Юрий Холодов - Мозг в электромагнитных полях

Пока только на примере рыб убедительно показано биологически значимое существование разных по силе живых генераторов ЭМП. Здесь мы ограничимся обсуждением электрической составляющей ЭМП. Вероятно, впервые его замерил английский физик Джон Деви в 1832 г. у одной из электрических рыб, хотя этих экзотических животных с усердием изучали такие всемирно известные естествоиспытатели прошлого века, как А. Гумбольдт, М. Дюбуа-Раймон, М. Фарадей и др.

Начало современного этапа в изучении биоэлектрических полей рыб связывают с именем английского эколога X. Лиссмана, который в 1958 г., используя современную электронную технику, показал, что некоторые рыбы используют свои ЭМП для локации и связи. Сейчас такие работы интенсивно развиваются.

Еще раньше морфологи, изучавшие строение рыб, отметили у некоторых их представителей наличие специальных органов, которые генерируют ЭМП, и специальных органов чувств (электрорецепторы), которые их воспринимают.

Предполагается, что из 20 тыс. видов рыб, плавающих сейчас в водоемах Земли, не менее 300 видов способны создавать ЭМП. По напряженности создаваемых ими ЭМП рыб можно разделить на три группы: электрических, создающих ЭМП свыше 20 В в целях нападения и обороны; слабоэлектрических, создающих ЭМП до 17 В в целях локации и связи, и неэлектрических (до нескольких милливольт). Генерируемые рыбами ЭМП располагаются в полосе частот до 2 кГц. Они создаются или специальными электрическими органами или неспециализированными нервно-мышечными структурами.

Биологические ЭМП ничем не отличаются по своим свойствам от ЭМП, созданных техническими генераторами, т. е. имеют электрическую и магнитную составляющие, ослабляются с расстоянием и т. п.

Наверняка у биологических ЭМП имеются те же биотропные параметры, как и у искусственных ЭМП. Во всяком случае уже известно, что рыбы более чувствительны к переменным полям в сравнении с постоянными, что реакция зависит от частоты, формы и длительности импульсов.

Чувствительность рыб одной группы располагается в пределах 0,01—0,1 мВ/см, а другой — в пределах 10—100 мВ/см, т. е. на несколько порядков ниже. В первом случае речь может идти о своеобразном электрическом восприятии внешней среды. Предполагают, что центры, регулирующие электрорецепторы, располагаются в продолговатом мозге и мозжечке. Следовательно, для некоторых животных электромагнитный океан становится зримым.

Главные направления в использовании биологических ЭМП рыбами заключаются в обороне и нападении, в пространственной ориентации и в сигнализации, связанной с общением между биообъектами. Интересно, что группа рыб на ЭМП реагировала лучше, чем одиночная особь. Возникают интересные вопросы об эволюционной исключительности рыб при использовании ЭМП. Можно надеяться, что некоторые стороны использования ЭМП рыбами со временем будут обнаружены и у других водных или наземных животных.

Впервые в «сухопутных» условиях электрические поля удалось зарегистрировать у земноводных животных. Но это случилось не потому, что у земноводных ЭМП сильнее, чем у растений, птиц или млекопитающих, а по той причине, что лягушка, явилась излюбленным и удобным экспериментальным объектом для нейрофизиологов. Как раз изолированный седалищный нерв гигантской лягушки был объектом исследований американцев Барра и Маура, которым удалось на расстоянии до 12 мм отмечать возникновение ЭМП в момент возбуждения нерва.

Более детальные работы по регистрации электрических ауральных (от греческого слова «аура» — воздух) полей у различных сухопутных животных и у человека проводятся с 1966 г. в Ленинградском государственном университете под руководством профессора П. П. Гуляева. Были подтверждены данные о существовании ЭП у возбужденного изолированного нерва лягушки. Впервые обнаружили ЭМП у возбужденного изолированного рецептора растяжения речного рака.

Нужно отметить, что сам факт синхронизации в активности большого числа нервных клеток привел к предположению об их объединении не только синаптическим (контактным), но и эфаптическим (через ЭП) путем.

Как ни интересны ЭП, сегодня наиболее интригующими являются магнитные поля мозга. В этой области, как в прошлом в области эмоций, другом — соперником мозга выступает сердце.

Известно, что биотоки нашего организма, возникающие за счет биохимических реакций, играют большую роль в физиологических процессах (особенно в деятельности сердца и мозга!), объединяя функционирование отдельных элементов указанных органов. Уже теоретически можно было предсказать, что биотоки должны порождать биомагнитные поля, но практически зарегистрировать такие поля было очень трудно.

Цену усилий можно оценить хотя бы по тому факту, что, как мы теперь знаем, магнитное поле сердца человека составляет примерно миллионную часть земного магнитного поля, а магнитное поле мозга еще в 100 раз слабее.

Перед исследователями биомагнитных полей, как и перед героями древних былин, вставали три главных препятствия, которые казались неодолимыми. Во-первых, нужно было создать датчик для обнаружения очень слабых магнитных полей. Во-вторых, нужна была уникальная усилительная аппаратура, необходимая для регистрации воспринятых слабых сигналов. И, в-третьих, нужна была экранировка от земного магнитного поля и технических электромагнитных помех.

Начальное решение первой проблемы можно назвать лобовой атакой. Из школьного курса физики известно, что магнитное поле наводит электрический ток в витке провода, а величина этого тока зависит от интенсивности поля и от числа витков, используемых для регистрации магнитного поля. Поскольку интенсивность биомагнитного поля очень мала, чувствительность датчика можно было повысить за счет увеличения числа витков. Исходя из такого простого рассуждения, советские и американские исследователи независимо друг от друга сумели в начале 60-х годов нашего века впервые зарегистрировать магнитное поле сердца человека, используя катушки, число витков в которых достигало миллиона. Но это был предел возможностей датчиков такого рода: воспринимать более слабые, а также стационарные магнитные поля, возникающие, например, при повреждении сердца — эти датчики не могли. Нужны были другие идеи.

Помощь пришла с неожиданной стороны. Работая в области криогенной техники со сверхпроводящими материалами, английский ученый Б. Д. Джозефсон (он получил Нобелевскую премию за свое открытие) обнаружил, что между двумя сверхпроводниками, разделенными тонким слоем диэлектрика, возникает в этих условиях электрический ток, параметры которого в значительной степени зависят от окружающего магнитного поля. Этот принцип позволял регистрировать очень слабые как переменные, так и постоянные магнитные поля, что выгодно отличало его от датчиков в виде катушек.