Электромагнитные поля — новые раздражители


Электромагнитные поля — новые раздражителиЮРИЙ АНДРЕЕВИЧ ХОЛОДОВ — нейрофизиолог, доктор биологических наук, председатель секции магнитобиологии Научного совета по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР. Основное направление исследований — влияние электромагнитных полей на центральную нервную систему.

Мы можем называть раздражителем любое воздействие, вызывающее измеряемое отклонение в какой-то деятельности. Физиологи, основываясь на достижениях технических наук, с каждым годом все точнее измеряют различные функциональные изменения, и, казалось бы, их знания о новых раздражителях должны непрерывно увеличиваться. Однако мы видим, что даже физики чаще открывают новые элементарные частицы, чем физиологи — новые раздражители.

Все же, несмотря на стереотипность реакций на различные воздействия, несмотря на отсутствие разработанной теории раздражимости, физиологам удалось за последние годы выделить новый класс раздражителей, которые относятся к электромагнитным полям. Об этих достижениях и особенно о проблемах, которые возникли в связи с этим перед наукой, я и хочу говорить на последующих страницах, предпослав основному материалу необходимые, на мой взгляд, сведения о деятельности головного мозга как основного адресата для любых раздражителей.


Пути раздражителей к мозгу


Мозг, как наиболее совершенная система управления и как орган тонкого приспособления организма к условиям окружающей среды, привлекает пристальное внимание естествоиспытателей различных специальностей. Психологи изучают образование индивидуальных и видовых приспособительных поведенческих реакций; нейрофизиологи, регистрируя электрическую активность отдельных нейронов, хотят понять особенности формирования нейронных цепей; биохимики выясняют механизмы памяти на молекулярном уровне.

Любому исследователю, изучающему деятельность мозга, необходимо знание способов воздействия на центральную нервную систему, чтобы уметь объективно оценивать и нормальную деятельность мозга и ее изменения под влиянием определенных внешних факторов. Следует признать, что это необходимое предварительное условие в реальных исследованиях пока еще не может быть выполнено, так как мы еще не знаем всех параметров среды, определяющих деятельность мозга, условно принимаемую за «нормальную».

В этой связи уместно упомянуть, что проблема взаимоотношения среды и организма является одной из важнейших проблем биологии. Многие классики этой науки, и в частности И. М. Сеченов, призывали к тому, чтобы в определение понятия «организм» входила и среда, его окружающая.

Биологи XIX века, опьяненные успехами естествознания, полагали, что если в организме не все до конца понято, то уж среда изучена в достаточной степени. Это мнение было основано на зримых успехах физики, сумевшей измерить и объяснить многое из окружающего нас мира. Однако дальнейшее развитие естествознания показало, что существуют новые, не учитываемые ранее, факторы естественной и искусственной среды, которые могут выступать в роли раздражителей.

В процессе развития естествознания увеличивалось число факторов, действие которых сказывалось на деятельности организма, и ответ на вопрос: «Чем воздействовать?» — приобретал все большее количество вариантов.

Мы будем исходить из того, что вопрос «На что воздействовать?» уже решен, так как мозг является тем основным звеном, влияя на которое, исследователь получает возможность изменять многие этапы в цепи различных процессов организма.

Наиболее известным способом влияния на деятельность мозга нужно считать воздействие на органы чувств. Именно по этим каналам информация о различных параметрах внешней среды доходит до сознания человека и тем самым определяет его поведение. Если у человека возникает ощущение, скажем, звука, значит, где-то имеется этот источник звука. (Речь идет о здоровом человеке, когда возможность слуховой галлюцинации исключена.)

Но имеет ли это умозаключение обратную силу? Если человек не слышит звука, может ли этот физический фактор на него действовать? Как показали исследования члена-корреспондента АН СССР Г. В. Гершуни и его сотрудников, звук, интенсивность которого ниже порога ощущения, может действовать на нервную систему человека субсензорным способом, изменяя электроэнцефалограмму (ЭЭГ) или кожногальваническую реакцию. На этот не ощущаемый звук можно выработать условный рефлекс, который, правда, будет менее прочным, чем условный рефлекс на слышимый звук. Следовательно, по тем же самым каналам, которые поставляют нам ощущения, идут неощущаемые нами сигналы, как-то изменяя деятельность мозга.

В настоящее время проблема подсознательных влияний приобретает все большую актуальность. Для широкой публики она известна в виде «проблемы двадцать пятого кадра». Предполагается, что если в сюжет художественной кинокартины, экспонируемой обычно с частотой 24 кадра в секунду, вставить в виде 25-го кадра какой-то рекламный фильм, то зрители, не осознавая этого, воспримут рекламные рекомендации. Нужно заметить, что научного подтверждения этот феномен пока не получил.

Научная значимость проблемы заключается в выяснении тех физиологических механизмов, которые определяют сознательность и подсознательность тех или иных процессов в мозгу. Такого рода исследования проводятся А. Э. Костандовым, который предполагает, что в осуществлении сознательных актов большую роль играет взаимодействие коры головного мозга и таламических структур. От констатации существенной роли подсознательных процессов (что является большой заслугой известного австрийского психолога 3. Фрейда) нейрофизиологи переходят к детальному описанию механизмов этих процессов. Важную роль в развитии этой проблемы могло бы сыграть обнаружение резких качественных изменений в реакциях мозга животных при постепенном увеличении интенсивности стимула, начиная от очень слабых его значений.

