Московский государственный университет печати

Вопрос о существовании физических полей разной природы в живых организмах представляет интерес не только с точки зрения раскрытия сущности физики живого, но и в связи с взаимодействием их с полями окружающей среды и влиянием гелио- и геофизических факторов на жизнедеятельность организма. Как мы уже теперь представляем, человеческий организм - это динамическая самоуправляемая целостная система, гомеостаз (стабильность) которой обеспечен одновременным и когерентным (согласованным) функционированием как отдельных органов, так и распределенных физиологических систем - обращения крови, метаболизма, нейрорегуляции и др.

Живые объекты буквально погружены в незримый океан различных физических полей, как внешних, так и вырабатываемых самим организмом. Можно в шутку сказать, что мы находимся в «электромагнитном бульоне», и непрерывное и нормальное функционирование систем живого организма отражается в сложной картине физических полей и излучений, исходящих из него, а также в параметрических изменениях естественных фоновых полей и излучений, которые обычно окружают человека. Поэтому по картине физических полей можно судить о работе физиологических систем организма. Любой биологический объект в процессе своей жизнедеятельности генерирует излучения различной природы, которые, взаимодействуя с физическими полями внешней среды, обеспечивают живому организму необходимый ему обмен информацией. Визуализация полей и излучений из организма (сейчас в медицине уже используются рентгеновские, ультразвуковые и томографические методы, электрокардиография, электроэнцефалография и др.) позволяет «увидеть» динамику различных физиологических процессов и выявить нарушения в их работе.

Физиологическая информация заключена в пространственно-временном распределении сигналов, в их динамических изображениях. Поэтому можно образно сказать, что физические поля в человеческом организме - это «рабочий стук» физиологических процессов []. Любой функционирующий орган посылает информацию по многим каналам, одни отражают быстрые процессы (биоэлектрическая активность нейтронов, мышц), другие - медленные (микроциркуляция крови, обмен веществ и т.д.). Исследование и измерение характеристик этих «стуков» - сигналов для диагностики состояния организма - может дать большой объем информации.

Если поставить вопрос более широко, то это, по существу, применение физических методов исследования биополя. В общем смысле под биополем понимается совокупность физических полей, присущих объектам живой и неживой природы, с помощью которых осуществляются их взаимодействие и обмен энергией и информацией. Точные измерения и динамическое пространственно-временное картирование этих полей, излучений и изменений фона дают возможность развития и применения новых методов ранней неинвазионной диагностики как основы профилактической медицины, в том числе разработки соответствующей аппаратуры. Этими вопросами интенсивно занимаются многие ученые у нас в стране и за рубежом, однако наибольшие успехи были получены в ИРЭ РАН под руководством академика Ю.В. Гуляева. Разработанные там методы исследования и аппаратура позволяют выделить восемь видов полей и излучений (рис. ).

Одними из основных и определяющих являются электромагнитные поля (ЭМП) и излучения (ЭМИ) живого организма. Это связано с возникновением, движением и взаимодействием электрических зарядов в живом организме в процессе его жизнедеятельности. Электрические поля существующих электрических зарядов возникают при работе сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях, генерируются при работе митохондрий в клетках и т.д. и тем самым отражают физиологическую активность различных биологических систем. В соответствии с теорией Максвелла для определения электромагнитных полей биологических объектов необходимо знать обобщенную диэлектрическую проницаемость и проводимость в биологических тканях и жидкостях.

Собственное ЭМП человека влияет на окружающую среду и может изменить энергию и направление движения свободных электронов, попадающих в область действия этого поля. На рис. показано распределение электрического поля в окрестности тела человека, возникающего за счет биоэлектрической активности сердца. Электрические явления характеризуются определенными последовательностями электрических импульсов и характерными ритмами. В каждом органе возникают свои специфические электрические колебательные процессы. В мозгу, находящемся в состоянии активности, регулярно проявляются a- волны, носящие ритмический характер, с частотой 9-10 Гц и потенциалом около 45 мкВ. Характер этих волн меняется в зависимости от бодрствования или сна.

Биоритмы проявляются на всех уровнях организации живой материи, от внутриклеточного до биосферы в целом []. Так, у растений наблюдается суточное движение листьев, годовой ритм растительности. У животных - периодичность двигательной активности, колебания температуры, секреции гормонов, синтеза РНК и т.д. Практически все виды деятельности организма - прием пищи и питья, дыхания и другие физиологические процессы - носят циклический автоколебательный характер.

