Исследование некоторых психофизиологических характеристик

УДК 577.3(06) Биофизика
А.Н. МАЛИЦКИЙ, Р.М. САРИМОВ1, В.Н. БИНГИ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт общей физики им А.М. Прохорова РАН, Москва
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕЛОВЕКА В СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
В работе исследовано влияние «нулевого» магнитного и электростатического
полей на психофизиологическое состояние 44 человек. Показано, что относительно короткое, 10–40 минут, пребывание в электростатическом поле величиной
500В/м вызывает статистически достоверные изменения характеристик кратковременной памяти и образного мышления. Эффекты для некоторых тестов превосходят 20%, а эффекты при экспозиции в «нулевом» магнитном поле (<1мкТл)
достигают 10%. Установлено также, что в тестах на кратковременную память, на
цвет и время распознавания букв эффекты статистически значимо различаются
для испытуемых разных полов и имеют разнонаправленный характер. Также разнонаправлены были эффекты, вызываемые экспозицией в электрическом поле и
нулевом магнитном поле. При совместном действии нулевого магнитного и электростатического поля эффекты для большинства тестов приблизительно равны
сумме результатов для этих экспозиций в отдельности.
В мире накоплен обширный экспериментальный материал о биологических эффектах слабых электромагнитных полей (ЭМП). На сегодня
можно выделить два перспективных механизма возникновения такого
рода эффектов, субклеточный и молекулярный. В субклеточном механизме мишенями магнитного поля (МП) являются магнитные наноразмерные
частицы, преимущественно нанокристаллы ферримагнитного магнетита
размером до 200 нм. Такие частицы в конце 90-х были обнаружены в организме человека [1, 2]. В молекулярном механизме мишенями являются
вращающиеся молекулы. Многие молекулы обладают несимметричным
распределением электронной плотности, что приводит к возникновению
орбитального магнитного момента при вращениях, который взаимодействует с внешним магнитным полем. Оба механизма связаны с изменением констант скорости биохимических реакций во внешнем МП [3, 4], однако характер зависимости величины эффекта разный. Этим определяется
возможность идентификации механизма того или другого магнитобиологического эффекта по измерениям таких зависимостей в эксперименте.
166
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5
УДК 577.3(06) Биофизика
Одним из удобных объектов для выявления зависимости биологических реакций от параметров МП является нервная система человека как
наиболее чувствительная, по литературным данным к воздействию ЭМП
[5]. В нашей работе для измерения изменений когнитивных функций мозга использовались несколько тестов, в которых оценивались 1) кратковременная память человека на цвет, 2) скорость простой двигательной
реакции и 3) время распознавания повернутых букв. В каждом эксперименте испытуемый 20 минут выполнял тесты в контрольных условиях
для, а затем 40 минут в одном из 4 режимов электромагнитной экспозиции: 1 – ‘плацебо’ МП оставалось равным геомагнитному полю
41.5±1мкТл, 2 – ‘нулевого магнитного поля’ (НМП), индукция магнитного
поля не превышала ±1 мкТл, 3 – горизонтальное электростатическое (ЭП)
500В/м, 4 – совместное действии НМП и ЭП.
Сорок четыре добровольца в возрасте от 18 до 72 лет были случайным
образом разделены на 4 группы соответственно по 8 мужчин и 3 женщины в каждой. Каждый испытуемый проходил тест в системе экспозиции
из четырех кольцевых катушек диаметром 1 м [6]. Ответы каждого испытуемого в исследуемом режиме нормировались на его референсные значения. В таблице 1 показаны изменения в процентах для разных групп
(НМП, ЭП и ЭМП) по сравнению с контрольной группой показаны. Статистический анализ проводился с помощью t-теста отдельно для мужчин
и женщин. Знаки ‘+’ и ‘–’ означают соответственно увеличение и уменьшение времени ответа; для теста на кратковременную цветовую память —
рост и снижение ошибки идентификации цвета. Из таблицы видно, что
нахождение в НМП у мужчин не приводило к значимым изменениям в
ответах по всем трем тестам, однако у женщин по всем тестам были значимые отличия от контроля. Причем эффекты разнонаправлены, замедление скорости реакции и образного мышления сопровождается улучшением памяти на цвет. Картина меняется при воздействии ЭП, где у женщин в
тесте на кратковременную цветовую память замедление ответов достигало 24% и сами ответы были менее точными. У мужчин в условиях ЭП
также наблюдаются разнонаправленные эффекты для разных тестов, однако они не превышают 8%. При совместном действии НМП и ЭП результаты для большинства тестов равны приблизительно сумме результатов для НМП и ЭП экспозиций в отдельности. Это свидетельствует о возможно разной природе рецепторов МП и ЭП.
В целом результаты не противоречат гипотезе о вовлеченности магнитосом в формирование магнитобиологических эффектов. Следует отметить, что большее содержание магнитосом в гиппокампе по сравнению с
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5
167
УДК 577.3(06) Биофизика
мозжечком [2] должно приводить к большим эффектам в тесте на кратковременную память, нежели в тесте на скорость реакции. Именно такое
соотношение эффектов наблюдалось в наших экспериментах.
Воздействие
НМП
0±1 мкТл
ЭП
500 В/м
Пол
Буквенный
тест
(разница во
времени)
Ж
разница в цвете
разница во
времени
Тест на скорость реакции
(разница во
времени)
+11.2%
(p<0.001)
-5.5%
(p<0.05)
-8.8%
(p<0.000001)
+5.3%
(p<0.05)
М
+2.3%
(p=0.22)
+3.4%
(p=0.052)
+1.7%
(p<0.05)
-0.2%
(p=0.90)
Ж
+1.7%
(p=0.57)
+6.2%
(p<0.05)
+23.8%
(p<0.000001)
+2.4%
(p=0.22)
М
+7.9%
(p<0.0001)
-1.9%
(p=0.30)
-7.6%
(p<0.000001)
-3.3%
(p<0.01)
Ж
+20.9%
(p<0.000001)
+2.9%
(p=0.24)
+13.2%
(p<0.000001)
+1.7%
(p=0.50)
М
+8.9%
(p<0.00001)
+2.0%
(p<0.05)
-6.3%
(p<0.000001)
-2.8%
(p<0.05)
Ж
+12.9%
+0.7%
+15.0%
+7.7%
М
+10.2%
+1.5%
-5.9%
-3.5%
НМП+ЭП
Сумма результатов для
НМП и ЭП
Цветовой тест
Список литературы
1. Kirschvink J.L., Kobayashi-Kirschvink A., Woodford B. J. Magnetite biomineralization in
the human brain // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89(16). P.7683–7687.
2. Schultheiss-Grassi P.P., Dobson J. Magnetic analysis of human brain tissue // BioMetals.
1999. V.12. P.67–72.
3. Binhi V.N, Chernavskii D.S. Stochastic dynamics of magnetosomes in cytoskeleton // Europhysics Lett.. 2005. V.. 70(6). P.. 850–856.
4. Binhi V.N., Savin A.V. Molecular gyroscopes and biological effects of weak extremely
low-frequency magnetic fields // Phys. Rev. E. 2002. V.65. P.051912.
5. Cook C.M., Thomas A.W., Prato F.S. Human electrophysiological and cognitive effects of
exposure to ELF magnetic and ELF modulated RF and microwave fields: A review of recent studies // Bioelectromagnetics. 2002. V.23, P.144–157.
6. Бинги В.Н., Заруцкий А.А., Капранов С.В., Котельников С.Н., Миляев В.А.,
Саримов Р.М. Метод исследования влияния “магнитного вакуума” на цветовую память человека. // Радиационная биология /Радиоэкология. 2005. T. 45(4). C.451–456.
168
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5