルを用いて刺激し、１０個を交差コイル構成（方法参照）を用いて刺激し、両方の方法を用いて４個を刺激した。交差コイルを用いて刺激した１４個の培養組織のうち、５個が回転電界に応答し、ただ１個だけ交差システムの単一の垂直交差にも応答した（図４）。水平コイルを用いて刺激した１７個の培養組織のうち、３個しか応答しなかった。両方の方法を用いて刺激した全４個の培養組織は回転磁界に応答したが、水平コイルにはこれら培養組織のうち１個しか応答しなかった。両方の方法における刺激閾値は類似しており、その平均値は４６０±４０Ｖ／ｍであった。この閾値は一次元培養組織について計測した閾値よりも約５０％高く、一方交差コイルの成功率（３６％）は一次元培養組織よりも約５０％低いものである［Ｒｏｔｅｍ＆Ｍｏｓｅｓ、Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｊ．、２００８年］。結果は、図８に要約してある。
【０２４９】
実施例２：神経培養組織の電気励起対磁気励起
【０２５０】
この態様に従い、一実施形態では、磁気刺激への洞察を目的に電気刺激を試験する。長いパルス（約１ｍｓ）は磁気的ではなく電気的に刺激するのが簡単であり、２つのモードの刺激の背後の基本的なメカニズムは類似するため、電気パルスの変動する持続時間に対する培養組織の応答を調査した。これに基づき、合理的な結論と推測を磁気刺激の基本であるメカニズムに対して行なった。
【０２５１】
時間依存性を実証するため、電気的と磁気的の両方で刺激することのできる培養組織を試験し、電気的にしか刺激できないものと比較した。当然のことながら、磁石に応答する培養組織が短い電気パルスに応答することが判明した。明白でない点は、磁気刺激に応答しない培養組織が短いパルスにも応答せず、長い電気パルスでしか励起できない点である。
【０２５２】
方法：
【０２５３】
電気刺激装置
【０２５４】
神経培養組織は、円形のカバースリップ上で成長するが、本願明細書に前記した如く記録シャーレの中心に配置した。特注の環状テフロン（登録商標）製フレームを検体シャーレ内にはめ込み、培養組織上方で自由回転しうるようにした。２本の平行な長さが２０ｍｍで１２．５ｍｍ離間する白金ワイヤ（米国Ａ−Ｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製で厚み０．００５インチ）をフレームの底部に沿って培養組織のほぼ１ｍｍ上方に装着し、記録媒体内に浸漬させた。
【０２５５】
このワイヤをフォトカプラを介してトリガーする特注の電池給電刺激装置に接続し、給電網内に発生するあらゆる電気ノイズから検体を遮断した。刺激用に、０．０１〜１０ｍｓの間持続する可変持続時間とピーク間で１〜３６Ｖの振幅を有する双極性の矩形パルスを用いた。トリガー期間とパルス持続時間は信号発生器（米国カルフォニア州サニーベール市のＳｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製合成関数発生器ＤＳ３４５）により正確に制御した。
【０２５６】
神経培養組織
【０２５７】
様々な実験プロトコルを用い、異なる態様の実験用に培養組織を取得した。二次元（Ｎ＝１５）とパターン化一次元（Ｎ＝９８）の両方の幾何学的形状の培養組織を、用いた。ラットの海馬および皮質からとマウスの胸椎根部結節腫から、ニューロンを採取した。これら全ての種を用い、培養組織の電気対磁気の励起可能性を比較した。ラットの海馬培養組織は、当方の研究所において開発したプロトコルに従い成長させた１３ｍｍのガラス製カバースリップ上の２００μｍの厚みと８ｍｍの長さの直線にパターン形成した。（ＦｅｉｎｅｒｍａｎＯ．、ＳｅｇａｌＭ．、ＭｏｓｅｓＥ．共著、「Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｌｏｎｇ Ｕｎｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒｏｎａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（単一方向神経ネットワークに沿う信号伝搬）」、神経生理学誌、第９４巻３４０６〜３４１６頁、２００５年）。
【０２５８】
計測
【０２５９】
２種類のシミュレーションどうしを比較対照すべく、培養組織の刺激に必要とされる最小の電気パルス持続時間を計測し、パルス持続時間閾値（ＤＴ）と名付けた。ＤＴは、閾値が特定されるまで、刺激装置の電流をその最大振幅に設定し、双極性探索アルゴリズムを用いて双極性パルスの持続時間だけを調節することで特定した。
【０２６０】
結果：Ｎ＝１１２の培養組織を磁気と電気の両方の励起可能性について試験した。全ての培養組織が電気刺激に応答したが、磁気刺激には１６％（Ｎ＝１９）しか応答しなかった。全ＤＴの分布が、図１０に記載してある。磁気的に刺激可能な培養組織のＤＴは、Ｉ１０±４０μｓ（ＳＥ）の平均値を有しており、一方で磁気的な刺激に対応しない全ての培養組織の平均値は５１０±５０μｓ（ＳＥ）であった。
【０２６１】
誘起電界と導電性電界の等価性
【０２６２】
外部電界に対する神経突起の応答を記述する受動的なケーブル方程式は、電界源に依存しない。ＴＭＳパルスが誘起する電界は、浸液電極が生み出すものと類似の強度にある。原則として、電界全体の幾何学的形状と対向イオンの動きは、厳密なコイル構成に応じて異なることがあり、境界条件は異なることもある。しかしながら、電界の方向に配向された軸索規模では、電界は実際には同一であると見なすことができる。
【０２６３】
電気パルスと磁気パルスの有効なパルス幅の比較対照が、何らかの配慮を保証する。手書きの図１ｄに示す如く、２４０μｓの典型的な磁気正弦波状パルスは電界に対し余弦波を誘起し、ほぼ６０μｓは正で、Ｉ２０μｓは負で、６０μｓの残りの正段の３段を有する。細胞膜電位における対応する変化もまた双極性であり、位相π／２で最大限正であり、３π／２で最大限負である電位シフトをもたらす。比較対照すると、図１０ａは最初が正段で続いて負となる２段を有する双極性矩形電気パルスを示す。典型的な軸索や樹状突起の終端あるいは曲線の対応する細胞膜電位は、単極性である。この電位は対応する磁気パルス内のものに類似の値まで上昇するが、ゼロに緩和された後、反対符号まではシフトしない。
【０２６４】
原則として、ニューロンが負あるいは正の電位変化を受けるか否かは、活動電位を生み出す正の電位シフトに対するより高い可能性を伴ってニューロンの応答における差異を生む筈である。しかしながら、所与の方向について軸索と樹状突起が対向する両方向を指す可能性があったことを示す極性配列に対する明白な依存性は全く見つからなかった。
【０２６５】
磁気的に誘起されたものに似た形状の電気パルスの使用もまた、１／４周期を正方向とし、続いて２／４周期を反対の負方向とし、最終的な１／４周期を再度正方向として、試験した。この結果は、元々の使用パルスを用いたものに類似するものであった。６０μｓ未満の持続時間のパルスに応答する全培養組織もまたＴＭＳにより励起し、恐らくはこれらだけについてはより有意であることが分かった。これは、ＴＭＳのパルス持続時間、すなわち６０μｓによく符合する。より長いパルスが、より多くの培養組織を刺激する。
【０２６６】
ＤＴの分布（図１０ｂ）から、より長いパルスが培養組織の刺激により有効であると結論付けることができる。このことは、磁気刺激と電気刺激との間の等価性と併せ、より長いＴＭＳパルスが２００μｓの決定的な時間尺度でのニューロンの励起においてより有効となろうことを意味する。例えば、５００μｓ持続することになるＴＭＳパルスは全培養組織の８０％を刺激すると予想される。
【０２６７】
従来の円形のコイルを用いる
【０２６８】
培養組織実験結果
【０２６９】
先の研究では、無作為に接続した二次元（２Ｄ）培養組織は、自家製電源（［Ｒｏｔｅｍ、Ｍｏｓｅｓ共著、生物物理学誌、２００８年］）が生成する高（最大５Ｔ）磁界であっても、標準的な円形コイルを用いて磁気的に刺激しえないものである。この研究は、１１個の培養組織の試験に基づくものである。目下の研究では、１２個の培養組織のうちの交差コイルに応答した２個は標準的コイルにも応答した（他の３個の培養組織は標準的コイルに応答し、時間経過に伴う検体の劣化が故に二重コイルを用いて試験は行なわなかった）。
【０２７０】
この現象についての可能な説明は、これらの培養組織では軸索の小集合が誘起電界に平行な方向に配向されるということである。電界がカバーガラス境界に同心のリング上に横たわっているため、この方向に横たわりうる軸索を調査した。この種のＧＦＴ染色ニューロンの一例が、図１７に図示してある。このニューロンの軸索は３ｍｍ伸びており、カバースリップの境界に対し平行に成長している。軸索に対する境界の配向効果は、既に実証されている（Ｆｉｅｎｅｒｍａｎ ｅｔ ａｌ．共著、神経生理学誌、２００５年）。実際に境界が多数のニューロンを培養組織を囲繞する縁に沿って軸索を配向させる場合、そのときはこれらは誘起電界によって刺激される筈であり、培養組織全体で活動を開始しうる。
【０２７１】
ラット実験結果
【０２７２】
皮質機能の首尾良き交差コイル励起に加え、本願明細書において前記に報じた如く、ラットは標準的な単一の円形コイルを用いて磁気的に刺激した。頸部の刺激は明白であったが、信号中の皮質成分は差別化しえないものである。それ故、頸部機能励起用の閾値に対する麻酔薬ケタミンやキシラジンの効果を特性解明するタスクに、大半は円形を用いた。交差コイルを用いた一つの実験を行ない、これらの結果を検証した。
【０２７３】
刺激閾値に対する麻酔の影響
【０２７４】
図１７に示す実験において、ケタミンとキシラジンの組み合わせかあるいはケタミン単独のいずれかを用い、動物に麻酔をかけ、数服の麻酔薬を与える一方で、一連の１５個の閾値計測を遂行した。図面に見てとれるように、ケタミンだけの服用後に計測される閾値は互いにせいぜい１０％だけ相違し、一方でキシラジンは閾値をほぼ５％増大させた。閾値特定の精度が１０％台であるため、電界はキシラジン適用の近傍で計測してはならない（緩和時間はデータ合わせからほぼ１時間であると導出）が、ケタミンの適用は一般の統計的な計測値の偏差を上回って閾値に影響を及ぼすことはないと結論付けることができる。
【０２７５】
四つ葉クローバー設計
【０２７６】
交差コイル構成は、目下臨床用途にある標準的なコイルとは根本的に異なるものである。この構成は、培養組織とラットに対し極めて効率的であることが判っているが、これをヒトに適用する際に何らかの合併症を生ずることがある。特に、大型の構造と鳥籠様の構成内部での頭部の位置決めは被験体の心をくじき、実験中の患者の気持ちの落ち着きを妨げうる。加えて、交差コイルが誘起する電界は標準的なコイルよりも脳内のずっと深い領域に達し、実験期間中に非標的領域あるいは筋肉を賦活することができる。
【０２７７】
一つの代替例として、一実施形態として四つ葉クローバー構成をここで説明する。四つ葉クローバー構成は、目下利用可能な従来の製品に類似するものである。四つ葉クローバーは、２組の「８の字」コイルで構成してある（図１３）。各組は、独立した電源に接続してある。２組は同一平面内に互いに垂直に配置され、かくしてホットスポットにおいてそれらの生成電界は垂直となる。交差コイル設定と同様、対をなすパルスは位相９０度分だけ引き離される。ホットスポットの生成電界は、１個の被合成パルス期間中に３／４周期が完了する。Ｚ軸上での強度と収束と減衰についての電界のその他の特性は、従来の８の字コイルのそれに類似するものである。
【０２７８】
四つ葉クローバーコイルの改良版が、高密度四つ葉クローバー（図１３）である。このコイルでは、各円形構成要素はホットスポット近傍で歪み、ホットスポット上方の空隙を空にするよう最小化し、かくしてホットスポットの容積を減少させつつホットスポット自体の電界強度を増大させる。
【０２７９】
実施例３：樹状突起励起用の磁気刺激装置
【０２８０】
一実施形態では、樹状突起励起は刺激装置の容量を増大させることで可能とされる１ｍｓの立ち上がり時間を有する磁気パルスを必要とする。これに合わせ、１ｍｓの立ち上がり時間を有するほぼ１０Ｔを給送可能な４．８ｍＦのコンデンサ容量Ｃと６．５ｋＶの最大電圧負荷（米国 Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製３６５０ＣＭＦ３４８０）とを用い、大型の刺激装置を構成した。２つのイグナイトロンＩ１，Ｉ２（米国 Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製ＮＬ７７０３）を使用した。Ｉ１はコイルを介する放電の始動に用い、Ｉ２はコイルを短絡し、コイルを介する放電を停止させるのに用いた（図７）。こうして、パルスの始端はＩ１を用いて制御することができ、パルスの終端はＩ２により制御することができる。一実施形態では、本発明の刺激装置に用いるコンデンサは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇａｅｓｉ．ｃｏｍ／ＥＰ／ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ／ｓｅｒｉｅｓ−ｃｍｆ−ｓｅｌｆ−ｈｅａｌｉｎｇ−ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．ｐｈｐに記載されたＧｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ社製コンデンサ等の市販のコンデンサとすることができる。
【０２８１】
特許請求の範囲の事項中、「一つの（ａ）」や「一つの（ａｎ）」や「その（ｔｈｅ）」は、その逆が示されたり、あるいはさもなくば文脈から明白でない限り、１またはそれ以上を意味する。群の構成要素間に「あるいは」や「および／または」を含む請求項や説明は、群構成要素のうちの１つ、２以上あるいは全てが、正反対かあるいはさもなくば文脈から明白でない限り、所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する。本発明は、群のうちの厳密に１個の構成要素が所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する実施形態を含んでいる。本発明は、群構成要素のうちの２以上あいるは全てが所与の製品あるいは工程に提示され、用いられ、さもなくば関連する実施形態もまた含んでいる。さらに、他に指示するか、あるいは反論あるいは不一致が生ずる筈であることが当業者に明白でない限り、本発明が様々な実施形態において、１以上の掲載請求項からの１以上の限定や構成要素や句や記述用語等を同一の基幹請求項に依存する別の請求項に導入する全ての変形や組み合わせや置換を提供することは、理解されたい。要素が一覧として例えばマーカッシュ群書式等にて提示される場合、要素の各下位群もまた開示され、１（または複数）の任意の要素を群から取り除くことができることを、理解されたい。一般に、本発明あるいは本発明の態様が特定の要素や特徴等を含むと称される場合、本発明あるいは本発明態様の幾つかの実施形態がこの種の要素や特徴等で構成あるいは実質構成されることは、理解さるべきである。簡明さに配慮し、これら実施形態は本願明細書ではいずれの場合も同一の用語では具体的に記載されていない。幾つかの請求項は便宜上従属形式で提示してあるが、出願人は任意の従属請求項を独立形式に書き換え、独立請求項あるいはこの種の従属請求項が従属する他の任意の１（または複数）の請求項の構成要件や限定を含める権利を留保するものであり、この種の書き換えた請求項は独立形式にて書き換える前にそれが如何なる形式（補正済みあるいは非補正済み）であろうと、あらゆる点で従属請求項と等価であるとみなすべきである。
【０２８２】
本発明のしかるべき特徴を本願明細書に例示し説明してきたが、多くの改変と置換と変形と等価物がここで当業者には想起されよう。それ故、添付特許請求の範囲が本発明の真の趣旨に含まれるこの種の全ての改変と変形を網羅する意図のあることは、理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善されたニューロン励起方法であって、
１以上のニューロンを回転電界にさらすことによって前記ニューロンを励起するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転電界が、少なくとも２つの時間依存性電界の合成和であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの時間依存性電界が、少なくとも２つの時間依存性磁界によって誘起されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの時間依存性磁界が、少なくとも２つの別個の互いに独立したコイルに電流を流すことによって誘起されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記２つの別個の互いに独立したコイルが、前記電流の時間におけるシフト位相によって駆動されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コイルが、その合成和の方向が時間と共に変わる少なくとも２つの時間依存性電界を生成することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの時間依存性電界が互いに対して所定の角度をなすようにしたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記角度が９０度であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記２つのコイルが互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記２つのコイルが、２つの電源によって、互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つのコイル及び前記２つの電源が装置の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記装置がシステムの一部であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムが、電気信号検出ユニット、撮像ユニットまたはそれらの組み合わせをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記２つのコイルが互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
前記２つのコイルが互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのコイルを流れる前記電流が、第１のコイルを流れる第１の電流と、第２のコイルを流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とする特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記回転電界を、少なくとも２対の電極を含む電極組立体を用いて生成したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記電極組立体の前記少なくとも２対の電極に対して少なくとも２つの電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記電圧が経時的に変化することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも２対の電極を流れる前記電流が、第１の電極を流れる第１の電流と、第２の電極を流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４４】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記ニューロンの励起が軸索の励起を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５０】
当該方法が被験体の脳に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５１】
当該方法が診断に適用されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
当該方法が治療に適用されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記ニューロンの励起を神経培養に適用したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５４】
前記ニューロンの励起に対する前記神経培養組織の応答を検出することを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記応答を前記神経培養組織におけるスペクトル変化を撮像することによって検出するようにしたことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記スペクトル変化が蛍光発光の変化を含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記回転電界で前記ニューロンの軸索を励起し、第１の軸索の長軸の向きが第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５８】
前記回転電界で、前記ニューロン群の応答を生成するのに必要な最小限数のニューロンを励起することによって、前記ニューロン群の大域応答を生成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５９】
前記ニューロンのうちの少なくとも２つの軸索の長軸が互いに平行でないことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
改善されたニューロン励起装置であって、１組の少なくとも２つの別個のコイルを備えることを特徴とする装置。
【請求項６１】
前記少なくとも２つの別個のコイルが、時間軸上で位相シフトさせた電流によって駆動されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記コイルが、その合成和の方向が時間と共に変わる少なくとも２つの時間依存性電界を生成することを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６３】
前記２つのコイルが互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６４】
前記２つのコイルが、２つの電源によって、互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記２つのコイル及び前記２つの電源が装置の一部であることを特徴とする請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記装置がシステムの一部であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記システムが、電気信号検出ユニット、撮像ユニットまたはそれらの組み合わせをさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記２つのコイルが互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６９】
前記２つのコイルが互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記少なくとも２つのコイルを流れる前記電流が、第１のコイルを流れる第１の電流と、第２のコイルを流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項７１】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項６１に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７６】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７７】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７８】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７９】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項７８に記載の装置。
【請求項８０】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項８１】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項８０に記載の装置。
【請求項８２】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する収集器または検出器をさらに備えることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項８３】
前記収集器または検出器が、脳波検査（ＥＥＧ）収集器または検出器であることを特徴とする請求項８１に記載の装置。
【請求項８４】
改善されたニューロン励起装置であって、少なくとも２対の電極を含む電極組立体を備えることを特徴とする装置。
【請求項８５】
前記電極組立体が、回転電界の生成に用いられることを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項８６】
前記電極組立体の前記少なくとも２対の電極に対して少なくとも２つの電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項８５に記載の装置。
【請求項８７】
前記電圧が経時的に変化することを特徴とする請求項８６に記載の装置。
【請求項８８】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項８９】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項８８に記載の装置。
【請求項９０】
前記少なくとも２対の電極を流れる前記電流が、第１の電極を流れる第１の電流と、第２の電極を流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項９１】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項９０に記載の装置。
【請求項９２】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項８７に記載の装置。
【請求項９４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９５】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９６】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９７】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９８】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９９】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項９８に記載の装置。
【請求項１００】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項１０１】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項１００に記載の装置。
【請求項１０２】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項１０３】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記ニューロンの励起が軸索の励起を含むことを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０５】
当該方法が被験体の脳に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０６】
当該方法が診断に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０７】
当該方法が治療に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０８】
前記ニューロンの励起を神経培養に適用したことを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０９】
前記ニューロンの励起に対する前記神経培養組織の応答を検出することを特徴とする請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】
前記応答を前記神経培養組織におけるスペクトルまたは蛍光発光の変化を撮像することによって検出するようにしたことを特徴とする請求項１０９に記載の装置。
【請求項１１１】
前記回転電界で前記ニューロンの軸索を励起し、第１の軸索の長軸の向きが第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成するようにしたことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項１１２】
前記回転電界で、前記ニューロン群の応答を生成するのに必要な最小限数のニューロンを励起することによって前記ニューロン群の大域応答を生成するようにしたことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項１１３】
前記ニューロンのうちの少なくとも２つの軸索の長軸が互いに平行でないことを特徴とする請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
ニューロンの励起方法であって、
ニューロンを２００μｓ以上の持続時間を有する第１の電界パルスにさらすことによって前記ニューロン励起するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項１１５】
前記第１の電界パルスの持続時間が１μｓ以上であることを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記第１の電界が、磁界により誘起されることを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１９】
前記磁界が、コイルに電流を流すことによって誘起されることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記コイルがコンデンサに接続されていることを特徴とする請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記コンデンサの容量が少なくとも１．０ｍＦであることを特徴とする請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記容量が、前記コンデンサの材料、前記コンデンサの構造、前記コンデンサの寸法、またはそれらの組み合わせにより決定されることを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記パルスの持続時間が、樹状突起の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回るようにしたことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１２４】
前記ニューロンの励起が樹状突起の励起を含むことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１２５】
樹状突起の刺激装置であって、
コイル及び電源に接続されたコンデンサを備え、
前記コンデンサが少なくとも１．０ｍＦの容量を有することを特徴とする装置。
【請求項１２６】
前記装置が、２００μｓ以上の持続時間を有する電界パルスを生成することによって樹状突起を励起することを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１２７】
前記電界パルスの持続時間が１ｍｓ以上であることを特徴とする請求項１２６に記載の装置。
【請求項１２８】
励起したニューロンから電気信号を収集または検出する電気信号検出器または収集器をさらに備えることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１２９】
前記検出器または収集器が脳波検査（ＥＥＧ）検出器であることを特徴とする請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３０】
前記電界が、磁界によって誘起されることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３１】
前記磁界が、コイルに電流を流すことにより誘起されることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３２】
前記コンデンサの容量が少なくとも１．０ｍＦであることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３３】
前記容量が、前記コンデンサの材料、前記コンデンサの構造、前記コンデンサの寸法、またはそれらの組み合わせにより決定されることを特徴とする請求項１３２に記載の装置。
【請求項１３４】
前記パルスの持続時間が、樹状突起の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回ることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３５】
前記樹状突起の励起がニューロンの励起を引き起こすことを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１】
改善されたニューロン励起方法であって、
１以上のニューロンを回転電界にさらすことによって前記ニューロンを励起するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転電界が、少なくとも２つの時間依存性電界の合成和であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの時間依存性電界が、少なくとも２つの時間依存性磁界によって誘起されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの時間依存性磁界が、少なくとも２つの別個の互いに独立したコイルに電流を流すことによって誘起されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記２つの別個の互いに独立したコイルが、前記電流の時間におけるシフト位相によって駆動されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コイルが、その合成和の方向が時間と共に変わる少なくとも２つの時間依存性電界を生成することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの時間依存性電界が互いに対して所定の角度をなすようにしたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記角度が９０度であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記２つのコイルが互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記２つのコイルが、２つの電源によって、互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つのコイル及び前記２つの電源が装置の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記装置がシステムの一部であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムが、電気信号検出ユニット、撮像ユニットまたはそれらの組み合わせをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記２つのコイルが互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
前記２つのコイルが互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのコイルを流れる前記電流が、第１のコイルを流れる第１の電流と、第２のコイルを流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とする特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記回転電界を、少なくとも２対の電極を含む電極組立体を用いて生成したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記電極組立体の前記少なくとも２対の電極に対して少なくとも２つの電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記電圧が経時的に変化することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも２対の電極を流れる前記電流が、第１の電極を流れる第１の電流と、第２の電極を流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４４】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記ニューロンの励起が軸索の励起を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５０】
当該方法が被験体の脳に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５１】
当該方法が診断に適用されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
当該方法が治療に適用されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記ニューロンの励起を神経培養に適用したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５４】
前記ニューロンの励起に対する前記神経培養組織の応答を検出することを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記応答を前記神経培養組織におけるスペクトル変化を撮像することによって検出するようにしたことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記スペクトル変化が蛍光発光の変化を含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記回転電界で前記ニューロンの軸索を励起し、第１の軸索の長軸の向きが第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５８】
前記回転電界で、前記ニューロン群の応答を生成するのに必要な最小限数のニューロンを励起することによって、前記ニューロン群の大域応答を生成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５９】
前記ニューロンのうちの少なくとも２つの軸索の長軸が互いに平行でないことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
改善されたニューロン励起装置であって、１組の少なくとも２つの別個のコイルを備えることを特徴とする装置。
【請求項６１】
前記少なくとも２つの別個のコイルが、時間軸上で位相シフトさせた電流によって駆動されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記コイルが、その合成和の方向が時間と共に変わる少なくとも２つの時間依存性電界を生成することを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６３】
前記２つのコイルが互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６４】
前記２つのコイルが、２つの電源によって、互いに独立して駆動されることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記２つのコイル及び前記２つの電源が装置の一部であることを特徴とする請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記装置がシステムの一部であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記システムが、電気信号検出ユニット、撮像ユニットまたはそれらの組み合わせをさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記２つのコイルが互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６９】
前記２つのコイルが互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記少なくとも２つのコイルを流れる前記電流が、第１のコイルを流れる第１の電流と、第２のコイルを流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項７１】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項６１に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７６】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７７】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７８】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７９】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項７８に記載の装置。
【請求項８０】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項８１】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項８０に記載の装置。
【請求項８２】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する収集器または検出器をさらに備えることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項８３】
前記収集器または検出器が、脳波検査（ＥＥＧ）収集器または検出器であることを特徴とする請求項８１に記載の装置。
【請求項８４】
改善されたニューロン励起装置であって、少なくとも２対の電極を含む電極組立体を備えることを特徴とする装置。
【請求項８５】
前記電極組立体が、回転電界の生成に用いられることを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項８６】
前記電極組立体の前記少なくとも２対の電極に対して少なくとも２つの電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項８５に記載の装置。
【請求項８７】
前記電圧が経時的に変化することを特徴とする請求項８６に記載の装置。
【請求項８８】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して所定の角度をなして配置されることを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項８９】
前記少なくとも２対の電極が、互いに対して直角をなして配置されることを特徴とする請求項８８に記載の装置。
【請求項９０】
前記少なくとも２対の電極を流れる前記電流が、第１の電極を流れる第１の電流と、第２の電極を流れる第２の電流とを含み、
前記第１の電流が前記第２の電流に対して所定の位相を有することを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項９１】
前記第２の電流に対する前記第１の電流の前記位相が９０度の位相であることを特徴とする請求項９０に記載の装置。
【請求項９２】
前記９０度の位相が、前記第１の電流が前記第２の電流よりも１／４周期遅れることを表わすことを特徴とする請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】
前記第１及び第２の電流がそれぞれパルス化されていることを特徴とする請求項８７に記載の装置。
【請求項９４】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のパルス周期を有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９５】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一の波形パターンを有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９６】
前記第１及び第２の電流の前記パルスが互いに同一のピーク振幅を有することを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９７】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が１であることを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９８】
前記第１及び第２の電流の前記パルスの数が２以上であることを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９９】
前記パルスのパターンが、パルスの数、各パルスの時間、パルス間の間隔、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項９８に記載の装置。
【請求項１００】
前記第１の電流の前記パルスが第１の正弦波を含み、
前記第２の電流の前記パルスが前記第１の正弦波よりも１／４周期遅れる第２の正弦波を含むことを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項１０１】
前記第１の電流のパルスが前記第１の正弦波の１周期を含み、
前記第２の電流のパルスが前記第２の正弦波の１周期を含むことを特徴とする請求項１００に記載の装置。
【請求項１０２】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項１０３】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記ニューロンの励起が軸索の励起を含むことを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０５】
当該方法が被験体の脳に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０６】
当該方法が診断に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０７】
当該方法が治療に適用されることを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０８】
前記ニューロンの励起を神経培養に適用したことを特徴とする請求項６０または８４に記載の装置。
【請求項１０９】
前記ニューロンの励起に対する前記神経培養組織の応答を検出することを特徴とする請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】
前記応答を前記神経培養組織におけるスペクトルまたは蛍光発光の変化を撮像することによって検出するようにしたことを特徴とする請求項１０９に記載の装置。
【請求項１１１】
前記回転電界で前記ニューロンの軸索を励起し、第１の軸索の長軸の向きが第２の軸索の長軸の向きに対し非ゼロ角度を形成するようにしたことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項１１２】
前記回転電界で、前記ニューロン群の応答を生成するのに必要な最小限数のニューロンを励起することによって前記ニューロン群の大域応答を生成するようにしたことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項１１３】
前記ニューロンのうちの少なくとも２つの軸索の長軸が互いに平行でないことを特徴とする請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
ニューロンの励起方法であって、
ニューロンを２００μｓ以上の持続時間を有する第１の電界パルスにさらすことによって前記ニューロン励起するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項１１５】
前記第１の電界パルスの持続時間が１μｓ以上であることを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記ニューロンから電気信号を収集または検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
前記ニューロンからの電気信号の収集または検出を脳波検査法（ＥＥＧ）により行なうことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記第１の電界が、磁界により誘起されることを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１９】
前記磁界が、コイルに電流を流すことによって誘起されることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記コイルがコンデンサに接続されていることを特徴とする請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記コンデンサの容量が少なくとも１．０ｍＦであることを特徴とする請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記容量が、前記コンデンサの材料、前記コンデンサの構造、前記コンデンサの寸法、またはそれらの組み合わせにより決定されることを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記パルスの持続時間が、樹状突起の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回るようにしたことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１２４】
前記ニューロンの励起が樹状突起の励起を含むことを特徴とする請求項１１４に記載の方法。
【請求項１２５】
樹状突起の刺激装置であって、
コイル及び電源に接続されたコンデンサを備え、
前記コンデンサが少なくとも１．０ｍＦの容量を有することを特徴とする装置。
【請求項１２６】
前記装置が、２００μｓ以上の持続時間を有する電界パルスを生成することによって樹状突起を励起することを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１２７】
前記電界パルスの持続時間が１ｍｓ以上であることを特徴とする請求項１２６に記載の装置。
【請求項１２８】
励起したニューロンから電気信号を収集または検出する電気信号検出器または収集器をさらに備えることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１２９】
前記検出器または収集器が脳波検査（ＥＥＧ）検出器であることを特徴とする請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３０】
前記電界が、磁界によって誘起されることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３１】
前記磁界が、コイルに電流を流すことにより誘起されることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３２】
前記コンデンサの容量が少なくとも１．０ｍＦであることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３３】
前記容量が、前記コンデンサの材料、前記コンデンサの構造、前記コンデンサの寸法、またはそれらの組み合わせにより決定されることを特徴とする請求項１３２に記載の装置。
【請求項１３４】
前記パルスの持続時間が、樹状突起の励起に必要な電界持続時間の閾値を上回ることを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【請求項１３５】
前記樹状突起の励起がニューロンの励起を引き起こすことを特徴とする請求項１２５に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１２−５１９０５０（Ｐ２０１２−５１９０５０Ａ）
【公表日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２５７３（Ｐ２０１１−５５２５７３）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／０００１７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１００６４３
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０２２８２９７３）エダ リサーチ アンド ディベロップメント カンパニー，リミティド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／０００１７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１００６４３
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０２２８２９７３）エダ リサーチ アンド ディベロップメント カンパニー，リミティド (3)
【Ｆターム（参考）】
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