Биологические ритмы физиологической функции настолько точны, что их часто называют «биологическими часами», о которых мы говорили в подразд. 2.1.5. Основной механизм этих часов в клетке - биохимические колебательные процессы. Можно отметить высокую степень временной упорядоченности процессов в живом организме и возможность синхронизации их под действием слабых внешних сигналов. В последнее время выяснилось, что существенное влияние на человеческий организм оказывают слабые поля, резонансные к ряду ритмов организмов, в частности на частотах 7 и 12 Гц. В целом гомеостаз живого организма обеспечивается когерентным взаимодействием всех колебательных процессов в нем и возможностью определенного резонанса биоритмов.

На мембранах клеток может возникать разность потенциалов (50-90 мВ для нервных и мышечных клеток) за счет разности концентраций ионов во внутриклеточной и тканевой жидкости. При толщине клеточной мембраны ~ 10 нм напряженность возникающего на ней поля составляет ~ В/см, что всего лишь в 100 раз меньше напряженности, например, в атоме водорода и межатомных полей в полупроводниковом кристалле (~ В/см). Такие поля в последнем случае приводят к изгибу энергетических зон полупроводника и существенно влияют на энергетику кристалла []. Плотность электрической энергии в живой клетке ~

Поэтому величина мембранного потенциала сильно влияет на весь ход физико-химических процессов в мембране, а значит и в клетке. Можно также сказать, что энергия, запасенная в виде электромагнитного поля в мембранах как своего рода конденсаторах, играет большую роль в поддержании того устойчивого неустойчивого равновесия, о котором мы говорили в главе 2.1. Ее можно рассматривать как резерв той свободной энергии, которая необходима живому организму для функционирования и развития, наряду с энергией АТФ и перекисного окисления липидов. Процессы нервного и мышечного возбуждения связаны с изменениями потенциала и протеканием биотоков.

Следует также отметить, что биоток обусловлен не только движением электронов, но главным образом ионов, участвующих в биохимических реакциях живого организма. В связи с этим возрастает роль поляризации клеток и биополимерных молекул, а также структуры воды в метаболических процессах, причем избирательная проницаемость воды будет зависеть от состояния жидкости в различных системах биологического объекта.

Кроме того, важны реологические свойства крови. Изменение электрических свойств живых организмов связано с перераспределением зарядов в организме при движении этих зарядов, в том числе в потоке крови. Кровь представляет собой жидкость, движущуюся по кровеносным сосудам и состоящую из плазмы и форменных (клеточных) элементов. Форменные элементы (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты) взвешены в плазме. Эритроциты содержат гемоглобин и углекислоту. Лейкоциты ответственны за иммунно-защитную функцию и уничтожение элементов чужеродных для данного живого организма веществ. Тромбоциты играют основную роль в процессе свертывания крови.

По своим физическим свойствам кровь обладает электропроводностью и магнитными моментами своих элементов. А.Л. Чижевский [] установил системную организацию движущейся крови и наличие в ней радиально-кольцевых структур, обусловленных электрическим взаимодействием ее элементов. Форменные элементы крови заряжены отрицательно, также заряжены и стенки кровеносных сосудов. Происходит электростатическое отталкивание, и величина зарядов сильно влияет на процессы свертывания и скорость оседания эритроцитов. Свертывание крови - это электростатическое притяжение клеток крови к поврежденному участку, потерявшему естественный отрицательный заряд. При движении крови по сосудам возникают также электродинамическое, электромагнитное и гидродинамическое взаимодействия потока заряженной жидкости со стенками сосуда.

Так же как и в общем спектре электромагнитных волн, в организме можно выделить излучения разной частоты. В спектре неравновесных излучений любого биологического объекта имеются электромагнитные излучения всех частот, в том числе и радиодиапазона (ВЧ, СВЧ, КВЧ). Так, сердце можно рассматривать как поляризационный генератор СВЧ-волн. В процессе сокращения в нем, как в пьезоэлектрике, возникают высокочастотные колебания. СВЧ-поля распространяются по кровеносным сосудам, как по диэлектрическим волноводам. Так как проводимость стенок невелика, поля могут выходить за стенки такого кровеносного волновода при сгибах сосудов или изменении их диаметра при образовании, например, холестериновых отложений.

Это «просачивание» поля наружу сосудов может приводить к возникновению электромагнитных волн во всем организме, в том числе стоячих волн. Есть предположение, что в рост человека укладывается одна длина такой волны, от сердца до пальцев - 1/2 волны, до головы - 1/4 волны. Имеются также сведения, что экстремумы в распределении электрических и магнитных полей соответствуют так называемым чакрам восточной медицины и представлениям йоги. Если учитывать, что размеры человеческого тела разные, то, как утверждают экстрасенсы, и чакры у каждого человека свои. Можно предполагать в связи с этим, что йогами неизвестно как, но была изучена структура электромагнитных полей человека.

