Особенностью процессов, протекающих в живом организме, является ритмический характер их изменений. Не случайно их называют биоритмами.
Это привычное, распространенное, известное всем понятие в то же время содержит много загадочного. До сих пор не вполне ясна сама сущность этого явления, природа его происхождения, его взаимосвязь с планетарными явлениями. Есть много оснований для предположения о прямой связи биоритмов с геометрическими характеристиками Земли. Исследования показали, что в биоритмах мозга наиболее четко проявляется частота 6—8 Гц. Электрическая активность сердца характеризуется частотой порядка 1 Гц. Частота колебаний объемного электрического заряда тела человека также составляет 6—8 Гц.
Не связана ли частота мозговой активности 6—8 Гц с колебаниями объемного электрического заряда человеческого тела в процессе активных движений? Многие исследования, связанные с изучением факторов, влияющих на утомляемость человека и некоторые виды нервных заболеваний, показывают, что причиной их происхождения является вибрация и низкочастотные электромагнитные возмущения в диапазоне инфранизких частот, т. е. в том участке спектра, где наиболее отчетливо выражена биоэлектрическая активность мозга. Известно, что любая сложная система регулирования, характеризующаяся реакциями периодической структуры, содержит механизм стабилизации частотной реакции. В часовом механизме эту роль выполняет пружинный маятник, задающий темп секундной стрелке. Можно ли в некоем сложном спектре биоритмов вычленить именно ту частоту, которая определяет стабильность всех биоритмов в целом? Подобная задача может быть решена в том случае, если будет установлена связь между наиболее распространенной частотой биоритма и колебаниями внешнего физического поля, которое играет роль своеобразного часового механизма.
Резонансно-изоморфный принцип, лежащий в основе исследования закономерности объектов космической и биологической природы, предложенный болгарским ученым К. Томовым, позволяет предположить наличие связи между колебаниями естественного электрического поля Земли и процессами электрической активности мозга. В самом деле, несложный радиотехнический расчет, базирующийся на представлении о том, что Земля является не чем иным, как большим сферическим конденсатором, способным аккумулировать энергию электромагнитного излучения космической природы, показывает, что резонансная частота возбуждения электромагнитного поля составляет 6,4 Гц. Таким образом, биоритмы 6—8 Гц отражают взаимосвязь с колебаниями естественного электромагнитного поля Земли.
Если допустить такую ситуацию, что человек, попав на другую планету, вынужден будет перестраивать частоту биоритмов, то выясняется, что на планетах с меньшим диаметром, чем Земля, биоритмы должны возрастать, а на планетах с большим диаметром — уменьшаться. Опыты полетов космонавтов на Луну подтвердили этот факт. Мозговые биоритмы находятся в сложном динамическом взаимодействии, и у спокойного уравновешенного человека их стабильность не выходит за строго заданные границы.
Существует классификация мозговых биоритмов в виде разбивки их на отдельные диапазоны. Так, дельтаритмы составляют 0,5—3 Гц, тета — 4—7, альфа — 8—13, бета — 14—35, гамма — 35—90 Гц. В электрофизиологии особое внимание обращается на альфа-ритм, который является показателем активной деятельности коры головного мозга. Нужно заметить, что имеет место сложная возрастная динамика альфа-ритма. У детей до 12—14 лет альфа-ритм, как правило, отсутствует, а затем появляется. В течение длительного периода сознательной жизни человека сохраняются стабильные характеристики этого ритма. По мере старения организма происходит снижение альфа-ритма. Смещение мозговых ритмов в низкочастотную область является первым признаком преждевременного старения организма. Эти свойства альфа-ритма могут быть положены не только в основу диагностики состояния высшей нервной системы человека, но и могут быть использованы в качестве показателей, прогнозирующих жизненную активность. Наблюдение электрической реакции мозга людей, находящихся в течение года в полярных условиях, показало, что понижение частоты биоритмов у них соответствовало смещению, которое характерно для десятилетнего периода жизни. Это как бы соответствовало механизму старения за несколько лет. В процессе последующей реадаптации биоритмы вновь восстанавливают нормальный характер. Возрастная динамика альфа-ритмов может быть представлена в виде графика зависимости частоты от возраста человека.
Мозг человека, рассматриваемый в виде сложной резонансно-динамической системы, может изменять частотные реакции под воздействием внешних факторов. Это свойство мозга в электрофизиологии используется для определения функционального состояния высшей нервной деятельности.
Практически это осуществляется следующим образом человеку, находящемуся в электроэнцефалографической камере, подаются световые или звуковые периодические сигналы в виде мелькающих вспышек света или звукового раздражения определенной частоты, и в этот момент записываются биотоки. Анализ биотоков показывает, что их максимальное усилие наблюдается на вполне определенной частоте. Чаще всего 10—12 Гц. Иначе говоря, мозг обнаруживает максимальную чувствительность именно в диапазоне альфа-ритма. Если продолжать опыт, наблюдая реакции мозга на более высоких частотах, то выясняется наличие участков резкого ослабления реакций мозга, примерно в диапазоне 40—50 Гц. И это не удивительно, поскольку в этом диапазоне происходит воздействие электромагнитных полей, вызванных наличием в электрических проводах тока промышленной частоты в 50 Гц. Таким образом, все ритмические раздражители, окружающие человека в виде световых, звуковых, электрических, радиационных полей, сказываются на функциональном состоянии коры головного мозга, подавляя отдельные биоритмы и вызывая усиление тех частот, которые в наибольшей мере согласованы с резонансными реакциями вещества.
Нужно сказать, что весьма сложный спектр биоритмов возникает в тех случаях, когда на органы зрения человека воздействуют мелькания с различной частотой. Дело в том, что наши глаза через зрительный нерв непосредственно связаны со зрительным анализатором мозга человека. Если через зрительные анализаторы на мозг действуют раздражители разной частоты, то, как выясняется в процессе экспериментальных исследований, в коре головного мозга возникает особый ритм, равный разности частот отдельных раздражителей, действующих через левый и правый глаз. При этом у человека возникает особое субъективное ощущение. Он наблюдает сложные световые гаммы типа радуги, изменяющие свою окраску при варьировании частоты раздражителей. Появляется легкое, а иногда достаточно явное головокружение и тошнота. Это свидетельствует о том, что сложные световые раздражители могут оказать такой эффект воздействия на мозговые реакции, который наблюдается при раздражении вестибулярного аппарата. При записи сердечных реакций обнаруживается аритмия с частотой колебания мозговой активности. Таким образом, биоэлектрическое поле мозга оказывается непосредственно связанным с реакцией сердца.
В последнее время большое внимание уделяется исследованию мозговых и сердечных ритмов в процессе операторской деятельности человека. Как известно, человеку-оператору приходится управлять сложными техническими объектами и агрегатами. Эффект операторской деятельности зависит от индивидуальной способности человека перерабатывать сложную информацию, от степени тренировки, от состояния высшей нервной деятельности, от чувствительности его рецепторов воспринимать сложный спектр посторонних воздействий. И тем не менее основную операторскую функцию определяет главным образом функциональное состояние коры головного мозга. Выясняется, что мозг может изменять свои реакции в зависимости от скорости смены информационных символов, т. е. при наблюдении за несколькими приборами или какими-то ориентирами у человека появляется определенная инерционность восприятия. Более четко человек-оператор может работать в тех случаях, когда перед ним стоит задача наблюдения и управления по ограниченному количеству каналов восприятия информации. Но даже и в этом случае простейшего типа операторской деятельности скорость переработки информации зависит от способа кодирования сигнала.
Если предъявляемые человеку сигнальные символы закодированы таким образом, что их структура близка к способам кодирования биотоков мозга (т. е. имеет вид частотной модуляции), то скорость переработки информации возрастает вдвое по сравнению со случаем неоптимальной кодовой структуры. При выполнении сложной операторской деятельности могут наблюдаться столь напряженные режимы мозговых реакций, что человек практически в какой-то определенный момент может оказаться в стрессовом состоянии. Стрессовая реакция мозга характеризуется особой формой биоэлектрической активности, и это обстоятельство может быть использовано для своевременного предупреждения возможных случаев перегрузки.
Дело в том, что биоэлектрическая активность мозга характеризуется наличием взаимодействия в мозговом веществе двух типов волн: электрической реакции коры головного мозга и акустической волны, вызванной колебаниями стенки черепа. Нами проводились опыты, во время которых человеку-оператору на затылочную область головы прикреплялись два датчика. Один датчик фиксировал электрическую составляющую, второй же обеспечивал запись акустической компоненты. Наблюдения проводились в процессе моделирования разной степени нагрузки. Вначале оператор решал сравнительно простые логические задачи, задания постепенно усложнялись, и оператор испытывал повышенное психофизиологическое напряжение. Полученные кривые обрабатывали на цифровой вычислительной машине и производили сопоставления спектров биоэлектрической активности электрической и акустической природы.
Было установлено, что на фазах умеренной напряженности мозга спектры практически совпадают. Во время напряженной работы, вызванной появлением в мозговом веществе волн квантовой природы, распространяющихся с большой скоростью по сравнению со стационарными состояниями, произошло смещение спектров биоэлектрической и акустической составляющих. Это послужило причиной параметрического усиления энергетической реакции мозга. Ранее уже отмечалось, что мозг является сложной резонансной системой, параметры которой зависят от возбуждения отдельных видов волн. Резонансные системы с управляемыми параметрами относятся к разряду параметрических резонансных систем. При взаимодействии акустической и электрической составляющих биоритмов одна из них играет роль несущей частоты, а вторая — модулирующей. Анализ характеристик параметрических, резонансных систем показывает, что возможно резкое усиление электрических колебаний при настройке модулирующей частоты на вполне определенную частоту. Выясняется, что в стрессовой ситуации мозговая реакция приобретает свойства параметрически управляемого контура, и в этом случае наиболее вероятно зарегистрировать появление энергетических волн мозга. В этот момент мозг как бы сигнализирует о недопустимо высоком уровне нервно-эмоционального напряжения.
Мы отметили выше, что во время повышенного эмоционального напряжения мозга возникает сердечная аритмия. Детально это явление исследовалось также при изучении напряженной операторской деятельности. В момент максимального напряжения операторской деятельности аритмия резко возрастает. Нужно сказать, что с обстоятельствами, связанными с повышенными требованиями к сердечным реакциям человек часто сталкивается в повседневной жизни. Так, при вождении автомобиля в сложной автодорожной ситуации в любой момент может быть спровоцирована стрессовая нагрузка, с которой водитель не всегда может справиться, и это зачастую приводит к авариям. Обследование физиологических функций большой группы водителей, по данным ВОЗ, показало, что у практически здоровых людей после длительной автомобильной поездки частота сердцебиения изменялась на 20—30%, повышалось давление и возникали психофизиологические реакции. В автомобильной ситуации на частоту биоритмов могут влиять микроклиматические условия салона автомашины. Запах бензина и краски способен оказать отрицательное воздействие на биоэлектрическую активность и внимание. На психофизиологическое состояние человека оказывает влияние ионизация в кабине автомобиля. Она может быть вызвана повышенными уровнями широкополосных электромагнитных излучений при работе системы зажигания и особенно при использовании автомобилистами систем электронного зажигания, резко усиливающих ионизационный эффект. Отличие влажности воздуха в кабине с атмосферным фоном может сказываться на изменении диэлектрических свойств крови водителей и тем самым вызывать состояние, приводящее к стрессовой реакции.
Взаимодействие биоэлектрического поля человека с внешней средой должно учитываться при выборе новых материалов для одежды, электронагревательных приборов, строительных конструкций, оборудования служебных и бытовых помещений и др. Многие из новых видов заменителей и пластиков обладают разными диэлектрическими свойствами, способностью концентрировать статические заряды, рассеивать ионизационные поля. Оптимальной структурой биоэлектрического поля организма является такое его состояние, когда характер ее изменения имеет стационарный вид. Нарушение условий согласования стационарной структуры биологических реакций с нестационарными свойствами внешней среды может вызвать изменения психофизиологических функций человека, привести к повышенному утомлению либо даже к заболеванию.
Особый класс распространенных заболеваний составляют различные виды психических нарушений. Диагностика этих нарушений также основывается на исследовании нестабильности биоритмов. У нормального уравновешенного человека средние частоты биоритмов не отклоняются от установленных параметров выше чем на 20 %. У организма с нарушенными психическими функциями нестабильность может достигать 30% и более.
Нужно сказать, что у людей с повышенной возбудимостью нервной системы, предрасположенных к психическим срывам, наблюдается нарушение координации движений. В организме биоэлектрические реакции тесно связаны с функциями нервных клеток мотонейронов, управляющих двигательными функциями. Любая нестабильность биоритмов немедленно проявляется в виде нарушения координации движений. Специальный прибор — треморограф, который был нами разработан, позволяет определять точность двигательных функций человека при решении стандартных задач по управлению автоматизированными агрегатами. Прибор позволяет установить величины отклонения координационных реакций от нормального состояния. Тем самым выявляются люди с повышенной возбудимостью нервной системы. У подобных людей не только возникает инерционность реакций, но и проявляется их нестабильность. Выяснилось, что функциональная нагрузка на кору головного мозга в течение рабочего дня может изменять фазы нервно-эмоциональной напряженности.
Исследования, проведенные профессором А. А. Соколовым в Московском энергетическом институте, показали, что у студентов, сдающих экзамены и имеющих различный уровень академической подготовки, характеристики треморограммы резко отличались. Так, студенты с отличной и хорошей успеваемостью обладают сравнительно малой инерционностью реакций, что свидетельствует о высокой стабильности нервноэмоционального состояния этой категории учащихся.