ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФОНОВЫХ
НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЧЕЛОВЕКА
ПОСРЕДСТВОМ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭЛЕКТРОТАКТИЛЬНОЙ СТИМУЛЯЦИИ
РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. Влияния низкочастотных ЭМП на организм человека и механизмы
их воздействия 9
1.1. Солнечно - биосферные связи 10
1.1.1. Солнечная активность 11
1.1.2. Общая схема и основные каналы солнечно-земных связей .... 13
1.1.3. Схема солнечно-земных связей 15
1.2. Электромагнитные поля окружающей среды 16
1.3. Резонатор «Земля - ионосфера» 17
1.4. Биотропность воздействия электромагнитных полей 19
1.5 Резонансный механизм солнечно-земных связей 19
1.5. Исследования ЦНС 21
1.5.1. Основные показатели электрической активности головного
мозга 22
1.6. Электрокожная анализаторная система 26
2. Аппаратура и методы 29
2.1. Измерения ЭЭГ 29
2.2. Устройство электротактильной стимуляции 32
2.3. Методика проведения предварительного эксперимента 33
2.4. Методика статистического анализа полученных данных 34
2.4.1. Когерентный анализ 34
3. Результаты и обсуждение 36
3.1 Устройство формирования тактильных ощущений 36
Заключение 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 48
Данная работа относится к исследованиям в области электромагнитной экологии. На сегодняшний день общепризнанно, что электромагнитные поля (ЭМП) окружающей среды являются значимым экологическим фактором, определяющим функционирование всех живых систем, в том числе и организма человека.
Актуальность данного научного направления определяется тем, что длительное время проблема электромагнитной безопасности была малозначима, а потому мало изучена. Даже в космической отрасли, где не существует не значительных факторов, она казалась несущественной по сравнению с другими проблемами. При работах далеко от ГМП Земли и экипаж, и биорегенеративные системы жизнеобеспечения окажутся в магнитном поле, напряженность которого на порядки ниже привычного земного. Уже ясно, что это крайне неблагоприятно скажется на жизнедеятельности [1]. Развитие технического прогресса привело к увеличению электромагнитного загрязнения. Исходя из концепции резонансных механизмов солнечно-земных связей разработанной на нашей кафедре, в рамках которой влияние солнечной активности на биологические системы опосредованно наличием и активностью шумановской резонансной системы, можно предположить, что рост напряженности окружающего электромагнитного поля влияет на функциональное состояние организма [ 2]. Поскольку организм - многоуровневая организация материи, то одна и та же комбинация полей, действуя на разные уровни, может вызывать противоположные эффекты. Лечебный и повреждающий эффекты воздействия полей - это суммарный нелинейный результат воздействия их на всех уровнях организации материи [3].
Установлено, что ЭМП крайне низкочастотного (КНЧ) диапазона выполняют функции естественного ритмозадатчика, обеспечивающего биоритмическую активность жизнедеятельности [4,5]. Кроме того, известно, что состояние КНЧ электромагнитного фона определяется целым комплексом факторов гелиогеофизической природы и, именно, через флуктуации параметров КНЧ ЭМП на организме человека сказываются глобальные процессы, происходящие на Солнце, в космосе и на Земле. На нашей кафедре разработана концепция резонансного механизма солнечно- земных связей, которая описывает возможный механизм данного влияния [3]. Однако в данных представлениях существует один компонент, который на сегодняшний день является наименее исследованным, а именно, собственно механизм непосредственного воздействия фоновых электромагнитных полей КНЧ диапазона на воспринимающие системы организма человека.
Впервые Г. Кениг обратил внимание на близость основной резонансной частоты шумановского резонатора и альфа ритма мозга человека. Им было обнаружено, при сопоставлении времени реакции человека на оптический сигнал в периоды увеличения напряженности поля основной частоты резонатора (8 Гц), и в периоды нерегулярных колебаний в диапазоне частот 2-6 Гц. Время реакции человека, уменьшается примерно на 20 мс при увеличении напряженности, а при нерегулярных колебаниях наоборот увеличивается на 15 мс. В 1968-1971 годах этот эксперимент был подтвержден в США.
Результаты экспериментов говорят о связи a-ритма и шумановских резонансов. На этом основании было сделано предположение о том, что вариации электромагнитных полей в диапазонах частот шумановских резонансов могут выполнять функцию естественного ритмозадатчика, который координирует биоритмические процессы в живых организмах.
Необходимо отметить, что на сегодняшний день нет однозначных теорий, определяющих, собственно, сам механизм восприятия живыми системами (организмом человека) слабых фоновых ЭМП. Среди ряда предположений наиболее перспективно выглядит гипотеза о том, что поверхность кожи является одним из основных элементов в преобразовании электромагнитной энергии фоновых ЭМП в энергию электрических нервных импульсов, поступающих в головной мозг и определяющих регуляторные функции координации нервных процессов. Известно [5,6,7], что в зависимости от параметров электрического стимула и электрических свойств стимулируемого участка кожи, электрический ток проникает на различную глубину живой ткани и оказывает раздражающее действие на различные возбудимые структуры, расположенные на пути следования тока. Принято считать, что проходящий через кожу электрический ток оказывает основное действие непосредственно на нервные волокна. В целом, данный подход является наиболее непротиворечивым, с точки зрения, системного механизма индикации вариаций внешних полей организмом человека. Однако, специально поставленных экспериментальных исследований в данном ракурсе ранее не проводилось.
В связи с этим цель дипломной работы: экспериментальное моделирование воздействий внешних сигналов с различной параметрической организацией на уровне электротактильного входа.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
> Разработка и техническая реализация устройства
электротактильной стимуляции
> Организация и проведение серий экспериментальных исследований со стимуляцией генерируемыми электрическими импульсами порогового и подпорогового уровней, набор статистических данных
> Обработка и статистический анализ экспериментальных данных
1. В ходе выполнения НИР разработано и реализовано устройство электротактильной стимуляции. Для использования стимуляции кожного анализатора, решен ряд вопросов, касающихся электрических свойств кожи. Во-первых, рассмотрены пути прохождения тока в структуре кожи, т.е. представили кожу как проводник тока. Во-вторых, проанализированы электрические модели кожи и выбрана эквивалентная электрическую схема кожи, удовлетворяющая модели эксперимента. В-третьих, прослежены величины изменения входного импеданса, которые влияют на характер ощущения и вид [25].
Прибор имеет следующие характеристики:
> Максимальные значения стимулирующих сигналов: U~200V, I~20mA,
> количество каналов стимуляции изменяется от 2 до 10,
> длина и скважность импульсов регулируется при помощи микроконтроллера Arduino и его минимальное значение, которое можно задать в программе - 1 мс,
> частота модулирующего сигнала изменяется от 1 до 10 кГц,
> выходной сигнал представляет собой последовательность частотно-модулированных прямоугольных импульсов.
2. По данным предварительных измерений получено, что при воздействии электрическим сигналом с частотой 9 Гц на поверхность кожи человека, в параметрах ЭЭГ голоного мозга фиксируется, что во время стимуляции происходит увеличение значений функции когерентности для различных отведений ЭЭГ, а частота, соответствующая максимуму функции когерентности, стремится к частоте входного сигнала. При этом зависимости от уровня входного сигнала не наблюдается, пороговый и подпороговый уровень оказывают идентичные эффекты.
