Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

Л.И. Брусиловский, А.С. Брюховецкий, С.П. Кожин, П.Г. Серафимович, А.В. Никоноров
Экспериментальные исследования микроволновой электромагнитной активности головного мозга человека

Oб авторе - Л.И. Брусиловский 1
Oб авторе - А.С. Брюховецкий 2
Oб авторе - С.П. Кожин 3
Oб авторе - П.Г. Серафимович 4
Oб авторе - А.В. Никоноров 4



1 ООО «ЭЛЬБРУС Корпорация», 117334, Москва

2 ЗАО «Клиника интервенционной неврологии и восстановительной терапии

«Нейровита», 115478, Москва

3 АО «НПП «Исток» им.Шокина», 141190, Фрязино, Московская область

4 Институт систем обработки изображений РАН, 443001, Самара



Аннотация.

Представлены неинвазивные исследования собственного электромагнитного излучения (ЭМИ) головного мозга человека (ГМЧ) в широком диапазоне частот от 850 МГц до 26,5 ГГц. Исследования проводились специализированным измерительным оборудованием – анализатором спектра последнего поколения с высокой чувствительностью и скоростью регистрации ЭМИ, специализированными измерительными антеннами и малошумящей усилительной аппаратурой в защищенной среде безэховой экранированной камеры (БЭК) 1-го класса защиты. В результате были зарегистрированы ранее неизвестные микроволновые ЭМИ УВЧ/СВЧ-диапазона (от 1,5 до 4,5 ГГц) с мощностью сигналов на уровне -130 дБм -100 дБм (1*е-15 - 1*е-13 Вт), имеющие зональные различия в различных областях головы человека и отсутствующие при измерениях от других участков тела обследуемых. Регистрация микроволновых излучений ГМЧ открывает новый информационный канал, который позволит разработать технологию микроволновой энцефалографии (МВЭГ).

Ключевые слова: высшая нервная деятельность, головной мозг человека, микроволновая энцефалография МВЭГ, нейродиагностика, электромагнитное излучение.


Abstract.

Non-invasive studies of intrinsic electromagnetic radiation (EMR) of the human brain in a wide frequency range from 850 MHz to 26.5 GHz are presented.

The researches were carried out by specialized measuring equipment - the latest generation spectrum analyzer with high sensitivity and electromagnetic radiation detection rate, specialized measuring antennas and low-noise amplifying equipment in a protected environment of an anechoic shielded chamber (APC) of the 1st class of protection. As a result, previously unknown microwave UHF/SHF range (from 1.5 to 4.5 GHz) with a signal power of -130 dBm -100 dBm (1 * e-15 - 1 * e-13 W) were recorded having zonal differences in different areas of the human head and absent from measurements from other parts of the body of the patients. The registration of microwave radiation by the human brain opens a new information channel that will allow the development of the technology of microwave encephalography (MWEG).

Key words: electromagnetic radiation, higher nervous activity, human brain, microwave encephalography MWEG, neurodiagnosis.


1. Введение

1.1. Роль электромагнетизма в познании нашего мира

Для раскрытия сущности явления современная наука использует развитые инструментальные средства и разработанный математический аппарат. Например. Наблюдаемый нами вещественный мир имеет молекулярную природу. Состав, строение, свойства молекул, их взаимодействия и реакции составляют область естествознания, которая называется химией. Поэтому, химия во многом определяет всю нашу жизнь. Но более глубокие инструментальные исследования показали, что вещество состоит из атомов, которые формируют молекулы через внутренние связи, в основе которых электромагнетизм. Т.е. оказалось, что химические законы вторичны, а первичны для них – электромагнитные взаимодействия [1].

В настоящее время в научном мире для объяснения природы материи принята квантово-механическая модель, называемая Стандартной (СМ). Но создание СМ было бы невозможным без технологического развития, с одной стороны, астрономии (мощные радиотелескопы, в том числе выведенные в космос), а с другой стороны - ядерной физики (мощные ускорители частиц, например, Большой адронный коллайдер, имеет мощность в 14 000 ГэВ). А новые факты, которые могут быть объяснены существованием темной материи и темной энергии, не вписываются в СМ, и для ее развития и создания новой физики требуются еще более мощные инструменты.

Эти же соображения справедливы для понимания природы сознания – величайшей задачи для исследователей мироздания. Она напрямую связана с исследованием структуры и функционирования ГМЧ. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1904 года академик И.П.Павлов ввел в нейрофизиологию понятие высшей нервной деятельности (ВНД) человека. Он утверждал, что человек думает корой головного мозга [2]. До сих пор исследователи-нейрофизиологи уверены в этом и считают, что если снять сигналы с коры ГМЧ, то можно зарегистрировать его мысли. Требуется глубинное изучение ВНД с применением специального измерительного инструментария, изучение ее электромагнитной природы.


1.2. Математический аппарат для обработки сигналов

Любое электромагнитное явление регистрируется как электромагнитный сигнал в виде волновой функции во времени. Еще в XVIII веке французский математик Жан Фурье (Jean Fourier) предложил представить такую функцию набором из одной или нескольких гармонических составляющих (синусоид и/или косинусоид) с соответствующими частотами, амплитудами и фазами, который называют спектром, Фурье-образом или рядом Фурье. Таким образом, преобразования Фурье трансформируют функции во временной области в функции в частотной области, содержащие информацию об амплитуде и фазе. Это позволяет показать, сколько энергии имеется на каждой конкретной частоте.

Теория Фурье позволила разработать математический аппарат – спектральный анализ, основой которого стали преобразования Фурье. В свою очередь, спектральный анализ позволил заменить анализ непрерывной непериодической волновой функции, измеренной на конечном временном интервале, на значительно более простой анализ ее дискретного ряда Фурье, представленного на этом интервале. Также был разработан математический аппарат, позволяющий средствами обратного Фурье-преобразования решать задачу синтеза сигнала по его спектру. Широко известно высказывание лорда Кельвина: «Теория Фурье не только является одним из самых изящных результатов современного анализа, но и даёт нам незаменимый инструмент в исследовании самых трудных вопросов современной физики».

Интересно, что ряд ученых находит в теории Фурье более глубокий смысл. Они утверждают, что Фурье-компоненты сигнала реальны, а не только формальный результат математического преобразования. С новой силой эта идея проявилась в квантовой механике, одно из ключевых положений которой состоит в том, что в микромире пространственно-временные и импульсно-энергетические представления не независимы (как в классической физике), а связаны преобразованием Фурье; из него сразу выводится принцип неопределённости [3].

Бурное развитие вычислительной техники дало мощный инструментарий для применения к обработке цифровых данных вычислительных методов. Персональные компьютеры (ПК) выделили из ряда алгоритмов Фурье-преобразований так называемые быстрые (БФП), наиболее эффективные для реализации на ПК. Кроме этого, преимущество подхода с БПФ в том, что появляется возможность анализировать одновспышечные явления.

Второй важной компонентой современной технологии обработки экспериментальных данных является их цифровизация. Развитие радиоэлектроники позволило эффективно использовать средства аналого-цифрового преобразования (АЦП) для получения цифровых (дискретных) образов сигналов и цифро-аналогового преобразования (ЦАП) для обратной задачи синтеза аналогового сигнала из дискретных образов.

Развитие цифровой техники изменило и способы хранения данных измерений сигналов: их запись и хранение в аналоговом виде (например, на магнитофонной ленте) сменилось оцифровыванными данными, хранящимися в файлах на внешних цифровых носителях компьютеров.


1.3. Квантовая физика и гипотезы о природе памяти

Формирование сознания человека основано на функционировании механизма памяти. Но что такое человеческая память? Как формируется память и как она формирует личность? Почему некоторые люди с удаленной частью мозга сохраняют речь, воображение, и, в конечном счете, память? И, наконец, самая большая тайна памяти - загадка ее местонахождения: где, в каком отделе мозга хранятся воспоминания, и можно ли найти этот тайник?

В середине XX века господствовало мнение, что память запечатлена в определенных клетках мозга в виде неких «следов памяти» – энграм, которых никто из исследователей к тому времени обнаружить не сумел, но почему-то все верили, что скоро их обязательно обнаружат [4]. Многочисленные совместные эксперименты ещё с начала 1940-х годов молодого нейрохирурга Карла Прибрама (Karl Pribram) вместе с выдающимся нейропсихологом Карлом Лэшли (Karl Lashley) в Йеркешской лаборатории высших приматов не только не позволили исследователям обнаружить подобный участок мозга, но и позволили прийти к важному предположению: память не локализуется в отдельных участках мозга, а распределяется каким-то образом по всему мозгу как единое целое. Однако в то время никакого объяснения своему предположению они найти не могли.

В середине 1960-х годов Прибрам познакомился с голографией (*) и первыми опытами построения голограмм, одним из результатов нового и активно развивающегося раздела квантовой физики. Он предложил нейронную голографическую гипотезу: вся информация головного мозга, подобно оптической голограмме, распределена более или менее равномерно по коре мозга, и в каждом участке представлена информация о разных событиях. При этом хранение информации и память он связывал, в основном, с гиппокампальной областью, а процессы воспоминания (и соответственно осознания) с гиппокампальным тета-ритмом [5]. Т.е. Прибрам предположил, что существует опорный волновой процесс - стандартные волны-ритмы, которые пробегают по коре головного мозга, и на них накладываются волны, которые приходят, например, от глаз. Их взаимодействие создает интерференционную картину.

Нейронная голографическая гипотеза не опровергает классические нейрофизиологические концепции; она обогащает их тем, что придает особое значение не нервным импульсам аксона, а микроструктуре медленных потенциалов, которая развивается в постсинаптических и дендритных сетях. В то же время голографическая гипотеза обогащает психологию, предоставляя в ее распоряжение правдоподобный механизм для понимания психологических явлений восприятия. [6]. Главная претензия ученых к теории Прибрама – это ее экспериментальная недоказанность.

* Справка. Голография – способ записи и восстановления волнового поля в светочувствительной среде, основанный на регистрации интерференционной картины, которая образована двумя волнами: объектной волной, отраженной предметом, освещаемым источником света, и когерентной с ней опорной волной, идущей непосредственно от источника. Зарегистрированную интерференционную картину назвали голограммой [7]. Голографический метод применим к волнам любой природы, но наибольшее развитие получила оптическая голография в области светового излучения, при которой голограмма представляет собой оптическую копию объекта. Бурный толчок в развитии голографии в середине 60-х годов был связан с применением в качестве источника лазера – квантового оптического генератора когерентного монохроматического излучения. Математической основой голографии стала теория Фурье, которая позволяла переводить паттерны любой сложности в набор простых волн.


1.4. Кодирование зрительных образов

С помощью зрения человек получает 90% всей поступающей в головной мозг информации [8]. В 1979 году нейрофизиологи из Беркли Рассел и Карен Девалуа (Russell & Caren De Valois) сделали важное открытие для объяснения формирования визуальной картины мира. Они преобразовали методом Фурье черно-белые клетки зрительных образов в простые волновые формы, а затем экспериментально выяснили, что нейроны в зрительной части коры головного мозга реагируют не на первоначальные образы, а на эти новые волновые формы [9]. Из этого следовал вывод: для формирования зрительных образов в мозгу используется преобразование видимых образов в волновые формы. Открытие Девалуа было впоследствии подтверждено во многих лабораториях мира. Таким образом, у современных нейрофизиологов сложилась уверенное представление о том, как наш мозг преобразует отражение мира окружающих нас предметов («мир вне нас») во внутренний мир образов («мир внутри нас»). Физические сигналы внешнего мира принимаются рецепторами каждой из сенсорных систем, преобразуются выходными ячейками рецепторов в форму потенциалов действия (Фурье-преобразование) и таким образом в виде прямоугольных токовых сигналов – нейронных кодов, передаются в мозг по нейронным цепям. Их изображение формирует паттерны нейронной активности [10]. На этой гипотезе основываются многие современные исследования, в том числе инвазивные.


1.5. Неинвазивные методы исследования

1.5.1. Электрофизиологические методы. Биоритмы мозга

Самые распространенные электрофизиологические методы исследования основаны на регистрации суммарной электромагнитной активности коры ГМЧ специальными датчиками и записи в виде временных диаграмм. Основателем этих методов в конце 20-х годов XX века стал немецкий нейрофизиолог Ганс Бергер (Hans Berger), который обнаружил чередования возбуждающих и тормозных потенциалов в группах корковых нейронов: так называемые волны или ритмы. Основные: альфа-ритм (8 – 13 Гц), бета-ритм (13 – 40 Гц), дельта– ритм (0,5 – 4 Гц), тета-ритм (4 – 8 Гц), гамма (30 – 100 Гц). Зарегистрированы и более медленные частоты электрических потенциалов головного мозга вплоть до периодов порядка нескольких часов и суток. Каждая из этих групп представляет собой особый тип корковой активности и соотносится нейрофизиологами с такими состояниями сознания, как тревога, спокойствие, сновидение или состояние сна. Одновременно регистрируется смешанная активность разных ритмов и их локализация [11]. Классификация ритмов волн мозговой активности изменяется в процессе того, как ученые получают новые сведения о мозге, состояниях сознания и ВНД. Тем не менее, следует подчеркнуть, что разбиение ритмических составляющих на группы достаточно произвольно и однозначно не соответствует никаким физиологическим категориям [12].

Основные электрофизиологические методы–это электроэнцефалография (ЭЭГ): регистрация электрической активности на поверхности кожи головы человека специальными датчиками и магнитоэнцефалография (МЭГ): регистрация магнитной составляющей активности в коре головного мозга с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков (СКВИДов), заполненных жидким гелием (температура около 4°К), которыми можно измерять магнитные поля даже очень слабой интенсивности в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей [13,14,15,16].

Исследование «ритмов Бергера» ГМЧ стало очень популярным прежде всего в силу доступности их использования и наглядности собранных данных. Кроме того, эти методы безопасны для мозга человека, позволяют наблюдать функциональное состояние ГМЧ в течение от долей мс до нескольких часов. Но на сегодняшний день электрофизиологические методы диагностики не способны реально отражать ВНД человека: память, мышление, интеллект, когнитивные (познавательные) функции мозга человека. Они отражают состояние активности коры мозга, но не показывают информационных отношений между различными отделами мозга и не способны отразить процессы формирования речи, мышления и интеллекта. На практике эти методы позволяют выявлять судорожные зоны и реально эффективны для диагностики эпилепсии, что служит основанием для нейрохирургических операций.


1.5.2. Томографические методы

Томографические методы исследования основаны на воздействии на ГМЧ рентгеновским или электромагнитным излучением и радиоизотопами. При этом также производится регистрация морфологического или функционального состояния групп нейронов коры ГМЧ либо в низком диапазоне частот, от 0,3 до 250 Гц, либо их слабых магнитных полей (порядка 10-15 Тл). Это даёт обширную информацию о структуре ГМЧ, позволяет строить 3-мерное послойное изображение его анатомической структуры, её патологических изменений, но не дает информации о физиологических процессах. Методы эффективны для диагностики самых распространенных заболеваний головного мозга: инсульта, травматических болезней головного и спинного мозга, рассеянного склероза, болезни Альцгеймера и Паркинсона, эпилепсии, нейроонкологических заболеваний, но имеют ограниченное применение для объяснения ВНД. К тому же некоторые методы вредны для здоровья человека при частом использовании. Заметим, что томографическое оборудование очень дорогое: от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов США и реально используется в России и в мире только в самых крупных медицинских учреждениях и медицинских научных центрах.


1.6. Инвазивные методы исследования

Познать, как именно формируется память, сознание, призваны современные методы инвазивных исследований. В основу инвазивных исследований положены научные представления о том, что ГМЧ состоит из огромного количества нервных клеток - нейронов, каждый из которых является генератором собственного электрического импульса длительностью около 1 мс [17], объединенных в нейронные сети [18,19]. Имплантация в мозг микроэлектродов и микро-чипов позволяет регистрировать активность отдельных нейронов, стимулировать их активность и наблюдать реакцию. Технологическим совершенством характеризуется проект инвазивных исследований мозга и создания нейрокомпьютерного интерфейса компании

Neurilink Илона Маска (Elon Musk), основанный на внедрении в кору мозга пучков шелковых нитей-датчиков [20]. Экспериментально установлено, что не отличаются электрические потенциалы нейрона - коды, снятые с электрода как внутри нейрона, так и на расстоянии до 60 микрон от нейрона. Именно в такие области вводятся нити из шелка диаметром 4-6 микрон. В нить встроены кремниевые транзисторные массивы – электроды. Для автоматического вживления нитей сконструирован специальный хирургический робот, который устанавливает их с учетом миниатюрных размеров, движения коры мозга (дыхание, кровоснабжение) и обходящий кровеносные сосуды, чтобы сократить риск воспалительного процесса. Игла аппарата захватывает нить за петлю и внедряет ее в мозг. Диаметр иглы 24 микрона. За 1 минуту устройству удается ввести до 6 нитей. Все данные считываются при помощи специально разработанного чипа N1, объединяющего в пучок 1024 нити, который в свою очередь передает их нейронные коды при помощи интерфейса USB-C. Чипы N1 соединяются с коммутатором, расположенным за ухом человека, который питает чипы и связан по bluetooth со специальным мобильным приложением N1. Управление телефоном будет происходить за счет активности мозга и наоборот. В настоящее время эксперименты ведутся с 4-мя пучками – 4096 нитями, а в перспективе – до 100 000 нитей.

Суть исследований Neurilink заключается в наборе статистики интерактивного информационного воздействия на рецепторы и обработки собранных нейронных кодов методами BigData. Ожидается, что статистические нейронные коды из целевых областей мозга (зрительной, слуховой, тактильной и т.д.) соответствуют поступающей в мозг информации и позволят вызывать адекватные зрительные, слуховые, тактильные образы и двигательные действия у людей с деградированной сенсорной системой. Статистический подход связан с тем, что отдельный нейрон недетерминированно реагирует на внешние сигналы: возникновение потенциала действия дополнительно связано со множеством внутренних биохимических факторов. Естественно, «мир внутри нас» - мир образов, уже должен быть сформирован за время здоровой жизни человека. Мы не встречали сообщения о возможности формирования новых образов у человека только искусственно синтезированными нейронными кодами. Интересно, что Илон Маск рассматривает свои инвазивные исследования как первый шаг к слиянию головного мозга человека с искусственным интеллектом на базе суперкомпьютеров и этим переходу на следующий уровень развития нашей цивилизации.


1.7. Исследования воздействия низкоинтенсивными излучениями крайне высокой частоты на биологические объекты

Развитие микроволновой техники также оказало влияние на исследование электромагнитных излучений мозга. В середине 60-х годов прошлого века советские ученые: академик Н.Д.Девятков и профессор М.Б.Голант, изобрели первый в мире широкополосный генератор электромагнитных волн миллиметрового диапазона (30...300 ГГц, диапазон крайне высоких частот - КВЧ) на основе лампы обратной волны с продольным магнитным полем (ЛОБО) [21]. Это позволило обнаружить необычные биофизические свойства и возможную биоинформационную роль низкоинтенсивных миллиметровых излучений. Ученые объясняли это тем, что естественные электромагнитные волны миллиметрового диапазона, излучаемые Солнцем и планетами, поглощаются водными парами атмосферы Земли и не достигают ее поверхности. Поэтому живые организмы могут не иметь естественных (эволюционных) механизмов приспособления к колебаниям заметной интенсивности в этом диапазоне, обусловленных внешними причинами. Однако, этот «беспомеховый» КВЧ-диапазон частот мог быть использован живыми организмами для собственных нужд в целях передачи информации (управляющих сигналов) между клетками внутри живых организмов [21,22]. Также было сформулировано положение о том, что ключевыми средами в восприятии электромагнитных полей являются вода и водные растворы, а КВЧсигналы в биологических объектах генерируются клеточными мембранами. В ходе многолетних исследований и клинических работ с воздействием низкоинтенсивными электромагнитными КВЧ-излучениями на биологические объекты ученые выявили набор дискретных проникающих («резонансных») частот нетеплового (информационного) воздействия на биологические объекты, основные 42,2 и 53,5 ГГц [21,22], объясняя их частотами согласованного управления клетками и органами. Также было сформулировано положение о том, что вода и водные растворы являются ключевыми средами в восприятии электромагнитных полей (СПЕ-эффект) [23]. Уполномоченными органами Минздрава СССР были одобрены методики применения КВЧ-терапии в клинической практике и разрешено серийное производство и медицинское применение сконструированных учеными аппаратов для КВЧ-терапии.

Примерно четверть века тому назад в ИРЭ РАН были поставлены фундаментальные исследования по изучению физических полей человека. Инициатором этих исследований был академик Ю.В.Гуляев, который привлек в качестве соруководителя исследований профессора Э.Э.Годика. Итогом этих работ явилось получение уникальной научной информации о различных электромагнитных полях человека в радио- и ИК-диапазонах. Была получена важная информация о динамике полей при воздействии на человека различных слабых внешних факторов в разных физиологических состояниях [24]. Хотя в ходе всех этих исследований было убеждение, что кора ГМЧ также излучает электромагнитные волны в УВЧ-/СВЧ-/КВЧ-диапазонах, зарегистрировать их не смогли, м.б. из-за отсутствия в то время высокочувствительного измерительного оборудования.


Полный текст доступен в формате PDF (2410Кб)

Журнал радиоэлектроники, N2, 2020

DOI 10.30898/1684-1719.2020.2.2



Л.И. Брусиловский, А.С. Брюховецкий, С.П. Кожин, П.Г. Серафимович, А.В. Никоноров, Экспериментальные исследования микроволновой электромагнитной активности головного мозга человека // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.26203, 15.03.2020

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru