Влияние внешних физических воздействий на биоритмы человеческого мозга

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовой работе

 

 

«Влияние физических внешних воздействий на биоритмы человеческого мозга»

 

 

 

Дисциплина «Биофизика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_____________________________________________________________________________

Москва   2011г.

Введение

Цель работы — Рассмотреть мозг как генератор электрических колебаний ,  систематизировать современные данные о биоритмах человеческого мозга и о  возможности управления ими с помощью внешних физических воздействий.

Мозг человека самый сложный  объект во Вселенной. Чем больше мы понимаем, как он устроен, тем лучше мы можем лечить его заболевания.

Под мозгом понимают нечто большее, чем знакомое анатомам серо-розовое  желе. Один крупный физиолог назвал мозг «чудесным ткацким станком». Другой уподобил его спокойному озеру, на котором некоторые пульсирующие системы создают волнообразные рисунки. Первый образ напоминает нам, что волшебство может быть функцией механизма. Второй приглашает ступить на поверхность чего-то, подвластного штормам и более глубокого, чем мы думаем.

    Биоритмы мозга и способы влияния на них необходимо изучать чтобы диагностировать возможные заболевания, связанные с их нарушением.

    Образ жизни современного человека часто нарушает естественные суточные ритмы: необходимость рано вставать или поздно ложиться. А ведь на протяжении веков  люди вставали с восходом солнца и ложились спать на закате.

    Кроме того, на мозг  современного человека оказывают  влияние внешние электромагнитные поля искуственного происхождения, отличные от привычных полей земли и планет,  стоячие электромагнитные волны низких и сверхнизких частот между поверхностью Земли и ионосферой (резонансы Шумана).

Возникновение ЭЭГ

Факт генерации электрического тока самим мозгом открыл английский врач Р. Картон в 1875  году. Далее знания были расширены Ферьером в экспериментах.

 

Рис1 «Линия записи представляла собой колебания с частотой около 10 в секунду»

А – одна из ранних записей, сделанных Бергером; б – запись, сделанная в современной лаборатории( виден тоже повторяющийся каждые 10 секунд сигнал ЭЭГ)

 

 

Для двух поколений физиологов работы Павлова были единственным источником информации о физиологии мозга. Тем  временем произошло другое большое  событие в истории физиологии в 1928г. Бергер  ввёл в практику лабораторий метод исследования электрической активности мозга, который обещал стать столь же точным, как изменения рефлексов у Павлова. Первое в Англии обсуждение возможностей клинической электроэнцефалографии состоялось в 1929 г. в Лондоне. Однако тогда открыте Бергера не получило признания. Лишь несколько лет спустя стало ясно, насколько важен был этот шаг.[1]

Электроэнцефалогрфия

Электроэнцефалография(ЭЭГ)-метод  исследования суммарной электрической активности головного мозга. С помощью ЭЭГ можно выявить локализацию органических поражений мозга, оценить его функциональную активность.

В стволе мозга и в передних отделах  лимбической системы имеются  ядра, активация которых приводит к изменению уровня функциональной активности практически всего мозга. Эти образования подразделяются на восходящие(активирующие) системы и подавляющие(тормозящие) системы. Активирующие системы расположены на уровне ретикулярной формации среднего мозга и в преоптических ядрах переднего мозга, а подавляющие — главным образом в продолговатом мозге, нижних отделах моста и неспецифических таламических ядрах. Активирующие системы вызывают повышение уровня функциональной активности мозга, а тормозящие — снижение уровня бодрствования, вплоть до засыпания.

Возбуждение активных ретикуло-кортикальных систем приводит к возникновению  на ЭЭГ реакции десинхронизации, вырвжающейся появлением нерегулярной высокочастотной и низкоамплитудной активности. При сижении активности мозга сокращается афферентный приток, при этом отдельные нейроны мозга функционально обьединяются в популяции с синхронизированной активностью, что отражается на ЭЭГ регулярными медленными и высокоамплитудными колебаниями.

Распространение возбуждения в  мозге, изменение потенциалов на мембранах нейронов создают неоднородное в пространстве и изменяющееся во времени электрическое поле. В связи с этим между двумя точками мозга, а также между точками мозга и другими тканями организма возникает разность потенциалов, которая и регистрируется с помощью метода ЭЭГ.

 

рис2. Система расположения электродов по системе  «10-20%»

 

рис 3. измерение частоты  и амплитуды на ЭЭГ

Природа биоритмов человеческого  мозга и процессов, отражением которых  эти биоритмы являются

 

 В различных состояниях своей активности, мозг работает на разных частотах.  У разных        диапазонов частот есть названия, соответствующие разным буквам греческого алфавита. Можно воздействовать на работу мозга при помощи специальных методик, использующих эти свойства.

     Каждая из частот  имеет важную функцию.  

Бета-волны — самые быстрые. Их частота варьируется, в классическом варианте, от 14 до 42Гц (а по некоторым современным источникам, - более чем 100 Герц). В обычном бодрствующем состоянии, когда мы с открытыми глазами наблюдаем мир вокруг себя, или сосредоточены на решении каких-то текущих проблем, эти волны, преимущественно в диапазоне от 14 до 40 Герц, амплитудой до 15 мкВ, они доминируют в нашем мозге. Бета-волны обычно связаны с бодрствованием, пробужденностью, сосредоточенностью, познанием и, в случае их избытка, - с беспокойством, страхом и паникой. Недостаток бета-волн связан с депрессией, плохим избирательным вниманием и проблемами с запоминанием информации.

    Ряд исследователей обнаружили, что некоторые люди имеют очень высокий уровень напряжения, включая высокую мощность электрической активности мозга в диапазоне быстрых бета волн, и очень низкую мощность волн релаксации в альфа и тета диапазоне. Люди такого типа так же часто демонстрируют характерное поведение, как курение, переедание, азартные игры, наркотическую или алкогольную зависимость. Это обычно успешные люди, потому что гораздо более чувствительны к внешним стимулам и реагируют на них значительно быстрее, чем остальные. Но для них ординарные события могут показаться крайне стрессовыми, заставляя искать способы понижения уровня напряжения и тревоги через прием алкоголя и наркотиков.

    Повышенный уровень напряжения  – это одна из разновидностей  нарушения баланса нейрорегуляторов  в организме. Очевидно, что у таких людей соответствующая стимуляция мозга может значительно понизить уровень бета активности и, соответственно, повысить релаксирующие альфа и тета ритмы.

   Альфа-волны возникают, когда мы закрываем глаза и начинаем пассивно расслабляться, не думая ни о чем. Биоэлектрические колебания в мозге при этом замедляются, и появляются “всплески” альфа-волн, т.е. колебаний в диапазоне от 8 до 13 Герц, амплитудой до 100мкВ. Если мы продолжим расслабление без фокусировки своих мыслей, альфа-волны начнут доминировать во всем мозге, и мы погрузимся в состояние приятной умиротворенности, именуемым еще “альфа-состоянием”.

    Исследования показали, что стимуляция мозга в альфа-диапазоне  идеально подходит для усвоения  новой информации, данных, фактов, любого материала, который должен быть всегда наготове в вашей памяти.

    В восточных боевых  единоборствах есть такое понятие  как «состояние мастера». Исследования  методом ЭЭГ показали, что в  этом состоянии в мозге человека  преобладают альфа волны. На  фоне альфа активности мозга скорость мышечной реакции в десять раз выше, чем в обычном состоянии.

    На электроэнцефалограмме  (ЭЭГ) здорового, не находящегося  под влиянием стресса человека, альфа-волн всегда много. Недостаток  их может быть признаком стресса, неспособности к полноценному отдыху и эффективному обучению, а так же свидетельством о нарушениях в деятельности мозга или болезни. Именно в альфа-состоянии человеческий мозг продуцирует больше вета-эндорфинов и энкефалинов – собственных «наркотиков», отвечающих за радость, отдых и уменьшение боли. Также альфа волны являются своеобразным мостиком - обеспечивают связь сознания с подсознанием. Многочисленными исследованиями методом ЭЭГ установлено, что люди, пережившие в детстве события, связанные с сильными душевными травмами, имеют подавленную альфа активность мозга. Аналогичную картину электрической деятельности мозга можно наблюдать и у людей, страдающих посттравматическим синдромом, полученным в результате военных действий или экологических катастроф. Поскольку в альфа-диапазоне лежит сенсорно-моторный ритм, то становится понятным – почему у людей, страдающих посттравматическим синдромом, затруднен произвольный доступ к чувственно-образным представлениям (на которых, кстати, строится вся традиционная безлекарственная психотерапия).

    Пристрастие некоторых  людей к алкоголю и наркотикам  объясняется тем, что эти люди  не способны генерировать достаточное  количество альфа-волн в обычном  состоянии, в то время как  в состоянии наркотического или  алкогольного опьянения, мощность электрической активности мозга, в альфа-диапазоне, у них резко возрастает.

 

    Тета-волны появляются, когда спокойное, умиротворенное бодрствование переходит в сонливость. Колебания в мозге становятся более медленными и ритмичными, в диапазоне от 4 до 8 Герц, амплитудой от 40 до 300мкВ. Это состояние называют еще “сумеречным”, поскольку в нем человек находится между сном и бодрствованием. Часто оно сопровождается видением неожиданных, сноподобных образов, сопровождаемых яркими воспоминаниями, особенно

 

                                                                             Рис 4. Альфа и бета –ритмы

детскими. Тета-состояние открывает  доступ к содержимому бессознательной  части ума, свободным ассоциациям, неожиданным озарениям, творческим идеям.

    С другой стороны,  тета-диапазон (4-7 колебаний в секунду)  идеален для некритического принятия  внешних установок, поскольку  его ритмы уменьшают действие  соответствующих защитных психических  механизмов и дают возможность  трансформирующей информации проникнуть глубоко в подсознание. То есть чтобы сообщения, призванные изменить ваше поведение или отношение к окружающим, проникли в подсознание, не подвергаясь критической оценке, свойственной бодрствующему состоянию, лучше всего наложить их на ритмы тета-диапазона.

    Этому психофизиологическому  состоянию (похожему на гипнотические  состояния картиной распределения  и сочетания электрических потенциалов  головного мозга) в 1848 Френчмен  Маури дал название гипнагогическое  (от греческого hipnos = сон и agnogeus = проводник, ведущий). В каждой Восточной философско-эзотерической школе “гипнагогия” использовалась веками для творчества и самосовершенствования, были тщательно разработаны психотехники и ритуалы для достижения этого состояния и существуют подробные классификации психофизиологических феноменов, ему сопутствующих.

    Заметим, что применение  гипнагогии не ограничивается  Восточными религиями. История  донесла до нас, что такие  известные личности, как Аристотель, Брамс, Пуччини, Вагнер, Франциск Гойа, Ницше, Эдгар Алан По, Чарлз Диккенс, Сальвадор Дали, Генри Форд, Томас Эдисон и Альберт Эйнштейн намеренно использовали гипнагогию для своего творчества, используя технику, которую описал еще Аристотель.

    Например, Эдисон трудился  над своими изобретениями в очень напряженном режиме. Когда же в своих размышлениях он заходил в тупик, то садился в свое любимое кресло, брал металлический шар в руку (которую свободно опускал вдоль кресла) и засыпал. Заснув, он непроизвольно выпускал шар из руки и грохот падающего на пол шара будил его, и очень часто он просыпался со свежими идеями относительно проекта, над которым работал.

 

рис 5. полиморфные медленные колебания  тета- и дельта- ритмов

    Дельта-волны начинают доминировать, когда мы погружаемся в сон. Они еще медленнее, чем тета-волны, поскольку имеют частоту менее 4 колебаний в секунду. Большинство из нас при доминировании в мозге дельта-волн находятся либо в сонном, либо в каком-то другом бессознательном состоянии. Тем не менее, появляется все больше данных о том, что некоторые люди могут находиться в дельта-состоянии, не теряя осознанности. Как правило, это ассоциируется с глубокими трансовыми или “нефизическими” состояниями. Примечательно, что именно в этом состоянии наш мозг выделяет наибольшие количества гормона роста, а в организме наиболее интенсивно идут процессы самовосстановления и самоисцеления.

    Недавними исследованиями  установлено, что, как только  человек проявляет действительную  заинтересованность чем-либо, то  мощность биоэлектрической активности мозга в дельта-диапазоне значительно возрастает (наряду с бета-активностью).

    Современные методы компьютерного  анализа электрической активности  мозга позволили установить, что  в состоянии бодрствования в  мозге присутствуют частоты абсолютно всех диапазонов, причем чем эффективней работа мозга, тем большая когерентность (синхронность) колебаний наблюдается во всех диапазонах в симметричных зонах обоих полушарий мозга.

  

 

 Рис. 6 Депрессия и восстановление Альфа-ритма

 

Рис7. Вариант нормально организованной ЭЭГ

Таким, образом, мозг является генератором электрических колебаний различных частот и амплитуд.[2]

     

Кинетические параметры  физики мозга

 

Ритмика некоторых физических процессов  в мозгу может быть обусловлена  периодическими метаболическими реакциями. К таким процессам, очевидно, относится пульсация нейроглии – 12 секунд фаза напряжения и 240 с фаза расслабления, при этом меняется их объем, набухают и отбухают их отростки. Колебания химической активности синапсов имеют постоянную времени порядка 100 мс, которая соответствует суммарной длительности возбуждающих и тормозных постсинаптических потенциалов ~30 и ~70 мс, соответственно. Учитывая доминирование циркадных ритмов в хронобиологии, можно полагать, что в основе механизма работы ритмоводителя мозга или сердца лежит связь электрической активности специальных нервных клеток с тем или иным периодическим явлением электромагнитной природы геофизического или космического масштаба . Примерами таких явлений могут служить спонтанное реликтовое излучение, пульсации геомагнитного поля и его периодические возмущения Солнцем, Луной и другими планетами, ритмы Шумана. Высокая чувствительность пейсмекеров к слабым внешним сигналам достигается за счет кооперативных эффектов в упорядоченных пучках нейронов супрахиазматических ядер, пучка Гиса и ядер ретикулярной формации.