На поверхности кожи тоже может возникать биопотенциал, который связан как с внутренними электрическим полями, так и с трибоэлектрическим зарядом, возникающим из-за трения эпидермиса кожи. Эти потенциалы также отражают физиологические процессы в организме и могут быть зафиксированы соответствующей физической аппаратурой. Например, в так называемых биологически активных точках (БАТ) наблюдается значительное усиление электрического поля. Это широко используется в методах акупунктуры и электроакупунктуры для воздействия на определенный орган или процесс в живом организме.

В точках, имеющих пониженное электрическое сопротивление и повышенную концентрацию нервных волокон и микроциркуляторных сосудов, усиливается поглощение энергии из внешней по отношению к организму среды, в частности усиливается поглощение кислорода. Образуется как бы энергетический канал от активных биологических точек до соответствующего внутреннего органа. Согласно [], энергетический канал можно представить как некую ускорительную систему из упорядоченных ионов мембран, перемещающих электроны вдоль канала с ускорением. Таким образом, инжекция электронов с острия хорошо проводящей иглы в начале канала при электроакупунктуре в найденной для каждого индивидуума своей биологической точке осуществляет окислительно-восстановительные процессы в конце его. Тем самым энергетические каналы координируют протекание окислительно-восстановительных процессов, перераспределяя потоки заряженных частиц в те органы, где проходят эти реакции, усиливающие процессы жизнедеятельности или замедляющие их. Заметим, что ускоряющиеся электроны создают дополнительное внутреннее ЭМП, которое может изменить биополе человека.

В объектах живой природы обнаружены и рецепторные точки, чувствительные не только к ЭМП, но и полям другой природы, в частности к восприятию инфразвука. Этим объясняется их способность находить добычу, предчувствовать циклоны, штормы, цунами, землетрясения, магнитные бури и ориентироваться в пространстве и времени, находить воду или дорогу к местам обитания или наличия пищи и т.д. Так, муравьи, пчелы и некоторые птицы хорошо ориентируются по Солнцу (и при этом каким-то образом учитывают перемещение его в пространстве и времени, может быть, по изменению излучений от Солнца или других физических полей). Пчелам также присуще чувство времени. Они не могут определять интервалы времени, т.е. длительность времени, но довольно точно знают, когда какой цветок раскрывается, и прилетают именно к этому времени, вероятно, улавливая изменения в состоянии физических полей в окружающей их природе.

Так же как и в неживой природе, электрическое и магнитные поля живого организма взаимосвязаны. В крови животных и человека обнаружен биогенный магнетит, который, по-видимому, позволяет живому организму чувствовать изменения магнитного поля Земли. Так, А.Л. Чижевским [] было показано, что текущая кровь имеет упорядоченную структуру. Она поддерживается электрическими и магнитными полями эритроцитов, причем магнитное поле возникает за счет вращения эритроцитов вокруг собственных осей. Магнитное поле, которое создается биологическим объектом, значительно слабее (в 10-100 тыс. раз) геомагнитного поля. Однако в живом организме оно меньше по сравнению с электрическим, поглощается за счет диамагнитных свойств тканей организма и дает больше непосредственной информации об активности мозга. Кроме того, на разработанных в ИРЭ суперпроводящем (чувствительный элемент которого охлажден до температуры жидкого гелия) квантовом интерферометре и градиентомере при хорошем подборе отношения сигнал/шум удалось снять магнитокардиограммы и магнитоэнцефалограммы, позволяющие получить информацию о магнитных полях сердца и мозга человека. Возникновение локальных магнитных полей может быть вызвано движением и взаимодействием электронов и ионов в структурах биологического объекта.

Другим важным излучением живого организма является тепловое. Мы уже знаем, что человеческий организм функционирует в довольно узком диапазоне температур (4-40°С) и чрезвычайно чувствителен к тепловому балансу внутри него (недаром мы так часто измеряем температуру при болезнях - это показатель состояния организма). Инфракрасное (ИК) тепловое излучение характеризует температуру организма через температуру кожи. Оно несет информацию о сети капиллярного кровотока, обеспечивающего терморегуляцию тела. Образно говоря, на поверхности человеческого тела непрерывно демонстрируются «ИК-фильмы», отражающие его функционирование и открывающие возможности раннего обнаружения функциональных (и потому еще обратимых) нарушений.

Методика использования ИК-излучения в сочетании с традиционными медицинскими исследованиями позволяет определить различные изменения в организме. Так, простой рефлекторный тест - задержка дыхания на вдохе - в норме вызывает охлаждение кистей рук, обусловленное спазмом сосудов и регистрируемое чувствительной ИК-аппаратурой. Известны ИК-термореакции сердца и печени на физическую нагрузку и прием сахара у пациентов со стенокардией и циррозом печени. Возможно использование термоэнцефалоскопии как метода ИК-визуализации функциональной динамики коры мозга. Это излучение наблюдается в диапазоне длин волн 3-14 мкм, интенсивность его ~ , что для всей поверхности кожи составляет около 100 Вт. Оно поглощается в биологических тканях на глубине около 100 мкм.

В организме человека могут возникать и комбинированные излучения, например при взаимодействии электромагнитного излучения организма с его тепловым полем. Так, радиотепловое излучение дает информацию о динамике тепловых процессов внутренних органов и мозга. Это - слабое излучение с интенсивностью в дециметровом диапазоне около , однако в отличие от ИК-излучения глубина его поглощения в тканях порядка нескольких сантиметров и дает информацию из более глубоких частей организма. Физиологическая активность любого внутреннего органа сопровождается выделением тепла и притоком крови и отражается в увеличении яркости его радиотеплового свечения.

В диапазоне 0,15-0,20 ГГц возможна генерация акустоэлектрических волн в белково-липидных мембранах, которые могут сильно изменить биохимические процессы в клетке. Низкочастотные акустические сигналы несут информацию о колебательных процессах таких внутренних органов, как легкие и сердце (акустические фононы и ультразвук). В диапазоне частот 1 до 10 МГц обычно ткани прозрачны для акустических волн, но интенсивность таких волн мала () в полосе частот до 100 кГц. Длина волны в этом диапазоне около 1 мм, что в 10 раз меньше длины волны радиотеплового излучения.

Акустотепловое излучение в ультразвуковом (УЗ) диапазоне дает распределение температуры внутри тела с более высоким пространственным разрешением, чем радиотепловое, в связи со значительно меньшей длиной волны УЗ-излучения по сравнению с обычным ЭМИ. Радио- и акустотепловое излучение может быть использовано для исследования тепловой динамики внутренних органов.

Наблюдается также излучение в видимом диапазоне частот ЭМП, так называемая оптическая хемилюминесценция. Она дает информацию о насыщении тканей организма кислородом. Предполагается, что такого рода слабое свечение может дать представление об ауре человека. Разрешение такого излучения ~ 1000 фотонов с 1 .

Перераспределение и перемещение электронов может происходить и в результате химических процессов индуцированного транспорта веществ, обменов молекулами , и других веществ через кожу, и это также несет информацию о состоянии организма и может быть зарегистрировано. Разработаны также баллистические методы регистраций ритмов сердца через соответствующую проводящую среду без непосредственного контакта с телом, как делается сейчас при съемке электрокардиограммы (ЭКГ).

У многих организмов имеются электромагнитные органы. Обычно электрические поля, возникающие вокруг тела любой рыбы, очень небольшие, но у некоторых рыб соответствующие органы могут генерировать электрические разряды большой мощности. Так, у скатов разность потенциалов может достигать 300 В, у электрических угрей - до 650 В. Насекомые используют акустические сигналы, животные - звуковые, разнообразные по частоте и мощности. Для лисицы, например, отмечено 36 разных звуковых сигналов [].

Таким образом, информацию о состоянии живого организма можно получить из пространственно-временного распределения сигналов от рассмотренных выше полей и излучений от биологических объектов, анализ которого позволяет проводить бесконтактную (неинвазивную) диагностику на ранних стадиях различных заболеваний. Особая ценность этих новых методов диагностики состоит в расширении возможностей изучения органов тела и мозга не в узком интервале частот видимого света, а в использовании частот, на которых эти органы «работают». Картирование и визуализация физических полей органов биологических объектов на их «собственных» частотах позволяет наблюдать физиологическую жизнь в процессе изменений во времени. Эти динамические методы, в отличие от статической классической томографии, которая дает морфологическую картину тела, могут быть использованы для ранней диагностики задолго до возникновения патологии.

Биологически активные и рецепторные точки являются теми пропускными пунктами, где происходит обмен информацией в нужном направлении. Не имея возможности останавливаться более подробно на этих интересных методах в нашем общем курсе, мы лишь отметим, что наличие в живом организме реальных физических полей и возможность их измерения снимают мистичность представлений о сенсорных и экстрасенсорных способностях некоторых людей, которые в состоянии воспринимать и даже изменять локальные искажения этих физических полей. Сам механизм пока, конечно, не ясен до конца. Но ясно, что для этого необходимо создать условия для согласованного «считывания» информации и управления амплитудой, фазой и частотой излучений организма. Заметим, что, получая информацию через сенсорные каналы, человек остается на уровне неосознанных восприятий []. Действительно, мы довольно часто, не осознавая, какую именно информацию получили, говорим себе - «не знаю в чем дело, но чувствую, что это так (или не так!)». Может быть, организм сам нам подсказывает и мы эту информацию извлекаем из подкорки? Или, попадая действительно в первый раз в какую-то ситуацию или место, мы начинаем ощущать, что это с тобой уже было или ты был в этом месте. Не проявляется ли здесь наше индивидуальное «я» из коллективного бессознательного? Дальнейшую информацию о физическом понимании полей и излучений, связанных с объектами живой природы. можно получить в обширной литературе [].

