用于提高竞技表现的光生物调节系统

摘要

一种用于提高受试者竞技表现的自我管理系统，该系统包括：经配置的辐照单元，该经配置的辐照单元包括第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元，其中：(A)所述第一经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级视觉皮层的OZ位置的第一区域；(B)所述第二经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的CZ位置的第二区域；(C)所述第三经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的C3位置的第三区域；(D)所述第四经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的C4位置的第四区域。

说明书

技术领域

本发明涉及光生物调节，更具体地，涉及用于提高竞技表现的光生物调节的系统和方法。

背景技术

空间感知是一个人意识到他或她与周围环境以及与他或她自己的关系的能力。

空间感知和定位感与体育和竞技表现高度相关。例如，职业足球运动员对身体运动学的感知通常高于正常水平，这有助于他们应对复杂、动态的视觉场景。在花样滑冰中，这种能力是以最高水平训练的。再举一个例子，击剑运动员的成绩水平与空间感知相关的技能(例如视觉辨别、视觉空间关系、视觉顺序记忆、狭窄的注意力焦点和视觉信息处理)高度相关。

这甚至适用于电竞、使用视频游戏的体育比赛。研究发现，玩高水平电竞射击游戏的人具有更好的成熟的空间感知技能，例如在外围和识别任务中的表现更快、更准确。

视觉处理是指大脑使用和解释来自我们周围世界的视觉信息的能力。

视觉处理通常与空间感知相结合。一项研究发现，在实际比赛中从简短呈现的视觉显示中更快地获取信息的板球运动员明显更好的是击球手。另一项研究表明，视觉处理技能对于冰球运动员在冰上的实际表现很重要。

运动技能是一种学习能力，能够以最大的确定性产生预定的移动结果。运动学习是由于实践或经验而导致的技能执行能力的相对永久性的变化。运动表现是执行运动技能的行为。运动技能的目标是优化成功且准确地执行技能的能力，同时减少能量消耗。这可以通过持续练习特定的运动技能来实现。

体育中使用的运动技能存在许多不同类型，包括跑步、跳跃、蹦跳、飞奔、翻滚、跳动、躲避、滑行、投掷、接球、踢球、打击、运球、平衡、扭转、转身和弯曲。一个很好的例子是体操，其中，许多上述运动技能必须以高水平执行。

手眼协调是眼部移动与手部移动的协调控制以及视觉输入的处理，以引导伸手和抓握以及使用手的本体感觉来引导眼睛。

众所周知，手眼协调与竞技表现有关。在体育中，如果眼睛和手遵循相同的空间轨迹，则跟踪性能会提高，但如果眼睛领先手大约75到100毫秒，则效果会更好。这表明来自眼睛控制系统的信息会迅速输入到手运动控制系统中，以协助其由空间感知和其他功能支持的跟踪和肌肉执行。

反射是指对刺激做出反应而没有经过深思熟虑的行为。条件反射，也称为条件反应，是一种获得性反应，在这种反应中，受试者学会将以前不相关的中性刺激与引发特定反应的不同刺激联系起来。

对于许多需要对刺激做出快速反应且不会因深思熟虑而减慢的运动员来说，良好的反射非常重要。例如，短跑运动员必须通过在不到200毫秒内对发令手枪的声音(刺激)做出反应开始突然爆发，否则他们将在竞争者面前立即处于劣势。再举一个例子，网球运动员在没有经过深思熟虑的情况下回击来球；一个状态良好的球员会迅速判断球的飞行轨迹，并以正确的时机和力量将球击回。

可塑性是指大脑改变和适应环境影响并训练/学习的能力。专业运动员或希望成为专家的人需要持续且有针对性地训练，以提高大脑的可塑性并增强肌肉记忆。

光生物调节(PBM)，也称为低强度光疗法(LLLT)，是一种生物刺激技术，在治疗某些疾病(包括痴呆症和阿尔茨海默病)方面已经显示出前景。PBM可以用于刺激大脑以提取理想的结果。

