Устройство управления сном и способы управления сном - RU2340365C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройствам, повышающим эффективность сна, а конкретнее к устройству и способу мониторинга типов сна индивидуума посредством физиологических характеристик индивидуума, определяющих эффективный тип сна, установления связи между индивидуумом и устройством управления сном и управления прохождением индивидуума через один или несколько типов сна.

Описание предшествующего уровня техники

Исследования указывают на то, что здоровый, взрослый человек спит в среднем 7,5 ч каждую ночь, и что большинство людей спят от 6,5 до 8,5 ч за ночь. Ученым не известен каждый аспект процесса сна. Однако исследователи определили, что процесс сна представляет собой прогнозируемый цикл, интервалы которого можно наблюдать и контролировать и исследовать клинически путем полисомнографии. Полисомнография представляет собой диагностический тест, при котором во время сна измеряются и записываются физиологические данные, т.е. возможно получить данные, относящиеся к электрическим и мышечным состояниям во время сна.

Прослеживая мозговые волны спящих с использованием электроэнцефалографов (ЭЭГ), исследователи недавно идентифицировали и маркировали 6 стадий сна (включая стадию перед сном), причем каждая стадия характеризуется отличительными частотами и типами мозговых волн, а также другими физиологическими характеристиками. Стадия 0 представляет собой стадию перед сном и характеризуется низкоамплитудными, высокочастотными альфа волнами в мозге. На этой стадии индивидуум становится расслабленным, сонливым и закрывает глаза. Стадии с 1 по 4 иногда называются сном с медленным движением глаз (сон "NREM"). Стадия 1 характеризуется вращением глаз спящего и ритмичными альфа волнами, которые уступают место нерегулярным тета волнам, которые ниже по амплитуде и имеют более низкую частоту, по мере того, как индивидуум теряет способность реагировать на стимулы. Стадия 1 может длиться в течение 5 или 10 мин. Стадия 2 характеризуется более медленными, большими мозговыми волнами, перемежающимися высокочастотными вспышками мозговой активности, называемые «веретенами сна», которые отмечены мышечным напряжением. Сон стадии 2 сопровождается постепенным снижением частоты сердечных сокращений, дыхания и температуры, по мере того как организм готовится войти в глубокий сон. Стадии 3 и 4 обычно наступают через 30-45 мин после засыпания. На стадии 3 имеется меньшее число веретен сна, но появляются дельта волны с высокой амплитудой и низкой частотой. Стадия 4 характеризуется дельта волнами с высокой амплитудой и низкой частотой, появляющимися более 50% времени. Дельта волны идентифицируют самые глубокие уровни сна, когда частота сердечных сокращений, температура тела, дыхание и кровоток к мозгу резко снижаются, и в организме секретируются ростовые гормоны. Индивидуум, пробужденный от сна на стадии 4, будет как бы пребывать в состоянии опьянения и дезориентированным во времени и пространстве. В целом, завершение сна NREM занимает от 30 до 120 мин. Тип нормального цикла сна представляет собой: стадии 1, 2, 3, 4, 3, 2, сон с быстрым движением глаз. Этот цикл может повторяться (часто пропуская стадию 1 во время последующих циклов) до тех пор, пока спящий не проснется или сон не будет прерван. Если спящий снова засыпает, то стадии могут начаться снова, не будучи в состоянии завершить цикл.

Сон с быстрым движением глаз (сон "REM") составляет примерно 20% времени сна. После начала сна REM, в него в течение ночи через каждые 30-40 мин включаются промежутки сна NREM. Сновидения возникают как раз во время сна REM. На стадии сна REM возникают такие же высокочастотные, низкоамплитудные бета волны, которые характеризуют состояния пробуждения, и физиологические признаки индивидуума, т.е. частота сердечных сокращений, дыхание и артериальное давление, также напоминают признаки в состоянии пробуждения. Однако мышечный тонус снижается до точки паралича с внезапными подергиваниями, особенно на лице, в кистях рук и ногах. Периоды сна REM могут продолжаться от 10 мин в начале цикла сна до 1 ч в его конце.

Исследования обнаружили, что большинство людей каждую ночь завершают от 4 до 6 полных циклов сна, причем каждый цикл длится примерно от 90 до 100 мин. Эти циклы варьируются по составу, однако в начале ночи большая часть времени проводится на стадии 3 и 4 сна, причем сон стадии 2 и сон REM преобладают позднее. Типы сна могут также варьироваться в течение жизни индивидуума. В среднем, грудной ребенок спит примерно 16 ч/сутки, в отличие от 70-летнего человека, который спит лишь примерно 6 ч/сутки. Хотя сон REM включает примерно половину всего сна при рождении, он в конечном счете уменьшается только примерно до 25% от общего времени сна в пожилом возрасте. Типы сна также значительно варьируются среди индивидуумов и даже среди различных культур (например, с точки зрения дремоты).

Независимо от оптимальных циклов или типов сна у любого конкретного индивидуума, многие люди испытывают затруднения при засыпании, пробуждаются в середине цикла сна или лишены оптимального сна и проводят время своего сна не так хорошо как могли бы. Для преодоления связанных со сном проблем многие желающие заснуть люди для засыпания принимают снотворные препараты, прибегают к психологической терапии, испытывают расслабляющие методики перед сном, или просто хорошо справляются с бессонницей. Другие люди не осознают, что они плохо спят, и тем страдают от последствий недостаточного сна. Для многих отходящих ко сну людей было бы желательно иметь способ достижения периодов эффективного сна, независимо от индивидуума, его окружения и времени, предоставленного для сна.

Изложение существа изобретения

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для достижения эффективного сна и более продуктивного использования времени сна. Посредством принципов навязывания ритма сна и управления сном можно установить связь с бессознательным состоянием спящего для того, чтобы вызвать прохождение через различные стадии сна. Используемый здесь термин «стадия», поскольку он относится к стадиям сна, предназначен для обозначения не только 6 стадий сна, указанных в современной популярной литературе о сне, но он также предназначен для обозначения и включения всех форм распознаваемых состояний, стадий и типов сна, а также физиологических, характерных типов сна, которые может испытывать конкретный спящий на регулярной основе. Когда индивидуум спит, независимо от того, упрощена ли классификация этого сна на 6 стадий, общих для всех спящих, или оставлены более сложные стадии, индивидуальные для спящего, физиологические характеристики индивидуума иллюстрируют распознаваемые типы этого индивидуума. Эти типы идентифицируют, в какой части видов сна находится индивидуум. Термин «стадия» используется здесь для различения частей сна распознаваемыми и измеряемыми типами, характерными для спящего индивидуума.

Устройство согласно изобретению содержит процессор, соединенный с различными периферийными устройствами, такими как мониторы одной или нескольких физиологических характеристик, генераторы одного или нескольких сенсорных стимулов, запоминающее устройство, принтеры, дисплеи и другие устройства ввода и вывода сигналов. Мониторингом выбранных физиологических характеристик спящего можно определить, в какой стадии сна находится спящий, когда спящий переходит в другую стадию сна, и то, следует ли спящий руководству устройства управления сном. Один или несколько сенсорных стимулов генерируются для руководства прохождением спящего через различные стадии сна эффективным образом. Процессоры в различных вариантах осуществления изобретения могут быть сконфигурированы для приема желательной продолжительности периода сна, расчета эффективного цикла сна спящего индивидуума и руководства его прохождением через эффективный цикл сна путем мониторинга физиологических характеристик спящего индивидуума и генерирования соответствующих сенсорных стимулов для руководства вхождением спящего индивидуума в одну или несколько желательных стадий сна с желаемой скоростью, определяемой процессором, для удовлетворения нужд спящего и/или других критериев.

Краткое описание чертежей

Предшествующие и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания конкретных вариантов осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает блок-схему простого способа управления типами сна спящего индивидуума,

фиг.2 - блок-схему устройства управления сном, согласно изобретению,

фиг.3 - вид сверху устройства управления сном, согласно изобретению,

фиг.4 - блок-диаграмму сложного способа управления типом сна спящего индивидуума, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов

осуществления изобретения

Настоящее изобретение относится к достижению периодов эффективного сна, даже когда в распоряжении имеется лишь небольшое время для сна, когда период сна прерывается и когда спящий желает проснуться в определенное время. Использованием способов и устройства, сконфигурированного в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, спящий индивидуум может наслаждаться более эффективным сном, просыпаться с ощущением большей свежести и причем для этого ему потребуется меньше времени для сна, чем без использования устройства.

У каждого человека есть определенные привычки сна и определенные типы физиологических характеристик, показательных для сна индивидуума. Некоторые люди могут обходиться тремя-четырьмя часами сна, в то время как другим требуется 9-10 ч для того, чтобы чувствовать себя отдохнувшим. Правильное количество сна представляет собой то, которое позволяет индивидууму ощущать себя отдохнувшим и бодрым. Когда сон прерывается, на следующий день могут присутствовать ощущения усталости и раздражительности. Многие люди испытывают трудности при засыпании, легко пробуждаются ото сна или неэффективно спят, что приводит к ощущениям усталости или изнеможения, неспособности сконцентрироваться и затруднения пребывания в состоянии бодрствования в течение дня. Ввиду того, что спящий не может сознательно контролировать, в какой стадии сна он находится в каждый данный период времени, или то, как долго он остается в конкретной стадии сна, многие спящие испытывают опустошенность и усталость, связанные с типами неэффективного сна.

В публичных заявлениях, терапии и гипнозе принципы навязывания ритма и управления обычно используются как путь установления связи с аудиторией или субъектом для содействия индивидууму в переходе к другому отношению или в другое эмоциональное состояние. Например, навязывание ритма при публичных заявлениях в простейшей форме представляет собой имитацию того, что аудитория делает в это время. Это может включать приспособление к некоторым характеристикам аудитории, например отношению, настроению, уровню шума или уровню возбуждения аудитории. Управление при публичном заявлении представляет собой то, что докладчик говорит или делает, что предназначено для изменения состояния сознания, отношения или уровня возбуждения аудитории. Если аудитория следует за управлением, докладчик может оказывать воздействие для изменения аудитории желаемым для докладчика образом. Сначала путем навязывания ритма аудитории, докладчик может легче и часто без осознания этого аудиторией изменить характеристику аудитории. Таким образом, навязывание ритма и управление работают вместе в качестве инструментов для усиления эффективной публичной речи.

Было обнаружено, что посредством модели навязывания ритма и управления в общении докладчики легче устанавливают связь со своей аудиторией. Например, если клиент сидит со скрещенными ногами и откинувшись назад и профессионал делает нечто аналогичное, то они оба способны установить определенный уровень понимания. Если клиент говорит в визуальных терминах и жестикулирует или говорит быстро, то профессионал сможет гораздо лучше объяснить вещи и установить контакт с клиентом, если будет делать то же самое. Связь, установленная посредством навязывания ритма и управления, в целом считается больше подсознательной, чем сознательной.

Навязывание ритма и управления представляет собой форму выработки поведенческих условных рефлексов, которая работает на животных и на людях. В хорошо известном примере выработки поведенческого условного рефлекса русский ученый Иван Павлов (1849-1936) обнаружил, что путем воздействия обычного раздражителя каждый раз, когда его испытуемые собаки получали корм, он смог вызвать у собак слюноотделение просто воздействием такого же раздражителя, т.е. колокольчика или белого лабораторного халата, даже когда собак не кормили. Другими словами, с помощью раздражителя слюноотделения Павлов мог руководить слюноотделением у собак. Этот пример иллюстрирует эффект, который может оказывать на субъекта длительное навязывание ритма и управления.

Управление не является когнитивным процессом; субъект не управляется сознательно. Когда сенсорный стимул связан с физиологическими характеристиками индивидуума и сенсорный ввод изменяется, физиологическая реакция тоже изменяется. Для типов сна, когда известны конкретные физиологические характеристики и типы субъекта и известны стимулы, на которые реагирует субъект, то соответствующие стимулы могут быть предоставлены спящему в соответствующие моменты времени для воздействия на типы сна спящего.

