При сильных потрясениях нервной системы у человека наступает состояние, называемое стрессовым.
Одной из важнейших задач диагностики нервной системы является своевременное предупреждение стрессовой реакции. Стрессовый импульс может неожиданно пронзить весь организм. В этот миг в человеческом организме происходят резкие перепады тепловой реакции (все мы не раз испытывали, как нас бросало в жар или, наоборот, кровь «застывала» в жилах, мурашки бегали по коже), которые нередко сопровождаются сильным потоотделением. Когда организм восстанавливает нормальную, стационарную реакцию, то изменение влажности на отдельных участках кожного покрова (градиент поля влажности) может достигать максимальных величин.
Что же физически происходит в этот момент в атмосфере в условиях нестационарного поля влажности? На графике показаны кривые поглощения анергии α- и β-частиц. При градиенте поля влажности происходит максимальная концентрация β-частиц, связанных с накоплением отрицательного электрического заряда и наибольшая степень поглощения α-частиц, связанных с положительными зарядами. Иначе говоря, в этот момент моделируются благоприятные условия для возникновения объемного электрического заряда. Энергия для накачки этого заряда черпается непосредственно из окружающей атмосферы, а человеческий мозг выполняет роль своеобразного регулятора нестационарного поля влажности, создающего благоприятные предпосылки для образования объемного электростатического эффекта.
Практика показывает, что именно во время стрессовых реакций способность человеческого организма формировать электростатические поля неизмеримо возрастает по сравнению со стационарным состоянием. Стрессовая реакция неизбежно сопровождается резким изменением биохимических процессов, увеличением электрических потенциалов и изменением спектров биоритмов. Поэтому измерение электрического состояния организма может быть положено в основу электронной диагностики. Существует методика регистрации электрического сопротивления поверхности кожи человека, связанная с измерением кожно-гальванической реакции. Сопротивление электрическому току поверхности тела возбужденного человека может резко изменяться во время эмоционального напряжения, и это будет свидетельствовать о степени потрясения нервной системы. Эта методика получила распространение при диагностике эмоциональных сдвигов, но она имеет ряд недостатков. При использовании подобной методики приходится накладывать прямо на тело электроды с токоотводящими выводами, что ограничивает диапазон движений и создает нежелательные дополнительные электрические помехи. Запись кожно-гальванической реакции происходит с некоторым запаздыванием и поэтому не отражает немедленной реакции нервной системы. Тем не менее данные кожно-гальванической реакции широко используются для оценки нервно-эмоционального напряжения человека и находят широкое применение не только в медицинской практике, но и при решении задач профессионального отбора.
В разных областях техники предпринимаются попытки для модификации методики кожно-гальванической реакции. Так, для оценки напряженности операторов железнодорожного транспорта разработан способ регистрации кожно-гальванической реакции, которая учитывается по измерению электрической проводимости на определенном участке кожи. Во всех случаях установлено, что резкое изменение эмоционального состояния приводит к существенному отклонению электрической проводимости от нормального значения. Естественно возникает вопрос: а нельзя ли фиксировать объемные кожно-гальванические реакции бесконтактным способом?
С этой целью в 1969 г. был разработан метод регистрации биоплазмограммы, позволяющий бесконтактным способом фиксировать изменение объемной проводимости влажного воздуха. В результате исследований энергетических реакций человеческого организма были выдвинуты разные физические гипотезы объяснения механизма формирования электрических реакций. Определенное распространение получила гипотеза биологической плазмы. Как известно, под физической плазмой понимается такое состояние материи, которое характеризуется упорядоченностью электрических за
рядов в пространстве. Чаще дело с плазмой имеют физики. Разработаны, например, способы формирования электронной плазмы, позволяющей создавать такие концентрации электронов, которые характеризуются высокой упорядоченностью. Алмаатинские исследователи высказали предположение о способности человеческого организма формировать высоко упорядоченные электрические заряды, закономерности изменения которых во времени и пространстве подчиняются тем свойствам, которые обычно приписываются физической плазме.
Так появился термин «биоплазма». Биоплазма живого организма может взаимодействовать с окружающими молекулами водяного пара, сигнализируя о состоянии плазменного ядра живого организма. Несмотря на возможность перенесения концепции физической плазмы в биологию, теорию биоплазмы все же нельзя признать законченной научной концепцией, поскольку в живом, организме не были вскрыты морфологические конструкции, выполняющие роль плазменных концентраций или «плазменных ловушек». Последующие исследования в значительной мере усовершенствовали концепцию биологической плазмы и послужили основой для разработки практических способов бесконтактной регистрации эмоционального состояния человека.
Записи электрических реакций организма, впервые зарегистрированные с помощью высокочувствительных электрических датчиков, получили наименование «биоплазмограммы». Использование биоплазмограммы в качестве универсальной характеристики для диагностики нервно-эмоциональных сдвигов оправдано по следующим соображениям. Метод биоплазмографии является наиболее помехоустойчивым по сравнению с другими электрофизиологическими способами измерений. Поэтому его можно применять в производственных и оперативных условиях. Аппаратура для бесконтактной записи биоплазмограммы обладает высокой надежностью и универсальностью применения. Она легко сопрягается с каналами передачи информации по радио, а также с входными устройствами электронно-вычислительной техники. Физическая природа биоплазмограммы отражает термодинамические характеристики молекул водяного пара окружающей среды около возбужденного тела человека и, таким образом, может служить своеобразным индикатором состояния термодинамического поля биообъектов.
Был проведен ряд экспериментальных исследований по установлению способности человеческого мозга изменить проводимость в атмосфере окружающего воздуха. С этой целью датчик биоплазмограммы, расположенный на расстоянии около полуметра от головы человека, помещался в искусственно созданное поле электрической напряженности. Во время этого опыта производилась запись биоплазмограммы при различных значениях напряженности созданного электрического поля. Кривая имеет максимум при значении напряженности поля 12 Вт. Затем эти измерения были проделаны непосредственно около двух испытуемых людей, находящихся в спокойном состоянии. Соответствующие кривые сместились и максимум фиксировался уже при значении 8 Вт.
Этот результат свидетельствовал о способности мозгового вещества изменить проводимость в объеме окружающего пространства. Иначе говоря, человек вызвал такой энергетический эффект, который можно объяснить лишь воздействием дополнительного электрического поля, сместившего энергетический порог при формировании биоплазмограммы. Но вот испытуемому дается задание воспроизвести эмоциональное состояние повышенной напряженности. Кривые проводимости претерпевают изменение и максимум кривой мы наблюдаем уже при значении 4—6 Вт. Если увеличивать степень нервно-эмоционального напряжения людей, можно наблюдать и другие интересные виды характеристик объемной проводимости. Возможно получение таких видов характеристик, которые оказываются типичными для полупроводниковых приборов, характеризующихся свойством туннельного пространственного эффекта. В связи с этим было высказано предположение о том, что мозг человека способен изменять концентрацию электрических зарядов окружающей атмосферы и формировать пространственный «туннельный» эффект, который положен в основу не только построения усилителей слабых сигналов, но и генераторов.
Имеется много оснований предполагать, что в момент стрессовой реакции характеристики пространственного туннельного эффекта мозгового вещества обеспечивают генерацию низкочастотных электрических волн. Опыты по регистрации биоплазмограммы во время стрессового состояния подтвердили это. Были зафиксированы излучения низкочастотных электрических волн мозга на расстоянии 6—8 м от человека в воздухе и 15—20 м в воде. Туннельный эффект обладает и другими физическими особенностями. Так, в частности, в зоне наибольшей концентрации электрических зарядов при туннельном эффекте их объемная плотность может достигать 1018 электронов на 1 см3. А между тем концентрация электронов в воздухе составляет 105—106. Возникает естественный вопрос: способен ли мозг увеличивать концентрацию электрических зарядов на много порядков или сам механизм формирования туннельного эффекта каким-то образом оказывается связанным с квантовыми характеристиками электрического поля окружающей атмосферы? В последнем случае мозг человека оказывает воздействие на квантовые характеристики окружающего пространства, в результате чего в паракристаллических структурах этого пространства происходит накачка энергии до таких уровней, при которых мы можем зафиксировать признаки туннельного эффекта.
В этом плане оказалось перспективным предположение о том, что молекулярная структура влажного воздуха может так воздействовать на свойства пространства, что при этом формируются пьезоэлектрические эффекты и возникает физическое состояние воздуха, свойственное пьезоэлектрическому эффекту, обычно наблюдаемому у кристаллов. Таким образом, мозг как бы создает слой воздушного пьезокристалла. В какой-то мере пьезокристаллическими свойствами обладают кусочки льда. В воздухе имеются в определенной концентрации модификации молекул воды, из которых кристаллизуются снежинки и град, т. е. атмосферные образования, обладающие пьезосвойствами. Но оказывается, твердой фазе атмосферной воды предшествует состояние, связанное с формированием высокоупорядоченной структуры газообразных элементов, близких по своим свойствам к молекулам льда.
Действительно, исследования оптических реакций молекул воды, окружающих голову человека, подтвердило наличие промежуточных фазовых переходов, обусловливающих пьезоэлектрические свойства. В результате воздействия на пьезоэлектрическую структуру окружающей атмосферы молекулярных излучений клеток мозга, крови в последних происходит изменение молекулярной энергии и упругих свойств. Изменение упругих свойств атмосферы может быть зафиксировано, например, при исследовании взаимодействия пучка лазера с водяным паром. Американский физик Джонсон в 1968 г. при изучении взаимодействия луча лазера с длиной волны 17,55—78,41 мкм с водяным паром обнаружил появление акустических волн, распространявшихся перпендикулярно лучу лазера, вызванных упругими реакциями молекул. Нужно отметить, что с позиций пьезоэлектрической модели воздушной среды могут объясняться и такие сравнительно редко наблюдаемые эффекты, как биолюминесценция (свечение электростатической плазмы воздуха вблизи возбужденного тела человека), так и воздействие сердечных ритмов человека, находящегося в стрессе, на аритмию рядом находящихся людей.
Исследования московского ученого И. М. Горпинченко показывают, что сегнетоэлектрическими свойствами обладают также сердечные клетки и прилегающие к нему молекулы ларов воды. Таким образом, пространственные туннельные эффекты и кристаллические свойства атмосферы могут объяснять значительные колебания электрической проводимости атмосферного воздуха во время эмоциональных реакций. Именно это свойство и лежит в основе методики регистрации своеобразного пространственного кожно-гальванического потенциала. Естественно возникает вопрос: а какова структура поля электрической проводимости на определенном участке тела человека в связи с теми или иными психологическими установками? Выявление закономерности энергетических и частотных свойств биоплазмограммы с эмоциональным возбуждением мозга открывает широкие перспективы управления теми функциями или органами, которые у человека поражены или утрачены.
Известно, например, что биоэлектрическая активность мышц (миограмма) положена в основу формирования сигнала управляющих протезом руки. А нельзя ли биоплазмограмму, характеристику, не требующую использования контактного электрода для снятия сигналов, применить в управлении электронным протезом? С этой целью был поставлен опыт в Ленинградском научно-исследовательском институте протезирования по записи биоплазмограммы на руке инвалида. У человека с ампутированной кистью руки датчик располагался таким образом, чтобы была возможность регистрировать сигналы от мышцы, управляющей кистью. Записи производились в различных ситуациях. Человеку предлагалось здоровой рукой вызывать напряжение, соответствующее определенной физической нагрузке (например, подъему груза в 10—30 кг). Затем он отдавал мысленный приказ отсутствующей кисти руки вызвать напряжение определенной интенсивности. Кроме того, когда испытуемый вставал, ходил, кашлял, глубоко дышал, все записывалось на биоплазмограмму, которая приобретала индивидуальные свойства на разных этапах опыта. Анализ дополнительных статистических характеристик биоплазмограммы выявил возможность фильтрации сигналов, передающих информацию об управляющем воздействии на электронный протез.
Нужно отметить, что биоплазмограмма является весьма информативной характеристикой, так как она содержит в своей структуре данные, свидетельствующие о работе сердца, мозга и других органов. Были проведены, например, исследования по изучению спектров электроэнцефалограммы и спектров треморограммы двигательных реакций человека. Во всех случаях обнаружено, что при увеличении ширины спектра мозговой активности пропорционально происходит расширение спектра треморограммы. Эта особенность взаимосвязи мышечных и мозговых реакций успешно используется для тренировок мышечных реакций маленьких детей, у которых более активно при этом развивается электрическая реакция мозга.
Иногда стрессовые состояния могут возникать не только под действием факторов внутренней среды, т. е. высокой степени нервного напряжения, но и внешней, вызванной колебанием поля ионизации, резким изменением влажности, вибрациями и другими воздействиями. Это обстоятельство должно учитываться при оценке специфики труда водителя, оператора, при конструировании новых механизмов, формировании условий микроклиматики помещений. Так, например, на одном из новых образцов тракторов условия работы механизаторов, по чисто субъективным данным, оказались весьма неблагоприятными. Люди испытывали повышенное утомление, жаловались на головную боль, сердцебиение. Методами обычной экспертизы физических полей в кабине механизатора не представлялось возможным установить значительные отклонения от нормы. Измерения, проведенные с помощью прибора, регистрирующего биоплазмограмму, вскрыли наличие значительных перепадов поля ионизации при смене режимов движения трактора.
Именно эти градиенты ионизационного поля могли являться причиной ухудшения психофизиологического состояния оператора. В настоящее время при проектировании новых агрегатов и машин большое внимание уделяется проблеме надежности. Поэтому, естественно, встает вопрос о выборе таких критериев оценки надежности, которые одновременно бы учитывали не только вероятность отказа, вызванную техническими неполадками, но и возможные срывы и аварии, обусловленные стрессовым состоянием оператора. Система автоматического контроля должна одновременно учитывать характеристики надежности системы «человек—машина». Для этой цели могут быть использованы методы, основанные на регистрации биоплазмограммы.
При одновременной записи ЭКГ и биоплазмограммы биоллазмограмма обнаруживает большую чувствительность в фиксировании предельных уровней нервноэмоционального напряжения.
Биоплазмограмма спящего человека, зарегистрированная с помощью жидкокристаллического датчика, установленного на расстоянии 3 м от испытуемого, позволила установить четкое совпадение с кривой кожно-гальванической реакции, зафиксированной контактным методом.
На биоллазмограмму могут оказывать воздействие космические факторы, вызванные ионизационными полями атмосферы, изменением концентрации корпускулярных частиц высоких энергий, магнитными и электрическими полями, изменяющимися в зависимости от характера солнечной активности. Особые значения приобретает воздействие на тело, мозг и нервные клетки человека низкочастотных упругих колебаний, лежащих в области неслышимых звуков, вибрационных воздействий и других факторов. Поэтому при проектировании новых образцов техники и транспорта особое внимание должно уделяться снижению и контролю инфранизких частотных вибраций, так как они могут явиться причиной снижения нервно-эмоционального уровня работоспособности оператора и послужить причиной неожиданных аварий.