Некоторый оптимизм в связи с этой проблемой внушают результаты опытов итальянского физиолога О. Помпеяно, который, раздражая электрическим током увеличивающейся интенсивности один из нервов конечности кошки, регистрировал электрическую активность ее головного мозга. Было обнаружено, что при определенной интенсивности раздражений изменения возникли только в записи биопотенциалов мозга. При дальнейшем увеличении силы тока эти изменения приобретали другой характер и, что особенно интересно, наблюдалась реакция сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Возможно, чтобы стать ощущаемой, реакция должна охватить какой-то критический объем мозга.

Решение вопроса о том, как внешний стимул превращается в ощущение, повлияет не только на наши взгляды относительно деятельности мозга, но и поможет выяснить один из значительных вопросов теории отражения.

Однако для дальнейшего изложения затронутой нами темы важен только вывод о том, что существуют внешние раздражители, действие которых не всегда ощущается.

Иногда раздражитель не ощущается, потому что действует не на свои рецепторы. Возьмем, к примеру, свет. Если бы он попал на сетчатку глаза, он вызвал бы нормальное световое ощущение. Но свет направлен на кожную поверхность. Световых ощущений он не вызывает, но может менять биопотенциалы мозга и может служить условным раздражителем. Значит, в этом случае важна не сила раздражителя, а место его приложения.

До сих пор мы обсуждали различные способы воздействия на мозг только через органы чувств. Сильный был раздражитель или слабый, влиял он на «свой» рецептор или на «чужой», его путь был предопределен анатомическими связями, которые можно сравнить с железнодорожной веткой, действующей только в одном направлении — от рецептора к мозгу. Известно, что использование железнодорожного транспорта налагает определенные ограничения на параметры груза. Нельзя ли влиять на мозг, минуя органы чувств, высадить, так сказать, мощный воздушный десант, игнорируя проторенные дороги?

Оказывается, можно. И когда мы по утрам пьем кофе или по вечерам иногда употребляем более крепкие напитки, мы, по существу, осуществляем этот «десант», возбуждая свой мозг химическим способом. Нужно сказать, что природа протестует против такого неестественного способа воздействия на мозг и создала специальный гемато-энцефалический барьер, который препятствует прохождению некоторых химических веществ из кровеносного русла в мозг.

Но как тщательно ни оберегала природа свое самое совершенное творение, человек сумел преодолеть и гематоэнцефалический барьер, вводя с помощью специальных канюль (трубочек) различные химические вещества прямо в мозг животных и человека, и механический барьер, вживляя через небольшие отверстия в черепе проволочки для электрического раздражения отдельных мозговых центров. Именно этими методами нейрофизиология добилась последних впечатляющих успехов, связанных с открытием неспецифических структур мозга (ретикулярная формация, лимбическая система, центр «удовольствия» и т. п.) и с выяснением роли различных веществ в нервной деятельности.

Однако эти методы вмешательства в работу мозга нельзя назвать тонкими, так как они иногда связаны с механическими повреждениями защитных тканей и самих нервных клеток. Последний случай особенно нежелателен, так как нейроны не обладают регенерационной способностью. Поэтому ученые продолжают искать более щадящие способы воздействия на мозг и на этом пути обратились к таким проникающим факторам, какими являются электромагнитные поля (ЭМП).


Прорывы ЭМП в чувственную сферу


Из начального курса физики известно про шкалу электромагнитных колебаний, или ЭМП, которую можно начать с постоянных электрических и магнитных полей и, постепенно увеличивая частоту колебаний, дойти до рентгеновских и гамма-лучей. На этом пути встретятся диапазоны: низкочастотный, звуковой и радиочастотный, инфракрасные лучи, видимые и ультрафиолетовые.

Из обширного спектра ЭМП биология до недавнего времени интересовалась только видимым и прилегающим к нему инфракрасным диапазоном, поскольку только эти ЭМП воспринимаются человеком субъективно в виде света и тепла.

Позже в орбиту интересов биологов вошли более коротковолновые, в сравнении с видимым диапазоном, участки шкалы: ультрафиолетовые и ионизирующие излучения.

Буквально в последние годы стали интенсивно исследовать биологическое действие той части шкалы электромагнитных колебаний, которая находится слева от инфракрасных лучей. Изучается биологическое действие радиоволн, ЭМП звукового диапазона, более низкочастотных ЭМП, а также постоянных магнитных и электрических полей.

Таким образом, биология, как и астрономия, в последние годы становится «всеволновой». Если для астрономии это означает, что кроме видимого света исследователи начали регистрировать и другие ЭМП, генерируемые космическими объектами, то биология преимущественно изучает реакции организмов на различные ЭМП. Уместно заметить, что биологи тоже начинают регистрировать различные ЭМП, генерируемые биологическими объектами, но это направление работ мы оставим за пределами нашего внимания.

Речь пойдет в основном о биологическом действии радиоволн и магнитных полей, т. е. о тех разделах «электромагнитной биологии», в разработке которых автор принимал непосредственное участие.

Если ту часть биофизики, которая изучает биологическое действие магнитных полей, магнитные свойства биологических объектов и магнитные поля, генерируемые этими объектами, можно с полным правом назвать магнитобиологией, то при переходе к радиоволнам возникают терминологические неувязки.

По аналогии с «магнитобиологией», «электробиологией» и прочими подобными терминами ту часть биофизики, которая изучает биологическое действие радиоволн и ЭМП этого диапазона, генерируемых биологическими объектами, следовало бы назвать радиобиологией. Но этот термин уже занят. Радиобиологией называют науку, которая изучает биологические процессы в связи с ионизирующими излучениями. Хотя вернее было бы называть ее «радийбиологией». Предлагают назвать новую науку «электромагнитной биологией» (А. С. Пресман), но этот термин съедает электробиологию, магнитобиологию, термобиологию, сзетобиологию и теперешнюю радиобиологию. Однако оставим терминологические споры.

Изобретатель радио А. С. Попов когда-то говорил, что человеческий организм не имеет еще такого органа чувств, который замечал бы электромагнитные волны в эфире. Это высказывание расшифровывалось как вывод об отсутствии биологического действия радиоволн, и многими литераторами использовался художественный образ человека, пронизанного неощущаемыми радиоволнами. Сегодня такой вывод имеет лишь исторический интерес. Постепенно увеличивая интенсивность радиоволн, мы можем у любого человека вызвать ощущение тепла и даже ожоги, но не об этих экстремальных условиях пойдет дальше речь.

Оказалось, что радиоволны обычной интенсивности, предназначенные для радиоприемников, воспринимаются некоторыми людьми как звуки. Американский исследователь К. Уиски описал переживания двух, не связанных между собой женщин, которые жаловались на то, что временами они слышат сигналы азбуки Морзе. Проверка показала, что эти ощущения совпадают по времени с работой близкорасположенной радиостанции.

Неисправности в электропроводке, которые создавали уже не радиоволны, а низкочастотные ЭМП, воспринимались этими женщинами как шум. Такая уникальная чувствительность к ЭМП различных диапазонов показывает преимущества биологической системы перед технической даже в области радиотехники, где первенство традиционно принадлежало техническим устройствам. Что касается указанных двух женщин, то их приходится только жалеть, так как повышенная чувствительность к ЭМП в наш век радио делает жизнь чрезвычайно трудной.

В условиях эксперимента американскому биофизику А. Фрею удалось показать, что чувствительность слухового анализатора к радиоволнам может быть продемонстрирована на любом человеке. Если направить пучок радиоволн на височную область мозга, где расположены высшие слуховые центры, то у любого человека, даже у глухого, может возникнуть ощущение шума, хотя колебаний воздуха (обычного звука) не будет.

Кроме отмеченного «радиозвука», человек при действии на него радиоволн может ощущать, хотя и редко, «радиосвет» или «радиоприкосновение». Зато когда мы переходим к магнитным полям, световые и кожные ощущения начинают проявляться чаще, чем слуховые.

Уже начиная с конца прошлого века исследователи отмечали факт появления субъективного ощущения вспышки света (фосфена) при действии на голову человека магнитного поля с частотой 10—100 гц. Кроме магнитофосфена, отмечали и другие изменения деятельности зрительного анализатора в магнитном поле. В магнитном поле у человека снижалась устойчивость ясного видения. Магнит, подносимый к затылку испытуемого, изменял зрительные образы, внушенные в гипнозе, и усиливал зрительные галлюцинации, вызванные мескалиновым* опьянением (Л. Л. Васильев).
___________
*Мескалин — галлюциногенное вещество, получаемое из вытяжки мексиканского кактуса.

Многие медики прошлого столетия, среди которых были такие авторитеты, как С. П. Боткин и Ш. Шарко, отмечали, что магнит, приложенный к различным участкам кожной поверхности человека, может вызвать в месте действия ощущение зуда, тепла, ползания мурашек, покалывания или боли. Из 100 человек примерно у 60 можно было отметить такие ощущения, только у одних они возникали через несколько минут после начала воздействия, а у других появлялись лишь через час.

Таким образом, процессы, вызываемые в организме ЭМП, могут иногда прорываться в чувственную сферу человека, являясь причиной различных «электромагнитных чувств». Однако отсутствие ясного «электромагнитного ощущения» заставляло многих исследователей воздерживаться от голосования в пользу признания за ЭМП свойств раздражителя.


Вредные влияния


Прогресс в решении данной проблемы наметился лишь после того, как отсутствие ощущения у человека было признано недостаточным для вывода о безразличности для организма того или иного внешнего фактора. Большое влияние на такое решение оказало открытие, что ионизирующая радиация может убить организм, не регистрируясь в его чувственной сфере. Некоторые отравляющие вещества (без запаха и без вкуса) бесшумно и незримо проникают в организм. Не ощущается — вовсе не значит, что не действует. Следует проверять, влияет ли исследуемый фактор на биопотенциалы головного мозга, может ли он стать условным раздражителем, изменяет ли он текущую деятельность организма...

Если с этими новыми мерками подходить к радиоволнам и магнитным полям, то выводы об их безразличности для организма придется сдать в архив. Люди, работающие с различными генераторами радиоволн, часто жаловались на головную боль, ослабление памяти, потерю аппетита, быструю утомляемость. Иногда у чих усиливалось облысение и появлялась половая слабость.

Болезненные явления исчезали, когда люди переставали соприкасаться с источниками радиоволн, и вновь появлялись при возобновлении работы у генератора.

Эти обстоятельства заставили врачей-гигиенистов признать радиоволны и другие диапазоны электромагнитных колебаний профессионально вредными факторами. Сейчас уже установлены предельно допустимые уровни интенсивностей ЭМП, при которых можно работать без специальных мер защиты.

Однако число радиостанций и их мощность непрерывно растут. Свой весомый вклад в увеличение интенсивности «радиофона» Земли вносят телевизионные станции и многочисленные радары. Вопросы биологического действия радиоволн перекочевывают из области профессиональной в область коммунальной гигиены. Для этого имеются существенные основания.

В одном из опытов, проведенных американскими исследователями, крысы, находившиеся за 20—30 километров от работающего радара, сначала проявили повышенную двигательную активность, а затем у них наступило угнетенное состояние. Исследования советских гигиенистов показали, что в жилых домах и в общественных зданиях, расположенных на расстоянии нескольких километров от радиостанции или телецентра, имеются существенные интенсивности радиоволн. Когда крыс помещали в такие же ЭМП, у них через месяц отмечали угнетение условных рефлексов и снижение активности фермента холинэстеразы, который играет важную роль в нервных процессах.

Воздействие радиоволн или постоянных магнитных полей на беременных крыс приводило в последующем к нарушению высшей нервной деятельности их потомства. Конечно, результаты, полученные в опытах с грызунами, нельзя прямо переносить на человека, но они уже сигнализируют о возможной опасности радиоволн для любого человека планеты, где бы он ни находился, в нескольких шагах от мощной радиостанции или в глухой тайге.

Перечисленные мрачные стороны процесса широкого внедрения различных ЭМП в жизнь и быт современного человека часто не учитываются при развитии научно-промышленной революции, направленной в конечном итоге на благо человека. Детский вопрос о том, что такое хорошо и что такое плохо, вновь встает перед нами, когда обсуждаются проблемы биологического действия радиоволн.

Коварство радиоволн, как и их родственницы — ионизирующей радиации, также относящейся к семейству ЭМП, заключается не только в том, что они вредят неслышно и невидимо, но и в том, что молодые неокрепшие организмы более подвержены воздействию, чем взрослые.

Существует даже гипотеза, что наблюдаемый в планетарном масштабе процесс акселерации — ускорение созревания молодого поколения и увеличение его роста — связан с повышением «радиофона» Земли. Эта гипотеза основана на факте влияния радиоволн, обнаруженном в экспериментах на животных, и на совпадении по времени признаков акселерации с появлением первых мощных радиостанций, которые начали возникать в двадцатых годах нашего столетия.

Не только молодые, но и ослабленные, больные организмы более чутко реагируют на ЭМП. Можно полагать, что организм современного человека, сенсибилизированный воздействиями различных урбанистических факторов (шум, измененный состав воздуха, сидячий образ жизни, нервное перенапряжение и т. д.), вызванных научно-техническим прогрессом, стал более сильно реагировать на те (назовем их слабыми) раздражители, которые всегда присутствовали в биосфере Земли или появились только в последнее время.


ЭМП как экологический фактор


Какой же выход можно предложить? Должны ли мы от чего- нибудь отказаться или можем продолжать наращивать «радиофон», надеясь на великие приспособительные способности человечества? Вероятно, будет выбрана золотая середина. Ведь увеличение автомобильных катастроф не приводит к запрещению автотранспорта, а только усиливает требовательность к знаниям правил уличного движения. Следовательно, нужны такие «радиоправила», которые учитывали бы возможность влияния радиоволн на биологические объекты.

При составлении этих правил нужно учитывать, что радиоволны не являются сплошным биологическим злом. Всем известно, что в любом физиотерапевтическом кабинете больницы ЭМП используют для лечения некоторых заболеваний, особенно связанных с воспалительными процессами.

Кроме того, биосфера подвержена влиянию не только искусственных, но и естественных ЭМП, источниками которых служат Земля, Солнце и космическое пространство. Все живое на Земле растет и развивается в геомагнитном поле, интенсивность которого в среднем равна около 0,5 э. Этот факт до недавнего времени не считался существенным. Однако начавшаяся эра космических исследований поставила на повестку дня вопрос о детальной оценке условий жизни на Земле.

Выяснилось, что снижение геомагнитного поля до уровня магнитного ноля Луны, т. е. в несколько тысяч раз, изменяет деятельность зрительного анализатора у человека, вызывает нарушения поведения и деятельности внутренних органов у мышей, затормаживает рост растений и угнетает размножение бактерий. Эти немногочисленные еще исследования приводят к выводу, что для нормальной жизнедеятельности биосферы необходима определенная интенсивность ЭМП. Иными словами, ЭМП можно рассматривать как необходимый экологический фактор наряду с температурой, давлением атмосферы, составом воздуха и т. п. Повышение или понижение интенсивности геомагнитного поля может вызвать отклонения в жизнедеятельности организма.

Даже небольшие естественные аномалии в геомагнитном поле, например Курская магнитная аномалия, где геомагнитное поле примерно вдвое интенсивнее из-за наличия огромных запасов железных руд, как-то могут сказываться на биосфере. Птицы, привезенные в клетках из других районов нашей страны, реагировали на магнитную аномалию увеличением своей двигательной активности. Урожайность сельскохозяйственных культур и заболеваемость населения в районе магнитной аномалии отличались от соответствующих показателей для соседних районов.

Электромагнитный фон Земли зависит и от солнечной активности, которая находит отражение в процессах пятнообразования. Высказанная А. Л. Чижевским мысль о том, что Солнце влияет на земную жизнь не только с помощью тепла и света, детализируется специальной наукой — гелиобиологией. Оказалось, что кривая солнечной активности хорошо коррелирует с кривой числа обострений психических и сердечнососудистых заболеваний у людей, с плодовитостью животных, урожайностью растений, вирулентностью бактерий и многими другими процессами биосферы.

При анализе и выяснении тех физических факторов, которые, будучи связанными с колебаниями солнечной активности, могли повлиять на биологические земные процессы, астрономы (М. Н. Гневышев) и астрофизики (Б. М. Владимирский) называют в первую очередь ЭМП. В экспериментах на животных биологи успешно подтверждают эти гипотезы.

Таким образом, можно говорить о существовании своеобразного электромагнитного «моря», которое питают естественные и искусственные источники, земные и космические. Человечеству, живущему в этом море, необходимо знать его течения, мели и острова, чтобы управлять интенсивностью биологических процессов, охранять больных от пагубных для них магнитных бурь, излечивать некоторые заболевания. Без правил плавать в этом море становится все опаснее.

Но как же случилось, что мы проглядели этот электромагнитный мир? Нужно вспомнить, что мы прежде всего видящие и слышащие приборы. Обоняем мы еле-еле в сравнении, скажем, с собаками, а изменения температуры чувствуем намного хуже, чем змеи. Короче, внешний мир для нашего сознания фильтруется слишком тщательно для узких практических целей, которые природа уготовила приматам при их формировании.

Однако для организма раздражителями служит гораздо большее число внешних факторов, чем это нами ощущается и сознается. Самое же важное заключается в том, что осознаваемые и неосознаваемые раздражители прежде всего реализуют свое действие на организм через центральную нервную систему, т. е. у млекопитающих — через головной мозг.

Итак, мы показали, что, решаясь воздействовать на деятельность мозга проникающими ЭМП, мы идем не вопреки природе, а согласно ее законам, и потому надеемся на успех.


Своеобразный раздражитель


Определенная логическая стройность в рассуждениях появляется, когда мы ретроспективно рассматриваем путь исследований с вершины сегодняшнего дня. А лет пятнадцать назад, когда я, выпускник биофака МГУ, только приступал к изучению влияния магнитных полей на деятельность центральной нервной системы, данная проблема не казалась такой уж актуальной. Высказывались смутные гипотезы о возможности ориентации птиц при дальних миграциях по магнитному полю Земли, но возраст этих высказываний достиг уже столетнего уровня, а их убедительность за это время не увеличилась.

Конкретная задача формулировалась так: «Влияют ли искусственные магнитные поля на поведение животных и, если влияют, то каков физиологический механизм такого воздействия?»

В качестве методов исследования предполагалось использовать павловский условнорефлекторный метод и запись электрической активности головного мозга. Объектом изучения первыми были взяты рыбы. Как потом оказалось, этот выбор был удачным.

Давая карасям и карпам магнитное поле как условный раздражитель и подкрепляя его действие пищей или ударом электрического тока (в разных опытах по-разному), мне удалось выработать условный рефлекс на магнитное поле у рыб. В отличие от условных рефлексов на адекватные раздражители (свет, звук) условные рефлексы на магнитное поле позже появлялись, позже укреплялись; были менее прочными. Все это говорило о слабости магнитного поля, как раздражителя, и объясняло, почему многие сомневались в биологическом действии магнитного поля. Просто у других не хватало терпения десятки раз сочетать действие магнитного поля с безусловным раздражителем, чтобы где-то к сотому сочетанию выявить связь между ними.

Однако такой вывод оказался преждевременным. Когда вместо положительного у рыб попытались выработать отрицательный условный рефлекс (условный тормоз), т. е. когда свет подкрепляли безусловным раздражителем, а комбинацию «магнитное поле -свет» не подкрепляли, эта временная связь вырабатывалась скорее и была более прочной, чем в случае применения адекватных раздражителей.

Так выявилась первая «странность» магнитного поля как раздражителя. Он оказался слабым, когда использовался в качестве положительного условного раздражителя, и выглядел достаточно сильным при выработке тормозных временных связей.

Другие «странности» выявились, когда мы перешли к регистрации ЭЭГ кролика, голову которого помещали в магнитное поле, создаваемое электромагнитом. В отличие от привычной для электрофизиолога генерализованной реакции десинхронизации*, возникающей со скрытым периодом в доли секунды на применение адекватных раздражителей, ЭЭГ-реакция на магнитное поле выражалась в увеличении числа веретен и медленных волн, т. е. в реакции синхронизации. Такая генерализованная неспецифическая реакция синхронизации выявлялась не при каждом применении нашего раздражителя (примерно в 50% случаев), а ее средний скрытый (латентный) период составлял 20—30 секунд.
____________
*Реакция десинхронизации при записи ЭЭГ человека и животных заключается в уменьшении амплитуды и в увеличении частоты колебаний биопотенциалов. Она возникает обычно в ответ на воздействие достаточной силы.

Уже эти начальные, слишком общие характеристики магнитного поля позволяли делать вывод о своеобразных свойствах этого раздражителя в сравнении с адекватными раздражителями.

Зато когда мы провели выработку условных рефлексов у рыб на ЭМП радиочастотного диапазона и на ионизирующее излучение, выявилось сходство в параметрах условных рефлексов, выработанных на такие разные в физическом отношении факторы, как магнитное поле, радиоволны и гамма-излучение. Значит, существует по крайней мере два рода раздражителей: адекватные (свет, звук, запах и т. п.) и неадекватные (неспецифические), которые относятся к семейству электромагнитных колебаний и которые с трудом образуют условные двигательные рефлексы у рыб.

Отмеченные свойства электромагнитных раздражителей еще ничего не говорили о способе их воздействия на организм. Можно было только полагать, что если раздражитель воспринимается, то имеется отдельный орган чувств (рецептор), ответственный за это восприятие...


Прямое действие на мозг


Поскольку в конце пятидесятых годов было известно, что только у рыб вырабатывается условный двигательный рефлекс на магнитное поле (при попытке выработать подобный рефлекс у птиц и млекопитающих исследователей постигла неудача), резонным считалось предположение X. Лиссмана о восприятии магнитного поля органом боковой линии, который имеется только у рыб Однако денервация органа боковой линии, проведенная в наших опытах, не повлияла на условный магнитный рефлекс.

Мало того, увеличив напряженность магнитного поля, мы смогли позже выработать условный оборонительный рефлекс у кролика, а французскому исследователю А. Рейлю удалось выработать условный рефлекс на магнитное поле у голубей, когда он в качестве условной использовал не двигательную, а вегетативную реакцию. Следовательно, магнитное поле может стать условным раздражителем для представителей различных классов позвоночных животных, и механизм воздействия этого физического фактора на разных животных должен быть сходным.

Когда мы попытались выяснить, все ли участки тела кролика одинаково чувствительны к магнитному полю, то попеременно подвергали кратковременному воздействию задние ноги, живот, грудь или голову. Оказалось, что в наших экспериментальных условиях изменения ЭЭГ можно наблюдать только в случае воздействий магнитного поля на голову. В иных условиях эксперимента многие исследователи отмечали, что разные участки тела тоже реагируют на ЭМП, но голова оказалась наиболее чувствительной областью.

Мы были вправе заключить, что рецептор магнитного поля скорее всего находится где-то в головном конце позвоночных животных. Подозрение пало на сетчатку глаза, потому что магнитное поле у людей иногда вызывало ощущение световой вспышки, а у рыб световой и магнитный условные рефлексы генерализовались, т. е. если был выработан один из этих рефлексов, другой осуществлялся с ходу.

Однако полное удаление глаз у рыб не повлияло на выработку условного рефлекса. Ослепленные рыбы даже немного лучше реагировали на магнитное поле, чем зрячие. Избавиться от непрочного магнитного условного рефлекса оказалось не менее трудным делом, чем выработать его, хотя он возникал не при каждом воздействии магнитным полем, но с такой же частотой, как и до операции.

После перечисленных неудач было высказано предположение, что в данном случае не срабатывает принцип обязательного существования рецептора. Возможно, никакого магнитного рецептора нет. Но поскольку есть магнитный рефлекс, магнитное поле обязательно должно действовать на головной мозг. Попробовали удалять различные участки мозга у рыб и следить за сохранением магнитного рефлекса. Только повреждение промежуточного мозга резко ухудшало этот рефлекс.

Удаление переднего или среднего мозга, а также мозжечка не препятствовало осуществлению условного рефлекса на магнитное поле.

Полученные данные можно трактовать двояко. Возможно, магнитное поле «воспринимается» непосредственно промежуточным мозгом. Но, вероятнее всего, в промежуточном мозге рыб локализуется замыкательная функция, так как после его повреждения нарушался не только магнитный, но и световой и звуковой условные рефлексы.

Когда у кролика одновременно регистрировали электрическую активность различных участков головного мозга, было обнаружено, что при воздействии магнитного поля реакция обнаруживается во всех регистрируемых отделах, но наиболее интенсивной она была в промежуточном мозге (в участке, называемом гипоталамусом) и в коре больших полушарий. Отсюда напрашивается предположение, что магнитное поле может действовать непосредственно на любой отдел мозга, но с разной эффективностью.

Проверку этого предположения мы решили провести на изолированных участках головного мозга. Известно, что такой участок, потерявший все нервные связи, но сохранивший кровообращение, обладает электрической активностью. Вот эта активность и может служить показателем реакции изолированного мозга на применяемый раздражитель. Неожиданно для нас выявилось, что препарат изолированного мозга, получаемый после перерезки на уровне среднего мозга и дополнительного пересечения обонятельных и зрительных нервов, реагирует на магнитное поле и ЭМП радиочастот более часто, с меньшим латентным периодом и более интенсивно, чем интактный, т. е. неповрежденный, мозг.

Иначе говоря, участок мозга, потерявший все нервные связи с внешним миром, приобрел большую чувствительность к проникающим ЭМП. Надо ли говорить, что в этих условиях действие адекватных раздражителей не обнаруживалось. Если вспомнить наше сравнение нервов с железнодорожными путями, будет ясно, что поезда не пройдут, когда рельсы разрушены.

Результаты этого опыта являются решающими для нашего вывода о непосредственном действии ЭМП на мозг. Они были подтверждены при использовании изолированного островка коры больших полушарий размером 5X15 мм и глубиной около 3 мм. Такой маленький участок мозговой ткани также лучше реагировал на ЭМП, чем интактный мозг.

Участки центральной нервной системы беспозвоночных животных (таракана и речного рака), лишенные и нервной и гуморальной связи с организмом, могли изменять свою электрическую активность при действии ЭМП. Это было обнаружено и в наших опытах и в экспериментах других исследователей.

Итак, современные эксперименты подтверждают гипотезу о непосредственном действии ЭМП на головной мозг. Означает ли это, что ЭМП не влияет на периферические отделы нервной системы, не использует рефлекторный путь воздействия? Вовсе нет. Мы уже говорили о том, что ЭМП может вызвать ощущение у человека при локальном воздействии на периферические отделы тела. Биологические эффекты ЭМП наблюдали и на изолированных органах, лишенных связей с центральной нервной системой, и на растениях, у которых нет нервной системы. Можно утверждать, что в конечном итоге реакция организма на ЭМП определяется и рефлекторным воздействием и непосредственным влиянием на центральную нервную систему и что в каждом конкретном случае (в зависимости от интенсивности, локализации воздействия или особенностей биологического объекта) тот или иной путь может выступать на первый план.

Сам факт воздействия электрических или химических раздражителей непосредственно на мозг известен всем, но он установлен в экспериментах, связанных с повреждением черепа. Не является ли положение о непосредственном действии ЭМП на мозг таким же лабораторным феноменом?

Известно, что одноклеточные воспринимают любой раздражитель непосредственно своей одной клеткой. Только после значительного периода развития многоклеточные организмы приобретают специализированные органы чувств. У многих беспозвоночных свет воспринимается непосредственно нервной системой, а в ряду позвоночных этой особенностью обладает ланцетник.

Таким образом, интересующая нас форма взаимодействия организма со средой является старым и единственным способом взаимодействия на низших этапах эволюционного развития. В какой-то мере каждая живая клетка сложного организма, несмотря на высокую степень специализации, сохранила способность непосредственно реагировать на отдельные факторы среды. И, конечно, в ряду клеток различных систем нервная клетка в этом отношении занимает одно из первых мест.

Даже такие раздражители, как свет и звук, для восприятия которых имеются специальные сложно организованные рецепторы, могут воздействовать и непосредственно на центральную нервную систему. Из научной литературы известно, что свет может действовать на промежуточный мозг рыб, земноводных и птиц, а звук — на клетки спинного мозга млекопитающих. При учете этих фактов меньше удивляешься тому обстоятельству, что ЭМП, обладая проникающим свойством и не имея специализированного рецептора, воспринимается «старым»» способом, действуя непосредственно на мозг.


Возникшие перспективы


Уже сегодня можно говорить о множественности путей воздействия раздражителей на мозг. Свет, например, может действовать через сетчатку глаза, через кожу и непосредственно на мозг. В задачу будущих физиологических исследований должно входить наиболее полное описание всех путей воздействия на мозг каждого раздражителя. И эта работа уже начинается.

Лауреат Нобелевской премии шведский физиолог Р. Гранит, исходя из данных о существовании тепловых, осмотических и химических рецепторов в мозге, полагает, что дублирование рецепторов в мозге (а перечисленные органы чувств имеются и на периферии, в кровеносных сосудах например) улучшает определенные виды саморегуляции организма. Следовательно, проблема непосредственного действия раздражителей на мозг неизбежно встает перед исследователем, когда он переходит к общей характеристике рецепции.

Если считать, что теоретические барьеры, связанные с утверждением о непосредственном действии раздражителей на мозг, уже преодолены, то неизбежно встанут более практические вопросы о необходимой пороговой интенсивности ЭМП, чтобы получить реакцию мозга, и о тех более конкретных физиологических механизмах, которые запускаются при осуществлении этой реакции.

В наших экспериментах на кроликах обнаружено, что ЭМП сантиметрового диапазона еще вызывает ЭЭГ-реакцию синхронизации при плотности потока мощности 10 мквт/см2. Существует предположение о том, что в процессе информационного взаимодействия со средой любой организм обладает чувствительностью к сигналам любой энергетической природы, если их интенсивность заключена в пределах от 10-1 до 10-2вт/м2 с оптимумом при 10-7(Г. Ф. Плеханов).

Это предположение подкрепляют некоторые экспериментальные данные. Так В. Н. Денисов, вырабатывая двигательные условные рефлексы у крыс в лабиринте на ЭМП, обнаружил, что оптимальная чувствительность животных к ЭМП соответствует теоретическому предположению, если ЭМП подается в виде экспоненциальных импульсов с частотой 200—400 импульсов в секунду.

Обнаружено, что искусственные магнитные поля, по интенсивности близкие к геомагнитному полю, влияют на высшую нервную деятельность и электрическую активность мозга некоторых людей. Ориентация улиток в полях, близких к геомагнитному, была более выраженной, чем в более интенсивных магнитных полях.

Таким образом, вопрос о возможном биологическом действии естественных ЭМП решается в положительную сторону. Сегодня еще рано оценивать все выводы, вытекающие из такого решения, но использование ЭМП для ориентации организма во времени и пространстве уже следует учитывать при проведении соответствующих опытов.

При расшифровке механизма непосредственного действия ЭМП на мозг нами было обнаружено, что электрическая активность отдельных нейронов головного мозга кролика меняется при воздействии магнитного поля на голову животного. Если адекватные стимулы чаще увеличивали частоту разрядов отдельных нейронов, то магнитное поле чаще тормозило активность нейронов. Отношение возбуждающихся нейронов к тормозящимся определялось в первом случае как 2:1, а во втором — как 2:3.

Получается, что выяснение физиологических механизмов воздействия ЭМП на мозг связано с одним из фундаментальных вопросов нейрофизиологии, с «проклятым» вопросом, как его называл И. П. Павлов, — с формированием тормозного процесса. Поскольку ЭМП легко вызывает процесс торможения, появляются надежды на более успешное изучение этого процесса.