В вариантах осуществления настоящего изобретения используются способы навязывания ритма, управления и выработки поведенческих, условных рефлексов на типы и циклы сна. На фиг.1 представлен первый способ управления типом сна спящего индивидуума. В качестве исходного этапа управления типом сна спящего индивидуума контролируется одна или несколько физиологических характеристик спящего (этап 2). В данной области существует много измеряемых физиологических характеристик, которые могут идентифицировать, на какой стадии сна спящий находится в любое заданное время. Путем измерения и контроля одной или нескольких из этих физиологических характеристик исследователи в настоящее время могут определять, в какой стадии сна находится спящий и когда спящий перешел или перейдет в другую стадию сна. Соответствующим образом сконфигурированный процессор может также программироваться для распознавания стадий сна и переходов между ними с использованием хорошо известных методик распознавания типов сна. Примеры физиологических характеристик, которые, как известно в настоящее время, представляют собой показатели стадий сна, включают, но не ограничиваются, частоту сердечных сокращений, артериальное давление, типы волн мозга, мышечное напряжение, движение глаз, шумы, громкость шумов, положение тела, движение тела, частоту движений тела, дыхание, усилие при дыхании, дыхательный воздушный поток, температуру тела, кровоток, уровень кислорода в крови и химический состав крови спящего. Соответствующие датчики и оборудование для мониторинга каждой из этих физиологических характеристик хорошо известны в данной области и доступны (например, Philips Medical System of The Netherlands, Hewlett-Packard of Palo Alto, California и Elixa of Albuquerque, New Mexico).

В простых вариантах осуществления изобретения, после определения того, что индивидуум находится в пределах определенной стадии сна, может создаваться сенсорный стимул или может быть изменена одна или более характеристик возбуждающих сенсорных стимулов (этап 4) для направления индивидуума в другую стадию сна. Сенсорные стимулы могут представлять собой любые стимулы, которые могут улавливаться спящим. Например, сенсорные стимулы могут включать свет, звук, запах, вибрацию, тепло или холод, влагу, электрический разряд, регулировку жесткости или угла наклона постели спящего, или даже изменения воздушного потока, такие как легкое движение воздуха, или состав воздуха, уровень кислорода, и любые другие характеристики, которые может воспринимать спящий. Регулировки сенсорных стимулов, которые можно производить для направления спящего в другую стадию сна, могут включать, но не ограничиваются, регулировки величины или количества, тона, качества, типа, частоты, угла, состава, положения источника, положения подачи или любые другие регулировки сенсорных стимулов, хотя и небольшие, которые может воспринимать спящий индивидуум.

Далее описано определенное применение изобретения. Тип волн мозга спящего или другую физиологическую характеристику можно контролировать для определения стадии сна, в которой находится спящий. При соответствующем кондиционировании, как полнее описано ниже, когда волны мозга отражают то, что спящий находится в определенной стадии сна, например стадии 1 сна, соответствующим источником может генерироваться соответствующий слуховой тон заданной частоты, объема и/или типа. Слуховой тон используется для навязывания ритма сна спящему индивидууму установлением связи с подсознанием спящего. Изменение тона, например изменение частоты, с которой он гармонирует, затем используется для направления спящего в следующую стадию сна, в данном случае, стадию 2 сна, или для направления спящего к переходу на определенные физиологические характеристики.

Этот процесс может продолжаться с использованием тех же или других слуховых тонов или других стимулов для проведения спящего через различные стадии сна в течение периода сна оптимальным образом, каждый раз устанавливая связь и проводя спящего через сон. Путем непрерывного мониторинга текущей стадии сна и физиологических характеристик спящего при проведении спящего через стадии сна устройство управления сном, сконфигурированное в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, может адаптировать тип сна спящего для обеспечения эффективного сна, даже в случаях прерывания сна. Переход от сна NREM ко сну REM и в обратном направлении является важным для ощущения спящим чувства свежести и восстановления сил организма спящего. Соответственно, определенные варианты осуществления изобретения могут быть альтернативно сконфигурированы для сосредоточения в первую очередь на широком мониторинге физиологических характеристик сна NREM и REM и генерирования стимулирующих раздражителей для навязывания ритма сна и управления спящим для его вхождения в сон REM из сна NREM или любую другую стадию сна и для возврата в сон NREM из сна REM в соответствующие отрезки времени.

На фиг.2 показана схема устройства 10 для реализации способов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 содержит процессор 12, сконфигурированный посредством аппаратного обеспечения, программного обеспечения или их обоих, для сообщения с каждым из ряда ассоциированных периферийных устройств. Среднему специалисту в данной области понятно, что процессор 12 может содержать один процессор 12, или он может быть разделен на два или более процессоров 12, и что процессор 12 посредством периферийных устройств, соединенных с процессором 12, контролирует работу устройства управления сном и проводит спящего через сон. Процессор 12 может быть сконфигурирован по-разному для каждого варианта осуществления изобретения для координации и обеспечения возможности различного установления профиля спящего, мониторинга физиологических характеристик, интерпретации полученных данных физиологических характеристик, картирования типов сна и физиологических характеристик спящего в течение цикла сна, определения текущей стадии сна спящего, идентификации того, какие физиологические характеристики указывают на то, когда спящий находится на грани перехода в новую стадию сна, и какие характеристики стимулирующих раздражителей будут навязывать ритм и управлять переходом спящего в новую стадию сна и генерирования сенсорных стимулов для навязывания ритма сна и перевода спящего в новую стадию сна.

Любое количество стандартных и нестандартных периферийных устройств может быть функционально связано с процессором 12 для содействия проведению различных вариантов осуществления изобретения. Например, один или более мониторов 14 физиологических характеристик (РСМ) могут быть соединены с процессором для мониторинга спящего. РСМ могут включать любое устройство, сконфигурированное для выявления любой физиологической характеристики. Некоторые конкретные примеры включают, но не ограничиваются, электроокулографы, электромиографы, электроэнцефалографы и другие полисомнографические мониторы, микрофоны, датчики движения, датчики влаги, мониторы мышечного напряжения, манжеты артериального давления, респираторы, пульсовые оксиметры, термометры и им подобные, и любой другой датчик, который может выявить физиологическую характеристику спящего.

Генератор 16 сенсорных стимулов также функционально соединен с процессором 12 для сообщения с процессором 12 при подаче сенсорных стимулов к спящему индивидууму. Генератор 16 сенсорных стимулов может включать любое устройство, сконфигурированное для генерирования любого стимула, который может восприниматься спящим через ощущения. Некоторые конкретные примеры устройств, сконфигурированных для генерирования стимулов, включают, но не ограничиваются, громкоговорители, вибраторы, лампы, электрические контакты, фены, нагреватели, охладители и им подобные устройства. Точная конфигурация генератора 16 сенсорных стимулов может иметь множество форм, например наушники, маска, головная лента, пояс, запястная лента, кольцо, настенный и любой другой генератор, включая генераторы для генерирования стимулов из удаленного положения, такого как торцевой столик, шкафчик или выдвижная ручка около спящего.

Могут также быть включены другие вводы 18 и выводы 20 для помощи взаимодействию с процессором 12 или для приема данных от процессора 12. В определенных вариантах осуществления изобретения персональный компьютер, загруженный операционным программным обеспечением Microsoft Windows, можно использовать в качестве процессора, и он может быть соединен с различными периферийными устройствами для функционирования в качестве устройства управления сном. В других вариантах осуществления можно использовать другие операционные системы, языки программирования или даже просто машинный код. Включено также запоминающее устройство 22, такое как RAM (запоминающее устройство с произвольной выборкой) и/или ROM (постоянное запоминающее устройство), для обеспечения возможности хранения данных. Можно также включать дополнительное запоминающее устройство 22, такое как резервная память, запоминающие накопительные устройства, такие как запоминающее устройство в виде компактного или цифрового видеодиска, магнитное запоминающее устройство или любое другое запоминающее устройство, обычно используемое с компьютерами для хранения данных. Может также использоваться принтер 24 и дисплей 26.

Как ясно специалисту в данной области, варианты осуществления устройства управления сном в соответствии с изобретением могут включать дорогостоящее оборудование и способы, которые могут быть практически доступны только в клинике сна или любом другом медицинском учреждении, или могут быть сконфигурированы с менее дорогим оборудованием для персонального использования в домашних условиях. Хотя электроэнцефалографы точнее, чем пульсовой оксиметр, идентифицируют точный период сна спящего, стоимость электроэнцефалографа может быть гораздо больше, чем стоимость пульсового оксиметра. Соответственно, специалисту в данной области из описания ясно, что определенные способы можно выполнять с гораздо большей точностью и с более быстрым получением результатов специализированным полисомнографическим оборудованием. Для изобретения не имеет решающего значения, какая конкретная модель или марка периферийного устройства или процессора используется в вариантах осуществления изобретения. Специалист в данной области легко сможет выбрать и использовать соответствующие элементы для устройства управления сном согласно представленному описанию.

На фиг.3 представлен более простой вариант осуществления устройства управления сном согласно настоящему изобретению. Устройство 30 содержит дисплей 32, клавиатуру 34 ввода, громкоговоритель 36, панель 38 прокрутки и разъем 40 ввода и/или вывода. В корпусе 42 устройства 30 установлен процессор (такой как процессор, показанный на фиг.2) и другое связанное с ним аппаратное и программное обеспечение. Дисплей 32 может представлять собой любой дисплей, обычно используемый для электронных устройств, например жидкокристаллический дисплей светоизлучающий диод, лазерный диод, плазменный, любой сенсорный дисплей и т.п. Клавиатура 34 ввода и панель 38 прокрутки могут представлять собой любое клавиатурное или сенсорное устройство, известное в данной области, которое позволяет пользователю вводить команды в процессор. Аналогично конкретный тип громкоговорителя 36 не имеет решающего значения для изобретения. Разъем 40 ввода и/или вывода может представлять собой любое соединение между процессором и периферийным устройством. В конкретных вариантах осуществления изобретения можно использовать, например, кабель для последовательного или параллельного ввода данных, например кабель, обычно используемый между персональным компьютером и периферийным устройством. Разъем 40 ввода и/или вывода настоящего варианта осуществления предназначен для соединения с РСМ, проводящим мониторинг спящего. Альтернативно, для снижения вероятности того, что спящий запутается в проводе и его сон прервется РСМ или генератором стимулов, прикрепленным к спящему, можно использовать беспроволочные РСМ и генераторы стимулов. Использование беспроводных РСМ и генераторов стимулов имеют особое преимущество в вариантах осуществления настоящего изобретения, потому что они снижают риск прерывания сна. Технологии беспроволочной связи хорошо известны в данной области. Некоторые примеры беспроводной связи, которые можно определенно использовать в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются, технологии Bluetooth, WiFi, клеточные технологии, радиоволновые технологии, красные и инфракрасные технологии и технологии использования других частот сигналов связи, кодированных или некодированных, смешанных или несмешанных с другими сигналами-носителями.

В более сложном варианте осуществления настоящего изобретения процессор с периферийными устройствами (фиг.2 или 3) сконфигурирован для выполнения одной или нескольких частей способа, показанного и описанного со ссылкой на фиг.4. Разработчикам аппаратуры и программного обеспечения мониторов физиологических характеристик понятно, как соответствующим образом сконфигурировать варианты устройства управления сном для реализации описанных ниже способов с использованием аппаратных решений, программных решений или, более вероятно, комбинации обоих.

В соответствии с вариантом осуществления способа управления стадиями сна спящего (фиг.4) одна или несколько физиологических характеристик спящего может контролироваться соответствующим процессором посредством РСМ (этап 50). Как объяснялось ранее, с помощью мониторинга физиологических характеристик спящего можно определить не только, в каком состоянии сна находится спящий, но и то, какие физиологические характеристики конкретного спящего индивидуума лучше всего указывают на то, что спящий почти переходит в определенную стадию сна, и какой сенсорный стимул эффективен для перевода спящего в определенную стадию сна. Таким образом, может быть установлен и сохранен персонализированный профиль спящего. Профиль может без ограничения включать любую следующую информацию, указывающую на стадии сна спящего, физиологические характеристики, указывающие на стадии сна, и переходы между стадиями сна, и установки стимулов для навязывания ритма сна и проведения спящего через стадии сна.

Например, у одного индивидуума может выявляться один конкретный тип волн мозга или определенная частота пиков волн мозга при переходе ко сну REM, а у другого индивидуума может выявляться другой тип волн мозга или другая частота пиков волн мозга. В качестве другого примера у первого индивидуума может быть значительное изменение частоты сердечных сокращений и малозаметное изменение дыхания в ходе стадии 2, в то время как у второго индивидуума может быть меньшее изменение частоты сердечных сокращений и более заметное изменение дыхания. Кроме того, один спящий может легче реагировать на шум или даже словесные инструкции во время сна для навязывания ритма сна и управления сном спящего, а другой спящий может легче реагировать на изменения окружающей температуры или воздушного потока. Так, в некоторых вариантах осуществления изобретения устройство управления сном может быть сконфигурировано для мониторинга физиологических характеристик спящего, для точного определения конкретных типов сна и физиологических характеристик спящего (этап 52) и для установления персонализированного профиля спящего.

Подстройка под спящего индивидуума (этап 52) может включать простой мониторинг типов сна и/или физиологических характеристик спящего, или может дополнительно включать подачу сенсорных стимулов спящему для определения реакций физиологических показателей и типа сна спящего на эти сенсорные стимулы. Подстройка устройства управления сном под спящего может включать такие стадии, как: оценку того, какие физиологические характеристики наиболее ясно указывают на изменение между стадиями сна спящего; какие типы физиологических характеристик возникают и в какую часть цикла сна спящего или в каких условиях; как реагируют физиологические характеристики спящего, когда сон прерывается; оптимальную продолжительность и типы цикла сна спящего; какой сенсорный стимул работает наиболее эффективно для навязывания ритма сна и/или проведения спящего через стадии сна; регистрации этих данных или данных, указывающих на них в персонализированном профиле сна спящего, Настройка включает любой способ, который собирает информацию о спящем индивидууме или типах сна спящего, для использования в персонализации процесса управления сном конкретного спящего индивидуума. Для подбора способа применительно к определенному спящему индивидууму можно использовать многие другие процессы.

Путем использования для спящего многомерного пространственного профиля, известного специалистам в области математики, можно провести тестирование множественных переменных величин, и они могут одновременно изменяться для получения оптимальной комбинации стимулов, приводящей к разнообразным реакциям физиологических характеристик. В зависимости от характеристик сна, нужных определенному спящему индивидууму, подход в виде многомерного пространственного профиля позволит устройству управления сном сфокусироваться на определенных выгодах сна, нужных спящему, и предоставить методики навязывания ритма сна и управления сном, наиболее эффективные для спящего. Например, для конкретного спящего можно провести масштабирование определенного значения по умолчанию или другого установленного профиля, или удерживанием постоянными определенных переменных величин, таких как длительность стадий сна и им подобных, в то время как другие могут изменяться. Имеется множество возможных вариаций, и специалистам в данной области из предоставленного описания понятно, как установить и поддерживать соответствующий персональный профиль для навязывания ритма сна и проведения через цикл сна. Специалистам в данной области из описания также понятно, что различные способы изобретения не требуют подбора для конкретного спящего перед попыткой навязывания ритма сна или ведения спящего. Персонализированный профиль, включающий любое количество переменных величин, может быть сформирован в то время как устройство управления сном навязывает ритм и управляет сном спящего, или его можно даже не использовать в определенных вариантах осуществления, в зависимости от конкретного применения изобретения и анамнеза управления конкретного спящего. Однако предшествующий подбор и обращение к сохраненному персонализированному профилю сна могут обеспечить лучшие результаты, чем без подбора, как поясняется ниже.

Когда наступает время управления сном спящего индивидуума, то производится мониторинг одной или нескольких физиологических характеристик спящего (этап 54). Если устройство управления сном было ранее подстроено с учетом особенностей спящего, устройство управления может легче контролировать только одну или две физиологические характеристики для ранее оцененных индикаторов определенных стадий сна. Тем не менее можно контролировать, по меньшей мере, одну физиологическую характеристику спящего для определения, на какой стадии сна находится спящий (этап 56) на основании собранных данных, одновременно контролируя физиологическую характеристику. Полисомнографы в данной области хорошо приспособлены для идентификации и различения стадий сна у спящего на основании данных физиологических характеристик.

Необязательно можно определить конкретные стадии сна у спящего (этап 56). Спящему можно навязывать ритм сна (этап 58) для начала установления связи со спящим. Как будет ясно специалисту в данной области, нет необходимости знать конкретную стадию сна спящего, и бывают случаи, когда предварительно определенная стадия сна может не существовать. Например, апноэ (остановка дыхания) во сне у некоторых спящих представляет собой часто встречающуюся проблему, которая не позволяет спящим иметь полноценный ночной сон, потому что спящий прекращает дышать на продолжительные периоды времени в течение ночи. Лица, страдающие апноэ во сне, часто не могут дойти до глубокого сна и имеют нерегулярные стадии сна, потому что они регулярно просыпаются в течение ночи. Тем не менее без знания того, в какой действительной стадии сна пребывает спящий, устройство управления сном может стимулировать дыхание или другие физиологические характеристики спящего и направлять спящего для вхождения в более глубокую стадию сна по отношению той, в которой он находится. Это может быть осуществлено, например, и без ограничения выявлением типа физиологической характеристики, который возникает перед началом стадии апноэ, и затем направляя спящего к другому физиологическому типу из апноэ так, чтобы спящий не испытывал апноэ во сне и мог лучше спать. Как видно по этому примеру, стадии, упоминаемые в настоящем описании, не ограничиваются определенными стадиями сна, но шире включают типы физиологических характеристик, которые можно контролировать. Путем навязывания ритма сна и управления спящим эти типы физиологических характеристик можно изменить для лучшего использования времени сна спящего.

Три других примера категорий нетрадиционных стадий сна относятся к ночному недержанию мочи, «лунатизму» и ночным кошмарам. Путем мониторинга одного или нескольких физиологических характеристик спящего (этапы 50 и 54) определенные варианты осуществления изобретения могут подстраиваться под спящего (этап 52) и определять стадии сна (этап 56), характерные для спящего на грани возникновения ночного мочеиспускания, лунатизма или ночных кошмаров. Аналогично объяснению того, как устройство проводило бы навязывания ритма сна и управление спящим, страдающим апноэ во сне, нет необходимости знать конкретную предварительно определенную стадию сна спящего. Устройство должно только быть способно выявить, распознать и отреагировать на определенные типы физиологических характеристик, указывающих на вхождение в стадию сна, на которой испытываются нежелательные явления. Затем спящему можно навязать ритм сна (этап 58) и перевести его (этап 64) на другой физиологический тип, выведя из нежелательного типа, чтобы спящий не испытывал нежелательных явлений. Как ясно из настоящего описания, варианты осуществления изобретения можно использовать для помощи спящим в преодолении разнообразных проблем, которые прерывают сон. Здесь были представлены несколько неограничивающих примеров, но специалисты в данной области легко смогут адаптировать раскрытые здесь способы и устройство для помощи спящим в преодолении или, возможно, избегания множества связанных со сном проблем.

В определенном варианте осуществления изобретения стимул, используемый для управления спящим, представляет собой человеческий или синтезированный человеческий голос, обеспечивающий спящему подсознательные раздражители или внушения. Когда индивидуум спит, он более склонен следовать внушениям, чем в бодрствующем состоянии. Некоторые люди также более склонны следовать внушениям, чем другие люди. Во время подстройки устройства и установления персонализированного профиля для спящего предусматривается, что в определенных вариантах осуществления будут использоваться словесные внушения в качестве стимулов для определения того, можно ли навязать ритм спящему индивидууму и управлять им также словесными внушениями.

В другом варианте осуществления изобретения словесные инструкции предоставляются спящему индивидууму во время определенных стадий сна или когда спящий проявляет определенные физиологические характеристики или типы. Во время определенных периодов сна спящий может действительно лучше обучаться или лучше реагировать на инструкцию, чем в другие периоды сна. В прошлом предпринимались попытки использовать преимущество этой характеристики спящих проигрыванием кассет иностранных языков или других обучающих кассет во время сна. Ввиду того, что обучение происходит лучше только в течение определенных стадий сна, все же множество инструкций, предоставляемых во время других стадий сна, теряется. Варианты осуществления настоящего изобретения преодолевают эту проблему мониторингом физиологических характеристик спящего для определения того, когда спящий, вероятнее всего, обучится во время сна, и предоставляя словесные инструкции или, по меньшей мере, самые важные словесные инструкции, во время этой стадии сна. Ввиду того, что устройства управления согласно изобретению могут также навязывать ритм сна и направлять спящего в различные стадии сна, устройство действительно может направить спящего в стадию обучения во время сна, предоставить словесные инструкции для спящего, вести и поддерживать спящего в пределах стадии обучения в течение более длительного периода для выполнения инструкции. Стадию обучения во время сна можно определить путем подстройки и соответствующих данных, хранящихся в персонализированном профиле спящего. Как при любом другом варианте осуществления настоящего изобретения, персонализированный профиль можно скорректировать и уточнить во время последующего использования системы управления отметкой реакций и физиологических характеристик спящего. Специалисты в данной области знакомы с физиологическими характеристиками, проявляемыми во время стадий обучения во время сна и легко смогут приспособить и использовать раскрытые здесь устройства и варианты осуществления для использования более эффективного обучения во время их сна.

Навязывание ритма сна может включать повторение определенного сенсорного стимула каждый раз, когда контролируется определенная физиологическая характеристика. Для определения того, навязывает ли соответствующим образом сенсорный раздражитель ритм сна спящему (этап 62), осуществляют мониторинг одной или нескольких физиологических характеристик (этап 60). Посредством представленных примеров и обсуждений, где указан мониторинг физиологической характеристики, следует понимать, что эти объяснения можно равным образом отнести к мониторингу двух или более физиологических характеристик. Хотя мониторинг только одной характеристики может быть достаточным для реализации описанного здесь изобретения, ожидается, что, в зависимости от спящего, мониторинг множественных характеристик и их соответствующих типов предоставит более подробные показатели переходов между стадиями сна и эффективности навязывания ритма сна и управления сном спящего.

В конкретном примере навязывания ритма сна, когда выявлен порог конкретной физиологической характеристики, такой как глубокий вдох спящего, сенсорный стимул, например, короткий спокойный жужжащий звук, может издаваться из громкоговорителя 36 (фиг.3) или генератора 16 сенсорных стимулов (фиг.2). Каждый раз, когда спящий делает глубокий вдох, издается короткий спокойный жужжащий звук. Жужжащий звук достаточно спокойный, чтобы не нарушать сон спящего, и достаточно короткий, чтобы его можно было отличить от последующих жужжащих звуков, и чтобы создать подсознательную, подобную Павловской связь между дыханием спящего и жужжащим звуком. После периода времени, например 30-60 дыханий, для определения того, навязывается ли ритм сна спящему (этап 62), характеристику жужжания, такую как громкость, частота, длительность или время, слегка подстраивают. Производят мониторинг физиологической характеристики (этап 60) для определения того, оказывает ли подрегулированный жужжащий звук какой-либо эффект на дыхание спящего. Если, как предсказывалось, характеристика подрегулированного жужжащего звука вызывала сравнимую подстройку к физиологической характеристике спящего, можно предположить, что спящему навязывается ритм сна, и он управляется устройством управления сном. Если нет, то спящему можно навязывать ритм сна в течение более длительного периода времени, используя ту же, альтернативную или дополнительную физиологическую характеристику, используя альтернативный сенсорный стимул, или другой подстройкой к характеристике сенсорного стимула.

В другом примере использования изобретения спящему навязывают ритм сна (этап 58), используя мягкий жужжащий звук с частотой 60 Гц и длительностью 0,5 с в течение 30 дыханий. Для спящего во время подстройки ранее было определено, что жужжащий звук оказывает желательное воздействие навязывания ритма сна. Для определения того, навязывается ли ритм сна спящему (этап 62) жужжащий звук подстраивают до мягкого жужжащего звука с частотой 50 Гц, имеющего длительность 0,6 с, в течение нескольких дополнительных дыханий (например, 5-10) и контролируют дыхание спящего (этап 60). Необходимые подстройки жужжащего шума можно определить методом проб и ошибок, по опыту общения со спящими или по результатам калибровочных тестов у этого конкретного спящего индивидуума. В этом примере на основании результатов подстройки можно предвидеть, что изменение звука могло бы вызвать замедление частоты дыхания спящего. Независимо от изменения, которое происходит у спящего, если частота дыхания спящего изменяется соразмерно с изменением характеристик жужжащего шума, спящему на некотором уровне навязывается ритм сна устройством управления сном и осуществляется управление им.

Некоторым спящим можно легко навязывать ритм сна, и они требуют генерирования лишь нескольких или лишь менее экстремальных сенсорных стимулов для установления связи. Другие спящие для установления связи могут потребовать сенсорных стимулов в течение более длительного времени или большей величины. Хороший показатель того, какой сенсорный стимул наилучшим образом навязывает ритм сна и управляет прохождением спящего через стадии сна и какие физиологические характеристики указывают на то, что типы сна спящего навязываются и управляются, можно определить посредством подстройки устройства или перед навязыванием ритма сна, или сбором данных во время одного или нескольких циклов управления. Поскольку один спящий отличается от другого и может иначе реагировать на каждый подаваемый сенсорный стимул или тип подаваемого сенсорного стимула, предварительная подстройка устройства к конкретному спящему может обеспечить возможность более быстрого установления связи между спящим и устройством управления сном, сконфигурированным в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Установление персонализированного профиля сна для спящего включается в калибровку устройства с учетом характеристик спящего. Персонализированный профиль сна может храниться электронным или иным способом и передаваться от одного устройства к другому. В качестве части калибровки конкретного устройства с учетом характеристик спящего (этап 52) устройство может принимать персонализированный профиль спящего от другого компьютерного устройства для использования при навязывании ритма сна и для управления сном спящего с использованием настоящего устройства. Возможность передавать профили сна между устройствами или для хранения или создания архива можно использовать относительно сложное устройство для определения персонального профиля спящего. Это возможно, например, в клинике сна, а дома у спящего можно использовать относительно менее сложное устройство, такое как дистанционное портативное устройство.

После определения того, что спящий реагирует на навязывание ритма сна, спящий готов к переводу (этап 64) в другую стадию сна. Управление включает настройку характеристики генерируемого сенсорного стимула для того, чтобы вызвать желательное изменение физиологической характеристики спящего. Как и с навязыванием ритма сна, точный сенсорный стимул, используемый для инициации изменения физиологической характеристики спящего или для перевода спящего в новую стадию сна, можно определить посредством проб и ошибок, через опыт взаимодействия с другими спящими или через данные, полученные во время калибровки. Например, если спящий находится на стадии 2 сна, характеризуемой замедленной частотой сердечных сокращений и дыхания, конкретного спящего можно провести через стадию 2 сна в стадию 3 сна, характеризуемую дальнейшим замедлением частоты сердечных сокращений, дальнейшим замедлением дыхания и расслабленной мускулатурой, подачей сенсорных стимулов, имеющих характеристики для инициации замедленного дыхания. В качестве конкретного примера это может включать очень осторожную настройку описанного выше навязывающего ритм «жужжания» с воздействием в течение заданного времени (т.е. 2-15 мин) для постепенного замедления дыхания и частоты сердечных сокращений спящего до частоты, характерной для сна стадии 3 спящего. Для определения того, подчиняется ли спящий управлению его сном (этап 68), производится мониторинг, по меньшей мере, одной физиологической характеристики (этап 66) в то время, когда производится управление сном спящего (этап 64).

После определения того, что спящий подчиняется управлению его сном (этап 68), устройство управления сном, посредством мониторинга физиологических характеристик спящего, определяет, достиг ли спящий новой стадии сна (этап 70). Это может быть осуществлено прямым мониторингом волн мозга спящего или одной или более физиологических характеристик спящего, указывающих на стадию сна спящего. Если калибровка выполнялась ранее, то собранные калибровочные данные могут позволить устройству управления сном проводить мониторинг физиологических характеристик спящего, отличных от волн мозга, для объективного определения того, что спящий находится в определенной стадии сна. Однако, как должно быть понятно специалисту в данной области, изобретение не требует конкретных знаний, в какой стадии сна находится спящий, для навязывания ритма и управления сном спящего. Тем не менее, если спящий не достиг новой стадии сна (этап 70) или распознанного типа одной или нескольких физиологических характеристик, устройство продолжает управлять спящим (этап 64) до тех пор, пока не будет достигнута новая стадия сна (этап 70). Если спящий достиг новой стадии сна (этап 70), то устройство управления сном определяет, настало ли время пробуждения ото сна (этап 72). Если да, то устройство управления сном может разбудить спящего (этап 74) или может просто дать возможность спящему естественно пробудиться от поверхностного сна. Если еще не настало время для пробуждения спящего (этап 72), то устройство может навязывать ритм и/или управлять сном спящего в его прохождении через другую стадию или цикл сна. Альтернативно, если спящий находится на конечной стадии сна (т.е. стадии 1 или 2) и осталось лишь короткое время до момента, когда спящий должен проснуться, устройство управления сном может навязывать ритм и/или управлять сном спящего в его прохождении через более длинную конечную стадию до наступления времени пробуждения.

Предполагается, что выбранные варианты осуществления устройства управления сном настоящего изобретения будут сконфигурированы для обеспечения возможности спящему выбора длительности периода сна и расчета оптимального времени для каждой стадии сна и количества циклов сна, чтобы спящий оставался в конечной стадии сна в конце периода продолжительности сна в качестве оптимального типа сна для спящего. Таким образом, устройство управления сном может подбирать цикл сна в соответствии с потребностями спящего на основании того, когда спящему нужно проснуться, а не вариабельного времени, в которое спящий может заснуть. Например, если индивидуум обычно спит в течение восьми часов, а ему вместо этого нужно проснуться через четыре часа, то человек может выбрать соответствующее время пробуждения, и устройство оптимизирует сон спящего в течение ночи, независимо от того, как долго человек засыпает. Кроме того, если сон человека прерывается, то устройство управления сном может затем пересчитать периоды времени для стадий сна и количество циклов сна и продолжить управление спящим, проводя его через пересмотренный оптимальный тип сна. Получением сигнала обратной связи от спящего в форме реакций физиологических характеристик устройство управления сном может адаптироваться к определенным привычкам сна спящего и в любом окружении, которое человек выбрал для сна, обеспечивая человеку оптимальный сон в этом окружении.

Предполагается также, что каждый раз, когда спящий управляется устройством управления сном согласно изобретению, спящему будет легче навязать ритм сна сенсорным стимулом, и он будет следовать за ним. Предусматривается, что в вариантах осуществления изобретения, в отличие от навязывания ритма и управления сном с использованием небольших физиологических характеристик, таких как частота сердечных сокращений или дыхания, навязывание ритма и управление сном может выполняться в большем масштабе. Например, считают, что подобно собакам Павлова, у которых был выработан условный рефлекс слюноотделения, когда они слышали колокольчик, у спящих со временем может быть выработан условный рефлекс изменения стадий сна в ответ на один или несколько выбранных сенсорных стимулов. В одном варианте осуществления посредством стандартного навязывания ритма и управления сном, как описано выше, или просто во время мониторинга типов естественного сна спящего сенсорные стимулы подаются в выбранные моменты цикла сна спящего, например около переходов из одной стадии сна в другую или когда физиологическая характеристика достигает значительной отметки или порога смены на стадию сна или цикл сна. Путем подачи сенсорных стимулов каждый раз в один и тот же момент стадии сна у спящего можно выработать условный рефлекс движения к точке стадии сна, имеющей физиологические характеристики, указывающие на стадию сна в ответ на сенсорные стимулы. Таким образом, необходимые сенсорные стимулы для управления спящим через эффективный сон могут со временем уменьшаться.

В одном конкретном варианте осуществления изобретения устройство управления сном калибруется для определенного человека в клинике сна с использованием полисомнографического оборудования. Устройство управления сном может калиброваться для определенного человека мониторингом типов сна, соответствующих физиологических характеристик и изменений физиологических характеристик человека в ответ на выбранные сенсорные стимулы, как указано выше. Спящему можно также навязывать ритм и управлять сном во время многочисленных циклов сна в клинике для начала подготовки к управлению сном и для уточнения калибровочных данных устройства управления сном. В последующем человек может использовать домашний вариант устройства управления сном, которое включает полисомнографическое оборудование для временного домашнего использования для подтверждения того, что человек все еще готовится к управлению сном, и что дальнейшая калибровка не требуется. Длительность использования полисомнографического оборудования зависит от того, как легко подсознание спящего воспринимает управление сном и как легко устанавливается связь. В конечном счете, может потребоваться лишь простое устройство управления сном, которое осуществляет мониторинг только одной или двух физиологических характеристик спящего и навязывает ритм и управляет сном с помощью только одного типа сенсорного стимула, т.е. звука, света или вибрации. Как объяснялось ранее, личный профиль сна человека может передаваться между устройствами для упрощения последующей калибровки относительно менее сложными устройствами.

Для выработки у спящего условных рефлексов на устройство управления сном можно использовать множественные сенсорные стимулы, чтобы вызвать желательную физиологическую реакцию, и для привязки сенсорного триггера к этой реакции. Например, известно, что световые вспышки, направленные в глаза индивидуума с определенными частотами, вызовут соответствие волн мозга индивидуума частотам вспышек света. Для содействия направлению спящего через стадию сна световые вспышки или другой стимул можно исходно использовать в качестве первоначального стимула, чтобы вызвать соответствие волн мозга спящего желательной частоте конкретной стадии сна в некую точку цикла сна. Мониторинг волн мозга можно осуществлять соответствующим полисомнографическим оборудованием для определения того, подвергается ли спящий навязыванию ритма сна и управлению проведением через стадии сна первичным сенсорным стимулом световыми вспышками. Вторичный стимул, такой как слышимое «жужжание», можно использовать в сочетании со световыми вспышками для создания связи между «жужжанием» и теми типами волн мозга, которые вызваны световыми вспышками. Со временем, посредством эффективной выработки условных рефлексов, первичный стимул можно удалить, и для того чтобы вызвать типы волн мозга, можно использовать только вторичный стимул. Одно преимущество этого вида выработки условного рефлекса состоит в том, что спящий в домашних условиях может использовать менее дорогое и менее сложное оборудование для создания «жужжания» и для мониторинга других вторичных показателей стадии сна, после того как был выработан условный рефлекс, в течение некоторого времени используя более дорогое оборудование мониторинга и сенсорного навязывания ритма сна.

Изложенные здесь варианты осуществления и примеры были представлены для наилучшего объяснения настоящего изобретения и его практического применения и для обеспечения возможности использования изобретения специалистами в данной области. Однако специалистам в данной области понятно, что описание и примеры представлены только в целях иллюстрации. Изложенное описание не ограничивает изобретение точной описанной формой. Возможно множество модификаций и изменений без отхода от сущности и диапазона формулы изобретения. Например, ожидается, что раскрытые способы не ограничиваются применением для людей, а могут также работать для животных, имеющих проблемы со сном.

Реферат

Изобретение относится к области медицины. Способы управления типом сна спящего заключаются в осуществлении мониторинга физиологических характеристик спящего, указывающих на текущую стадию сна спящего, генерировании сенсорного стимула для навязывания спящему ритма сна и изменении сенсорного стимула для перевода спящего в стадию сна, отличную от текущей стадии сна. Устройства для настройки типа сна содержит монитор физиологической характеристики, генератор сенсорного стимула, процессор, функционально связанный с монитором физиологической характеристики и генератором сенсорного стимула. Процессор предназначен для приема входящего сигнала от монитора физиологической характеристики и обеспечения выходного сигнала для генератора сенсорного стимула. Применение данной группы изобретений позволяет достигнуть эффективного сна и более продуктивного использования времени сна. 5 н. и 79 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула