электрическое воздействие на мозг
Электромагнитное излучение: нужно ли его бояться?
Содержание
О том, какого мнения современная наука придерживается относительно влияние электромагнитного излучения на организм человека и какие приборы являются самыми значимыми источниками такого излучения, рассказывает
Влияние электромагнитных полей на организм человека изучается со времён СССР, ещё в 60х годах прошлого века оно было подтверждено, тогда же было введено и понятие «радиоволновая болезнь» и разработаны Предельно Допустимые Уровни (ПДУ). Исследования в этой области продолжаются и сейчас. Тем не менее, эффект и последствия от воздействия ЭМИ очень зависит от каждого конкретного человека, роста, веса, пола, состояния здоровья, иммунитета и даже диеты! Ровно так же как и от интенсивности поля, частоты и продолжительности воздействия.
Самыми значимыми источниками электромагнитного поля являются те приборы, которыми мы пользуемся чаще всего и которые располагаются к нам ближе всего. Это:
Устройства связи дают электромагнитное поле в момент приёма/передачи информации, а из-за того, что они расположены к нам на минимальном расстоянии (например, мобильный телефон находится вообще вплотную к голове), то и значения плотности потока ЭМ поля будет максимальным.
У СВЧ печей есть срок эксплуатации, если она новая и исправная, то излучения в момент работы снаружи печи практически не будет, если же поверхность загрязнена, неплотно прилегает дверца, то защита печи может не останавливать всё излучение и поля будут «пробивать» даже стены кухни! И давать превышение по всей квартире или ближайшим комнатам.
Как правило, чем мощнее потребитель тока, чем он ближе к нам расположен, чем дольше он на нас воздействует и чем менее защищён (экранирован), тем сильнее будут проявляться негативные последствия. Потому что интенсивность излучения от каждого конкретного источника тоже будет разная.
Негативное влияние на организм человека
Чем дольше мы находимся в электромагнитном поле, тем больше шансы на появление каких-либо последствий. Опасность в том, что без специального оборудования, мы никогда и не узнаем, подвергаемся ли мы прямо сейчас воздействию ЭМ-поля или нет. Разве что совсем в критических ситуациях, когда уже и волосы от статических зарядов начинают шевелиться.
Воздействие ЭМ полей может вызывать:
Опасность заключается ещё и в том, что заметив у себя любой из описанных выше признаков, человек станет подозревать всё что угодно, но не электромагнитные поля, вызванные, например, скрытой проводкой, идущей вдоль спального места.
Правила безопасности при воздействии электромагнитного излучения на организм человека
Самая качественная защита от ЭМ излучения – это расстояние.
Плотность излучения с расстоянием падает в разы. У каждого источника достаточно ограниченный радиус действия полей, поэтому правильное планирование мест для отдыха/досуга, работы и сна уже залог Вашего здоровья, однако, не стоит забывать и про то, что любой обесточенный источник ЭМ-полей перестаёт таковым являться.
Поэтому не забывайте выключать из сети неиспользуемые приборы, не располагайте рядом с головой мощные источники ЭМИ, следите за состоянием бытовой техники и читайте инструкции по правильной эксплуатации бытовых приборов.
В теории качественная бытовая техника будет являться более безвредной, так как чем крупнее и «именитее» производитель, тем больше он будет заботиться о своём имидже и, соответственно, сертифицировать все свои продукты как можно более ответственнее. Но это, понятное дело, сказывается и на стоимости оборудования.
Однако стоит учитывать то, что это касается только новой техники, не подвергавшейся физическому воздействию, ремонтам, при правильной эксплуатации, расположении и прочее. Если хоть что-то было нарушено, то интенсивность излучения может измениться в разы.
Какое мнение сейчас принято по данному вопросу в научном сообществе?
Вред электромагнитного излучения для здоровья человека никем не отрицается. Но споры и обсуждения продолжаются касательно предельно допустимых уровней, так как провести однозначно линию, разграничивающую вред и пользу для организма, очень тяжело. В конце концов, есть и лечебные источники ЭМ-полей и диагностическое оборудование.