Большой латентный период реакций отдельных нейронов на магнитное поле (среднее его значение превышало 10 секунд) позволил предположить включение в реакцию каких-то медленных систем мозга. В связи с этим мы в совместных исследованиях с проф. М. М. Александровской решили проследить реакцию глиальных элементов и нейронов головного мозга при использовании более грубого, в сравнении с электрофизиологическим, гистологического метода. Оказалось, что даже трехминутное воздействие магнитным полем увеличивало сродство глиальных клеток к серебру, что можно было видеть на срезах головного мозга. Иными словами, глиальные клетки вступают в реакцию на ЭМП относительно скорее, чем нейроны, которым до сих пор отводилась главная роль в реакциях на любое воздействие.

Следовательно, проблема биологического действия ЭМП тесно связана еще с одной важной проблемой нейрофизиологии. Речь идет о физиологической роли нейроглии. Хотя морфологи знают о существовании глиальных элементов, составляющих по объему более трети головного мозга уже около 100 лет, физиологи, описывая нормальную деятельность мозга, отводили глии незначительную роль. Считалось, что она несет опорную функцию, являясь своеобразным «скелетом» мозга, заботится о регулярном питании нейронов, выступая посредником между ними и кровеносными сосудами, и следит за «чистотой» мозга, удаляя инородные включения и погибшие клетки. Не лишая ее этих относительно «низких» функций, в последнее время все большее число исследователей начинает признавать важную роль не только нейронов, но и глии в основных нервных процессах, таких, как замыкание временных связей, память, реакции на внешние раздражители.

В связи с тем, что наиболее интенсивная реакция на ЭМП наблюдается со стороны гипоталамуса, вопросы влияния ЭМП на организм тесно связаны с выяснением интимных сторон в регуляторных функциях этого важного отдела головного мозга. Существует предположение, что нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы и системы крови, которые обнаруживаются при действии ЭМП, реализуются через гипоталамус. Возможно, в происхождении «болезни века» — в широком распространении нарушений сосудистых реакций у людей, определенную роль играют и ЭМП.

Можно было бы продолжать перечисление важных проблем нейрофизиологии, решение которых повлияло бы на развитие обсуждаемой проблемы, но мы напомним еще только проблему подсознательных процессов. Мы уже видели, что для подсознательных воздействий возможностей гораздо больше, чем для сознательных. Хотя человек гордится присвоенным титулом «гомо сапиенс», разумность эта — только поверхность айсберга, большая часть которого скрыта под сознанием.

В отличие от айсберга, где уровень воды четко разграничивает подводную и надводную части, границы между сознательным и подсознательным более подвижны. Неощущаемые обычно радиоволны могут прорываться в чувственную сферу. Свет, действуя на кожу, перестает ощущаться.

Упомянув об электромагнитном море, мы пришли к океану субсензорных процессов, знание которых чрезвычайно необходимо для понимания механизмов работы мозга. Использование ЭМП в нейрофизиологии может ускорить процесс познания свойств этого наиболее совершенного творения природы.

И все-таки перечисленные проблемы носят более частный характер, в сравнении с теми двумя аспектами темы, которыми я хочу закончить статью. Речь пойдет о биологической значимости ЭМП в естественных условиях и о роли ЭМП как инструмента в экспериментальных исследованиях.

На всем протяжении статьи проводилась мысль о том, что организм оказался прибором более чувствительным и с большим набором датчиков, чем предполагалось ранее. И «стрелок» (реакций) у этого прибора немало. Одни непрерывно колеблются, потому не заметить их движения — просто невозможно. Сюда можно отнести двигательные реакции животных на знакомые дистантные раздражители: зрительный образ, звук и запах. Их смысл житейски понятен: «убежать» (от врага) и «схватить» (пищу).

Другие стрелки совершают малые, редкие и слишком медленные перемещения. Чтобы зафиксировать этот процесс, необходимо долго и под большим увеличением его рассматривать. К такому типу ответов относятся реакции организма на ЭМП. Изучение этих эффектов только начинается. Их значение и место в ряду других реакций окончательно определят будущие исследования, но уже сейчас можно высказать некоторые предположения.

Лучше всего сравниль ЭМП с воздухом. Поскольку жизнь сухопутных животных всегда протекает в воздушной среде, необходимость воздуха не кажется столь очевидной, как необходимость воды или пищи. Можно думать, что ЭМП, являясь, как и воздух, важным условием жизнедеятельности (а некоторые опыты приводят к такому заключению), в достатке присутствуют при всех земных условиях существования. Возможность кратких полетов людей на Луну, где ЭМП слабее, еще не снижает ценности нашего сравнения, так как краткий перерыв в дыхании не угрожает жизни. Однако высказанное предположение требует тщательных экспериментальных подтверждений, ибо сравнение — еще не способ доказательства.

Теперь о другом. Переработка информации, поступающей в мозг, может рассматриваться на разных уровнях. Психолог обычно говорит о системе понятий, нейрофизиолог — о системе нейронных импульсов, а биохимик — о системе химических реакций. Но даже самый низший из перечисленных уровней анализа деятельности мозга еще не исчерпывает всех возможностей современной науки. Химические свойства веществ в конечном итоге определяются взаимодействиями атомных ядер и электронов. Поэтому принципы химии определяются более фундаментальными науками: электродинамикой и квантовой механикой. Соответственно, электрические и магнитные поля служат инструментом для получения информации о самых микроскопических процессах. Поэтому применение ЭМП в биологии вообще и в нейрофизиологии в частности идеально соответствует целям все более глубокого проникновения в сущность изучаемых процессов.

Этингоф Е.Б. (ред.) - Будущее науки.
Международный ежегодник.
Выпуск 04 (1971)


Категория: Наука и Техника   Теги: Электромагнетизм   Автор: Холодов Юрий Андреевич

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.