PBM相互作用的生化机制可以被分为直接影响和间接影响。直接影响包括增加离子通道(例如Na+/K+ATP酶)的活性，间接影响包括调节重要的次级信使，例如钙、环磷酸腺苷(cAMP)和活性氧(ROS)，所有这些都会导致多种生物级联反应。这些生物级联反应导致诸如维持体内平衡和激活保护性、抗氧化和增殖性基因因子等影响，以及系统性反应，例如脑血流，这是神经认知障碍所缺乏的。

PBM的最深入研究的作用机制是其对线粒体功能的基本影响。PBM已被证明可增加线粒体电子传递链中复合物的活性，包括复合物I、II、III、IV和琥珀酸脱氢酶。在复合物IV中，酶细胞色素c氧化酶(CCO)起光受体和换能器的作用。CCO专门接受和转换可在PBM中处理的红光(620-700nm)波长和近红外光(780-1110nm)波长的光。该过程增加了产生的ATP以及环磷酸腺苷(cAMP)和活性氧(ROS)的量。ATP的增加会增加调节cAMP和钙的离子通道的活性，从而刺激多种生物级联反应并激活多达110个转录基因，从而导致愈合和恢复活动，并将由线粒体产生能量进行延长。对PBM最显著的反应之一是钠泵和Na+/K+ATP酶的激活，这导致更大的膜稳定性和抗去极化。

除了增加ATP和cAMP的水平外，还观察到PBM会导致一氧化氮(NO)水平的增加。当光子被CCO吸收时，NO从CCO中解离出来。NO从CCO中解离出来导致ATP生成的增强，并作为血管扩张剂和淋巴流动扩张剂，激活许多有益的细胞通路。

使用PBM来提高竞技表现将是有利的，这可以通过改善空间感知、视觉处理、手眼协调、反射条件调节、运动技能和与移动相关的可塑性来实现。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于提高受试者竞技表现的自我管理系统，所述系统包括：

多个经配置的辐照单元，所述多个经配置的辐照单元包括第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元，所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元中的每一个都包括具有固定尺寸、尺寸确定的内部空间体积和适合应用于所述颅骨的外表面配置的便携式中空壳体，每个经配置的辐照单元的所述便携式中空壳体包括：

(i)光能传输材料，所述光能传输材料形成每个经配置的辐照单元的所述中空壳体的经配置的外表面的至少一部分；

(ii)至少一个光产生单元，所述至少一个光产生单元被容纳并包含在每个经配置的辐照单元的所述中空壳体的所述内部空间体积内并且能够以预定的能量强度、预设的持续时间和预定的脉冲频率产生至少一种足以共同按需穿透颅骨并进入到大脑中的预选波长的光能，所述预选波长选自由近红外光波长和可见红光波长组成的组，

由此，所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元可以在应用于所述颅骨之后发射光能，并实现所述发射的光能在体内通过所述颅骨进入到大脑的至少一部分中的路径；

框架，所述框架适于支撑所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元，并且适于将所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元的所述透光外表面随意放置在颅骨上的固定位置和期望的辐照方向处；

便携式控制器组件，所述便携式控制器组件能够控制从所述多个经配置的辐照单元在体内到所述大脑的至少一部分中的光能的按需传送，所述控制器组件包括：

(a)按需提供的直流电流的便携式和可补充的电源，

(b)中央处理单元，所述中央处理单元用于控制和引导这种直流电流的流动，

(c)至少一个与所述电源电连通的连接器，用于按需将直流电流传输到所述中央处理单元，和

(d)至少一个与经配置的辐照单元电连通的连接器，用于按需将直流电流从所述中央处理单元传输到所述光产生单元；

其中：

(A)所述第一经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级视觉皮层的OZ位置的第一区域；

(B)所述第二经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的CZ位置的第二区域；

(C)所述第三经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的C3位置的第三区域；和

(D)所述第四经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的C4位置的第四区域。

在另一个方面，本发明提供了一种用于提高受试者竞技表现的自我管理方法，所述方法包括以下步骤：

获得光能发射装置，所述光能发射装置包括：

多个经配置的辐照单元，所述多个经配置的辐照单元包括第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元或由第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元组成，所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元中的每一个都包括具有固定尺寸、尺寸确定的内部空间体积和适合应用于所述颅骨的外表面配置的便携式中空壳体，每个经配置的辐照单元的所述便携式中空壳体包括：

(i)光能传输材料，所述光能传输材料形成每个经配置的辐照单元的所述中空壳体的经配置的外表面的至少一部分；

(ii)至少一个光产生单元，所述至少一个光产生单元被容纳并包含在每个经配置的辐照单元的所述中空壳体的所述内部空间体积内并且能够以预定的能量强度、预设的持续时间和预定的脉冲频率产生至少一种共同足以按需穿透颅骨并进入到大脑中的预选波长的光能，所述预选波长选自由近红外光波长和可见红光波长组成的组，

由此，所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元可以在应用于所述颅骨之后发射光能，并实现所述发射的光能在体内通过所述颅骨进入到大脑的至少一部分中的路径；

框架，所述框架适于支撑所述第一经配置的辐照单元和第二经配置的辐照单元，并且适于将所述第一经配置的辐照单元和第二经配置的辐照单元的所述透光外表面随意放置在颅骨上的固定位置和期望的辐照方向处；

便携式控制器组件，所述便携式控制器组件能够控制从所述经配置的辐照透镜在体内到所述大脑的至少一部分中的光能的按需传送，所述控制器组件包括：

(a)按需提供的直流电流的便携式和可补充的电源，

(b)中央处理单元，所述中央处理单元用于控制和引导这种直流电流的流动，

(c)至少一个与所述电源电连通的连接器，用于按需将直流电流传输到所述中央处理单元，和

(d)至少一个与经配置的辐照单元电连通的连接器，用于按需将直流电流从所述中央处理单元传输到所述光产生单元；

将所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元的透明外表面放置在靠近受试者的颅骨的期望固定位置处，使得由所述第一经配置的辐照单元、第二经配置的辐照单元、第三经配置的辐照单元和第四经配置的辐照单元发射的光能将穿透所述受试者的颅骨并在体内进入到大脑的至少一部分中；以及使所述被定位的经配置的辐照单元的所述光产生单元以预定的能量强度、预设的持续时间和预定的脉冲频率产生至少一种共同足以按需穿透受试者的颅骨并进入到大脑中的预选波长的光能，所述预选波长选自由近红外光波长和可见红光波长组成的组；

其中：

(A)所述第一经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级视觉皮层的OZ位置的第一区域；

(B)所述第二经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级感觉运动皮层的CZ位置的第二区域；

(C)所述第三经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级运动皮层的C3位置的第三区域；和

(D)所述第四经配置的辐照单元被定位成将光能引导到大脑的包括初级运动皮层的C4位置的第四区域。

附图说明

结合附图可以更好地理解和更容易理解本发明，其中：

图1示出了本发明的系统的优选实施例的透视图；

图2示出了本发明的系统的优选实施例的另一个透视图；

图3示出了本发明的系统的优选实施例的主视图；

图4示出了本发明的系统的优选实施例的后视图；

图5示出了本发明的系统的优选实施例的侧视图；

图6示出了本发明的系统的优选实施例的俯视图；

图7示出了本发明的系统的优选实施例的仰视图；

图8示出了应用于受试者的本发明的系统的优选实施例的透视图；

图9示出了应用于受试者的本发明的系统的优选实施例的另一个透视图；

图10示出了应用于受试者的本发明的系统的优选实施例的另一个透视图；

图11示出了应用于受试者的本发明的系统的优选实施例的另一个透视图；

图12示出了具有应用于受试者的鼻内单元的本发明的系统的替代实施例的透视图；

图13示出了具有应用于受试者的鼻内单元的本发明的系统的替代实施例的另一个透视图；

图14示出了具有应用于受试者的鼻内单元的本发明的系统的替代实施例的另一个透视图；

图15示出了具有应用于受试者的鼻内单元的本发明的系统的替代实施例的另一个透视图；

图16示出了用于本发明的系统的替代实施例的优选鼻内单元的透视图；

图17示出了用于本发明的系统的替代实施例的优选鼻内单元的另一个透视图；和

图18示出了用于本发明的系统的替代实施例的优选鼻内单元的另一个透视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于提高体育和竞技运动中基于反射的能力的可穿戴设备。优选地，该设备改善了人的空间和视觉感知、目标识别和手眼协调中的一项或多项，从而导致更快和更准确的运动响应。该设备使用光生物调节(PBM)，优选地传输约810nm的近红外光。该设备的其他可调节参数可以优选地包括光产生单元的位置、脉冲频率和相位同步。

本发明的系统和装置优选地包括至少以下组成部分：

(1)便携式中空壳体；

(2)一个或多个光产生单元，该一个或多个光产生单元被容纳并包含在中空壳体的内部空间容积内；

(3)电流源；

(4)过程控制器组件；和

(5)可选的，智能手机、平板电脑或其他计算设备。

优选地通过至少一个用于将直流电流从电流源传输到控制器组件的连接器和至少一个用于将直流电流从控制器组件传输到光产生单元的连接器，这些部件可以电连接在一起。

1.便携式中空壳体

本发明包括至少一个便携式中空壳体，其具有固定尺寸、尺寸确定的内部空间体积和适合应用于受试者的外表面配置。便携式壳体的预期目的和目标是双重的：(i)用作收容室，其被配置为易于应用于受试者；(ii)充当模制透镜，其将发射的光波反射并引导至受试者。

优选地，便携式壳体可以在其外表面的至少一部分上由透光材料构造和形成，并且将包括用于容纳和包含至少一个光产生单元的容积区域。根据定义，这种透光材料包括并涵盖透明、半透明和不透明的物质。然而，在大多数情况下，最好是完全清晰和透明的物质。

2.(一个或多个)光产生单元

光产生单元将能够传输包括但不限于以下波长的治疗光：(i)在可见颜色光谱范围内，可见红光波长范围在约620-780nm之间；(ii)在不可见光谱范围内，近红外光波长范围在约780-1400nm之间。此外，所产生的光能波和粒子也可以是：(i)相干(如在激光中)或非相干(如在非激光发光二极管(LED)中；(ii)输送时为脉冲或非脉冲(连续波)；(iii)强度恒定或强度非恒定；(iv)相位均匀或相位非均匀；(v)极化和非极化；和(vi)具有规则或不规则的通量。

任何常规已知的用于产生电磁辐射的装置或用于传播辐射能的物品都可用于本装置中。在大多数实施例中，旨在并预期将使用低能级激光单元或LED作为用于辐照目的的(一个或多个)光产生单元。

3.电流源

优选地，按需提供直流电流的便携式和可补充电源作为本发明的装置和系统的组成部分存在。本发明提供的治疗处理系统和方法旨在传递特定的能量剂量(以焦耳为单位)，它是功率(以瓦特数)和时间(以秒为单位)的函数，并且被认为对每种治疗处理都是有效的。

电源通常会以直流电流的形式传送能量。例如，可以从单个电池源或从串联或并联连接在一起的几个干电池的组合中重复传送足够量的电流。在一些其他理想的实施例中，电源将呈可充电移动电源、直流电池单元(可从普通家用交流电插座充电)或通过电源适配器作为交流电(AC)的形式。预期并打算存在具有这些部件的不同组合并且将适用于功率、能量剂量和治疗时间的不同配置的若干替代实施例。

至于定位，在一些优选实施例中，电源是离散实体，其被完全保持并包含在控制器组件的内部范围内。然而，在其他优选实施例中，电流源可以是自足式、单独的和独立的单元，其通过电缆和连接器模块链接与控制器组件电通信，例如便携式和可充电的移动电源。在替代实施例中，通过将系统和装置经由电源适配器插入到本地电网中来获得电流源。

4.过程控制器组件

过程控制器组件是具有至少三个结构特征的便携式单元部件：

(i)接收电路，该接收电路用于接收从电流源传输到控制器组件的这种电流；

(ii)中央处理单元(CPU)，该中央处理单元用于控制和引导控制器组件接收到的这种电流随时间的流动；和

(iii)传送电路，该传送电路用于将直流电流从控制器组件传送到(一个或多个)光产生单元。

旨在并预期过程控制器组件将电连接到装置的其他基本部件，因此通常还将具有：

(a)至少一个用于将直流电流从电流源传输到控制器组件的连接器；和

(b)至少一个用于将直流电流从控制器组件传输到(一个或多个)光产生单元的连接器。

这些连接器通常形成为绝缘铜线电缆和插孔模块，它们允许与电流源和(一个或多个)光产生单元两者快速且轻松地连接和电通信。

旨在并预期任何传统上已知的和可互换的电缆和连接器将用于将控制器组件连接到辐照透镜。这也为用户提供了明显的优势和好处，即可以将一个经配置的辐照透镜(能够传输第一波长的光)更换为另一个辐照透镜(能够传输第二和不同波长的光)，从而允许使用通过一个单一的控制器组件能够提供不同波长的可见光和不可见光能量的不同的激光器和替代的发光二极管。

在一些优选实施例中，电流源位于内部并且被包含在控制器组件的内部空间体积内，并且表现为电池(干电池或可充电单元)。在这种情况下，控制器组件还具有适用于附接绝缘铜线电缆和模块化插孔连接器的插座，其另一端连接到设置在中空壳体内的光产生单元。

控制器组件的中央处理单元(“CPU”)优选地能够相对于许多不同的参数调节光能，这些参数包括但不限于：波长、相干性/同步性、能量(焦耳(J))、功率(瓦特(W)或毫瓦(mW))或辐照度(W/cm

在没有电流源的情况下，过程控制器组件将不会运行。此外，控制器组件除了优选地在预定时间后关闭该单元之外，还是一个提供电力以正确且有效地驱动(一个或多个)光产生单元的电路。控制器还确保输送到(一个或多个)光产生单元的电力是一致的。因此，当电源是移动电源或电池时，最好监控电池强度，如果移动电源或电池不能提供足够的电力来正确驱动电路，则关闭该单元。

在优选实施例中，控制器是耳机组件的一部分。或者，控制器与耳机分离，但通过电缆连接以进行通信。

5.智能手机、平板电脑或其他计算设备

在一个替代实施例中，控制器组件的功能全部或部分地由智能手机、智能手表、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑或任何合适的计算设备控制。例如，智能手机可以在较为流行的移动平台之一上运行。(一个或多个)光产生单元可以通过电缆或无线连接到智能手机。智能手机带有一个可下载的软件应用程序，该应用程序将在很大程度上复制控制器组件中的软件功能。在计算机芯片中包含接口处理软件的修改附件将在现有控制器和专有智能手机平台之间提供物理连接。软件应用程序还将包含更多的软件控件和图形界面。智能手机的替代品包括智能手表、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑或其上下载有软件应用程序的任何合适的计算设备。

在又一个替代实施例中，控制器组件与智能手机、智能手表、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑或任何适当的计算设备结合工作。特别地，计算设备已经在其上下载了软件应用程序，该软件应用程序可以：(i)打开和关闭控制器组件；和/或(ii)向控制器组件发送指令以调整每个单独的光产生单元的光能参数，光能参数包括但不限于波长、相干性/同步性、能量(焦耳(J))、功率(瓦特(W)或毫瓦(mW))或辐照度(W/cm

此外，计算设备可以用作系统接口，其中用户通过接口输入指令以打开和关闭控制器组件和/或调整每个单独的光产生单元的光能参数。指令可以通过任何已知的输入部件(例如触摸屏、鼠标、按键、键盘、麦克风、照相机或摄像机)输入。一旦用户将指令输入到系统接口中，指令就会被传送到控制器组件，控制器组件然后调整由光产生单元传递的光能的参数。