Лекарство от депрессии: как электричество разгоняет тоску
Популярность технологии электрической стимуляции мозга набирает обороты. Что делать — радоваться или бить тревогу?
Автор
Редакторы
Ввод слова «антидепрессанты» в строку поиска дает более 3,5 млн результатов. И по праву: депрессия — не просто модное слово, которым часто объясняют упадок настроения. Это серьезное психическое расстройство, способное привести к значительному нарушению функций организма и поведения, а иногда — к суициду. Неужели депрессия действительно стала болезнью 21 века, и если да — то как можно с ней справиться? Ответить на этот вопрос поможет исследование австралийских ученых.
Электричество в малых дозах — лекарство?
Идея использования постоянного тока в опытах на живых организмах не нова — еще в начале 16 века использовали экзотический способ лечения психических расстройств с помощью электрического ската. Позже разработали более будничный метод: закрепление электродов на коже головы с последующим пропусканием слабого тока. Так в распоряжении ученых появился универсальный инструмент, позволяющий локально влиять на разные участки человеческого тела. Эта технология сейчас применяется в качестве экспериментальной моно- или вспомогательной терапии нервных заболеваний и порой приводит к поразительным результатам. Существует большое количество методик целенаправленного воздействия электрическим током — как для улучшения рабочей памяти и ассоциативного мышления, так и для лечения пациентов с серьезными патологиями нервной системы.
Австралийские исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) в Сиднее провели масштабный эксперимент. Они изучали влияние постоянного тока на настроение и нейрофизиологию людей, страдающих депрессией. Технология транскраниальной стимуляции постоянным током (transcranial direct current stimulation, tDCS) предполагает воздействие на мозг электрическими импульсами (рис. 1). Слабый ток поступает через электроды, закрепленные на коже головы, стимулируя двигательные зоны коры головного мозга одиночными импульсами. Это безболезненный и неинвазивный метод (то есть не предполагает механического проникновения в организм человека), что позволяет работать, когда пациент находится в сознании [1].
Рисунок 1. Схема подключения и принцип работы устройства для tDCS. Электроды располагаются на поверхности головы. Слабый электрический ток проникает сквозь череп и воздействует на нейроны головного мозга.
Рисунок 2. Схема работы NMDA-рецептора. Рецептор (ионный канал) локализован в нейронной мембране (внеклеточное пространство — вверху). При деполяризации постсинаптической мембраны в синаптическую щель поступает глутамат, одновременно из канала рецептора удаляется «затычка» — ион магния. Такая активация вызывает открытие канала, что способствует оттоку из клетки калия и поступлению в нее ионов натрия и кальция. Этот процесс способствует фосфорилированию ряда белков нейрона-реципиента, что приводит к изменению силы синапса и обеспечивает синаптическую пластичность.
Суть процедуры tDCS не слишком сложна: постоянный ток, протекающий через ткани мозга, создает электрическое поле, что изменяет разность потенциалов на мембранах нейронов [2]. Так, при «анодной» стимуляции электроды притягивают к себе отрицательно заряженные ионы; это обусловливает деполяризацию мембран нейронов, за счет чего увеличивается вероятность их возбуждения при поступлении внешнего сигнала. В свою очередь, «катодная» стимуляция приводит к обратному действию: увеличивается разность потенциалов на мембранах (происходит гиперполяризация), и возбудимость нейронов снижается. В случае «анодной» (возбуждающей) стимуляции деполяризация постсинаптической мембраны при одновременном присутствии в синаптической щели глутамата активирует ионотропный рецептор глутамата NMDА (от названия лиганда — N-метил-D-аспартата), который играет ключевую роль в синаптической пластичности (рис. 2) — основном механизме реализации феномена памяти и обучения [3], [4]. Такой эффект приводит нейроны в состояние «боевой готовности»: изменение их возбудимости может использоваться для осуществления реорганизации клеточных соединений и перестройке нейронной сети. Следствием этого является, например, ускоренная регенерация в местах, где проводящие пути системы нейронов были нарушены в результате нервнодегенеративных заболеваний или на фоне психоэмоционального перенапряжения.
В целом, действие транскраниальной стимуляции на рецепторы нервных клеток можно сравнить с эффектом, который оказывают антидепрессанты [5]: при воздействии постоянного электрического тока на головной мозг стимулируется выработка «гормонов счастья» — эндорфина и серотонина. По некоторым данным, наблюдается и ряд «сопутствующих» реакций: снижение уровня тревожности, нормализация артериального давления, улучшение памяти.
Как постоянный ток снимает периодическое нервное напряжение
Австралийские исследователи применили метод tDCS для лечения 64 пациентов, страдающих депрессивными расстройствами, в рамках рандомизированного контролируемого клинического испытания. В «активной» группе применялся метод транскраниальной стимуляции головного мозга постоянным током силой 2 мА в течение 20 минут ежедневно. После трех недель «электрической» терапии наблюдали умеренный клинический эффект лишь у некоторых пациентов. Продление курса ещё на три недели существенно повысило количество ответивших на терапию и усилило антидепрессивный эффект [1]. Это означает, что данный способ электрической стимуляции головного мозга эффективен именно при длительном применении.
Очевидно, что медиков и особенно пациентов беспокоит вопрос о безопасности этого метода и возможных побочных эффектах. В описываемом испытании частота и сила побочных эффектов (преимущественно местных реакций на электроды) были сопоставимы у экспериментальной и контрольной групп, когнитивных нарушений не наблюдалось вовсе. Кроме того, ученые провели дополнительную серию экспериментов: тем участникам, которые почувствовали улучшение после курса лечения, предложили продолжить процедуры — еженедельно в течение месяца. Негативные нейрофизиологические эффекты так и не проявились. Эти результаты показывают, что курсы транскраниальной стимуляции мозга длительностью более трех недель абсолютно безопасны (хотя еще нет данных об отдаленных последствиях) и при условии стандартизации параметров могут стать полезным инструментом для лечения депрессии.
Интересно, что непосредственно после сеанса стимуляции фиксировали такие позитивные эффекты, как повышение способности к сосредоточению внимания и запоминанию. Вероятно, они являются своеобразными «бонусами» предложенного способа лечения, что — опять же, в случае дальнейшего экспериментального подтверждения — может существенно расширить область применения tDCS. Стóит упомянуть, что улучшение когнитивных функций ранее наблюдали и в tDCS-экспериментах с пациентами, пережившими инсульт. Однако когнитивные и вообще любые нейрофизиологические эффекты tDCS у здоровых людей подвергаются сомнению [6], [7].
Не исключено, что в обозримом будущем для избавления от депрессии и угнетенного состояния нам понадобятся не дорогие курсы психотерапии и даже не упаковки таблеток, а. обычная батарейка, способная разогнать грусть.
Влияние на нервную систему постоянного тока
Постоянный ток распространяется в тканях по пути наименьшего сопротивления, по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам.
В действии постоянного тока на организм большое значение имеет электропроводность тканей, зависящая от их влажности. Сухая кожа обладает сопротивлением в десятки тысяч ом; тонкая, нежная, особенно влажная, а также поврежденная кожа лучше проводит постоянный ток. Электропроводность других сред и тканей организма гораздо больше.
Напомним, что каждая клетка является генератором электричества. Между клеткой и окружающей ее средой существует разность потенциалов из-за неравномерного распределения ионов между клеточными мембранами. В покое внутренняя поверхность оболочки клетки заряжена отрицательно, наружная – положительно.
Мембраны клеток имеют большое сопротивление, поэтому через них постоянный ток не проходит. Свободные заряды (в основном ионы K+, Na+) могут перемещаться только от мембраны к мембране.
Местные реакции заключаются в улучшении проницаемости клеточных мембран, расширении кровеносных сосудов, ускорении кровотока, улучшении обмена веществ между клеткой и межклеточным пространством. В месте воздействия тока образуются биологически активные вещества.
Нервные импульсы, возникающие при раздражении рецепторов, передаются в центральную нервную систему и вызывают сложные ответные реакции органов и систем организма.
Транскраниальная стимуляция переменным током мозга
tACS используется в психоневрологии на обычных частотах ЭЭГ (0,1-80 Гц) и в так называемом «диапазоне пульсаций» (140 Гц, см. ниже) (Moliadze et al., 2010 ) и может взаимодействовать с текущими ритмами в коре. Очень низкая частота (0,75 Гц) стимуляции в сочетании с стимуляцией ( «смещением» ) постоянным током во время сна с быстрым движением глаз у здоровых людей усиливает сохранение зависимых от гиппокампа декларативных воспоминаний при тестировании на следующее утро (Marshall et al., 2006 ). «Смещение tDCS», оставляет открытым его собственный эффект (Bergmann et al., 2009 ).
tACS до 80 Гц вызывает фосфены в зависимости от частоты и интенсивности (Turi et al., 2013 ). При воздействии на затылочную кору восприятие фосфенов достигало пика яркости на 15 Гц с более низким пиком в темноте (Kanai et al., 2008 ). Несмотря на то, что электроды были помещены над Oz и Cz, этот эффект, вероятно, был вызван удаленной полевой стимуляцией сетчатки (Schutter and Hortensius, 2010 ). tACS, вероятно, может влиять только на зрительные функции коры на подпороговом уровне, как показано модификацией индуцированных транскраниальной магнитной стимуляцией (TMS) вспышек фосфена (Kanai et al., 2010). Кроме того, пороговые значения контрастной дискриминации снижались только при стимуляции 60 Гц tACS, но не при стимуляции 40 и 80 Гц (Laczo et al., 2012 ).
tACS, применяемый вне обычного частотного диапазона ЭЭГ, например, с частотами 140 Гц и в диапазоне низких кГц (1-5 кГц), повышает возбудимость аналогичным образом, чем анодные tDCS, когда используется интенсивность 1 мА (Moliadze et al., 2010 ; Chaieb et al., 2011 ). Стимуляция при 80 Гц остается без эффекта, в то время как 250 Гц явно имели задержанный начальный и более короткий длительный ответ, по сравнению с увеличением MEP, наблюдаемым во время и после 140 Гц tACS.
Парадигма tRNS была разработана с целью десинхронизации нормальных и патологических корковых ритмов (Terney et al., 2008 ). Обоснованием этого метода является возможное «увлечение» кортикальными колебаниями разных частот в одно и то же время. Это может быть применимо для внутризоновых регионовс более высокими частотами колебаний или для межзоновых колебаний с более низкими частотами. Входной шум играет роль в сенсибилизации нейронных систем с помощью механизма, известного как стохастический резонанс (Wiesenfeld and Moss, 1995). Альтернативно, обнаружение нарушенного сигнала может быть улучшено за счет входного шума, чтобы сенсибилизировать сенсорную обработку (Moss et al., 2004). Увеличение возбудимости, продолжающееся до 90 мин, наблюдается, как для величин МEP, так и поведенческих задач, после 10 минут tRNS. Неожиданно более высокие частоты (100-640 Гц), а не частоты менее 100 Гц отвечали за это увеличение возбудимости.
tACS, применяемый в диапазоне ЭЭГ, как правило, «увлекает» или синхронизирует нейронные сети, тем самым вызывая изменения в текущей биоэлектрической активности мозга. Действительно, было показано, что синхронизация входа улучшает обработку передачи информации и ускоряет этот процесс (Butts et al., 2007 ). Тем не менее, стимуляция, применяемая в диапазоне кГц, вероятно, не мешает осциллирующей активности, а более чувствительна к мембранной возбудимости нейронов. Может быть, временная модификация синапса, когда-то подвергнутая быстрому переменному электрическому полю, изменяет связанные с ней биохимические механизмы, такие как накопление кальция в пресинаптических нервных окончаниях, что приводит к кратковременным синаптическим эффектам пластичности (Citri and Malenka, 2008 ).
На частоте 200 кГц, экспериментальное клиническое исследование проводилось для лечения пациентов с рецидивирующей глиобластомой (Kirson et al., 2007 ). Транскраниальное применение непрерывной высокочастотной стимуляции ингибирует рост этой устойчивой к лечению опухоли, практически без побочных эффектов, потверждая концепцию о том, что деление опухолевых клеток может быть разрушено во время митоза.
Применяя переменный трансорбитальный ток на отдельных порогах фосфена, tACS оказывается эффективен при терапии после повреждения зрительного нерва у человека (Gall et al., 2010 ; Sabel et al., 2011 ).
Механизмы tRNS пока неясны, если, например, повторное открытие каналов Na + или более высокая чувствительность нейронных сетей к модуляции электрического поля, чем один порог возбудимости нейрона (Francis et al., 2003 ).
Транскраниальная стимуляция переменным током
Транскраниальная стимуляция переменным током (tACS) является относительно недавним методом, используемым для неинвазивной модуляции биоэлектрической активности мозга. Технически метод аналогичен, но не идентичен транкраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). В то время как десятилетия исследований на животных и людях выявили основные физиологические механизмы tDCS, известно меньше о физиологических механизмах tACS. Последние междисциплинарные исследования способствовали пониманию того, как tACS влияет на биоэлектрическую активность и каким образом транскраниальная стимуляция методом случайного шума (tRNS), которая является специальной формой tACS, может модулировать функции коры. Эксперименты на животных показали, каким образом нейроны реагируют на инвазивные и транскраниально используемые переменные токи. Такие результаты подтверждают эффекты стимуляции нейронных сетей и необходимость знаний в области физики о вовлечении физических осцилляторов в активность мозга человека.
Модели мозга позволяют предсказать точную картину изменений в течение tDCS и tACS. Наконец, недавние исследования физиологии и поведения человека завершают картину эффектов неинвазивной модуляции колебаний мозга.
Компьютерное моделирование текущего потока во время tDCS с использованием моделей головы человека показало, что значительная часть тока шунтируется хорошо проводящей кожей (
Применение очень слабых электрических полей, направленных на мозгу человек от экстракраниального источника ставит перед исследователем вопрос: какая интенсивность стимуляции требуется для того, чтобы изменить активность нейронов? В исследованиях на животных этот вопрос часто рассматривается; однако до сих пор неясно, как эти данные могут быть приложимы к исследованиям человека. Действительно, протоколы стимуляции, применяемые в исследованиях на животных, часто сильно отличаются от тех, которые используются у людей. Поэтому эти данные следует обрабатывать с осторожностью. Кроме того, знание величины электрического поля внутри мозга, недостаточно для оценки его влияния на нейроны.
Представляет интерес ответ на вопрос, какая часть экстракраниального электрического тока фактически поступает в кору. Ozen et al. прикрепляли провода из нержавеющей стали к черепу анестезированных крыс, стимулировали их электрически с помощью АС и одновременно регистрировали внутричерепную нейронную активность. Они смогли продемонстрировать увлечение текущей нейронной активностью на частотах, имитирующих частоту кортикальных медленных колебаний (0,8-1,7 Гц) в нескольких областях коры. Авторы сообщили, что мембранные потенциалы, а также удельная активность модулируются стимуляцией AC. Эксперименты показали, что градиенты напряжения 1 мВ / мм во внеклеточном пространстве были достаточными, чтобы влиять на разряды нейронов.
В принципе, можно учитывать три ключевых параметра, а также взаимодействия более высокого порядка.
Кроме того, необходимо принимать во внимание взаимодействия более высокого порядка между tACS и колебаниями мозга. Если мы хотим модулировать колебания мозга с помощью tACS, это не будет линейный процесс, и эффект не будет ограничен частотой стимуляции. Во-первых, линейное увеличение интенсивности стимуляции может оказывать нелинейное воздействие на пораженную нервную ткань. Во-вторых, возбуждающие колебания влияют на колебания не только частоты стимуляции, но также на гармонические кратные и субгармоники.
При проектировании техники воздействия методом tACS необходимо ответить на следующие вопросы: