Можливості використання телеметрії для запису біострумів мозку людини і тварин, що знаходяться в космічному польоті (У. Ейді)

Я дуже коротко розповім про роботу, яку ми проробили за останні три роки. Ми хотіли перевірити можливість запису електроенцефалограм (ЕЕГ) людини і тварин під час космічного польоту (включаючи етапи розгону при підйомі і гальмування при спуску). У цій доповіді я торкнуся чотирьох питань: 1) розробка методів імплантації електродів для запису біострумів глибоко розташованих структур мозку; 2) розробка спеціальної апаратури для запису ЕЕГ і для тренування тварин; 3) спеціальна перевірка на центрифузі і вібростенді при одночасному записі біострумів; 4) аналіз отриманих в польоті даних з метою мінімізації вимог до телеметричної апаратури.

Ми перевіряли методи імплантації електродів в глибокі області мозку і часто порівнювали між собою різні типи електродів на одному і тому ж мозку. В одні ділянки мозку ми вводили жорсткі електроди, які представляли собою металевий стрижень, з кінчика якого була виведена тонка зволікання. У симетрично розташовані ділянки мозку вводилися тонкі зволікання без стрижнів. Записи, отримані за допомогою цих електродів при перевірці об'єкта на вібростенді і центрифузі, порівнювали між собою. Для визначення пошкоджень ми досліджували ці ділянки мозку під мікроскопом.

Ділянки мозку, найбільш чутливі до змін фізичного та психічного стану, розташовані в скроневій області. Дослідження проводилися на кішках, макаках і останнім часом - на шимпанзе. Ми вводили електроди в різні поверхневі і глибокі ділянки мозку, але велика частина мого повідомлення відноситься до реакцій глибоких областей скроневих часток мозку. Часто запитують, чи можливе введення електродів в мозок без пошкодження його при перевірці об'єкта на вібростенді і центрифузі. Ми вивчали вплив повторних випробувань на центрифузі (прискорення 8 g - 10 g) і на вібростенді. Через кілька місяців після останнього випробування у таких тварин не відзначалося більш сильної реакції глії по ходу електрода, ніж у тварин, які не проходили перевірок. Таким чином, досить поширена думка про те, що при трясці електроди розрізають ділянки мозку, що має желеподібну консистенцію, не підтвердилося. Як би там не було, мозок не поводиться подібним чином. Це ми перевіряли багато разів і в різних умовах.

На фіг. 1 зображена мавпа (макак), прив'язана до сидіння центрифуги. До кожної з двох невеликих пробок підходять дроти від 18 електродів, які пов'язані з підсилювальної системою за допомогою спеціального кабелю, розробленого для керованих снарядів і призначеного для передачі дуже малих сигналів. Конструкція кабелю дозволяє мінімізувати небезпечну статичне навантаження на нього. Між внутрішньою і зовнішньою плетеними оболонками кабелю знаходиться шар алюмінієвої пудри, завдяки чому будь-які його вигини не призводять до пошкоджень проводів.

Подібним же чином ми зробили нещодавно вживлення електродів в мозок шимпанзе. Трирічний самець шимпанзе заздалегідь був привчений до сидіння центрифуги. На його голові була зміцнена звичайний пристрій з пробками. Цьому передувала більш ніж річна підготовча робота. Ми використовували стереотаксичний атлас, за допомогою якого можна з точністю до 1 мм потрапити в будь-яку область мозку, знаючи вагу тіла і, звичайно, розмір голови. Це був, наскільки мені відомо, перший шимпанзе, яким ввели електроди і записали біоструми мозку.

використовувана апаратура

Кілька років тому ми розробили підсилювач, задовольняє нашим вимогам. Цей підсилювач для зняття ЕЕГ дуже стійкий і має коефіцієнт посилення близько 40000. Всі чутливі до змін температури елементи поміщені в блок зі сплаву магнію. Після складання і перевірки підсилювач поміщається в оболонку з гуми з епоксидним наповнювачем. Цей блок (при роботі з максимальним коефіцієнтом підсилення) витримав випробування на вібростенді при частотах 2-5 кГц і прискореннях до 25 g. Підсилювач має резонансний пік при 750 гц, але це не відбивається на його робочих характеристиках. Підсилювач дуже стійкий і здатний витримати будь-які зовнішні впливи. Їм можна навіть забивати цвяхи, і це не відбивається на його нормальній роботі.

На наступних етапах роботи (порівняно недавно) ми сконструювали мікромініатюрний підсилювач, що поміщається в електроді, прикріплюється до шкіри голови (фіг. 2 і 3). Ця конструкція призначена в першу чергу для досліджень людини в космічному польоті. Трехкаскадний підсилювач на транзисторах укріплений між двома шарами нейлону. Розміри приладу - менше 12 мм по діаметру і по висоті. Він міститься в епоксидну або сіластіковие пластмасову оболонку, до якої прикріпляється електрод-датчик, який використовується для запису ЕЕГ. Зверху прилад оточує головка з нержавіючої сталі, яка грає роль екрану. Сигнали приймаються з його нижньої сторони і надходять через шар губчастої речовини, просоченого електродної пастою. Прикріплення до шкіри голови проводиться за допомогою коркової прокладки.

Для фахівців з електроніки можу повідомити, що вхідний опір підсилювача становило 150 ком. Два таких приладу, включені в диференціальну схему, мають вхідний опір 300 кому. Вихідний опір приладу лише 1500 му, в зв'язку з чим прилад дуже стійкий до збурень, що виникають від струсу кабелю при повороті голови людини або тварини. Коефіцієнт посилення приладу дорівнює приблизно 100, що забезпечує вихідні сигнали порядку декількох мілівольт. Ці сигнали можуть надходити безпосередньо на генератори частоти, що піднесе, використовувані при телевимірювання.

При дослідах з центрифугою ми розробили спеціальну тренувальну панель. Подібна панель була пристосована раніше на базі Військово-повітряних сил Холломан для дослідів з шимпанзе. На трьох невеликих екранах, розташованих в передній частині панелі, одночасно з'являються різні символи. Мавпа дізнається якийсь певний символ, натискає на нього і отримує в нагороду смачну пігулку. Відмінність нашої панелі від панелі, використаної на базі Холломан, полягає в тому, що у нас можливо кілька мільйонів неповторяющихся комбінацій символів. Справа в тому, що шимпанзе - дуже високорозвинена мавпа, яка може швидко запам'ятати обмежену послідовність символів, після чого вона приділяє їм дуже мало уваги.

Для телевимірювань ми користувалися стандартним генератором піднесе системи УІЗО (керований імпульсами запитувач-відповідач). Це було зручно для нашої лабораторної роботи, так як ми могли одночасно використовувати стандартний прилад для реєстрації даних на магнітній стрічці. Запис велася на двох доріжках, причому на кожній з них реєструвалися дані від 14 каналів телепередачі (фіг. 4). Хоча прилад накладає деякі обмеження на смугу частот і амплітуду сигналів, система в цілому виходить досить гнучкою. Вона має цінні переваги при деяких обчисленнях, коли сигнали з головок, встановлених на кількох каналах, можуть використовуватися для завдань, що вирішуються зазвичай при отриманні сигналів від різних записуючих пристроїв.

Результати випробовувань

Для дослідів з людьми і тваринами ми використовували велику центрифугу, розвиваючу прискорення до 10 g. За допомогою цієї центрифуги ми імітували 14-денний орбітальний політ мавп в ракеті "Атлас", в якому вони самостійно харчувалися на основі виробленого вміння розпізнавати образи. В кінці "польоту" прискорення були близькі до тих, які спостерігаються при гальмуванні ракети.

У дослідах з кішками за умов зростання поперечного прискорення до 8 g спостерігалося різке збільшення числа регулярно виникають ритмічних розрядів в скроневій області. Це явище зникало, коли прискорення незмінно підтримувалося на величині 8 g. Коли прискорення починає зменшуватися, воно виникає знову, затухаючи при переході центрифуги до обертання з постійним прискоренням. При такому збільшенні поздовжніх прискорень, коли тварина втрачає свідомість, спостерігається досить незвичайний розряд імпульсів, що нагадує за формою епілептичний. Він виникає в глибоких областях скроневих часток мозку, поширюється на інші відділи і супроводжується рухами м'язів та іншими ознаками епілептичного нападу. У деяких випадках він не супроводжується руховими реакціями, але, звичайно, в цей час повністю або в значній мірі пропадають всі навички тваринного по розпізнаванню образів.

У дослідах з мавпами при збільшенні поздовжніх прискорень спостерігалися подібні ж явища. Тварина знаходилася в несвідомому стані, що записуються сигнали загасали. При різкому зменшенні прискорення знову з'являлися судомні розряди, після чого свідомість відновлювалася (фіг. 5).

Два роки тому ми почали дослідження дії вібрації на мавпу, одягнену в костюм з пінопласту, в якому підтримувалося певний тиск. Останнім часом ми використовуємо інші методи, причому мавпа прикріплюється до сидіння, що нагадує крісло космонавта.

При частоті вібрації близько 10 гц з'являються зрушення ритмів електричної активності мозку. Коли ми помітили їх вперше, то вирішили, що це просто артефакти. Але ці зрушення спостерігалися на певних резонансних частотах і зникали на інших, причому вони були різними для різних областей мозку і в різний час. Нещодавно ми виявили, що ці явища зникають при загибелі або усипляння тварини. Ясно, що це не артефакти, а щось, що вказує на суттєву аномалію ритмів, викликану вібрацією. Залишкових явищ після цього випробування ми не помічали. Тварини, яких піддавали перевірці на вібростенді 2 роки тому (фіг. 6), знаходяться у відмінному стані.

Для того щоб з'ясувати, наскільки доцільною може виявитися запис ЕЕГ при тривалому космічному польоті для реєстрації, скажімо, циклів сон - неспання, ми безперервно записували сигнали з поверхневих і глибоких ділянок мозку у шимпанзе, що знаходиться в різних станах - від стану неспання до настання дрімоти, що супроводжується опусканням вік і сечовипусканням. На початку сну спостерігалося регулярне збільшення амплітуди хвиль. Не треба бути знавцем ЕЕГ, щоб розрізнити, спить або пробуджується тварина, так як регулярне виникнення хвиль з великою амплітудою дає, як ми називаємо, "игольчатую" запис. Коли тварина прокидається, сідає і дивиться навколо, ЕЕГ набуває зовсім інший характер (фіг. 7).

Отже, можна з упевненістю сказати, що є вже одна область, в якій ЕЕГ може дати денную інформацію. Є підстави думати, що при тривалій невагомості можливе порушення циклів сон - неспання. Відомо, що дельфіни сплять дуже мало. Ймовірно, що так само мало спав би людина, якби він перебував у стані невагомості без одягу і при температурному рівновазі з навколишнім середовищем. Нам здається, що все це коштує подальшого вивчення.

Методи зменшення надмірності інформації

Нарешті, ми переходимо до питання про зменшення надмірності інформації, що міститься в даних, отриманих за допомогою телевимірювань. Якби ми змогли усунути необхідність телепередачі великої кількості необроблених даних, то це було б дуже вигідно як для самого експерименту, так і для зменшення помилок в отриманих даних. В одній з наших лабораторій ми працюємо над вибором найбільш відповідної форми для запису даних і над методом їх обробки з метою зменшення надмірності. Інформація від приладів, що знаходяться в цій лабораторії, може надходити безпосередньо на вхід великий обчислювальної машини IBM 7090. Я хотів би охарактеризувати тип завдань, які можна вирішувати за допомогою таких машин, так як це допомагає зрозуміти важливість спільної роботи біологів і інженерів. Я невиліковний від бажання "робити все самому", але тим не менше мушу сказати, що саме та інформація, яку ми можемо отримати із записів біострумів мозку, отриманих при вирішенні тваринам завдання розпізнавання, ясно показує, наскільки важливий наш союз з інженерами.

У типових ЕЕГ тваринного, записаних при вирішенні ним завдання розпізнавання символу (для отримання їжі), за характером хвиль мозку чітко розрізняються період "перед розпізнаванням" і період "розпізнавання". Всі наші ЕЕГ, крім однієї, записані з глибоких ділянок мозку, і лише одна запис зроблено з зорової зони кори. Для того щоб по можливості просто проаналізувати наші записи і встановити природу цих хвильових процесів, ми скористалися методом автокореляційного аналізу. Обчислення показали суттєву різницю між ЕЕГ в період "перед розпізнаванням" і в період "розпізнавання". Ми були вражені, виявивши, що на основі цього аналізу ми можемо відрізнити правильні дії тварини від неправильних.

Наприклад, можна побудувати взаємно-кореляційну функцію фази коливань в різних ділянках мозку. Я не буду зупинятися тут на те, як ми вимірювали фазу. Для правильних реакцій тваринного ця кореляційна функція має один вид, а для неправильних - інший. Ми порівнювали результати з різних днях навчання і виявили, що взаємно-кореляційні функції збігаються для всіх випадків правильних реакцій тваринного, а також для всіх неправильних реакцій, причому між першими і останніми є істотна відмінність. Це дуже цікаве застосування методу, добре відомого математикам і інженерам, які використовують його для вирішення проблем вібрації керованих снарядів і т. П. Тепер цей метод зайняв певне місце в аналізі ЕЕГ.

Ми використовували значно складніший метод аналізу, який дозволив нам визначити взаємно-кореляційні функції по амплітуді і фазі у всьому спектрі частот. Цей метод аналізу, який також був розроблений для дослідження вібрацій ракет, дозволяє, наприклад, визначити кореляцію фази коливань в двох ділянках мозку на частотах від 2 до 20 гц. Ми виявили, що при правильній реакції тварини ці коливання на частотах 2-12 гц зрушені по фазі на + 30 °. При неправильної реакції тварини в фазовому вугіллі відбуваються істотні зміни, причому на частоті 5 гц відбувається зсув фази з + 90 ° до -90 °. Ми спостерігали подібні явища у різних тварин і в різних ситуаціях, і нас просто вражало сталість відмінності в зсуві фаз при неправильних і правильних реакціях.

Ми використовували також математичний метод, розроблений для аналізу показань магнитометра, що знаходиться на супутнику Землі. Зміни магнітного поля Землі виробляють дуже малу фазову модуляцію синусоидального вихідного сигналу. Якби магнітне поле Землі було постійним, то ніякої модуляції не відбувалося б і на виході приладу була б ідеальна синусоїда.

Ми використовували цей метод для аналізу ЕЕГ, отриманих при розпізнаванні тваринам певного символу (для отримання їжі). Записані при цьому коливання мають майже стабільну частоту. Отриманий результат можна уявити як модуляцію деякої "середньої частоти" близько 5,5 гц. Ця частота з'являється тільки в моменти найбільшої уваги тварини.

Я знаю, що в мети цієї конференції не входить докладне обговорення питання про обробку отриманих даних, і лише підкреслю, що подібні методи обробки дозволяють отримати дуже цінну інформацію з дуже складних записів.

Обговорення доповіді

Корсон. Чи однаково впливає вібрація на електричну активність всіх ділянок мозку? Чи не можна досліджувати цю активність, застосовуючи деякі заспокійливі засоби, наприклад фенотіазін або будь-які препарати, що розслаблюють м'язи?

Ейді. В першу чергу нас цікавлять джерела тих різко виражених змін, які ми спостерігаємо в ЕЕГ. Їх, мабуть, слід шукати в двох системах: м'язово-суглобової і вестибулярної.

До областей мозку, максимально реагує на зовнішні обурення, відносяться ретикулярна система стовбура мозку, деякі первинні чутливі області і скронева частка. У цих областях ритми, які спостерігаються при вирішенні тваринам будь-якої задачі з метою отримання їжі, найбільш помітні. Зорова зона кори діє навіть тоді, коли очі тварини зав'язані. Для виключення фактора зорової стимуляції ми проводили кілька дослідів з мавпами, у яких були зав'язані очі. Таким чином, є деякі певні ділянки мозку, що проявляють найбільшу чутливість. Однак про шляхи виникнення цієї активності ми нічого не знаємо.

Дельгадо. Не ясно, що було визнано кращим: стрижневі або гнучкі електроди? Друге питання: в якій області мозку спостерігається найбільш повільне відновлення ритму після закінчення дії прискорення? Я думаю, що, кажучи про скроневій частці, ви в основному маєте на увазі амонію ріг.

Ейді. Дуже цікаво, що саме амонію ріг особливо повільно приходить в нормальний стан після дії тривалих прискорень. На це йде від 30 сек до 1 хв, а для мигдалини - ще більше - 2-3 хв.

Щодо якості електродів я можу сказати, що, ретельно вивчивши безліч ЕЕГ, зареєстрованих при випробуваннях на центрифузі, ми не знайшли відмінності в кривих, отриманих за допомогою гнучких і за допомогою стрижневих електродів.

При гістологічному вивченні було виявлено, що стрижневі електроди не викликали серйозних пошкоджень в місці їх введення в мозок. Ми не виявили суттєвих відмінностей між глибокими (нижче 10-15 мм) ділянками мозку тварин, що випробовувалися на центрифузі, і інших тварин, які не проходили ці випробування. Можливо, що при прискореннях, що створювалися в наших дослідах, мозок поводиться як в'язка рідина, в якому переміщаються лише самі поверхневі шари. Я не знаю, чи так все це, але ми вважаємо таке припущення правильним.

Маккей. Чи були розташовані електроди перпендикулярно до напрямку прискорення?

Ейді. Ні, вони були розташовані довільно.

Мак-Каллок. Який був метод обчислення кореляційних функцій зсуву по фазі?

Ейді. Ми застосовували метод взаємно-кореляційного аналізу. Спочатку використовувався механічний коррелятор. Потім ми проводили запис на магнітній стрічці і використовували магнітний коррелятор. Останнім часом ми використовуємо обчислювальну машину з дуже великою програмою, складеною для дослідження вібрацій ракет. Ми отримуємо авто- і взаємно-кореляційні функції і відповідні спектральні щільності.

Цікавий такий факт, хоча він, можливо, засмучує наші плани. Якщо взяти записи 4 каналів ЕЕГ на відрізку часу 200 сек і переривати запис кожного каналу 167 раз в 1 сек, то ми отримаємо порівняно невелику кількість даних. Однак обчислювальній машині IBM7090 при відповідній програмі потрібно 90 хв для дослідження цих даних. Це не є, строго кажучи, ущільненням даних.

Сьогодні вже ні в кого немає сумнівів в тому, що життєдіяльність людського організму тісно пов'язана з електромагнітними процесами. Нервові клітини несуть електричні заряди, по нервових волокнах безперервно проходять електричні імпульси, то сильні, то слабкі. Приклад напруженої електромагнітної активності являє собою робота мозку. У мозку безперервно відбуваються електромагнітні процеси. Якщо на лоб і потилицю накласти металеві пластини, з'єднані через підсилювач з реєструючим приладом, то можна зафіксувати безперервні електромагнітні коливання кори головного мозку. При цьому їх ритм, форма та інтенсивність перебувають у прямій залежності від стану людини.

В результаті численних експериментів учених, які досліджували роботу мозку, отримані дуже цікаві дані про електромагнітні коливання. У мозку сидить спокійно з закритими очима, що не думає ні про що людину реєструється близько 10 коливань в секунду. Коли ж людина відкриває очі, мозкові хвилі зникають і знову з'являються, коли очі закриті. Цікаво й інше: коли, наприклад, людина засинає, ритм коливань сповільнюється. За характером коливань можна досить точно визначити момент початку і кінця сновидіння.

При захворюваннях мозку характер електромагнітних коливань змінюється особливо різко. Все це зайвий раз доводить, що мозкові клітини знаходяться в стані постійної активності і великі кількості їх "коливаються" разом, подібно скрипкам величезного оркестру.

Припускають, що електромагнітні коливання не просто супроводжують роботу мозку, а є найважливішим моментом всієї його життєдіяльності. Вступники в мозок нервові імпульси не йдуть уторованими шляхами, а змінюють всю картину розподілу коливань в корі великих півкуль.

Характер електромагнітної активності мозку змінюється з віком протягом усього життя і навчання. При цьому слід підкреслити, що кожному відчуттю, кожної думки аж ніяк не відповідає своє власне, певне коливання. Про що думає людина, за формою електромагнітних коливань вчені ще не навчилися визначати.

Які функції виконують електромагнітні процеси в мозку, ми також поки не знаємо. Але вони чітко показують, що матеріальною основою нашого мислення є електромагнітні процеси в найбільш високоорганізованої матерії, яку створила природа на нашій планеті. Ця думка підтверджується сьогодні численними прикладами з життя і практики.

Ми поки що не знаємо конкретно, який механізм сприйняття магнітних полів мозком. Але сучасна біофізика вже досить досліджувала багато питань, пов'язаних з електромагнітними коливаннями і, зокрема, з явищем передачі думок на відстань.

Лаборант надів на голову випробуваного легкий вінок, звитий з найтонших металевих пластинок, а на праву руку - такий же легкий браслет.

Від Вас потрібно тільки одне, - пояснив він, - думати і тільки думати ...

Про те, як Ваша рука, скажімо, стискає який-небудь предмет.

Почали! - пішла команда, і лаборант включив установку.

Дивна річ, людина не натискав ніяких кнопок, які не повертав ручок, а лише подумки уявляв рух кисті своєї руки. І залізна "рука", що приводиться в рух за допомогою гідравлічних і електричних пристроїв, в точності повторила уявний наказ людини, підкоряючись його волі.

Як же діє це чудо автоматики? Робота такої "руки" заснована на біоструми організму, т. Е. Токах, що виробляються в нервових клітинах. Коли людина рухає рукою або ногою, в його м'язах виникають біоструми. Але людина може за своїм бажанням викликати появу біострумів в м'язі і регулювати їх силу, не роблячи ніяких рухів. Достатньо лише сигналу, наказу мозку: "Нехай м'язи скоротяться". І обов'язково виникає біострум певної потужності.

Перша модель штучної руки, керованої біострумами, була створена в 1957 році. У наступні роки модель удосконалювалася. Учасники проходив в Москві 1-го Міжнародного конгресу Федерації з автоматичного управління стали очевидцями такої незвичайної картини. П'ятнадцятирічний хлопчик, який втратив кисті руки, взяв штучною рукою шматок крейди і написав на дошці виразним почерком: "Привіт учасникам конгресу!" Кисть протеза, якій були виведені привітальні слова, здавалася живою. Вона стискати і розтискати. Її рухами управляли м'язові біоструми.

Штучна рука дає можливість виконувати роботу, яка під силу досвідченому майстрові. З її допомогою можна працювати напилком і молотком, друкувати на друкарській машинці, керувати мотоциклом і автомобілем. Вчені хочуть, щоб штучна рука не тільки знайшла велику силу і можливість відтворювати рухи пальців, але і могла розрізняти гаряче і холодне, вологе і сухе, гладке і шорсткувате. У Центральному науково-дослідному інституті протезування і протезобудування виготовлений макет руки з чутливими до тиску датчиками, укріпленими на кінчиках пальців. Радянський інженер А. Шнейдер розробив ще більш досконалий протез руки, який здатний посилати нервовій системі сигнали про силу стиснення пальців.

Для координації рухових функцій біоелектричної руки останнім часом починають використовувати різні логічні і обчислювальні пристрої. У протез закладаються програми різних рухів, так що ряд складних рухів може здійснюватися від однієї команди.

Штучні руки виявляться корисними не тільки інвалідам, а й здоровим людям, особливо водіям, льотчикам, космонавтам.

Біоструми можна посилити, після чого їх можна передавати на великі відстані по дротах і радіо. Отже, штучні руки будуть працювати там, де небезпечно або в тих місцях, куди людині не потрапити. Штучна рука, керована бажаннями людини, може здійснювати складні маніпуляції з мікроскопічно малими об'єктами під мікроскопом, проникати в зони атомних установок, не боячись підвищеної радіації. Маніпулятори, керовані біострумами, можуть спуститися на дно морське і, отримуючи біоелектричні імпульси крізь многометровую водну товщу, досліджувати морське дно. За допомогою потужних металевих захоплень можна підготувати до підйому затонулий корабель. Контроль за дією сталевих "рук" буде здійснювати підводний телеоком. Все, що відбувається в глибинах моря, можна буде побачити на екрані телевізора.

У процесах управління можна використовувати біоструми різних м'язів людини. Так, наприклад, біоструми серцевого м'яза успішно керують рентгенівським апаратом, в результаті чого можна отримати знімок серця в будь-який момент його скорочення. Вони можуть керувати і подачею хлороформу оперованого.

Лицьові м'язи, розташовані в безпосередній близькості від мозкових центрів і володіють малою масою (чим менше маса м'язи, тим швидше м'яз спрацьовує), можна підключити до допоміжної гальмівної системи автомобіля, що спрацьовує в разі аварійної зупинки.

Для аварійної, т. Е. Завжди несподіваною, зупинки автомобіля найбільше підходять м'язи брів. До звичайних очками водія прикріплюються сталеві пружини, до кінців яких підведені срібні контакти, притиснуті до надбрівних дуг. Провідники від контактів з'єднані з диференціальним підсилювачем на транзисторах. Вихідний сигнал з підсилювача подається на мультивибратор, в ланцюзі якого варто швидкодіючий реле. Останнє передає збудження контактора потужного електромагніту, встановленого на педалі гальма автомобіля. У момент виникнення небезпечної ситуації водієві достатньо нахмурити брови, і машина зупиниться.

В даний час вивчається можливість створення приладу, який міг би перетворювати руху очного яблука людини в імпульси, командувачі органами управління різними об'єктами. Для цих же цілей можна пристосувати і чутливі нервові закінчення, розташовані на поверхні тіла людини.

Біоелектричний метод відкриває принципову можливість управляти технічної системою, не рухаючи рукою, не напружуючи м'язів, не промовляючи ні слова. Людині достатньо тільки побажати, і нежива матерія підкориться невисловленого бажанням.

Перед нами модель кільцевої електричної залізниці, по якій жваво бігає маленький локомотивчик з вагончиком. У кріслі у моделі сидить людина. Варто йому лише подумати про те, щоб поїзд рушив, як той слухняно пускається в дорогу. Варто подумки наказати, щоб поїзд зупинився, і той виконує і цю команду. За бажанням людини потяг змінює швидкість руху. Все це не казка, а бувальщина. Модель такої іграшкової залізниці побудована інженерами Центрального науково-дослідного інституту протезування і протезобудування. Пристрій, що працює на принципах біоточного управління, знімає один сигнал з м'язів, що згинають кисть, а інший - з м'язів, які її розгинають.

Вчені, що працюють в області біоелектричних систем управління, роблять спроби порівняти їх з сучасними електронно-обчислювальними машинами. Коли ми малюємо або пишемо, - говорять учені, - наша рука рухається за певною програмою. У реалізації цієї програми можуть одночасно брати участь десятки м'язів, причому в волокнах кожної з них циркулюють поточні з мозку потоки імпульсів. Ми стежимо очима за тим, як рухається рука або олівець в нашій руці, і в мозок надходять потоки окремих біоелектричних імпульсів, що сигналізують про те, як виконується задана програма. Мозок порівнює програму з її реалізацією і безперервно віддає команди, що забезпечують правильний рух руки.

Приблизно за такою ж схемою працюють багато сучасних електронно-обчислювальні машини. У кожній такій машині є вузол управління, який перетворює задану людиною програму в сукупність імпульсів, і пристрої зворотного зв'язку, які інформують вузол управління про те, як реалізується програма. У вузлі управління задана програма безперервно порівнюється з її реалізацією. Потоки імпульсів, постійних за величиною, але змінних по частоті, циркулюють по ланцюгах управління. Такі системи називають замкнутими або системами зі зворотним зв'язком.

Звичайно, порівняння електронної машини з мозком, пристрої зворотного зв'язку з нервовими клітинами, виконавчих двигунів з м'язами, автомата з живим організмом носить зовнішній, суто умовний характер. І разом з тим саме кібернетичний підхід до природи, саме подібні аналогії послужили джерелом ідеї біоелектричного управління. Не випадково в системах біоелектричного управління використовують різні логічні і обчислювальні пристрої.

Проблема біоелектричного управління буде остаточно вирішена тоді, коли ланцюг, що передає інформацію від людини до технічного пристрою, буде зведена до мінімуму ланок. Біоелектрична система впливу людини на механізми буде, за прогнозами вчених, найближчим часом застосовуватися в управлінні тракторами, прокатними станами, екскаваторами, верстатами, кранами і т. П.

Все це, звичайно, - прогнози на майбутнє. Наскільки вони реальні, покаже життя. Дивну картину використання біоелектричної техніки в майбутньому намалював великий радянський фахівець в області автоматичного управління академік А. П. Благонравов. Він говорив, що вже цілком конкретно стоїть питання про створення такого робота, який буде нашим двійником і по нашому бажанню буде збирати для нас мінерали на Марсі, чи, скажімо, поздоровляти з перемогою нового чемпіона в Ріо-де-Жанейро, в той час як ми самі будемо знаходитися в Москві. Причому мова йде не про просте механічному роботі, здатний виконувати задану програму. Мова йде про створення такого робота, який буде коритися вашої думки. Це не містика, не фантастика!

Поки це в майбутньому. Але перші кроки на шляху до цього чудового майбутнього вже зроблені.

Успіхи вчених у створенні "розумних", наділених штучним інтелектом роботів, дозволять в самий найближчий час вирішити багато наукових і виробничі проблеми і, зокрема, здійснити перехід на більш високий рівень автоматизації - до гнучким виробничим комплексам, цехам і заводам-автоматам - прообразів техніки майбутнього.

Біоструми мозку при різних захворюваннях

А. Ф. Макарченко і Н. Л. Горбач відзначили значне розмаїття електроенцефалографічні картин при розсіяному склерозі і, отже, відсутність якої-небудь специфіки змін біострумів мозку при цьому захворюванні. Домінували значна дезорганізація і десинхронізація аритмії, нерідко з посиленням як швидких компонентів ЕЕГ, так і з уповільненнями і появою 0волн. Аволни спостерігалися лише у однієї хворої з давністю захворювання близько 20 років і з вираженою симптоматикою ураження головного мозку.

З точки зору розуміння змін основної ритміки в ЕЕГ при патологічному порушення корковоподкоркових взаємин становить певний інтерес стан біоелектричних явищ в корі головного мозку при хронічній формі енцефалітів, зокрема при епідемічному енцефаліті.

Між характером порушень ЕЕГ і клінічними проявами епідемічного енцефаліту є певний зв'язок. Так, при акінетичної формі паркінсонізму електрична активність знижується, а при гіперкінетіческоі підвищується.

Дослідження коливань біоелектричних потенціалів у хворих з акінетичної формою паркінсонізму виявило загальне ослаблення електричної активності кори мозку, аритмія по частоті не перевищує 8-10 коливань в секунду. Його амплітуда нерівномірна, відзначаються часті перерви до 2,5 секунд. У всіх відведеннях реєструються повільні хвилі, які при освітленні очей або не змінюються або кілька частішають.

У літературі є цікаві дані про зміни електричної активності мозку і при такому загальному інфекційному захворюванні, як ревматизм, що характеризується широко поширеним ураженням сполучної тканини.

Перше дослідження в цій області проведено розумінням на 20 хворих. Незважаючи на те, що за малим винятком у всіх хворих спостерігалася клінічно сприятливо протікає форма ревматизму (легкі артрити, кардити зі спонтанним поліпшенням згодом) без значних психічних і неврологічних проявів, у 14 з них була виявлена \u200b\u200bявна електроенцефалографічна патологія, аритмія був ослаблений, іноді відсутній , домінували білатеральні повільні д і в хвилі; в окремих випадках відзначалася тенденція до сплощення, згладжування кривої біострумів; в одному випадку реєструвалися локалізовані гострі хвилі При серійному обстеженні ЕЕГ в процесі одужання у половини хворих спостерігалася нормалізація ЕЕГ зі зменшенням повільних коливань і появою а ритму. Автор зазначає лише слабку кореляцію між тяжкістю соматичної ревматичної симптоматики і ступенем патологичности, в половині випадків при клінічному поліпшенні ЕЕГ нормалізувалися дуже повільно і недостатньо, що, на думку автора, свідчить про наявність хронічного су клінічного післядії.

М. Г. Астапенко з 20 обстежених хворих неспецифічним інфекційним поліартритом виявила 18 порушення ЕЕГ у вигляді пригнічення аритмії або явищ дізарітміі; іноді з'являлися також і повільні патологічно Дволни. І. А. Бронзов вивчав біоелектричну активність мозку у 40 хворих на гострий і підгострим ревматичних поліартрити і ревмокардитом. Автор вважає, що гострі форми ревматизму характеризуються домінуванням аритмії високої амплітуди. Перехід процесу в фазу підгострого перебігу характеризується зниженням рівня електричної активності, головним чином за рахунок зниження амплітуди і процентного вмісту аритмії. За спостереженнями Бронзовая, динаміка ЕЕГ має певне прогностичне значення, вказуючи в ряді випадків на подальше сприятливе або несприятливе затяжного перебігу захворювання.

Електроенцефалографічні дослідження при церебральному ревматизмі у вітчизняній літературі вперше представлені роботами М. М. Модель і Т. П. Симеон. Вони призводять чотири спостереження, в яких у хворих з різними формами ревматичного ураження головного мозку на ЕЕГ були виявлені дифузні зміни в вигляді тахірітмій, слабо виражених Дволн, окремих пікоподібних потенціалів.

При відведенні потенціалів від різних ділянок головного мозку - електроенцефалографії - виходить запис потенціалів головного мозку - електроенцефалограма. В. В. Правдич-Немінський (1925) записав потенціали головного мозку ссавців за допомогою високоподвіжной струнного гальванометра. Г. Бергер (1929) для електроенцефалографії у людини використовував малоінертний гальванометр з підсилювачем. У людини потенціали реєструють або під час операції на головному мозку безпосереднім прикладанням до нього електродів, або їх зовнішнім відведенням від голови, або зануренням в мозок мікроелектродів.

Для електроенцефалографії застосовуються катодні або електромагнітні чернільнопішущіе осцилографи, передають без спотворень дуже слабкі електричні коливання мозку, напруга яких зазвичай становить 5-40-50 мкв. У здорових людей різниця потенціалів рідко вище 200 мкв.

Сучасні прилади підсилюють потенціали зазвичай в 4 млн. Раз, але можуть посилювати в 10 млн. Разів і більше.

Для вивчення потенціалів головного мозку використовується також електроенцефалоскопія - коливання яскравості світіння 50-200 точок мозку при змінах потенціалів (М. Н. Ліванов і В. М. Ананьєв, 1960).

Електроенцефалограма - результат складання в часі і просторі багатьох коливань потенціалів, що мають різні частоти, фази і амплітуди. Амплітуда - це величина хвилі від піку до піку, яка вимірюється в міліметрах. Амплітуда Може бути перерахована на величину різниці потенціалів в мікровольтах або мілівольтах.

Кількісний аналіз електроенцефалограми проводиться за допомогою автоматичних електронних аналізаторів і лічильно-обчислювальних машин. Спрощений аналіз частоти і амплітуди, основних її складових, робиться за допомогою лінійки і циркуля. На електроенцефалограмі здорової людини розрізняють чотири основних типи хвиль, що відображають коливання.

Альфа-ритм. Характерні, майже регулярні коливання потенціалів спить спокійного мозку, коли увага ні до чого не притягнуто, немає зорових, слухових та інших подразнень і розслаблена мускулатура. Це повільні, довгі і великі хвилі, що мають синусоїдальну форму. Кожна альфа-хвиля - це коливання потенціалу тривалістю 90-120 мс. Альфа-ритм дорівнює 8-13, в середньому 10 Гц, амплітуда 50-100 мкв. Альфа-ритм добре виражений при лежанні з закритими очима. Є деякі індивідуальні його відмінності. Альфа-ритм чітко видно тільки у людей і мавп, переважає в потиличній області. Альфа-ритм, який реєструється в області шкірного і проприоцептивного аналізатора, називається роландіческой. При відкриванні очей і виникненні зорових образів альфа-ритм зникає. У людей, що володіють живим зоровим уявою, він відсутній, а у тих, у яких переважають слухові або кинестезические сприйняття, він зберігається навіть при відкритих очах і активному мисленні. Нестійкість альфа-ритму відзначена приблизно у 2/3 здорових людей, відсутність - у 15%, а у інших - стійкість. Характер альфа-ритму вроджений. Він є результатом діяльності кори і ретикулярної формації.

Бета-ритм - характерні для діяльного стану мозку, більш швидкі, короткі і малі хвилі. Тривалість одиночного коливання потенціалу 40-50 мс. Бета-ритм дорівнює 14-100 Гц і більше (у людини - від 80 до 250 Гц). Амплітуда 5-10-30 мкв. Він переважає в лобових і центральних областях. Амплітуда і частота бета-ритму збільшуються при розумової діяльності і емоціях.

Дельта-ритм - частота 0,5-3,5 Гц, зазвичай 3 Гц, амплітуда до 250-300 мкв. Тривалість одиночного коливання потенціалу 250-500 мс. Спостерігається під час сну або при порушеннях діяльності великих півкуль.

Тета-ритм - частота 4-7 Гц. Тривалість одиночного двухфазного коливання потенціалу 150-250 мс. Тета-ритм реєструється при негативних емоціях, неприємних і больових подразненнях, припинення задоволення. Обумовлений функцією лімбічної системи і зорових горбів. Реєструється в гіпокампі при голодуванні і оборонних рефлексах тварин.

Найбільшого розмаху коливань властивий дельта-ритму, найменший - бета-ритму. Крім того, спостерігається сверхмедленний ритм як результат підсумовування постсинаптических потенціалів (частота 1-8 в 1 хв). Існують спонтанні коливання мембранного потенціалу, ВПСП і рідше ТПСП. У пірамідних нейронах пік досягає 85 мв, а в клітинах нейроглії - 50-70 мв.

Коли людина при застосуванні умовного подразника має намір здійснити руховий акт, на електроенцефалограмі виникає хвиля Е ( «хвиля очікування»), яка триває до появи безумовного подразника і різко обривається в момент дії. На відміну від інших викликаних відповідей ця хвиля не змінюється навіть після тисяч проб, поки увага випробуваного не слабшає (Г. Уолтер, 1963).

Хвиля Е з'являється при свідомих діях, при несвідомих - її немає. Вона нестійка при порушенні вегетативної нервової системи. Речовини, що підвищують збудливість нервової системи, підсилюють її, а знижують - гальмують. Її поява не менше ніж через 200-300 мс і тривалість до 10 з дозволяють припустити участь медіатора в її виникненні.

Синхронізація - однаково спрямовані по фазі і тривалості коливання потенціалів в групі нейронів або в різних ділянках головного мозку. При цьому амплітуда хвиль збільшується і формується їх альфа-ритм.

десинхронізація - порушення синхронізації. При цьому реєструються різні швидкі коливання потенціалів малої амплітуди.

При статичних м'язових зусиллях спостерігається тривала десинхронізація, при динамічній роботі кожний новий рух викликає десинхронізацію, змінну синхронізацією.

Електроенцефалограма являє собою відносно постійний показник, який має основне фізіологічне значення. Вона не залежить від змін серцевої діяльності і. Однак посилена гіпервентиляція легенів, що викликає зрушення реакції в лужний бік, різко порушує нормальний ритм будь електроенцефалограми. У більшості людей глибоке дихання протягом 3 хвилин при нормальному вмісті цукру в крові істотно не змінює ритму електроенцефалограми. Так як електроенцефалограма відображає обмін речовин нейронів, а альфа-ритм є вираженням їх нормального фізіологічного стану, то кисневе голодування, зниження вмісту цукру в крові і алкоголь уповільнюють ритм і зменшують різницю потенціалів, а фенамін, кофеїн і адреналін частішають ритм. При гальмуванні, втомі, виснаженні і крововтратах альфа-ритм відсутній, і замість нього з'являється повільніший ритм (дельта-ритм). При втраті свідомості альфа-ритм зникає і замінюється більш рідкісним ритмом або потенціали абсолютно зникають. Після припинення кровообігу і дихання потенціали мозку послаблюються, але зникають тільки через деякий час. Наркоз також викликає ослаблення потенціалів.

При психічних захворюваннях спостерігаються або стійкі повільні хвилі, або найчастіше швидкі хвилі, пов'язані з порушенням. Значне посилення потенціалів великих півкуль відбувається у кроликів вже в перші хвилини впливу великими дозами проникає опромінення. У людей при дії лікувальної дози рентгенівських променів зміни електроенцефалограми наступають через кілька хвилин (М. П. Ліванов).

Ритм залежить не тільки від функціонального стану кори, але і від структури коркових полів. Для коркових полів, що містять велику кількість зірчастих нейронів, характерний альфа-ритм, а коркові тюлю, в яких немає цих нейронів, характеризуються бета-ритмом. Альфа-ритм виявлений не тільки в потиличній області, а й в лобовій і інших областях. У лівій півкулі альфа-ритм має більш низькі коливання і менш регулярний в порівнянні з правим півкулею, що пов'язано з великим розвитком і більшою активністю лівої півкулі (П. І. Шпильберг, 1947).

Зникнення повільного альфа-ритму і поява частого бета-ритму відбувається при переході нейронів зі стану спокою в діяльну при подразненнях рецепторів, розумовій роботі, психічному збудженні, емоціях. Під час неглибокого сну спостерігаються веретеноподібні ритми 14-22 Гц, періодично змінюються по амплітуді. Зміни амплітуди надають електроенцефалограмі вид ряду горизонтально розташованих веретен. Шум у сусідній кімнаті не впливає на ритм потенціалів мозку сплячої людини, але шум в тій кімнаті, де людина спить, викликає поява частих ритмів, що вказує на виникнення стережуть ділянок. При дії світла або альфа-ритм відразу зникає і замість нього з'являється бета-ритм. Але через деякий час альфа-ритм знову відновлюється. Це відновлення регулярного ритму потенціалів вказує на те, що мозок адаптується або звикає до дії подразника. Але якщо вимкнути звичний подразник, то альфа-ритм знову зникає на деякий час. Альфа-ритм зникає і при відсутності подразнень зовнішніх рецепторів, але при подразненні внутрішніх рецепторів.

Напружена розумова робота викликає зникнення і альфа-ритму і поява бета-ритму. Ці часті хвилі тривають під час розумового напруження безперервно, і тільки після його закінчення вони зникають, і повертається регулярний ритм

При розумовій роботі в корі головного мозку, особливо в передніх відділах, посилюється синхронізація потенціалів нейронів, розташованих в різних її ділянках, - просторова синхронізація. Чим складніше розумовий завдання, тим більше кількість і тривалість кореляцій між нейронами. На просторову синхронізацію потенціалів утворюється умовний рефлекс.

Електроенцефалографія дозволяє об'єктивно вивчати і перемикання уваги випробуваного від одного подразника до іншого, що доводиться в наступному досвіді. Під час запису електроенцефалограми від зорової області при відсутності зорових подразнень включення світлового подразника викликає зникнення альфа-ритму. Якщо світло продовжує діяти, то раптове включення звуку викликає поява альфа-ритму в зорової області та його зникнення в слуховий області. Реєстрація біострумів дозволяє легко встановити по зникненню альфа-ритму у відповідних областях, чи бачить, чує випробуваний і т. Д. Зникнення альфа-ритму відбувається внаслідок порушення синхронізації нервових клітин зорового аналізатора при дії сторонніх подразників, так як нервові клітини, що сприймають зорові роздратування , здатні до синхронізації своєї активності (Едріан).

У дітей з 10-12 років з'являється характерний для дорослих альфа-ритм з частотою близько 10 Гц. Для здорових дітей характерна велика мінливість електроенцефалограми, що відрізняє їх від дорослих. У дітей не виявлено відповідності між характером електроенцефалограми і їхнім розумовим розвитком.

Потенціали великих півкуль відображають фізіологічні властивості нейронів, їх збудливість і лабільність і протікають в них збудження і гальмування.

Альфа-ритм зникає не тільки при дії подразника, що викликає безумовний рефлекс, а й при дії подразника, що викликає умовний рефлекс (І. І. Лаптєв, 1941; П. І. Шпильберг, 1947; М. П. Ліванов, 1945). По змін потенціалів вдається судити про вироблення придбаних, умовних рефлексів (М. Н. Ліванов, 1945-1969; А. Б. Коган, 1959-1969).

При відведенні потенціалів від окремих нейронів кори головного мозку виявлено, що при утворенні умовно-рефлекторного збудження частішають фонові потенціали окремого нейрона, а при виробленні умовно-рефлекторного гальмування вони урежаются.

Потенціали великих півкуль не є реєстрацією думок. Процес мислення немає біоелектричний, а психічний процес. Реєстрація потенціалів і мислення - два різних процесу, які корінним, якісним чином відрізняються один від одного. Тому думки не можуть передаватися на відстань за допомогою потенціалів, а передаються за допомогою слів, їх звукових або письмових позначень, які ми чуємо або бачимо і іноді помітний. Отже, великі півкулі сприймають думки тільки через органи чуття.

Крім того, потенціали головного мозку надзвичайно слабкі і їх можна реєструвати тільки при заземленні значно більш сильних електричних струмів оточуючих нас трамваїв, тролейбусів, електричних приладів і тільки за допомогою підсилюючих установок, що підвищують потенціали головного моз1 а в багато сотень тисяч разів.

Повільні ритми виявляються і в великих півкулях головного мозку тварин. Характер потенціалів у різних видів тварин відрізняється більшим чи меншим постійністю в різних ділянках головного мозку і в різний час.

У корі мозочка при непошкодженому головному мозку також виявляються потенціали, в яких розрізняються два ритму: повільний ритм з частотою 6-8 Гц і швидкий ритм з частотою 30-40 і 150-220 Гц. При дії аферентних імпульсів в гіпокампі реєструється регулярний ритм 4-7 Гц.

Альфа-ритм - результат спільної діяльності кори великих півкуль і ретикулярної формації таламической області. Він не надто різниться у різних хребетних тварин.

Освіта умовного рефлексу, що викликає збудження в області відповідного безумовного аналізатора, призводить до десинхронізації. Десинхронізація настає також при зовнішньому гальмуванні і при подразненні ретикулярної формації. Вона має великий прихований період.

Синхронізація характерна для умовного гальмування. Вона настає також при пригніченні формації. Це призвело до висновку, що освіта умовного рефлексу супроводжується порушенням формації, а умовне гальмування - її пригніченням. Синхронізація діяльності нейронів, розташованих далеко один від одного, - результат залучення їх до спільної роботи за допомогою підкіркових утворень. Повільні сильні коливання потенціалів, що охоплюють великі ділянки кори, пов'язані з впливом підкіркових утворень і носять дифузний характер. Місцеву зміну потенціалів у відповідному аналізаторі виходить при будь-якому короткочасному индифферентном адекватному роздратуванні. Воно характеризується малим прихованим періодом і позначається як первинний відповідь. У міру перетворення цього роздратування в сигнал умовного рефлексу величина і форма первинної відповіді змінюються. При відведенні потенціалів від окремих нейронів за допомогою мікроелектродів виявлено, що при ізольованому дії умовного подразника в одних нейронах виникає збудження, в інших - гальмування. В осередках збудження виявляється високий негативний потенціал, а в осередках гальмування - позитивний потенціал.

Потенціали, викликані афферентними імпульсами в асоціативних областях, позначаються як вторинний відповідь. У людей майже все викликані відповіді - вторинні, для них характерна чутливість до відволікання уваги. Аферентні імпульси зі специфічних ядер зорових горбів закінчуються переважно в 3-м і 4-м шарах кори, а з неспецифічних - в 1-м і 2-м шарах.

Нерви пронизують все тіло і завдяки їм організм виступає як єдине ціле. Варто перерізати нерв, що веде до будь-якої м'язі, і вона стає паралізованою, подібно до того, як перестає працювати циліндр мотора, якщо порвати дріт, передає імпульси струму запальний свічці.

У школі нам розповідали про досліди Гальвані щодо порушення нервових закінчень лапок жаби. Всі бачили, що при підключенні струму до певних точок, лапки жаби починають скорочуватися. Це підтверджує припущення про те, що нервовий імпульс має електричну природу. Фактично передається волокнами нервовий імпульс являє собою короткочасний електричний імпульс.

Після цих дослідів нерви стали уявляти електричними проводами, що зраджують сигнали від мозку до всіх органів. Сучасні дослідження показали, що це не зовсім вірно. Нерв - НЕ електричний дріт, а, скоріше, релейний лінія. Вступник сигнал передається тільки сусіднім ділянкам лінії, де він посилюється, а потім передається далі, знову посилюється, і знову передається, поки не досягає кінцевої точки. Завдяки цьому сигнал може бути переданий без ослаблення на значні відстані, не дивлячись на природне затухання в каналі передачі.

Тіло нейрона не відрізняється від інших клітин ні своїми розмірами, ні іншими особливостями. Однак нейрон, на відміну від інших клітин, має не тільки клітинне тіло - він розсилає для дослідження віддалених частин організму дендрити (відростки). Відростки поширюються на невеликі відстані. Один тільки аксон, діаметром менше 0,01 мм, відходить від нейрона на величезні відстані, що вимірюються сантиметрами і навіть метрами. Всі нейрони ЦНС зібрані разом в головному і спинному мозку і утворюють сіре речовина.

Механізм роботи аксона до кінця не зрозумілий. Його можна спрощено уявити собі як довгу циліндричну трубку з поверхневою мембраною, що розділяє два водних розчину різного хімічного складу і різної концентрації. Мембрана подібна стінці з великою кількістю напіввідкритих дверей, крізь які іони розчинів можуть протискуватися тільки з великими труднощами. Найдивовижніше в тому, що електричне поле "причиняє ці дверцята", а з його ослабленням вони відкриваються ширше. У стані бездіяльності всередині аксона знаходиться надлишок іонів калію; зовні - іонів натрію. Негативні іони сконцентровані головним чином на внутрішній поверхні мембрани, і тому вона заряджена негативно, а зовнішня поверхня - позитивно.

При подразненні нерва відбувається часткова деполяризація мембрани (зменшення зарядів на її поверхнях), що веде до зниження електричного поля всередині неї. Зрештою відбувається місцева деполяризація мембрани. Так виникає нервовий імпульс. Власне кажучи, це імпульс напруги, викликаний протіканням струму через мембрану. У цей момент "відкриваються дверцята" для калієвих іонів. Проходячи на поверхню аксона, вони поступово відновлюють то напруга (близько 0,05 В), яке було у збудженому нерва.

При деполяризації ділянки мембрани з'являється електричний струм, спрямований від неактивних поки ділянок мембрани до деполярізованнимі ділянці. В результаті виникає новий деполярізірованний ділянку, який, в свою чергу, збуджує процеси в сусідній ділянці і т.д. Самовідтворюючому стан деполяризації починає поширюватися по нерівному волокну, що не затухаючи, зі швидкістю близько 120 м / с. Це і є швидкість руху нервового імпульсу. Неважко порахувати, що імпульс від мозку до кінчика пальців па нозі у людини, зростанням два метри, дійде менше, ніж за одну мілісекунди.

Іони натрію і калію, зміщені при проходженні імпульсу зі своїх насиджених місць, поступово повертаються назад безпосередньо крізь стінку за рахунок хімічних процесів, механізм яких поки ще до кінця не з'ясовано.

Викликає захоплене здивування, що вся поведінка вищих тварин, всі творчі зусилля людського мозку засновані, в кінцевому рахунку, на цих надзвичайно слабких токах і найтонших, мікроскопічних хімічних реакціях.

мозкові хвилі

У мозку безперервно відбуваються електричні процеси. Якщо на лоб і потилицю накласти металеві пластини, з'єднані через підсилювач з реєструючим приладом, то можна зафіксувати безперервні електричні коливання кори головного мозку. Їх ритм, форма та інтенсивність істотно залежать від стану людини. У мозку сидить спокійно з закритими очима, що не думає ні про що людину реєструється близько 10 коливань в секунду. Коли людина відкриває очі, з'являються більш швидкі нерегулярні коливання. Коли людина засинає, ритм хвиль сповільнюється, а амплітуда їх наростає. Під час сновидіння характер коливань дещо змінюється, що дозволяє досить точно определіть.момент початку і кінця сновидіння.

При захворюваннях мозку характер електричних коливань змінюється особливо різко. Так, патологічні коливання при епілепсії можуть служити вірною ознакою захворювання. Все це доводить, що мозкові клітини знаходяться в стані постійної активності, і великі кількості їх коливаються разом і одночасно, подібно музичним інструментам великого оркестру.

Вступники в мозок нервові імпульси не йдуть уторованими шляхами, а змінюють свою картину розподілу коливань в корі великих півкуль. Характер електричної активності мозку змінюється з віком протягом усього життя і навчання. Треба думати, що електричні коливання не просто супроводжують роботу мозку, як шум - руху автомобіля, а є найістотнішим моментом всієї його життєдіяльності. У ЕОМ, здатної виконувати окремі функції мозку навіть краще, ніж він сам, саме електромагнітні процеси визначають всю роботу.

Потрібно підкреслити, що кожному відчуттю, кожної думки аж ніяк не відповідає своє власне, певне коливання. Про що думає людина, за формою електричних коливань визначити не можна. Які функції виконують ці процеси в мозку, ми поки не знаємо, але вони чітко показують, що матеріальною основою мислення є електрохімічні процеси перетворення енергії та інформації.

Мозок як електрохімічна система випромінює електромагнітні хвилі і має власне електромагнітне поле. Він використовує комбінований спосіб передачі повідомлень, як в самому мозку, так і до всіх інших органів тіла. Кожне повідомлення дублюється, передається в електричної та хімічної формах, які можуть переходити одна в іншу. Повідомлення передаються у вигляді електричного сигналу вздовж аксона клітини мозку, а потім переходять в хімічну форму, досягаючи синапсу - точки з'єднання з іншого клітиною.

Для того щоб відправити повідомлення, мозок повинен виробити електричний сигнал. Для цього в мозку повинна бути своя "електростанція". Така "електростанція" дійсно існує, хоча і не виділена окремим об'єктом. Кожна клітина виробляє свою частину енергії. Загальна потужність "електростанції" нашого мозку близько 25 Вт. Цією електроенергії достатньо, щоб створити електромагнітне поле необхідної сили. Ми можемо застосувати формули квантової фізики і вирахувати, на які відстані може сягати сформований нашим мозком енергетичний імпульс.

Мозковий "електростанції" необхідно "паливо", в якості якого мозок використовує кисень і інші продукти швидкого горіння, що видобуваються з їжі. Велика частина енергії нашого організму йде на підтримку роботи мозку.

Параметри електромагнітного поля мозку безперервно змінюються, що супроводжується зміною частоти його випромінювання. Встановлено, що в кожен момент людський мозок "працює" в певному діапазоні частот. Частоти, на яких працює наш мозок в різних станах неспання і сну, зараз добре вивчені. Ми можемо зафіксувати їх за допомогою елекгроенцефалографа і отримати електроенцефалограму мозку (далі - ЕЕГ).

Основних частот (їх називають також ритмами мозку) чотири.

• 1. В активному стані неспання наш мозок функціонує в ритмі від 13 до 25 Гц. Це так зване бета-стан.
• 2. Ідеальне для навчання стан "розслабленого уваги" настає при частоті від 8 до 12 Гц. Це так зване альфа-стан.
• 3. Ранні стадії сну наступають при частоті від 4 до 7 Гц. Це так зване тета-стан, при якому мозок переробляє отриману за день інформацію.
• 4. Глибокий сон (від 0,5 до 3 Гц) - дельта-стан.

В результаті експериментів виявлено, що ми можемо набагато швидше і ефективніше навчатися, коли наш мозок знаходиться в стані "Розслабленого уваги ". У цей стан можна зануритися з допомогою певних типів медитації, слухаючи розслаблюючу, заспокійливу музику.

Дослідним шляхом підбиралися ритми, що сприяють виникненню "розслабленого уваги". Особливо добре мозок реагує на музичні ритми в стилі "бароко". Темп цього стилю близький до довжини хвилі мозку, який випромінюється в стані "розслабленої готовності". Книга, що читається під музику "бароко", легко "упливає" в нашу підсвідомість, ми запам'ятовуємо її текст без зусиль.

Глибокі рівні свідомості і запам'ятовування досягаються в станах "альфа" і "тета", які характеризуються суб'єктивними відчуттями розслабленості. Саме в альфа- і тета-станах досягається найбільш високий рівень концентрації творчих здібностей. Як можна досягти цього стану? Тисячі людей роблять це за допомогою щоденної медитації або розслаблюючих вправ. Про медитації ми будемо говорити окремо. Це особливий стан людини, коли його мозок відкритий і налаштований на сприйняття певних енергоінформаційних полів. З давніх езотеричних книг слід, що в стані медитації відбуваються великі подвиги осягнення істини. Навчитися медитувати означає навчитися вчитися.

Медитацією в класах займатися незручно. В цей стан кожна людина входить в своєму режимі і в найбільш підходящих саме для нього умовах. У класах певні стани досягаються за допомогою спеціально підібраної музики. Вплив деяких музичних творів може дати ті ж результати набагато швидше і простіше. Американський професор В. Уебб, який проводив тривалі дослідження з підбору музики для навчання, прийшов до висновку, що певні типи музичного ритму допомагають розслабити тіло, заспокоїти дихання, вгамувати балаканину бета-ритмів і привести мозок в стан розслабленого уваги, в якому людина виключно сприйнятливий до нової інформації.

Правильно підібраний ритм музичних творів допомагає нам запам'ятовувати повідомлення. Телевізійна реклама доводять це щодня. Дослідники виявили, що для засвоєння різної інформації потрібно різна музика, але в більшості випадків, як уже говорилося, краще музичні фрагменти в стилі "бароко". Викладачі, які розуміють, що потрібно мозку, в обов'язковому порядку використовують музику на навчальних заняттях. Музичний супровід є невід'ємною частиною всіх систем прискореного навчання.

Що ж стосується людей, які обрали самостійне навчання, то сенс наведеного вище твердження простий: включіть правильну музику, коли збираєтеся повторити вивчений матеріал, і ви пригадаєте його набагато легше.

Наш мозок працює максимально, коли ми засинаємо, і це пояснює ЕЕГ мозку: мозок "переглядає" фотографії основних подій дня. Дослідники вважають, що саме в цьому стані мозок аналізує і "розсилає" інформацію на збереження в різні осередки пам'яті.

Важливо підкреслити, що в кожен момент наш мозок працює на певній частоті. Всі інші також присутні, але з меншою інтенсивністю. Крім основних частот (несучих) мозок генерує і допоміжні частоти (поднесущие), а також їх численні гармоніки. Для ефективного навчання потрібно обирати частоту, на якій найбільш ефективно відбувається сприйняття, розуміння і утримання нової інформації. Для цього мозку потрібно максимально "налаштуватися". Ось чому навчання, в якому ми хочемо досягти успіху, має починатися з релаксації.

• - використовуйте "розслаблене увагу": це саме той стан мозку, яке особливо ефективно дли навчання;
• - якщо ви перебуваєте в стані неспання - виступаєте перед людьми або працюєте над цікавить вас проблемою, - ваш мозок, найімовірніше, працює в ритмі від 13 до 25 Гц (бета-рівень); цей стан не є найкращим для стимуляції довгострокової пам'яті;
• - ідеальна для підсвідомості активність мозку відбувається на частоті від 8 до 12 Гц. Це альфа-рівень, стан розслабленого уваги, яке максимально сприяє засвоєнню фактів і підсилює пам'ять.