在这些实施例中，任何传统上已知的和可互换的电缆和连接器都可以用于将计算设备链接到控制器组件。或者，计算设备可以通过无线方式与控制器组件通信。任何这些部件之间的连接都是使用适当的有线或无线通信通过例如蓝牙

根据发明人的研究，本发明的系统的优选目标包括初级视觉皮层、小脑、初级感觉运动皮层的特定区域、海马体和内嗅皮层(EC)。

本发明人已将海马体和内嗅皮质(EC)视为本发明中的PBM的优选目标。空间感知和定位感觉至少部分地由海马体中的位置细胞和大脑的内嗅皮层中的网格细胞决定。海马体和EC可以结合起来编码空间认知，并在每个时刻映射身体相对于环境的位置。

为了提高空间感知，我们需要认识到大脑是可塑性的。大脑的可塑性包括神经元连接的变化。发明人的研究表明，脉冲PBM可以改变大脑的连通性。对连通性的影响使发明人提出，从嗅球(位于鼻腔正上方)到EC的直接投射将是鼻内PBM和海马体之间的优选连接。

此外，“肌肉记忆”的调节涉及海马体和大脑的其他相关部分的活动，以编码新的运动记忆。大脑的可塑性性质使其能够创建和巩固神经元连接以实现这一点。如上所述，发明人的研究表明，脉冲PBM可以改善大脑的连通性。

基于前述，发明人提出使用鼻内PBM将是辐照EC和海马体的优选方式。因此，本发明的系统优选地具有鼻内PBM施用器，其可以是可移除的选择。

发明人还将初级视觉皮层视为优选目标，至少部分用于改进视觉处理。初级视觉皮层，通常称为V1，是有意识地处理视觉刺激的结构。该区域通常被标记为在10-20公约下被描述为OZ或V1。

此外，发明人已经决定小脑也是优选的目标。小脑提供了用于控制运动的“前向模型”，在手眼协调中发挥作用。在这个角色中，前向模型将生成特定时间的信号来预测每个运动效应器的运动，这对于预测性地控制例如眼睛和手部运动至关重要。

反射动作的质量似乎也受到小脑健康的影响，小脑位于初级视觉皮层正下方并与之相邻。特发性震颤中不受控制的运动可能与功能失调的小脑有关。

H反射是脊髓牵张反射(SSR)的电模拟。H反射调节似乎取决于小脑可能促成的大脑和脊髓可塑性的层次结构。本发明人认为小脑在维持已经发生的反射调节方面很重要。

据报道，小脑的体积也会随着运动技能的学习而增长，这可能与运动协调的获得有关。

根据发明人的研究，刺激受试者的视觉处理、手眼协调、反射调节以及运动技能学习和表现的PBM设备最好针对初级视觉皮层，即OZ位置。由于组织穿透时的光散射，来自OZ上的光产生单元的光将覆盖初级视觉皮层和小脑两者。

发明人的研究还使得初级感觉运动皮层(这里称为“M1”)是本发明的系统的另一个优选目标。我们身体的每个部分都表示在M1的不同区域中。学习一项新的运动技能将在M1中开发一个运动程序，并通过与负责执行该运动技能的大脑的其他连接区域的协同作用来支持。运动程序和协同作用是响应于学习和可塑性而发展的。

源于大脑的M1区域的运动是通过向下传递到脊髓并控制运动的执行的神经冲动来执行的。导致身体特定部位中的运动的感觉运动皮层区域由感觉运动皮层上的不同位置表示。对于手部动作，位置大约位于根据10-20约定确定的C3(左)和C4(右)区域。

感觉运动皮层的最佳功能在体育中是非常需要的。它决定了运动员能够快速准确地攻击目标的能力和准确性。以12到15Hz的振荡频率训练感觉运动节律(SMR)可以提高专注力和注意力以及增强感觉运动功能。

本发明人认为，PBM可以通过增加流向受刺激区域的血流量、增加生长因子的表达和上调线粒体的生成来优化M1神经元的可塑性。总的来说，这些机制创建了新的神经元连接。本发明的系统可以优选地刚好在训练课程之前使用以准备M1以进行学习和训练。它也可以在比赛中使用以提高性能。

覆盖初级感觉运动皮层(M1)，本发明的系统优选地具有三个发光二极管(LED)，其沿M1放置在对应于脑电图(EEG)剪接的位置CZ、C3和C4的位置。CZ在头顶处，C3和C4约为耳前点与CZ之间距离的20％。

在使用PBM的本发明中，同时激活初级感觉运动皮层、初级视觉皮层和海马体的相关部分是有益的和优选的。通过重复训练获得异体愈合(consolidated)的大脑的正确可塑性可以提高竞技表现。

根据发明人的研究，预计当相关波长的光子在训练过程中同时传递到感觉运动皮层、视觉皮层、小脑和海马体时，我们可以期望在体育表现中提高反应时间和手眼协调能力。在PBM中，除了波长之外，导致能量剂量的功率和曝光时间在确定结果中也很重要。

脉搏率影响与不同大脑状态相关的不同脑电波频率。例如，伽马脑波(30Hz及以上)与短暂的高阶大脑处理、记忆功能甚至阿尔茨海默病标志物的减少有关。慢波(低于8Hz)与脱离周围环境和睡眠有关。快速学习和可塑性可能在高伽马频率下被激活，而质量表现可能在低伽马频率下表现出来。为了训练SMR节律，可以将感觉运动皮层的频率设为12到15Hz。

发明人考虑了通过用快伽马(60-80Hz)编码PBM或用慢伽马(40-50Hz)进行记忆检索来改善记忆形成的选项，这两者都在本发明的范围内。80Hz的脑频率可以与40Hz的频率谐波耦合。或者，LED可以以12至15Hz的频率发出脉冲，用于SMR训练，以提高关注力和注意力，这对于体育表现至关重要。

在一个优选实施例中，本发明的系统包括以下特征：

1.放置在对应于CZ、C3和C4的M1区域上的3个波长为810nm(功率：100mW/cm

2.放置在初级视觉皮层(也辐照小脑)上、波长为810nm(功率：30mW/cm

3.波长为810nm(功率：25mW/cm

4.将是移动电源的电源；以及

5.可以与其他模块异相(异步)脉冲的鼻内单元。

如图1至11所示，本发明提供了具有经颅光疗头戴式耳102的装置100的优选实施例。可选地，如在图12至18中可以看出的，还有鼻内单元200。

控制器组件150可以用作经颅头戴式耳机102和鼻内单元200的电源和中央处理单元。在图1至18所示的优选实施例中，控制器组件150位于经颅头戴式耳机102上。在替代实施例中，控制器组件150是可以与经颅头戴式耳机102和鼻内单元200通信的单独单元。

参考图1至图11，头戴式耳机102包括一个或多个经配置的辐照单元108、110、112和114，经配置的辐照单元108、110、112和114中的每一个都包括具有固定尺寸、尺寸确定的内部空间体积和适合应用于受试者500的颅骨502的外表面配置的便携式中空壳体。

该便携式壳体包括：(i)光能传输材料，该光能传输材料形成所述中空壳体的经配置的外表面的至少一部分；和(ii)至少一个光产生单元，该至少一个光产生单元被完全容纳并包含在所述中空壳体的所述内部空间体积内，并且能够以预定的能量强度和预设的持续时间产生至少一种足以按需穿透颅骨502并进入到大脑中的预选波长的光能，所述预选波长选自由近红外光波长和可见红光波长组成的组。

框架118设置在头戴式耳机102中以支撑经配置的辐照单元108、110、112和114，并且使头戴式耳机102适于将经配置的辐照单元108、110、112和114的透光外表面随意放置在颅骨502上的固定位置和期望的辐照方向处。优选地，提供支撑结构128以帮助将头戴式耳机102固定到颅骨502，并且使头戴式耳机102对于受试者500的佩戴更加舒适。

在图1至图7所示的优选实施例中，框架118支撑四个经配置的辐照单元108、110、112和114，并且每个经配置的辐照单元108、110、112和114都具有(一个或多个)光产生单元。

四个经配置的辐照单元108、110、112和114被定位在头戴式耳机102中，使得它们瞄准特定位置。在图8至图11所示的优选实施例中，四个经配置的辐照单元108、110、112和114被定位为瞄准受试者500的以下部分：

(A)大脑的包括初级视觉皮层的OZ位置的第一区域；

(B)大脑的包括初级感觉运动皮层的CZ位置的第二区域；

(C)大脑的包括初级感觉运动皮层的C3位置的第三区域；和

(D)大脑的包括初级感觉运动皮层的C4位置的第四区域。

如在图12至图18中可以看出的，本发明的优选系统可选地包括鼻内光疗单元200，该鼻内光疗单元200包括鼻夹202。鼻夹202将经配置的辐照透镜204保持在受试者的一个鼻孔内。经配置的辐照透镜204包括便携式中空壳体，该壳体具有固定尺寸、尺寸确定的内部空间体积和适合应用于鼻孔内部的外表面配置。该便携式壳体包括：(i)光能传输材料，该光能传输材料形成所述中空壳体的经配置的外表面的至少一部分，以及(ii)至少一个光产生单元，该至少一个光产生单元被完全容纳并包含在所述中空壳体的所述内部空间体积内，并且能够以预定的能量强度和预设的持续时间产生至少一种足以按需穿透鼻组织并进入到大脑中的预选波长的光能，所述预选波长选自由近红外光波长和可见红光波长组成的组。

第一连接器300可以与经颅头戴式耳机102的经配置的辐照单元108、110、112和114电通信。第二连接器400可以与鼻内光疗单元200的经配置的辐照透镜204电通信。这允许将来自电源的直流电流按需传输，例如通过控制器组件150，到在经配置的辐照单元108、110、112和114中的光产生单元，以及到鼻内光疗单元200中的经配置的辐照透镜204的(一个或多个)光产生单元。

目的

该测试的目的是观察本发明的具有优选规格的系统的优选实施例(以14Hz训练SMR节律)对活动特别是高尔夫推杆的影响。

被试者

自愿参加这项测试的四名健康的男性参与者，年龄分别为46、50、55和58岁。所有人都不是普通的高尔夫球手。

程序

对于测试所选择的高尔夫推杆设施是一个与外部环境噪音隔离的较大的室内高尔夫练习设施的室内果岭。参与者被要求站在距离一个直径为10.8cm的洞的边缘2.5米处。

该程序分以下几个阶段进行：

1.对于定向(数据未用于分析)，每个参与者连续推10次推杆，直到他们建立成功推杆的累积30％平均值。

2.在SMR训练期间，年龄分别为50岁和58岁的两名参与者每隔一天穿着本发明的系统进行连续的40次推杆。两名年龄分别为46岁和55岁的参与者是对照组，他们进行了相同的活动，但没有使用本发明。这是在2周的时间内进行的。每次推杆后测量球洞边缘与球边缘之间的距离。在一天结束时，测量每个参与者的平均距离。

3.在第二周结束时，收集并分析结果。

结果

在使用本发明的系统的前测和后测中，主动SMR组的平均距离分别是32.15cm和20.62cm。平均距离的提高为11.53cm或35.86％。对照组距离分别为26.67cm和24.28cm。对照组的平均距离的提高为2.39cm或8.96％。

使用本发明的系统的主动SMR组在高尔夫推杆方面相对于对照组表现出明显优越的提高。该数据表明，在基于目标的体育中使用本发明来改善手眼协调是有潜力的。

权利要求的范围不应受限于示例中阐述的优选实施例，而应给予与整个描述一致的最广泛的解释。