专利名称：电荷增强神经电刺激系统的制作方法神经系统包含中枢和周围神经系统。中枢神经系统由脑和脊髓组成，周围神经系统由所有其它神经元组成，即，由脑和脊髓外的神经和神经节(ganglia)组成。神经系统的损伤会由外伤性损伤引起，例如穿透伤或钝性伤，或者包括但不限于阿兹海默症、多发性硬化、亨廷顿氏症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)、糖尿病性神经病、老年性痴呆、中风和缺陷的疾病或失调。脊髓损伤(SCI)之后，中枢神经系统的空白区(spared region)能够自发地修复损伤通路，尽管该过程是非常有限的。此外，尽管许多有希望的治疗策略用于改善贯穿损伤脊髓的连接，但受损脊髓的连接性强度和功能性恢复依然不令人满意。众所周知的是SCI之后的空白轴突发芽。参见默里· M，戈德伯格· M · E在《比较神经元杂志(J. Comp. Neurol. ))) 158 (I) : 19-36 (1974)发表的猫脊髓中功能和侧支发芽的恢复部分切成对半的动物(Restitution of function and collateral sprouting in the catspinal cord: thepartially hemisected animal);贝蕾尔· F. M.、克申施泰纳· M.、雷纳托· 0.、梅特萊特· T. C、温曼· 0.、施瓦布· Μ. E.在《自然神经科学(Nat. Neurosci.)))7:269-77 (2004)发表的成年大鼠中损伤脊髓自发形成新的脊柱内电路(Theinjuredspinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adultrats)；布鲁斯-拉默·Μ.、卡梅尔· J.B.、查克拉巴蒂· S.，马丁 · J.H.在《神经科学杂志(J, Neurosci. ))) 27:13793-13901 (2007)发表的空白的皮质脊髓轴突的电刺激增强与损伤后脊髓运动电路的连接(Electrical stimulation ofspared corticospinal axonsaugments connections with ipsilateral spinal motorcircuits after injury)。但是SCI之后空白的轴突的发芽过程的微调以及突出稳定性会依赖于准确的通路选择活动。中枢和周围神经系统的电刺激改善神经元连接性，并且可以用于改善神经元损伤之后的功能恢复。其是一种促进反应性发芽的有效方法，通过该方法，使功能连接的数量增加成为可能。电刺激还可以通过加强弱的现有突触和/或通过促进突出发生改善功能连接。出现的概念之一是神经系统包含可以由电刺激或药理操纵唤醒的潜在通路。大多数使用电刺激的方法利用单点实验范例，其中在感觉运动通路的一个点分配单极或双极刺激。该刺激的有效性依赖于通过空白轴突的动作电位的活性传播。实际上，单点刺激仅在神经元连接存在并且可以支持产生的电位有效且成功传播的情况下才会有效。因此，单点刺激在其功效和倾向于较强连接的方面存在限制。SCI之后神经肌肉活性的减少导致通过阻隔兴奋反应贯穿感觉运动通路行进从而限制单点刺激的有效性的不可避免的反常。这些反常中的一些是肌肉萎缩和周围神经无反应。此外，损伤下面和上面的感觉运动通路的改变会包含数个不同的技能；它们中的一些可以是适应不良的。这种不适应功能将使刺激偏向更加完整的连接，进一步限定局部刺激的有效性。根据赫布可塑性理论，当突触前活动与突触后激发(postsynapticfiring)相关时，生理学过程加强突触连接。例如，参见赫布*D，《行为构成》，纽约，威力出版社(1949)。该现象被认为是长时程增强(“LTP”)。LTP可以由高频率突触前刺激或由低频率刺激与突触后去极化配对引起。如果同时触发突触前输入与突触后输入，那么也会引起LTP。此外，经过神经通路的直流电可以依赖于电流极性和神经元几何形状调节该通路的兴奋性。因为阳极刺激会激发神经元活动而阴极刺激抑制神经元活动。 因此，存在当治疗神经或神经肌肉沟通时对改善电刺激的有效性的迫切需求。
本发明在用于刺激脊椎动物的神经元连接位点之间的沟通的有效性的系统中提供方法和装置。这对于体弱者的神经和神经运动问题的治疗是有益的，例如，用于像瘫痪这样的情况的逆转，或者用于神经和肌肉治疗以及健康生物的调理。本发明以电荷增强神经刺激(CENS)为特点，其中以使神经连接位点之间的神经沟通过程活跃的方式施加刺激。本发明的优选实施例实现持久的神经元改善，有利地利用赫布可塑性原理并且对长时程增强(“LTP”)现象起杠杆作用。将要治疗的通路可以是皮质-神经肌肉通路、大脑内部神经通路或感觉皮质通路。在植入的实施例中，皮下施加刺激，与此同时在非侵入性实施例中，从外面施加刺激，或者二者的结合。存在两种CENS iCENS和aCENS。两种CENS情况下，电荷激活神经握手信号在相关的申请通路中相遇并致使脊椎生物的自然恢复过程活跃，结果是相关的关联神经元件之间的沟通得到改善。在损伤或瘫痪的情况下，这样的活跃导致例如瘫痪逆转这样的改善，在健康个体的额情况下，这样的活跃导致神经性能的改善和功能的改善。本发明的实践中，连接位点是神经通路的神经元件。例如，在大脑位置以及在肌肉位置对神经元连接位点及其神经元件施加信号的唯一组合。这些施加刺激信号生成来自每个刺激神经元件的神经握手信号。对神经通路施加电荷信号，并且神经握手信号在神经通路上汇合，例如，所有同时在神经沟通触发位点上汇合。该电荷增强信号连接或“握手”使神经元连接位点彼此关联并且通过刺激神经元生长和修复的自然过程加强相关的神经通路。电荷信号可以固有地施加给神经通路作为刺激信号的一部分或直接邻近触发位点，举例来说，在脊柱创伤位置或在脊柱的神经元接合点，例如，与相关的神经沟通情况关联的指定的椎骨位置，举例来说，为了实现期望的行动或为了改善障碍从而沿相关的神经通路提高沟通强度。我们已经发现具有关于实现特定结果的能力水平的脊椎动物具有与实现该特定结果关联的神经通路触发位点，举例来说，解决瘫痪。我们已经发现，在本发明的电荷环境下，一俟握手信号连接(神经元件之间的沟通明显增强)，由于选择施加电荷信号的水平，其中神经握手信号将相互影响并因此提高神经通路的神经反应性。由于关于实现特定结果的脊椎动物的能力水平的改善，例如降低瘫痪，反应性的增加是可测量的。一俟该握手发生，我们发现该脊椎动物的自然神经元过程被刺激以增强并改善这样的沟通，因此在刺激完成之后改善自然继续。iCENS代表治疗固有的电荷增强神经刺激模式。在本发明的示例性电子实施例中，存在在将要活跃的神经通路中的两个神经元件之间建立的单回路。对神经元件中的第一个施加第一刺激信号并且第一刺激信号生成沿神经通路传播的第一神经握手信号，对神经元件中的第二个施加第二刺激信号并且第二刺激信号生成沿神经通路传播的第二神经握手信号。电流在两种神经元件之间的神经通路中流动从而将偏压电荷(biased charge)提供给神经通路。在一个示例性实施例中，由于刺激施加在与运动皮质关联的神经元件和与肢体关联的神经元件之间，用正向信号刺激运动皮质并且用负向信号刺激肢体作为通路中偏压电荷的来源。在iCENS中，握手信号是有关的但最好是反信号。电荷信号与握手信号同时在神经通路中流动。电荷激活神经握手信号在神经通路中相遇，刺激神经元生长并致使神经生 成的自然恢复过程活跃，结果是关联的神经元件之间的沟通得到改善并实现改善的功能。aCENS代表治疗加强电荷增强神经刺激模式。在优选实施例中，在来自三个孤立来源中的每一个的至少一对刺激器(例如电极)施加给相关的神经通路的情况下,至少三个独立电路提供信号的三个独立来源。在下半身瘫痪的电治疗的一个示例性例子中，将第一对电极放置在兴奋的肢体关联的运动皮质上或其周围，形成第一神经元件并且其刺激产生沿神经通路传播的第一神经握手信号。将第二对电极放置在兴奋的肢体上或其周围，形成第二神经元件并且其刺激产生也沿神经通路传播的第二神经握手信号。在第一电极(最好是负偏压)放置在与神经通路关联的神经沟通触发位点上或其周围的情况下，例如在以椎骨位置标记的脊柱位置，第三对电极用于施加来自第三独立电路的电荷信号。该触发位点可以是脊柱损伤的位点或与远端神经元件的神经功能关联(例如与腹部或躯干上的其它部位关联)的神经接合点的位置。远离触发位点，例如邻近远端神经元件，施加至少第二电极(最好是正偏压)。在该实例中，在这样的椎骨位置放置导联(lead)，对远端神经元件施加第二导联或分裂导联(split lead)。因此在触发位点和远端元件位置的电极之间施加本质上负电荷信号。电荷信号与在刺激的神经元件生成的神经握手信号的流动同时施加给神经通路，这样使该神经通路中关联的神经束活跃。因此，在该神经通路位置的自然神经恢复过程得到活跃，结果是关联的神经元件之间的沟通的足够改善从而修复病症，例如，瘫痪生物。神经握手信号具有完全相同或非常相似的特征。可以皮下或外部施加刺激。一个治疗疗程之后，神经沟通沟以近似或实际上是该脊椎动物正常行为的形式继续。在这种情况下，由于随时间增长发生的神经元生长的刺激，甚至不需要优选通过继续疗程的另外的刺激，这样的神经元连接元件之间的自然沟通过程活跃。这些信号可以是电信号、电磁信号、声信号等等，但外部施加刺激最好是电刺激并且最好以电信号的形式施加。在一些实施例中，外部刺激包括声刺激、超声刺激、磁刺激(其中施加稳态或动态磁场)、光刺激、热刺激(其中施加热)、低温刺激(其中一个或多个神经组件暴露于冷表面或冷物体)、振动刺激、压力刺激、真空刺激或者可以代替外部电刺激或与外部电刺激一同施加的任何其它感觉信号。在一个实施例中，施加刺激可以是以电压信号的形式施加的电刺激。可选择地，夕卜部刺激可以包括任何声刺激、超声刺激、磁刺激(其中施加稳态或动态磁场)、光刺激、热刺激(其中施加热)、低温刺激(其中一个或多个神经组件暴露于冷表面或冷物体)、振动刺激、压力刺激、真空刺激或者可以代替施加电刺激或与施加电刺激一同施加的任何其它感觉信号。如果施加刺激是以外部施加电压信号形式的电刺激，那么贯穿一对有源电极和对应的参考电极施加这样的刺激。参考电极提供参考电压等级，相对于该参考电压等级，形成施加给对应的有源电极的信号，并为通过对应的有源电极施加的电压提供局部电接地以及电流回路。在第一实施例中，第一和第二神经元件可以分别是运动皮质中的神经元和肌肉处·的下运动神经元。例如，第一神经元件可以是控制大腿运动的运动皮质中的神经元，第二神经元件可以是治疗与腓肠肌鱼贯的瘫痪的股骨神经。在该情况下，可以对例如脊柱中的椎骨这样的通路的中部的点施加与施加给运动皮质和股骨神经的电信号同步的充电信号。在第二实施例中，第一和第二神经元件都可以是需要沟通的不同皮质中的神经元。例如，第一神经元件可以是额叶，第二神经元件可以是治疗自闭症系障碍的顶叶。可以通过对这两个神经元件施加两个电信号刺激神经沟通障碍点而不使用充电信号。在第三实施例中，第一神经元件可以是感觉神经，第二神经元件可以是感觉皮质。成对的神经元件的这样的外部刺激包括在神经通路中各自的神经我手信号的生成和传输。这些握手信号在神经沟通障碍点处汇合并相遇，由此，神经元件可以重建沟通。根据实施例，该握手可以出现在存在或不存在充电信号的情况下。如果充电信号用在aCENS方法的情况下，使通路充电扩大神经握手信号并使握手更可能成功。充电信号增强了两个诱导神经握手信号的连接并使刺激的第一和第二神经元件之间的沟通活跃。在位于治疗中的神经通路中的神经通路触发位点上放置有源电极。贯穿有源电极和原理神经通路放置的反电极施加充电信号。充电信号是相对于反电极的恒定负直流电(DC)电压。在iCENS模式中，有源电极邻近第一和第二神经元件中的一个放置，参考电极邻近第一和第二神经元件中的另一个放置。因为在治疗中的神经通路存在于第一和第二神经元件之间，所以在iCENS模式中神经通路位于有源电极和参考电极之间，并且贯穿第一神经元件和第二神经元件施加外部电信号。在aCENS模式中，以第一电压信号贯穿位于第一点的第一有源电极和位于在第一点附近的第一参考电极的形式对运动皮质提供第一刺激信号。第一点邻近第一神经组件，例如运动皮质。以第二电压信号贯穿位于第二点的第二有源电极和位于在第二点附近的第二参考电极的形式对第二点提供第二刺激信号。第二点邻近第二神经组件，例如与肌肉功能性有关的运动神经元。对位于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路的神经通路触发位点提供充电信号。充电信号是恒定电压信号，并且最好是负电压信号。治疗的神经通路因此位于施加有第一电压信号的第一有源电极和施加有第二电压信号的第二有源电极之间。第一和第二电压信号可以具有相同的波形和极性，并且可以是相互完全相同的。除去这些信号之后，沟通以近似或实际上是生物曾经没有机能障碍时的正常行为的形式继续。在这种情况下，由于随时间增长发生的神经元生长的刺激，这样的神经元连接元件之间的自然沟通过程活跃。刺激和充电最好同时进行。这些信号可以是电磁信号或声号等等，但最好是电号。在优选实施例中，在相关的神经通路的一端对邻近第一神经元件的第一点和在相关的神经通路的另一端对邻近第二神经元件的第二点施加同步施加电刺激信号。出于触发和刺激自然神经修复过程的目的，生成两个诱导神经信号，并且这两个诱导神经信号达到神经通路中的神经沟通障碍点，其中通过该自然神经修复过程，这样的神经元件之间的神经连接得到改善。根据本发明的一个方面，提供改善脊椎动物的神经沟通障碍的方法。该方法包括将第一电极放置在位于邻近脊椎动物的第一神经元件的第一点上；将第二电极放置在位于邻近脊椎动物的第二神经元件的第二点上，其中，神经沟通障碍点存在于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路中；以及通过对第一点和第二点同步施加刺激信号增强第一神经元件和第二神经元件之间的神经连接。·在本发明的实施例中，第一神经元件是运动皮质并且第二神经元件是下运动神经元。下运动神经元可以位于脊椎动物的肢体中并且位于运动皮质的相对于脊椎动物的脊柱的相对侧。该方法可以进一步包括将第三电极放置在下运动神经元控制的肌肉上；以及对第三电极施加额外电刺激信号，其中额外施加电刺激信号与施加刺激信号同步。第二点可以选自手腕内侧、腓骨神经末梢和脚底。在另一实施例中，该方法可以进一步包括将至少另一第二电极放置在位于邻近至少另一第二神经元件的至少另一第二点上，其中神经沟通障碍点存在于第一神经元件和另一第二神经元件之间的另一神经通路中；以及对至少另一第二电极施加与施加刺激信号同步的另一刺激信号。在又一实施例中，脊椎动物是人，并且神经沟通障碍选自脊柱位置遭受的损伤、大脑性瘫痪、肌萎缩性脊髓侧索硬化症、外伤性脑损伤、中风、周围性麻痹、欧勃氏麻痹、坐骨神经痛和其它由于神经压迫、紧张或扭曲引起的周围神经损伤，并且其中神经连接的增强减轻或降低那个神经沟通障碍。在再一实施例中，第一神经元件是脊椎动物的第一皮质中的第一神经元，第二神经元件是脊椎动物的第二皮质中的第二神经元。神经沟通障碍可以是自闭症系障碍或脊椎动物的大脑右半球和脊椎动物的大脑左半球之间的神经沟通的破坏。在另一实施例中，第一神经元件是感觉神经元，第二神经元件是感觉皮质中的神经元。例如，第一神经元件可以包括视神经，第二神经元件包括视觉皮质中的神经元。可选择地或附加地，第一神经元件可以包括听觉神经，第二神经元件包括听觉皮质中的神经元。在又一实施例中，施加刺激信号包括一对同步电刺激信号。一对同步电刺激信号中的每一个都可以包括具有同步上升沿和同步下降沿的电压脉冲。施加给第一点的第一施加电刺激信号可以具有作为时间的函数的第一波形，施加给第二点的第二施加电刺激信号可以具有作为时间的函数的第二波形，并且第二波形可以是第一波形的纯量倍数。第一施加电刺激信号和第二施加电刺激信号可以具有相反极性。此外，第一施加电刺激信号和第二施加电刺激信号互为镜像信号。在另一实施例中，施加给第一电极的第一刺激信号和施加给第二电极的第二刺激信号包括具有相反极性的同时存在的电脉冲，当同时存在的电脉冲接通时，电流在第一点和第二点之间流动。第一和第二刺激信号可以由信号发生器的一对正输出电极和负输出电极供应，电流可以通过信号发生器流动。在又一实施例中，第一电极是第一有源电极，第二电极是第二有源电极，并且该方法进一步包含将第一参考电极放置在脊椎动物上的第一有源电极附近；以及将第二参考电极放置在脊椎动物上的第二有源电极附近，其中第一参考电极在所有在脊椎动物上的电极中最接近第一有源电极，第二参考电极在所有在脊椎动物上的电极中最接近第二有源电极，其中贯穿第一有源电极和第一参考电极施加第一刺激信号，贯穿第二有源电极和所述第二参考电极施加第二刺激信号。在再一实施例中，第一和第二刺激信号具有相同的极性。第一和第二刺激信号的波形、相位和极性可以完全相同。 在另一实施例中，第一和第二刺激信号由两个同步信号发生器供应,第一电流贯穿第一点和接触第一参考电极的点并通过两个同步信号发生器中的一个，第二电流贯穿第二点和接触第二参考电极的点并通过两个同步信号发生器中的另一个。在又一实施例中，该方法进一步包括在位于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路上的第三点放置第三电极；以及对第三电极施加具有恒定直流电(DC)电压的充电信号。在另一实施例中，充电信号是在施加刺激信号整个过程中保持恒定的负电压。在再一实施例中，这一对同步电刺激信号包括施加给第一点并具有作为时间的函数的第一波形的第一施加电刺激信号和施加给第二点并具有作为时间的函数的第二波形的第二施加电刺激信号，并且第一和第二波形是彼此的纯量倍数。这一对同步电刺激信号具有相同的极性。这一对同步电刺激信号可以包括波形、相位和极性完全相同的信号。在又一实施例中，第三点是神经沟通障碍点。该神经沟通障碍可以是脊柱损伤，第三点可以是脊柱损伤存在的脊椎。可选择地，第三点可以不是神经沟通障碍点，但可以是已知的与神经沟通障碍关联的位置。第三点可以是沟通通路中神经分支的位点。第三点可以是脊髓神经元分支以神经支配上肢或以神经支配下肢的位置。在另一实施例中，该方法进一步包括为施加刺激信号确定最佳信号幅度，其中，以最佳信号幅度施加该施加刺激信号。通过逐渐增大施加给第一和第二点的测试信号的幅度确定最佳信号幅度，其中将与第一或第二神经组件关联的肌肉开始对测试信号作出反应的信号幅度设定为最佳信号幅度。施加刺激信号包括可以重复至少20次和至多100，000次的脉冲。刺激信号的施加可以在至少两天的连续疗程的间隔情况下重复多次。以在第一神经组件中诱导第一神经握手信号并在第二神经组件中诱导第二神经握手信号的幅度施加该施加刺激信号。第一神经组件中的第一神经握手信号和第二神经握手信号时间重叠地在神经沟通障碍点处汇合，从而在神经沟通障碍点提供握手。该方法可以进一步包括在位于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路上的第三点放置第三电极；以及对第三电极施加具有恒定直流电(DC)电压的充电信号。在再一实施例中，每一个施加刺激信号选自电压信号、声刺激信号、超声刺激信号、施加稳态或动态磁场的磁刺激信号、光刺激信号、热刺激信号、低温刺激信号、振动刺激信号、压力刺激信号、真空抽吸刺激信号和脊椎动物能够感觉的任何其它感觉信号。通过暂时或永久植入脊椎动物中的植入装置或通过由脊椎动物携带的便携式装置提供至少一个施加刺激信号。施加刺激信号可以包括完全相同的波形的周期脉冲。施加刺激信号可以具有不超过IOOHz的频率，并且周期脉冲可以具有从40微秒至10毫秒的持续时间。该方法可以进一步包括在位于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路上的第三点放置第三电极；以及对第三电极施加具有恒定直流电(DC)电压的充电信号。根据本发明的另一方面，提供一种用于改善脊椎动物的神经通路的神经反应性的系统。该系统包括诱导第一神经握手信号的第一装置，该第一装置设置为将第一施加刺激信号供应至相关的神经通路的第一神经元件，第一施加刺激信号包括具有诱导 第一神经元件在神经通路中发出第一神经握手信号的幅度的第一组信号脉冲；诱导第二神经握手信号的第二装置，该第二装置设置为将第二施加刺激信号供应至相关的神经通路的第二神经元件，第二施加刺激信号包括具有诱导第二神经元件在神经通路中发出与第一神经握手信号同时的第二神经握手信号的幅度的第二组信号脉冲，神经通路具有在施加第一和第二施加刺激信号之前的基极电荷电位；以及当第一和第二神经握手信号存在于神经通路中时，用于对神经通路触发位点施加充电信号的充电信号源，其中第一和第二神经握手信号相互影响并且提高神经通路的神经反应性，神经反应性的提高可以用脊椎动物的能力水平对于实现依赖于神经通路的功能水平的结果的改善来衡量。在一个实施例中，充电信号源设置为对神经通路触发位点施加恒定负电压。在另一实施例中，该系统进一步包含用于选择第一和第二施加刺激信号和充电信号的特征的信号特征选择器。在又一实施例中，信号类型选择器包括用于识别相关的神经通路类型和结果类型中的至少一个的输入装置，其中，输入装置根据送至输入装置并从信号特征的预先确定菜单中选择的输入调整第一和第二施加刺激信号和充电信号。在再一实施例中，第一装置和第二装置中的至少一个设置为以不超过IOOHz的频率供应周期脉冲，该周期脉冲具有从40微秒至10毫秒的持续时间。在另一实施例中，当周期脉冲接通时，周期脉冲的幅度为IV至35V，第一装置和第二装置中的至少一个能够供应ImA至35mA的电流。在再一实施例中，系统设置为施加一系列周期脉冲，其中周期脉冲的总数为20至100，000。在又一实施例中，系统设置为使得作为时间的函数的第一施加刺激信号的第一波形与作为时间的函数的第二施加刺激信号的第二波形是彼此的纯量倍数。在再一实施例中，第一和第二波形的特征、幅度和极性是完全相同的。根据本发明的再一方面，提供一种用于改善脊椎动物的神经通路的神经反应性的系统。该系统包括诱导第一神经握手信号的第一装置，该第一装置设置为将第一施加刺激信号供应至相关的神经通路的第一神经元件，第一施加刺激信号包括具有诱导第一神经元件在神经通路中发出第一神经握手信号的幅度的第一组信号脉冲；以及诱导第二神经握手信号的第二装置，该第二装置设置为将第二施加刺激信号供应至相关的神经通路的第二神经元件，第二施加刺激信号包括具有诱导第二神经元件在神经通路中发出与第一神经握手信号同时的第二神经握手信号的幅度的第二组信号脉冲，神经通路具有在施加第一和第二施加刺激信号之前的基极电荷电位，其中，第一装置和第二装置中的至少一个是暂时或永久植入脊椎动物中的植入装置或由脊椎动物携带的便携式装置。在一个实施例中，第一装置和第二装置都是暂时或永久植入脊椎动物中或由脊椎动物携带的植入的或便携式装置。在另一实施例中，该系统进一步包括当第一和第二神经握手信号存在于神经通路中时用于对神经通路触发位点施加充电信号的充电信号源，其中第一和第二神经握手信号相互影响并且提高神经通路的神经反应性，神经反应性的提高可以用脊椎动物的能力水平对于实现依赖于神经通路的功能水平的结果的改善来衡量，其中充电信号源是暂时或永久植入脊椎动物中或由脊椎动物携带的另一植入的或便携式装置。根据本发明的又一方面，提供一种用于改善脊椎动物的神经沟通障碍的系统。该系统包括设置为生成具有第一组脉冲信号并具有诱导第一脉冲神经信号的特征的第一刺激信号的第一信号生成装置；设置为对邻近脊椎动物的第一神经元件的第一点施加第一刺激信号的第一信号传输装置；设置为生成具有与第一组脉冲信号同步的第二组脉冲信号并 且具有诱导与第一脉冲神经信号同步的第二脉冲神经信号的特征的第二刺激信号的第二信号生成装置；设置为对邻近脊椎动物的第二神经元件的第二点施加第二刺激信号的第二信号传输装置，其中第二神经元件位于延伸至第一神经元件的神经通路的一端；以及设置为在神经通路中的点处检测第一周期神经信号和第二周期神经信号的握手的信号监测装置。例如，可以连接示波器或任何其它信号捕获电子装置从而能够实现神经通路中该点处的电压信号或电流信号的检测，该点可以是神经通路触发位点。在一个实施例中，第一和第二信号生成装置中的至少一个设置为生成电脉冲。在另一实施例中，第一和第二信号生成装置设置为将第一组脉冲信号和第二组脉冲信号保持为具有同步上升沿和同步下降沿。在又一实施例中，第一组脉冲信号和第二组脉冲信号是周期电信号。在再一实施例中，第一组脉冲信号具有第一波形，第二组脉冲信号具有是第一波形的纯量倍数的第二波形。在又一实施例中，第一和第二信号生成装置实施为具有正输出电极和负输出电极的单个信号发生器，其中正和负输出电极中的一个供应第一刺激信号，正和负输出电极中的另一个供应第二刺激信号。在再一实施例中，该系统进一步包括设置为放置在位于第一神经元件和第二神经元件之间的神经通路上的第三点的又一电极；以及设置为生成送至第三电极、具有恒定直流电(DC)电压的充电信号的充电信号生成装置。在另一实施例中，该又一电极设置为放置在脊椎上。在又一实施例中，该又一电极设置为放置在脊髓神经元分支以神经支配上肢或以神经支配下肢的位置上。在再一实施例中，该系统包括设置为同步第一和第二刺激信号的施加的计算机。在另一实施例中，计算机包括用于通过逐步增加施加给第一和第二点的至少一个测试信号的幅度确定最佳信号幅度的程序，其中，最佳信号幅度设定为与第一或第二神经组件关联的肌肉开始对至少一个测试信号作出反应的信号幅度。在又一实施例中，计算机设置为将第一和第二施加刺激信号提供为重复至少20次和至多100，000次的信号脉冲。在另一实施例中，第一和第二刺激信号选自电压信号、声刺激信号、超声刺激信号、施加稳态或动态磁场的磁刺激信号、光刺激信号、热刺激信号、低温刺激信号、振动刺激信号、压力刺激信号、真空抽吸刺激信号和能够被脊椎动物感觉的任何其它感觉信号。在再一实施例中，第一和第二刺激信号中的一个是电压信号,第一和第二刺激信号中的另一个选自声刺激信号、超声刺激信号、施加稳态或动态磁场的磁刺激信号、光刺激信号、热刺激信号、低温刺激信号、振动刺激信号、压力刺激信号、真空抽吸刺激信号和能够被脊椎动物感觉的任何其它感觉信号。在又一实施例中，第一和第二刺激信号具有不超过IOOHz的频率，周期脉冲具有从40微秒至10毫秒的持续时间。在另一实施例中，第一和第二信号传输装置中的一个设置为对脊椎动物的皮质施 加刺激信号，第一和第二信号传输装置中的另一个设置为对脊椎动物的肢体中的位置施加另一刺激信号。在又一实施例中，第一和第二信号传输装置中的另一个设置为对选自人类的手腕内侧、腓骨神经末梢和脚底的位置施加另一刺激信号。此外，第一信号传输装置可以设置为对脊椎动物的第一皮质施加刺激信号，第二信号传输装置可以设置为对脊椎动物的另一皮质施加另一刺激信号。此外，第一和第二信号传输装置中的一个可以设置为对脊椎动物的皮质施加刺激信号，第一和第二信号传输装置中的另一个可以设置为对脊椎动物的感觉神经元施加另一刺激信号。该系统可以进一步包括用于选择第一和第二刺激信号的特征的信号特征选择器。信号类型选择器可以包括用于识别相关的神经通路类型和结果类型中的至少一个的输入装置，其中，输入装置根据送至输入装置并从信号特征的预先确定菜单中选择的输入调整第一和第二施加刺激信号。图IA是利用偶极皮质-肌肉刺激(dCMS)的基本配置和设置的实例。图IB是设计为评估dCMS的三相脉冲的实例。图2A是显示出正常姿势的后肢的对照动物的照片。图2B是从对照动物的胸部得到的脊髓横断面薄片的照片，其中丽是白质，GM是灰质。图2C是显示出异常形态的后肢的SCI的动物的照片。图2D是从显示出损伤集中点(lesion epicenter)的SCI的动物的胸部得到的脊髓横截面薄片的照片。图2E是SCI的动物和对照动物的损伤集中点处空白的白质的量化图示。图3A表示刺激之后腓肠肌的反应。图3B是显示出当下运动神经元的自发性活动(上半部分)是时间锁定的并且身体同侧肌自发性收缩是下运动神经元的识别的实例。图4A是同侧腓肠肌刺激之后六个重叠的脊柱反应的实例。图4B是运动皮质(MI)刺激之后六个重叠的脊柱反应的实例。图4C是dCMS之后六个重叠的脊柱反应的实例。图4D是肌肉刺激、dCMS之后以及MI刺激之后脊柱反应的平均潜伏时间的图示。图5A和5B是SCI的动物中，dCMS过程中对侧肌肉的收缩的图示。图5C和是SCI的动物中，dCMS过程中身体同侧肌肉的收缩的图示。图6A和6B表示SCI的动物中(对侧)，dCMS之后对侧腓肠肌活动的图。图6C和6D表示SCI的动物中(对侧)，dCMS之后对侧腓肠肌活动的图。图6E和6F是SCI的动物中(对侧和身体同侧)，dCMS之前和之后肌肉颤搐力的图 /Jn ο图7A和7B是对照动物中，dCMS之前和之后肌肉颤搐力的图示。图8是SCI的动物和对照动物的精确度指数分析的图示。图9A表示dCMS介入之前和之后脊柱运动神经元的自发性活动的图。图9B是对SCI的动物进行整个实验过程中激发率的图示。图9C是对照动物(对侧和身体同侧)和SCI的动物(对侧和身体同侧)dCMS之前和之后的激发率的图示。图10是模拟器和多个有源电极(标记为“ + ”)以及多个参考电极(标记为的第一配置。图11是包括多个模拟器单元和附在其上的电极的模拟器的第二配置。图12是利用第二配置的示例性设置。该设置还可以用于下述的用于研究的实验设置。图13表示来自直接位于刺激tsDC电极下的节段ricm长度)的横断脊髓截面的赫斯特染色(Hoechst stain)。来自接受刺激的小鼠的脊髓截面(右)与来自未刺激对照的截面类似，说明没有形态变化。图14A-14F表示由tsDC导致的频率、振幅和由胫神经记录的自发性活动的形态的变化。图14A和14B是在显示出a-tsDC(A)或c_tsDC(B)之前(基线)、显示出a-tsDC(A)或c-tsDC(B)的过程中和之后记录的自发性活动的例子。图14C中，在a-tsDC过程中激发频率表现出明显的条件影响(F=135. 40, p〈0. 001,重复测量方差分析。事后测试显示出在a-tsDC阶跃+1，+2和+3mA中较高的激发频率。图14D中，在c-tsDC过程中激发频率也表现出明显的条件影响(F=338. 00, p〈0. 001,重复测量方差分析)。事后测试显示出在c_tsDC阶跃-2和_3mA中显
著的差异。图14E中，在a-tsDC过程中波尖幅度表现出明显的条件影响(Η=738· 14p=0. 001,克鲁斯卡尔-沃利斯方差分析)。事后测试显示出在a-tsDC+2和+3mA中较高的尖峰幅度。图14F中，在c-tsDC过程中波尖幅度也表现出条件影响(Η=262·40，ρ〈(λ001，克鲁斯卡尔-沃利斯方差分析)。事后测试显示出在c-tsDC过程中较高的波尖幅度。误差线表示相对于基线S. E. Μ. *p<0. 05。图15A-15C表示阴极刺激会接近脊髓中的节奏生成电路(rhythmgeneratingcircuit)图5A中，a_tsDC_诱发活动的自相关图显示出没有振荡或爆裂。图5B中，a-tsDC-诱发活动的自相关图显示出IOms强爆裂和振荡。图5C中，振荡活动也会通过将甘氨酸和GABA受体阻断剂、苦味毒和士的宁在L3-L4注入脊髓。图16A-16C表示a-tsDC和c-tsDC不同地调节皮质诱发TS抽搐。图16A中，所示为在a-tsDC之前(基线)、在a-tsDC过程中和紧接a_tsDC之后引起TS抽搐。注意到在刺激过程中，a-tsDC降低运动皮质的能力从而诱发TS抽搐，但刺激之后，利于抽搐。然而，在图16B中，在刺激过程中，而不是之后，c-tsDC提高运动皮质的能力从而诱发TS抽搐。对于每一只动物(n=5/组)，在刺激之前(基线)、五个强度步骤过程中以及刺激(0、5和20min)之后用图16C所示的a-tsDC或图16D所示的c_tsDC分析十个TS抽搐的平均值。图17A-17D证明了皮质诱发胫神经电位中tsDC诱导变化。图17A中，根据对电位的第一偏转的刺激伪迹(SA)测量得到的胫神经电位的潜伏期在a-tsDC过程中延长，并且a-tsDC之后缩短。垂直点划线表示测量的点。注意比例尺的差异。在图17B中，皮质诱发胫神经电位的潜伏期在c-tsDC过程中缩短，并且之后延长。图17C表示对于a-tsDC，存在明显的条件影响(H=30. 10,p<0. 001,克鲁斯卡尔-沃利斯AN0VA)。事后测试表面在+2mA中明显较长的潜伏期以及之后的较短潜伏期。图17D表示对于c-tsDC，也存在明显的条件 影响(H=29.84，p〈0.001，克鲁斯卡尔-沃利斯AN0VA)。事后测试表面在_2mA中明显较短的潜伏期以及之后的较长潜伏期。误差线表示相对于基线S. E. Μ. *p〈0. 05。图18A-18D表示成对的tsDC和重复的皮质刺激(rCES)对皮质诱发TS抽搐的影响。图18A表示对于与rCES成对的a_tsDC (+2mA)，刺激之前(基线)、刺激过程中和刺激之后的的TS抽搐的典型记录，图18B表示对于与rCES成对的c_tsDC (_2mA)，刺激之前(基线)、刺激过程中和刺激之后的的TS抽搐的典型记录。将rCES调整至给出最大反应(-5. 5mA),并且在IHz是传送rCES 3分钟。与基线相比，图18C中与rCES成对的a-tsDC以及图18D中与rCES成对的c-tsDC明显提高了皮质诱发TS抽搐。误差线表示与基线相比S. E. Μ. *p〈0. 001，威尔科克森符号秩检验。图19是表示当脊柱负电极提供极化电流时膜电位中可能的变化的理想线图(不按比例)。图20表示说明可以用于固有的电荷增强神经刺激(iCENS)中的示例性外部刺激波形的图表。图21A是为了皮质-运动刺激的目的，用于固有的电荷增强神经刺激(iCENS)的第一示例性电极配置的实例。图21B是为了皮质-运动刺激的目的，用于iCENS的第二示例性电极配置的实例。图22k是为了皮质间刺激的目的，用于iCENS的第三示例性电极配置的实例。图22B是为了皮质间刺激的目的，用于iCENS的第四示例性电极配置的实例。图23A是为了感觉-皮质刺激的目的，用于iCENS的第五示例性电极配置的实例，其中第一神经元件是视网膜中的光敏细胞，第二神经元件是听觉皮质中的神经元。图23B是为了感觉-皮质刺激的目的，用于iCENS的第六示例性电极配置的实例，其中第一神经元件是视网膜中的光敏细胞，第二神经元件是听觉皮质中的神经元。图23C是为了感觉-皮质刺激的目的，用于iCENS的第七示例性电极配置的实例，其中第一神经元件是听觉神经，第二神经元件是听觉皮质。图23D是为了感觉-皮质刺激的目的，用于iCENS的第八示例性电极配置的实例，其中第一神经元件是听觉神经，第二神经元件是听觉皮质。图24表示可以用在加强电荷增强神经刺激(aCENS)中的示例性外部刺激波形的图表。图25A是用于aCENS的具有固定在适当位置的刺激信号发生器和充电信号发生器的第一示例性电极配置的实例。图25B是利用可植入的或便携式刺激信号发生器和充电信号发生器用于aCENS的第二示例性电极配置的实例。图26是表示在神经沟通障碍点处的电反应的图表。图27是利用计算机和/或信号特征选择器治疗神经通路的示例性系统的实例。

点。·如本发明所使用的，“神经沟通修复”或“修复”指的是采用施加刺激部分或全部地去除神经或一组神经中的任何弱化、部分或全部破坏、退化或者神经沟通故障的过程，该刺激引起到达神经沟通障碍点的诱导神经信号。如本发明所使用的，“神经沟通修复点”或“修复点”指的是一个组织位点，该点在一个时间点上一度是神经沟通障碍点，但是在该点上发生了神经沟通修复过程，以致部分或全部地去除了任何弱化、部分或全部破坏、退化或者神经沟通故障。如本发明所使用的，如果一个组件被塑造并且包含所有必要的内在特征，作为具有该形状和该必要特征的自然结果，以启用一个行为的实施，则该组件“用于”执行该行为。如本发明所使用的，“有源电极”是作为至少一个正电压脉冲或者至少一个负电压脉冲的电脉冲所施加的电极。因此，根据所施加的电脉冲的极性，有源电极可以是正电极或负电极。如本发明所使用的，“参考电极”是在有源电极施加电脉冲时向脊椎动物提供参考电压的电极。参考电极可以被保持在一个恒定的静电势。对于交流电(AC)信号应用，当相应的有源电极施加时间依赖性电信号时，参考电极起电接地的作用。如本发明所使用的，“对电极”是为直流电(DC)应用，即相应的有源电极相对于对电极施加恒定电压的应用，提供参考电压的电极。如本发明所使用的，“极化电流”指的是流动经过第一电极和第二电极之间的神经元并且引起神经元中的电荷极化的直流电流如本发明所使用的，“下运动神经元(lower motoneuron)”或者“下运动神经元(lower motor neuron)”是将脊柱连接到肌纤维的运动神经元并且包含终止于肌纤维的轴关。如本发明所使用的，如果第一和第二信号的上升沿在时间上重叠和/或第一和第二信号的下降沿在时间上重叠，则该第一信号和第二信号是“同步的”或者“同步发生的”。每个第一和第二信号可以是电压信号、声波刺激信号、超声波刺激信号、稳态或动态磁场所施加的磁刺激信号、光刺激信号、热刺激信号、低温刺激信号、震动刺激信号、压力刺激信号、真空抽吸刺激信号、或者是脊椎动物能够感觉到的任何其他感觉信号。如本发明所使用的，装置“植入”指的是装置置于脊椎动物体内或者体表并且是自供电，即，由例如电池的电源供电。
如本发明所使用的，如果装置用于实现向脊椎动物体内或者体表的植入，则装置“可植入”。如本发明所使用的，装置“便携”指的是装置可以固定到身体或衣物或者脊椎动物的零件并且是自供电。本发明的实施例公开了治疗神经或一组神经中的神经沟通障碍的方法和系统。虽然没有明显的神经障碍，健康个体也将得益于本发明的实践，例如出于运动的目的。当然，具有神经障碍的个体更将受益于本发明。神经沟通障碍可以是自始神经沟 通障碍、遗传性出生后神经沟通障碍、创伤导致的神经沟通障碍、或其结合。对于本发明来说，应当认识到，以下阐明的本发明的实施例指向改善和修复神经障碍，然而这种原理和方法也可以应用于健康个体，出于其自身对等效的神经增强的兴趣。大体上，识别出所要改善的神经通路。在神经障碍的示例中，这可以被称为神经通路或者机能障碍神经通路或者类似物。识别出所要刺激的神经通路中的两个神经元件。施加外部刺激以在两个神经元件中同时生成两个神经握手信号，该神经握手信号在充电信号的存在下沿着通路向神经通路中的神经沟通障碍点传播。在神经沟通障碍中带电环境中的两个神经握手信号的握手开始和促进神经生物修复过程。本发明提供对神经沟通障碍点应用刺激，在该点生理学地体现神经沟通障碍的状况。神经沟通障碍点可以是一个包含弱化、破坏、退化、或者神经结构障碍的区域，或者是无神经连接的区域，在该区域中为正常运作的神经或神经肌肉系统应当存在神经连接。在应用外部刺激之前，功能连接到第一神经元件的第一神经组件和功能连接到第二神经元件的第二神经组件存在于神经沟通障碍点，而在两者之间没有完全功能的神经连接。第一神经元件可以是脑的一部分的神经元。缺乏完全功能的神经连接是神经沟通障碍点的特征，无论是退化的神经连接或者无神经连接。换句话说，第一神经组件和第二神经组件是弱化或者缺乏两者之间的神经沟通目的的连接。第一神经元件可以是轴突的一端，第二神经元件可以是另一个轴突的一端。可选择地，第一神经元件可以是轴突的第一部分，第二神经元件可以是同一轴突的第二部分，假如第一部分和第二部分之间的神经沟通被任何原因损伤。第一神经元件位于第一身体部分，第二神经元件位于不同于第一身体部分的第二身体部分。在功能正常的脊椎动物体内，功能性沟通通路存在于第一身体部分和第二身体部分之间。第一神经元件生成神经信号，并传输经过功能性沟通通路，并以足够的信号强度到达第二神经元件，以使第二神经元件能够在与第二神经元件功能上相关的其他神经或者肌肉中引发额外反应。当神经沟通障碍存在于神经沟通通路中时，神经沟通是可能的但被削弱，这样神经信号无法以足够的强度从第一神经元件传输到第二神经元件，并且因此，第二神经元件无法在脊椎动物体内弓I发任何额外反应。在第一实施例中，第一神经元件是位于皮质中的神经元，第二神经元件是与皮质中的神经元功能性地关联的下运动神经元，即，在功能正常的脊椎动物体内，下运动神经元用于使动由皮质中的神经元所控制的肌肉。在功能正常的脊椎动物体内，第一神经信号元件和第二神经信号元件之间存在用于传输神经信号的皮质-神经肌肉通路。在很多情况下，皮质-神经肌肉通路可能穿过脊髓。在这种情况下，神经沟通障碍发生在皮质-神经肌肉通路中。因此，神经沟通障碍点可能存在于脊髓或者位于脊椎动物的一个肢体中的皮质-神经肌肉通路部分中。在第二实施例中，第一神经元件是位于皮质的第一部分中第一神经元，第二神经元件是位于相同皮质中的第二部分或者不同皮质的部分中的第二神经元。例如，最近已知，与正常个体相比，具有自闭症谱系障碍的个体的额叶(前脑)和顶叶(后脑)之间神经互联水平减低。在这一情况中的额叶(前脑)和顶叶之间的低水平的神经互联是神经沟通障碍。自始神经沟通障碍伴随多种类型的自闭症谱系障碍，在Rhett综合症(Rhettsyndrome)的情况中，障碍可以是遗传出生后神经沟通障碍。在这种情况下，神经沟通障碍点可以是额叶和顶叶之间的交界，在该处应当存在额外的神经连接。在另一示例中，右大脑半球和左大脑半球之间的神经沟通的破坏构成神经沟通障碍，在这种情况下，神经沟通障碍点可以是右大脑半球和左大脑半球之间的交界，在该处应当存在额外的神经连接。在第三实施例中，第一神经元件是位于脊椎动物的感觉元件中的感觉神经元，第二神经元件是位于脊椎动物的皮质中的受器神经元。感觉神经元可以是用于检测视觉、听觉、温度、压力、味觉、身体肌肉的运动或使动、或者正常脊椎动物有能力进行的任何其他感觉功能的神经元。神经沟通障碍可以是例如发生在位于视网膜和视皮质之间的视神经的皮 质性盲。在这种情况下，第一神经元件是视网膜中的一个感光细胞，第二神经元件是视皮质中与感光细胞功能相关的神经元，神经沟通通路是感光细胞与是皮质中功能相关的神经元之间的神经连接。神经沟通障碍点是视神经连接弱化或者破坏的位置。在另一个示例中，神经沟通障碍可以是耳鸣，其发生在位于上杯(superior caliculus)(位于内耳旁)和听觉皮质之间的听神经。在这种情况下，第一神经元件是位于上杯的神经中的一个神经元，第二神经元件是与上杯的该神经元功能相关的听觉皮质中的神经元,神经沟通通路是上杯的神经元与听觉皮质中功能相关的神经元之间的神经连接。施加的外部刺激提供到第一神经元件和第二神经元件。同时对第一神经元件和第二神经元件应用的外部刺激，以诱导来自第一神经元件和第二神经元件的神经信号以最小的时间差到达神经沟通障碍点。为了向第一和第二神经元件同时地提供刺激，可以将同步信号生成装置与多个输出电极协同使用。多个输出电极中的至少一个，在此称为第一电极，连接到第一点，该第一点位于第一神经元件附近，以使施加到第一电极的电压诱导第一神经元件中的神经反应。多个输出电极中的至少另一个输出电极，在此称为第二电极，连接到第二点，该第二点位于第二神经元件附近，以使施加到第二电极的电压诱导第二神经元件中的神经反应。可选地，施加的刺激可以包含声波刺激、超声波刺激、磁刺激(其中施加稳态或动态磁场)、光刺激、热刺激(其中施加热量)、低温刺激(其中一个或多个神经组件暴露于冷表面或冷物体)、震动刺激、压力刺激、真空刺激、或者可以替代施加的电刺激或与施加的电刺激协同施加的任何其他感觉信号。如使用，与其他电或非电刺激应用同时地施加这些外部刺激。这种对成对神经元件的外部刺激在神经通路中导致相应的神经握手信号的生成和传输，该成对神经元件包括第一神经元件和第二神经元件。刺激信号与电荷信号应用同时地施加到第一和第二神经元件，并且导致来自第一神经组件的第一神经握手信号以及来自第二神经组件的第二神经握手信号的生成。由于两个神经握手信号同时地集中并且会合到神经沟通障碍点，即在时间和空间上重叠，成对的神经元件可以重建沟通。即使在外部施加的信号移除之后，在成对的神经元件之间的神经沟通以对于脊椎动物基本正常的方式形成，即以在神经通路中没有机能障碍的方式发生。康复过程因此包括在在神经沟通障碍点或其附近的随着时间的神经生长刺激，并且使这样的神经偶联的元件之间的神经沟通过程变得活跃。施加信号的应用以及诱导神经通路的充电优选为同时地在第一和第二神经元件执行。施加的信号可以是电磁信号或声波信号，但优选为电信号。在优选的内在电荷增强神经刺激(iCENS)中，作为生成握手信号的过程的一部分内在地生成电荷。在iCENS系统中，通过相关的神经通路形成由第一神经元件延伸到第二神经元件的单回路。这一回路在其后产生了所需的电荷信号。在一个优选的实施例中，当第一外部刺激施加到第一神经元件并且第二外部刺激施加到第二神经元件时，在治疗中没有额外的电或者非电刺激施加到神经通路。在加强电荷增强神经刺激中(aCENS)中，充电信号从独立于刺激神经握手信号的相关源的信号源直接施加到神经通路的一部分。在aCENS系统中，信号彼此隔离，其中，各个信号源的每组电极形成应用到相关位点的分别的隔离电路。电荷信号施加到其自己的隔离电路中。 此外，在CENS的实施例中，从某种意义上，通过放大相关的神经沟通障碍点附近的通路中的握手神经信号，充电信号的使用增强成功的握手的可能性。任何这种充电信号从某种意义上放大了通路中的至少一个握手神经信号的效果，并使握手更容易成功。因此，充电信号的同步应用增强了两个诱导握手神经信号的偶联，并且活跃了所刺激的第一和第二神经元件之间的沟通。充电信号是具有为神经通路充电的功能的信号。充电信号可以是直流信号、矩形波信号、一个或多个脉冲、或者变化的波形。当同步施加的电刺激信号施加到第一和第二神经元件的同时，充电信号可以施加到神经沟通障碍点附近。刺激和充电优选为同时进行。参照图20，两幅图阐明了在内在电荷增强神经刺激(iCENS)中使用的外部刺激的波形。外部刺激的波形可以被用作施加到位于第一神经元件附近的第一点以及位于第二神经元件附近的第二点的电压信号。在这种情况下，具有“信号I”所表示的波形的第一电压信号可以通过第一导电电极施加到第一点，具有“信号2”所表示的波形的第二电压信号可以通过第二导电电极施加到第二点。第一电压信号和第二电压信号可以是同时发动的一系列电压脉冲。每个脉冲可以具有代表从零电势到非零电势的电压过度的前沿。此外，每个脉冲可以具有代表从非零电势到零电势的电压过度的后沿。在这里，第一电压信号的前沿Ei称为第一前沿，第一电压信号的后沿Et称为第一后沿。同样，第二电压信号的前沿Ei称为第二前沿，第二电压信号的后沿Et称为第二后沿。在优选的实施例中，每个第一前沿与第二前沿在时间上重叠，即同时发生，反之亦然。同样，每个第一后沿与第二后沿在时间上重叠，反之亦然。第一电压信号和第二电压信号都可以是，但是不一定必须是，周期信号，只要在每对电脉冲之间留出充足的时间以容许所刺激的神经通路回到稳定状态，即一段足够长的没有神经兴奋的时间。容许所刺激的神经通路充分松弛所需的时间根据所刺激的神经通路的性质而不同，并且是至少0.01秒(相当于100Hz)，典型是至少O. I秒(相当于10Hz)，优选为至少0.5秒(相当于2Hz)。如果使用周期性信号，即如果脉冲的每个连续前沿E1之间具有相同的时间周期，周期信号的周期T可以是从O. Ol秒到1200秒，典型为从O. I秒到120秒，优选为从O. 5秒到10秒。每个脉冲的占空比，即每个脉冲的持续时间相对于周期T的比率，可以是从O. 001%到10%，典型为从O. 005%到2%，优选为从O. 01%到1%，尽管更小或者更大的占空比也可以使用，只要周期性电信号足够在第一神经元件与第二神经元件引发神经信号。在图20中，占空比是t与(ti+t2)的比率，即h/(Vt2)=Uzt。每个电脉冲的持续时间可以是从40微秒到10毫秒，典型的可以是从200微秒到2毫秒，优选为从400微秒到I毫秒，尽管也可以使用更小或者更大的脉冲持续时间。在一个治疗期中传递给脊椎动物的总重复可以是从20脉冲到100，000脉冲，典型为从200脉冲到10，000脉冲，优选为从1，000脉冲到4，000脉冲，尽管在单个治疗期中也
可以使用更少或更多数目的电脉冲。可以使用多个治疗期，通过细胞修复期隔开每个治疗期以容许神经沟通障碍点中的自然恢复和细胞生长。连续治疗期之间的最佳时间间隔取决于神经通路的性质和细胞生长速度，典型为从3天到3周，尽管也可以使用更大或者更小的时间间隔。
在一个实施例中，第一电压信号和第二电压信号的极性可以是相反的。例如，第一电压信号可以由一系列正极性信号组成，第二电压信号可以由一系列负极性信号组成，反之亦然。图20中说明了恒量的电脉冲，如果两个电压信号是同步的，第一电压信号和第二电压信号的电脉冲通常可以具有任何功能波形。一对具有相反极性的电信号在实践本方法的临床试验中显示出更好的效果并且为优选，尽管本发明的其他实践也是可行的。此外，如果信号中的每个脉冲与另一信号中的另一脉冲应用同时地施加，则每个第一电压信号和第二电压信号可能包含正极性和负极性脉冲的混合。此外，每个信号可以是单极性的，即可以包含单个周期的正电压或或者单个周期的负电压，如图20所示，或者，可以包含双极性(包括由负极性脉冲立即跟随的正极性脉冲，反之亦然)或者多极性(包含多于两个不同极性的脉冲)。在为iCENS目的的波形临床试验和验证中，到目前为止单极性脉冲倾向于产生最好的效果。此外，如果在另一电压信号中存在一致的脉冲，电压信号中的每个脉冲可以具有任意的波形。因此，第一电压信号和第二电压信号可以表示为通用波形f(t)关于时间t的函数的纯量倍数，即第一电压信号可以表示为ai*f(t)并且第二电压信号可以表示为a2*f(t )，其中和Ci2是非零实数。如以上所述，Ci1 · %是正极性(即，对于一组具有相同极性的信号)。如以上所述，每个电压信号的电压为OV的时间间隔存在于每个连续的电脉冲之间。可以根据神经通路的性质以及其神经沟通障碍的性质和程度调节每个电脉冲的振幅Vo。振幅No指波形中从OV的最大电压偏离的绝对值，其可以包括矩形脉冲或者包括其他类型的脉冲(例如三角波脉冲)。可以通过施加一系列测试脉冲确定每个电脉冲的振幅Vo的最佳值，该测试脉冲与在治疗中所要施加的电脉冲具有相同的功能波形，但是具有较小的振幅。测试脉冲的振幅可以反复递增，直到在被治疗的脊椎动物体内观察到神经反应。例如，如果治疗被用于下身麻痹的状况，适当的神经反应可以是治疗所针对的肌肉的抽动，可以增大测试波的振幅，直到在机能障碍的肢体中观察到这种肌肉抽动。通常，可以确定施加的任何类型的刺激信号的最佳信号幅度，以使为治疗目的所施加的刺激信号施加为最佳信号幅度。可以通过例如逐步增加施加到第一和第二点的测试信号的幅度来确定最佳信号幅度。最佳信号幅度设置在第一或第二神经组件所关联的肌肉开始对测试信号起反应的信号幅度。作为说明性示例，治疗人类下身麻痹状况所需的典型电流密度可以是从15A/m2到60A/m2，优选为从25A/m2到38A/m2，尽管可以根据伤残的性质、每个脉冲的持续时间、以及被治疗的个体的体量使用更大或者更小的电流密度。这种电流密度水平典型地转化为所施加的电信号的脉冲幅度中的约20V。在内在电荷增强神经刺激(iCENS)模式中，有源电极置于第一和第二神经元件其中一个的附近，并且参考电极置于第一和第二神经元件其中的另一个的附近。由于被治疗的神经通路位于第一和第二神经元件之间，神经通路位于有源电极和参考电极之间，在iCENS模式中外部电信号实施为穿过第一神经元件和第二神经元件。在iCENS模式中，在适于活跃化的神经通路中的一对神经元件，即第一神经元件和第二神经元件，之间建立单回路。第一刺激信号施加到第一神经元件并且产生沿着神经通路传播的第一神经握手信号，第二刺激信号施加到施加第二神经元件并且产生沿着神经通路传播的第二神经握手信号。通常，如果第一和第二信号是同步的，第一刺激信号和第二刺激信号可以是任何类型的信号。例如第一刺激信号和第二刺激信号可以是相反极性的电·脉冲。电流在第一和第二神经元件之间的神经通路中流动以向神经通路提供偏压电荷。在一个实施例中，第一神经组件是皮质中的神经元而第二神经组件位于肢端，例如脊椎动物的肢体，具有正电的电荷信号从皮质沿神经通路流动向相关的关联肢端流动。在iCENS模式中，电荷信号是施加到经过两个神经元件的刺激信号的相互作用的一部分。在一个说明性实施例中，随着刺激施加到与皮质关联的神经元件和与肢端关联的神经元件之间