ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ  ОСОБЕННОСТИ  ОТКЛИКА  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  АКТИВНОСТИ  МОЗГА  НА  АНОМАЛЬНЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  МАГНИТНОГО  ПОЛЯ

Соколов  Максим  Васильевич

студент  5  курса,  Кафедра  космической  физики  и  экологии,  Радиофизический  факультет,  Национальный  исследовательский  Томский  государственный  университет,  РФ,  г.  Томск

Е-mail:  maxs 0707074@mail.ru

Побаченко  Сергей  Владимирович

научный  руководитель,  канд.  биол.  наук,  доцент,  Кафедра  космической  физики  и  экологии,  Радиофизический  факультет,  Национальный  исследовательский  Томский  государственный  университет,  РФ,  г.  Томск

Магнитные  поля  среды  обитания  являются  экологическим  фактором,  в  значительной  степени  определяющим  оптимальное  функционирование  живых  систем,  в  том  числе  организма  человека  [2;  3;  4].  Существует  стабильное  представление  о  том,  что  флуктуации  фоновых  магнитных  полей,  возникающие  либо  в  периоды  геомагнитных  возмущений,  либо  инициированные  техногенным  агентом,  а  так  же  проявляющиеся  в  местах  естественных  активных  геологических  разломов,  могут  являться  причиной  нарушений  функционирования  основных  регуляторных  систем  организма  человека,  таких  как  нервная  и  сердечно-сосудистая  система.  Это  в  свою  очередь,  может  приводить  к  снижению  резистентности  организма  к  различным  заболеваниям.  Данное  положение  подтверждают  эпидемиологические  данные  по  повышению  уровней  госпитализаций,  вызванных  подобными  геомагнитными  условиями  [1;  5].  В  то  же  время,  данные  о  реакции  функциональных  систем  организма  человека  в  периоды  непосредственного  воздействия  вариаций  параметров  магнитных  полей  носят  относительно  фрагментарный  характер,  в  первую  очередь  это  относится  к  online-оценкам  функционального  состояния  мозга  человека.  В  связи  с  этим,  было  организованы  и  проведены  экспедиционные  исследования  динамики  показателей  функционального  состояния  мозга  человека  в  естественных  условиях  в  зоне  активного  геологического  разлома  с  аномальным  градиентом  магнитного  поля.  В  результате  исследований  была  выявлена  индуцированная  реакция  в  динамике  параметров  электрической  активности  мозга  человека  при  непосредственном  влиянии  градиентного  магнитного  поля.  Кроме  того  были  выявлены  топологические  особенности  изменения  параметров  ЭЭГ  при  воздействие  аномального  магнитного  поля.

Исследования  проводились  в  экспедиционном  режиме  в  Кош-Агачском  административном  районе  Республики  Алтай  (пос.  Бельтир)  с  1-го  по  3-е  августа  2013  года  с  участием  двух  волонтеров.  В  2014  году  исследование  проводилось  с  участием  трех  волонтеров  с  28-го  по  29-е  июля.  У  каждого  из  волонтеров  проводилась  фоновая  запись  ЭЭГ  за  пределами  магнитоаномальной  зоны,  после  чего  волонтер  заходил  в  зону  с  аномальным  значением  магнитного  поля  где  находился  в  течении  десяти  минут.

Для  определения  изменения  характеристик  электрической  активности  головного  мозга  использовался  электроэнцефалографический  комплекс  «Энцефалан-ЭЭГР  -19/26»  (рисунок  1  б),  позволяющий  проводить  мониторинг  параметров  ЭЭГ  в  автономном  режиме  с  записью  данных  на  карту  памяти  регистратора  (по  типу  холтеровских  ЭКГ)  при  полной  свободе  жизнеактивности  человека  в  любых  условиях  его  размещения.

Также  в  исследуемом  районе  производились  магниторазведочные  работы.  Основная  цель  изучения  магнитного  поля  заключалась  в  изучении  характера  и  структуры  магнитного  поля  выявленных  участков  разломных  зон.  Работы  включали  в  себя  маршрутные  съемки,  исследования  отдельных  площадок  (микромагнитная  съемка).  Изучаемый  микромагнитной  съемкой  участок  представляет  собой  глыбу  гнейсовых  пород.  В  связи  с  процессами  динамометаморфизма  домены  магнитосодержащих  минералов  в  ней  приобрели  четкую  ориентацию,  которая  и  обусловила  сильноградиентные  неоднородности  магнитного  поля  в  пределах  глыбы,  порядка  десятков  тысяч  нТл/м  (рисунок  1  в).

Рисунок  1.  а)  волонтер  во  время  проведения  измерений;  б)  «Энцефалан-ЭЭГР-19/26»;  в)  распределение  напряжённости  магнитного  поля  вблизи  магнитной  аномалии,  магнитный  камень  выделен  контуром

Для  анализа,  в  контексте  настоящей  работы,  были  использованы  временные  ряды  амплитудных  значений  ЭЭГ,  которые  были  разбиты  на  одноминутные  интервалы:  десять  интервалов  соответствуют  времени  нахождения  волонтера  за  пределами  аномальной  зоны  и  десять  интервалов  соответствует  времени  нахождения  волонтера  в  зоне  магнитной  аномалии.  Затем  для  каждого  интервала,  с  помощью  дискретного  Фурье-преобразования,  производился  расчет  значений  спектральной  мощности,  для  диапазонов  частот  (0,3—4,0  Гц,  8,0—13,0  Гц),  по  всем  ЭЭГ  —  отведениям  для  всех  экспериментальных  серий.  После  чего  для  каждого  отведения  ЭЭГ  были  усреднены  значения  спектральной  мощности  для  всех  волонтеров  за  десять  минут  нахождения  в  аномальной  зоне  и  за  ее  пределами.

На  рисунке  2  представлено  распределение  спектральной  плотности  амплитуд  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц  по  19  отведениям  для  каждого  волонтера  усредненых  за  десятиминутные  интервалы  нахождения  в  аномальной  зоне  и  за  ее  пределами.  Данное  представление  результатов  позволяет  отметить  эффект  значимого  увеличения  амплитудных  значений  по  всем  19  отведениям  ЭЭГ  при  нахождении  волонтеров  в  зоне  с  аномальным  значением  магнитного  поля.  Кроме  того  можно  отметить  отведения  наиболее  сильно  реагирующие  на  аномальные  характеристики  магнитного  поля.

Рисунок  2.  распределение  спектральной  плотности  амплитуд  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц  для  всех  экспериментальных  серий

Так  аплитуда  затылочного  отведения  о1  увеличивается  в  аномальной  зоне  в  2,9  раза  и  аплитуда  височного  отведения  Т5  в  2,8  раза  относительно  значений  спектральной  плотности  амплитуд  за  пределами  зоны  с  пространственно  неоднородным  магнитным  полем.  Таким  образом,  можно  предположить,  что  в  большей  степени  реагируют  на  изменения  магнитного  поля  височные  и  затылочные  отделы  головного  мозга.

Кроме  того,  подобные  эффекты  наблюдаются  и  для  других  функциональных  диапазонов  ЭЭГ,  в  частности  для  α  активности.  На  рисунке  3  представлено  распределение  спектральной  плотности  амплитуды  в  диапазоне  частот  8—13  Гц.  Данное  распределение  позволяет  отметить  аналогичный  эффект  увеличения  амплитудных  значений  по  всем  19  отведениям.  В  большей  степени,  относительно  остальных  отведений,  увеличение  значений  спектральной  плотности  амплитуд  происходит  на  канале  Т6  (в  1,9  раза).  Следует  отметить,  что  данное  отведение  относится  к  височному  отделу  головного  мозга.

Рисунок  3.  распределение  спектральной  плотности  амплитуд  в  диапазоне  частот  8,0—13,0  Гц  для  всех  экспериментальных  серий

Таким  образом,  данное  представление  результатов,  наряду  с  реакцией  активации  по  всем  ЭЭГ  отведениям  во  время  нахождения  в  аномальной  зоне,  позволяет  отметить  каналы,  по  которым  фиксируется  наибольшее  увеличение  амплитудных  значений,  что  в  свою  очередь  позволяет  сделать  предположение  о  том,  какие  отделы  головного  мозга  наиболее  подвержены  влиянию  градиентного  магнитного  поля.  Так  в  диапазоне  дельта  активности  ЭЭГ  были  выделены  два  канала  о1  и  Т5  (затылочные  и  височные  доли  соответственно),  а  в  диапазоне  альфа  активности  выделен  канал  Т6  соответствующий  височному  отделу  мозга.  В  связи  с  чем,  можно  предположить,  что  в  большей  степени  реагируют  на  изменения  магнитного  поля  височные  и  затылочные  отделы  головного  мозга.

Список  литературы:

1.Бреус  Т.К.,  Чибисов  С.М.,  Баевский  Р.М.  Хроноструктура  биоритмов  сердца  и  факторы  внешней  среды.  М.:  Изд-во  «Полиграф  сервис»,  2002.

2.Владимирский  Б.М  Солнечная  активность  и  общественная  жизнь.  Космическая  историометрия:  от  первых  российских  космистов  до  наших  дней.  М.:  Изд-во  Либроком,  2013.  —  192  с.

3.Дубров  А.П.  Геомагнитное  поле  и  жизнь:  Краткий  очерк  по  геомагнитобиологии.  Л.:  Гидрометеоиздат,  1974.  —  176  с.

4.Колесник  А.Г.,  Колесник  С.А.,  Побаченко  С.В.  Электромагнитная  экология.  Томск:  ТМЛ-Пресс,  2009.  —  336  с.

5.Ораевский  В.Н.,  Бреус  Т.К.,  Баевский  Р.М.,  Рапопорт  С.И.,  Петров  В.М.,  Барсукова  Ж.В.,  Гурфинкель  Ю.И.,  Рогоза  А.Т.  Влияние  геомагнитной  активности  на  функциональное  состояние  организма  //  Биофизика.  —  1998.  —  Т.  43,  —  вып.  5.  —  С.  819—826.