БИОФИЗИКА, 2008, том 53, вып.5, с.856-866
БИОФИЗИКА CЛОЖНЫХ СИCТЕМ ^
УДК 577.3
ВЛИЯНИЕ КОМПЕНСАЦИИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КОГНИТИВНЫЕ ПР ОЦЕССЫ ЧЕЛОВЕКА
© 2008 г. Р.М. Саримов, В.Н. Бинги, В.А. Миляев
Институт общей физики им. А .М. Прохорова РАН, Москва, 119991, ул. Вавилова, 38
E-mail: rusa@kappela.gpi.ru Поступила в p едакцию 23.04.08 г.
Исследовано влияние компенсации геомагнитного поля до ypовня менее 0,4 мкТл (далее «нулевое магнитное поле») на когнитивные ^оце^ы человека. В иccледованияx участвовало 40 человек, pазделенныx на четьфе ^уппы по полу и возpаcтy. Те^и^овали когнитивные cпоcобноcти иcпытyемыx. Каждый испытуемый пpинял участие в двyx экcпеpиментаx: в кошрольныx ycловияx и в ycловияx нулевого магнитного поля. Пpебывание в указанном поле в течение 45 мин вызывало cтатиcтичеcки доcтовеpные изменения в пяти из восьми измеpяемыx xаp актеpиcтик когнитивные теcтов. Величина эффектов менялаcь от 1,3 до 6,2% и составила в cpеднем для вcеx теcтов 2,1% (р < 0,002, MANOVA). Установлено, что в ycловияx нулевого магнитного поля по cpавнению c контpольными условиями возpаcтало количеcтво ошибок и увеличивалось вpемя выполнения заданий. Мужчины выполняли задания в нулевом магнитном поле лучше, чем женщины, а молодые люди — лучше, чем пожилые. Показано наличие ^упп иcпытyемыx показному pеагиpyющиx на нулевое магнитное поле, что не объяcняетcя возpаcтными или гендеp ными p азличиями.
Ключевые слова: биологические эффекты магнитных и электростатических полей, биогенный магнетит, магниторецепция, цветовосприятие.
В последние годы появилcя pяд pабот, в которых иccледовалоcь влияние низкочастот-ныx и постоянных магнитных полей (МП) на фоpмиpование биологического отклика неpв-ной системы. Имеютcя обзоpы, поcвященные изучению влияния низкочастотные полей на электpофизиологичеcкие и когнитивные процес-cы человека [1,2]. В большинстве иccледований наблюдали угнетение высшей неpвной деятельности, выp аженное в уxудшении кратковременной памяти и внимания [3], в замедлении ско-pоcти pеакции [4,5] и изменении болевого по-pога [6,7]. Отмечены изменения pитмов головного мозга, в основном a-pитма [7,8].
Данные о влиянии постоянные магнитныx полей на о pганизм человека пpотивоpечивы. C одной cтоpоны, пр инято cчитать, что постоянные МП в диапазоне до 8 Тл не влияют на здоpовье [9] при длительноcти экcпозиции по-pядка деcятков минут. C дpугой cтоpоны, су-щеcтвуют исследования, показывающие, что го-pаздо меньшие постоянные МП способны вызывать pазнообpазные биологические эффекты,
Сокращения: МП — магнитное поле, НМП — нулевое магнитное поле, ЭП — электростатическое поле, ANOVA
— analysis of variance (дисперсионный анализ), MANOVA
— multivariate analysis of variance (многомерный дисперсионный анализ).
потенциально вредные для здоровья [10,11]. Экспозиция в поле с магнитной индукцией порядка геомагнитного поля и меньше также пр и-водила к биологическим эффектам [12-14]. Противоречивость данных о влиянии постоянных МП на организм обусловлена, в частности, невысокой воспр оизводимостью этих эффектов. Невоспроизводимость эффектов особенно ярко проявляется, когда результаты пытаются повтор ить в разных лабораториях. Причины недостаточно надежной воспроизводимости в магнитобиологических экспериментах остаются невыясненными. Часто предполагают, что не все физические факторы электромагнитной экспозиции, существенные для воспроизведения результатов, принимаются во внимание.
В нашей предыдущей работе [15] показано, что напряженность электростатического поля является важным фактором, влияющим на результат отклика испытуемого на изменение постоянного МП. Этому физическому фактору обычно не придают значения, однако электрические поля напряженностью в сотни вольт/метр приводят к эффектам того же порядка, что и эффекты слабых магнитных полей [16]. Поэтому они могут играть важную роль в формировании магнитобиологических эффектов. Такие электрические поля встречаются в
неэкранированных лабораторных помещениях, и их величина и направление непредсказуемо меняются в зависимости от электризации пластиковых покрытий и погоды. В работе [17] показано, что биологический эффект нулевого магнитного поля (НМП) зависел от того, каким образом это поле было получено — с использованием металлического экрана или путем компенсации естественного геомагнитного поля при помощи противоположно направленного МП. Эту зависимость можно было бы объяснить влиянием электростатических полей на формирование эффектов НМП.
В настоящей работе основное внимание уделено биологическим аспектам невоспроизводимости, поскольку в предварительных исследованиях наблюдались большие разбросы в эффектах для испытуемых р азных гр упп. Мы предположили, что преимущественное направление реакции испытуемого на НМП (увеличение или уменьшение измеряемого параметра) может быть обусловлено его принадлежностью к каким-либо выделенным физиологическим группам, разделенным по гендерным, возрастным или каким-то др угим пр изнакам. Так, эффекты НМП у женщин и у мужчин отличались как по величине, так и по направлению [15,18]. Авторы работ [19-21] также обнаружили, что пол испытуемых играет существенную роль в эффектах нетепловых электромагнитных полей. Важным признаком, влияющим на биологический эффект МП, может быть возраст испытуемых. Известно, что в организме человека с возрастом могут накапливаться эндогенные на-ночастицы магнетита и маггемита [22]. Такие частицы испытывают во внешнем МП механический вращательный момент, что может пр и-вести к усилению биологических эффектов МП и НМП у пожилых людей. К роме того, имеются публикации о том, что некоторая часть населения может обладать гиперчувствительностью к электромагнитным воздействиям [23,24].
Цель данной работы состояла в проверке гипотезы о существовании физиологически выделенных групп людей, по-разному реагирующих на НМП.
МЕТОДИКА ЭК СПЕРИМЕНТОВ
Система экспозиции. Система экспозиции состояла из четырех кольцевых катушек диаметром 1 м с расстоянием между ними 0,5 м [18]. В крайних кольцах было 40 витков, в ср едних — 26,5. Общее активное электрическое сопротивление было равно 1,23 Ом. Неоднородность постоянного МП внутр и системы не пр евышала 1 мкТл. Ось системы (ось Z) ор и-
ентировали параллельно вектору геомагнитного поля в пр еделах доступной точности около 0,5°. Ослабление МП достигали путем создания МП, равного и противоположно напр авленного локальному геомагнитному полю величиной около 44 мкТл. Во время экспериментов производили измерение и запись МП внутри системы с интервалом, равным 1 мс по каждой из трех осей, с помощью одноосных датчиков FGM-3 ^реаке & Co). С помощью четвертого датчика, параллельного оси Z, была реализована активная компенсация флуктуаций локального МП. Система компенсировала с частотой 10 Гц изменения Z-составляющей магнитного поля. Изменения МП внутри установки в ходе эксперимента не превышали ± 0,4 мкТл для осей Z (рис. 1) и X и ± 0,6 мкТл для о си Y. МП контролировали с помощью измерителя магнитной индукции ТМИ-01 (ИОФ РАН) с точностью около 100 нТл.
Вдоль поверхности системы был установлен электростатический экр ан в виде сетки из медной проволоки без замкнутых контуров с размером ячейки около 3 см. Расчетный коэффициент ослабления электростатического поля (ЭП) внутри системы превышал 100. Внутри системы, две вертикально закрепленные сетки размером 60 х 60 см, расположенные на расстоянии 60 см друг от друга, с размером ячейки 1 см, позволяли создавать в месте расположения головы испытуемого контролируемое электростатическое поле. Во всех экспериментах использовали горизонтальное ЭП величиной 100 В/м.
Условия проведения эксперимента. В эксперименте приняли участие 40 человек. Все участники этого экспер имента были разделены на четыр е гр уппы по 10 человек в каждой: молодые мужчины не старше сорока лет, средний возраст 23,6 г.; молодые женщины — 26,3 г., пожилые мужчины — 53,1 г. и пожилые женщины — 49,2 г.
Интервал времени проведения отдельного эксперимента с одним испытуемым, равный 1 ч 17 мин, был разбит на семь равных подин-тервалов по 11 мин (серий). В первой серии испытуемый адаптировался к тестам (11 мин). Во второй и третьей сериях, испытуемый выполнял задания по-прежнему в неизмененных условиях для определения индивидуальных ре-ференсных значений измеряемых величин (22 мин). Наконец, в четвертой-седьмой сериях (44 мин) испытуемый в течение эксперимента либо продолжал находиться в контрольных условиях (Sham), когда МП было пр имерно равно геомагнитному полю, 41,5 ± 0,4 мкТл, либо в
Рис 1. Изменение МП в лаборатории в 30-минутном временном интервале; 1 — запись типичных вариаций МП; 2 — запись МП 41,5 ± 0,4 мкТл при активной компенсации флуктуаций в низкочастотной области; соответствует контрольным условиям и режиму Sham в экспериментах.
условиях НМП. Участники экспер иментов* были подобраны таким обр азом, чтобы можно было исследовать гендер ную и возрастную зависимость эффектов НМП.
В течение эксперимента испытуемые выполняли тесты, в которых измерялись параметры когнитивных процессов в центральной нервной системе. Измеряли: 1) скорость реакции; 2) время распознавания цветных слов; 3) пар аметры теста кратковременной памяти на цвет; 4) параметры теста на образное мышление человека. В каждой серии испытуемый поочередно выполнял все четыр е теста. И спытуемый не знал, в каких условиях проходило тестирование, в контр ольных Sham или в условиях НМП. Общие условия проведения всех экспериментов соответствовали обычным условиям офисного рабочего помещения площадью 40 м2 с двумя-четырьмя сотрудниками. Никаких мер по созданию специального режима освещения и тишины в лаборатории не предпринималось.
Каждый испытуемый участвовал в двух экспериментах; второй эксперимент проводили через 40-60 дней после первого. Все участники экспериментов случайно делились на две большие группы, «Альфа» и «Бета». Испытуемые группы «Альфа» участвовали в первом из двух экспериментов в условиях Sham, а во втором в условиях НМП. И спытуемые группы «Бета», наоборот, участвовали в первом эксперименте
в условия
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.