Внешние электромагнитные излучения, воздействующие на живые организмы, можно разделить на излучение, приходящее на Землю из Космоса, излучение антропогенного характера и излучение биологического происхождения из живых организмов. Основным источником ЭМИ на Земле является Солнце. Большая часть этого излучения приходится на видимую часть спектра ЭМИ, однако и в других диапазонах солнечное излучение оказывает сильное воздействие на биосферу в целом и на деятельность живых организмов. Солнечное излучение поступает на Землю через ионосферу и атмосферу. При этом поверхность Земли заряжена отрицательно, а атмосфера - положительно.

Ионосфера представляет собой газоплазменную оболочку и вместе с земной корой образует волноводную структуру, с помощью которой образуются единые электромагнитные условия для биосферы Земли в пределах больших областей (до 1000 км) в широком диапазоне частот излучения Солнца. Имеется три основных спектральных окна, прозрачных для ЭМИ: низкочастотное - до 5 Гц, радиочастотное - длина волны 0,8- 30 м, оптическое - диапазон видимого света от 1000 до 290 нм, а также ИК- и УФ-излучения. ЭМИ с такими параметрами может проникать также из дальнего и ближнего Космоса. Напряженность электростатического поля у поверхности Земли составляет 100 В/м.

Любопытно, что суточный максимум напряженности достигается на всей Земле в одно и то же время - в 19 часов по Лондонскому времени. Во время вспышки на Солнце образуется сгусток плазмы, который через 40-50 ч достигает орбиты Земли, возмущая ионосферу, и возникают магнитные бури, которые в высоких широтах Земли мы наблюдаем в виде красивого магнитного полярного сияния. Процессы, происходящие в атмосфере и литосфере Земли, также могут давать ЭМИ. Так, центры циклонов излучают ЭМВ с частотой 2 Гц, а землетрясения создают низкочастотные колебания (0,01-10 Гц) магнитных полей.

Электрические и магнитные поля, электромагнитные излучения различных частот, акустические поля, а также химическое взаимодействие между живыми организмами (простым примером такого взаимодействия может служить собака, которая по запаху может определить, что ее боятся), которое условно можно назвать химическим полем, действуют на живые организмы и используются ими в процессе жизнедеятельности. Так, магнитные поля находят применение для ориентации птиц при перелетах; ультразвуковыми излучениями пользуются летучие мыши, киты и дельфины.

Среди внешних физических полей, оказывающих заметное влияние на живые организмы, можно также выделить геомагнитные пульсации и инфразвуковые волны []. Геомагнитные пульсации возникают в процессе взаимодействия магнитного поля Земли с потоками солнечной плазмы. Эти пульсации вызывают появление переменного электрического поля на уровне Земли. Амплитуды электрического поля геомагнитных пульсаций (около 50-60 В/м) сравнимы со средним значением градиента потенциала атмосферного электрического поля. Частоты пульсаций (0,005-5 Гц) оказались резонансными по отношению к характерным частотам биологических объектов, поэтому геомагнитные пульсации оказываются существенными для здоровья людей.

Другим весьма специфичным фактором воздействия на живые организмы являются инфразвуковые волны. Существует красивая легенда о «летучих голландцах» - кораблях, бороздящих моря и океаны без экипажей, которые могли покинуть их под воздействием инфразвука. Автору пособия также довелось испытать не очень приятные физиологические ощущения от инфразвука при встрече атомохода «Ленин» с всплывающей атомной подводной лодкой в Северном Ледовитом океане. Естественными источниками возникновения инфразвука являются области формирования циклонов. извержения вулканов, сильные грозы, взрывы метеоров, поверхность моря во время шторма и т.д.

Инфразвук может возникать и в результате человеческой деятельности: ядерные и просто большие взрывы, движения ракет, самолетов, подводных лодок, как уже упоминалось. Инфразвуковые волны распространяются на тысячи километров [] как бы по своеобразному волноводу. Это поле инфразвуковых и, более широко, электромагнитных инфраволн постоянно присутствует на Земле и может сильно возрастать (в десятки раз) при геомагнитных возмущениях.

Можно с уверенностью считать, что вся биосфера Земли вовлечена в поля различных колебательных процессов и в процессе эволюции приспосабливалась к этим условиям. Биоритмы внутренних полей взаимодействуют с внешними ЭМП, в том числе и с инфраволнами. Частоты электрической активности сердца, мозга и других органов лежат в том же диапазоне, что и частоты инфраволн. Было установлено влияние электромагнитных инфраволн на кальциевый обмен в клетках, изменение проницаемости мембран и электрической активности мозга, слипание эритроцитов и изменение многих биохимических процессов.

Это дает возможность предположить, что наличие всех этих полей могло быть одним из необходимых условий возникновения жизни на Земле. Известный специалист по изучению воздействия ЭМП на живые организмы Ю.А. Холодов красиво обобщил эти представления: «Как в плазме крови сохранились «воспоминания» о жизни в океане, так и в режиме некоторых биоэлектрических процессов слышатся отзвуки того электромагнитного «океана», в присутствии и участии которого зарождалась жизнь» []. Являясь фактором, сопутствующим эволюции биосферы, эти поля служат связующим звеном между физическими процессами в Космосе и явлениями, которые возникают в биосфере в ответ на изменения физической среды.

Ионизирующим электромагнитным излучением будут являться потоки ионов и заряженных частиц, а также фотонное излучение, гамма- и рентгеновское излучение. Ионизирующими эти излучения называются потому, что, проходя через среду, они вызывают ее ионизацию. Корпускулярное излучение - это a- и b-излучение, протонное, нейтронное, потоки многозарядных ионов и продуктов ядерных реакций деления. Гамма-излучение возникает при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц (например, электрона и позитрона). Рентгеновское излучение связано с тормозным (при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц) и характеристическим излучением (при изменении энергетического состояния внутренних электронов атома).

Все источники ЭМИ и ионизирующих излучений в целом разделяются на естественные и искусственные. К естественным относятся космические излучения Солнца, других космических объектов, a, b, g-излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в породах Земли, воде, воздухе и входящих в состав живых организмов. Совокупность всех этих излучений считается естественным (природным) электромагнитным и радиационным фоном. К искусственным относятся различные техногенные устройства, создающие те или иные излучения (ядерные реакторы, ускорители, гамма-установки, в том числе для медицинских целей, ядерные взрывы, выбросы АЭС, установки промышленного производства и использования радиоактивных изотопов, бытовая техника - телевизоры, компьютеры, волновые печи, сотовые телефоны, ЛЭП, радиопередающие устройства с излучающими антеннами и многое другое, что человек придумал для удобства своей жизни).

Особую опасность представляет ионизирующее излучение, которое живой организм (по крайней мере, человеческий), в отличие от ЭМИ, не ощущает своими органами чувств, и поэтому сам организм не может предупредить себя об опасности. Неприятно для организма и то, что доза суммарного облучения обладает кумулятивным эффектом. Ионизирующее излучение вызывает в тканях, клетках и жидких средах организма образование химически активных свободных радикалов, обладающих большой окислительно-восстановительной способностью.

Заметим, что в организме человека свободные радикалы содержат активный кислород, стремятся присоединиться к белкам и способствуют нежелательным биохимическим изменениям. Они как бы «разъедают» сердце и другие жизненно важные органы, как ржавчина железо. Как выяснилось в исследованиях С. Таддеи с коллегами из Пизанского университета в Италии, аэробические упражнения уменьшают выработку свободных радикалов. Активный образ жизни и регулярные тренировки предотвращают «заржавление» организма.

В этом случае кровяные артерии часто расширяются и сужаются («тренируются»!). Внутренний слой клеток (эндотелий), устилающий артерии, начинает выделять больше оксида азота, который регулирует сокращение сосудов и делает их более гибкими и пластичными. Возможно, в связи с этим образование свободных радикалов под воздействием ионизирующего излучения происходит меньше именно у людей, тренированных на большие аэробические нагрузки.

Основное радиационное воздействие состоит в нарушении физической регенерации клеток и тканей, изменении функции регуляторных систем, изменении иммунной и генной систем живого организма. Заметим, что никакой другой вид излучения (тепловое, электромагнитное и т.д.), поглощенного живым организмом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. А.Н. Павлов [] приводит расчет, согласно которому смертельная доза ионизирующего излучения для млекопитающих (500 рад) соответствует поглощенной энергии ~ 5 Дж/кг. Если эту энергию подвести к телу в виде тепла, то оно нагрелось бы едва ли на 0,001°С. Для сравнения - это тепловая энергия, заключенная в стакане горячего чая. Именно ионизация и возбуждение атомов и молекул среды обусловливают специфику действия ионизирующего излучения.

По вопросам воздействия ионизирующего излучения на живую и неживую природу за 50 лет (первый ядерный реактор был запущен Э. Ферми в 1942 г. под трибунами стадиона Чикагского университета в США) накоплен огромный фактический материал и опыт (к сожалению, и печальный) и имеется обширная литература, в том числе и справочники по нормам ионизирующего облучения. Укажем лишь небольшую часть из них для общего ознакомления [].

Что касается ЭМИ, то большинство физиологических расстройств организмов связано с воздействием этого излучения на процессы в объектах живой природы, поскольку клетки организмов в основном электрически поляризованы, а по нервным волокнам протекают биоэлектрические токи. Изменение параметров этих электрических процессов при изменении внешних полей и излучений и переводит биологические системы в новое качественное состояние. Среди всего спектра ЭМИ наибольший биологический эффект дают световой и радиоволновый диапазоны.

Учитывая наличие связи физиологических процессов в живом организме с формированием в нем динамических физических полей различной природы, создание общего биополя, естественно, следует ожидать взаимодействия, в том числе и резонансного, с внешними излучениями и полями. Наиболее взаимодействие внутренней и внешней среды организма проявляется для ЭМИ. Механизм образования и разрушения объемных электрических зарядов и биотоков обусловливает чувствительность живых организмов к амплитудно-спектральным изменениям ЭМИ.

Было установлено, что внешние ЭМП заметно влияют на нервную (особенно сильно в широком диапазоне частот слабых ЭМП) и кровеносную систему, на иммунитет, т.е. степень устойчивости функционирования организма, резко увеличивают время задержки реакции организма на любые внешние факторы. Чувствительностью к ЭМП обладают клетки и внутриклеточные элементы - мембраны, ядра и митохондрии, а также гипоталамус, который отвечает за регуляцию тонуса симпатической нервной системы, эмоциональной среды, формирование чувства голода, жажды, регуляцию сна []. Х. Дельгадо [] показал, что чувствительность в целом организма к слабым ЭМП является общебиологической закономерностью. Так, микроволновое излучение от ПК при работе от 2 до 6 ч в день (впрочем, как и бесконечное сидение перед домашним телевизором) вызывает в 55 раз чаще функциональные нарушения нервной системы, в 2 раза увеличивает сердечно-сосудистые заболевания, в 3 раза ухудшает состояние опорно-двигательного аппарата.

Особенно следует отметить воздействие на живые организмы миллиметровых волн [] и разработанной на их основе КВЧ-терапии, или так называемой волновой терапии. Это обусловлено совпадением их частот с биоритмами сердца, мозга человека и мембран его клеток. Миллиметровые волны сильно поглощаются в среде и в организм человека проникают лишь на 300-500 мкм. Поэтому их воздействие проявляется через рецепторные и особенно биологически активные точки кожи.

Из биологии человека известно, что практически любой внутренний орган связан с определенными точками на поверхности тела. Воздействуя тем или иным способом на них, можно влиять на здоровье человека. В настоящее время метод волновой терапии считается весьма перспективным, особенно в случае комплексных заболеваний, и практически может быть использован для лечения многих болезней и даже борьбы со старостью.

Признаками старости могут быть многие проявления, в частности состояние кожи и ее обезвоживание. Миллиметровые волны увеличивают ее гидратацию, благотворно влияют на нервную и иммунную системы, опорно-двигательный аппарат. Ожидается, что этот метод в целом поможет организму усилить его адаптивность и перейти на другой функциональный уровень, когда повышаются его возможности в борьбе с болезнями и старостью. Образно говоря, человек должен понимать воздействия на него, и легче всего это сделать на естественном для его организма языке миллиметровых волн.

Остановимся еще на одном способе электрического воздействия атмосферного воздуха - методе аэроионизации, разработанном А.Л. Чижевским []. Этот процесс связан с образованием легких отрицательных аэроионов, которые передают свой заряд кислороду. Созданное им устройство практически ионизирует воздух и образует ионы кислорода, по терминологии Чижевского - «аэроионы». Уже через пять минут работы «люстры Чижевского» количество отрицательно заряженных аэроионов в воздухе увеличивается с 50 - 100 в 1 до 10000. Эти аэроионы способствуют увеличению в коже газообмена и нормализации потенциала биологически активных точек, ускорению окислительно-восстановительных реакций и улучшению состояния сосудов.

Влияние легких аэроионов на рецепторы кожи способно изменить тонус центральной нервной системы и повысить биоэнергетику организма в целом. При этом электростатические системы кожи и крови непрерывно обмениваются своими электрическими зарядами, восстанавливая биоэнергетический потенциал и обмен веществ. Эффект аэроионизации особенно усиливается при использовании лазерной терапии. Квантовая энергия, являясь мощным биостимулятором, регулирует биохимические реакции на фоне насыщения тканей отрицательно заряженным кислородом.

Известны случаи воздействия изменений магнитных полей в геопатогенных зонах Земли (Курская магнитная аномалия, на Алтае, Саянах, в Узбекистане, в так называемой Пермской зоне и других подобных районах) на организм человека: в крови увеличивалось содержание лейкоцитов, снижалась частота сердечных сокращений, уменьшалась амплитуда сигнала ЭКГ, ухудшались память, реакция, внимание, наступало обострение многих хронических болезней. Отмечалось влияние смены знака в межплазменном магнитном поле Земли (ММП) на физиологические и психологические процессы: в отрицательных областях поля хуже делятся бактерии, ухудшается психическое состояние, чаще инфаркты у людей и т.д.

На большом статистическом материале также показано, что изменение состояния ММП в год рождения человека и год, предшествующий этому событию, заметно влияет на изменение роли левого или правого полушарий мозга в психической деятельности человека, образование логического или образно-интуитивного типа мышления, изменение числа левшей и правшей и т.д. []. Экспериментально обнаружено влияние ЭМП на процессы мышления: в случае недостатка или избытка электромагнитных колебаний определенной частоты наблюдалось ухудшение работы мозга человека.

Существенно влияние не только естественных источников ЭМП, но и техногенных ЭМП. Уже 10 лет назад выработка электроэнергии во всем мире составляла около Дж, что сопоставимо с энергией, выделяемой в результате сейсмических процессов на Земле за год. Линии электропередачи (ЛЭП) и всевозможные устройства радиосвязи также непосредственно влияют на биоту и здоровье людей. Энергия, выделяемая в радиодиапазоне в результате деятельности человека, сейчас становится сравнимой с энергией Солнца в видимом диапазоне спектра. Таких примеров влияния внешнего ЭМП на организм можно привести достаточно много, изучение этих процессов интенсивно продолжается во всем мире.

Нам же для общего понимания проблемы достаточно осознания реального факта воздействия внешних физических полей на живой организм, их взаимодействия с внутренними полями и возможности получения и управления информацией этого взаимодействия. В частности, практически все виды ЭМП могут быть использованы для диагностических и лечебных целей. Общим физическим принципом такого лечения, по-видимому, можно считать концентрацию энергии на основных органах и тканях. Более подробную информацию по всем затронутым вопросам можно получить в имеющейся биологической и медицинской литературе.

Природа памяти является одной из самых загадочных и важнейших проблем современной биологии и с ней тесно связаны проблемы деятельности мозга, строения нервной системы, хранения и передачи информации в живом организме, а также проблемы обучения. С последней проблемой связана также и эпистемология как часть философии при определении таких понятий, как категории.

Память - самая долговечная из наших способностей, она определяет нашу индивидуальность и заставляет действовать тем или иным способом в большей мере, чем любая другая особенность нашей личности []. Для каждого из нас память уникальна. Она позволяет осознавать человеку себя и других людей личностями. Поэтому, потеряв помять, человек утрачивает свое «я» и перестает существовать именно как человек. По существу, наша жизнь есть путь от пережитого прошлого к неизвестному будущему через настоящее. Наше существование в настоящем связано с прошлым, это продолжение прошлого и формируется им благодаря наличию памяти. Как отмечал С. Роуз, «именно память спасает прошлое от забвения, не дает ему стать таким же непостижимым, как будущее». Поэтому память определяется «стрелой времени», придает направленность ходу времени и в этом смысле связана и с физикой, синергетикой, историей, геологией, биологией, даже с развитием человеческого языка и в целом с эволюцией жизни.

Из этого небольшого вступления ясно, какой огромный объем представлений и понимания широкого круга явлений и процессов подразумевается под «скромным» определением «устройство памяти». Естественно, мы коснемся здесь кратко лишь основных представлений относительно получения, передачи и хранения информации в виде памяти живого организма, отсылая заинтересованного читателя к специальной литературе, в том числе к увлекательным научно-популярным работам Ичаса [], Роуза [], Блюменфельда [] и других ученых [].

Описывая процессы в живой клетке в подразд. 2.2.4, мы уже касались нервных клеток - нейронов. Рассмотрим немного подробнее нервную систему человека в связи с проблемой памяти. Главная функция нервной системы состоит в переработке и передаче информации от рецепторов органов чувств через центральную нервную систему к органам-исполнителям - эффекторам. Она состоит из нейронов, синапсов и нервов. Синапсы - это соединения между нейронами, а нервы - это пучки отростков многих нейронов, своего рода многожильные кабели, которые осуществляют координацию функций организма и опосредуют его реакцию на различные воздействия. Каждый нейрон имеет тело и отростки - аксоны и дендриты.

Аксон - это длинный отросток, который проводит сигналы от тела нервной клетки, а дендрит - по направлению к нейрону, т.е. аксоны передают выходные сигналы, а дендриты - входные. Строение нейрона показано на рис. . У каждого нейрона имеется один аксон. Функциональной единицей нервной системы является моносинаптическая рефлекторная дуга - нервная цепь, образованная двумя нейронами. Стимул в виде электрического импульса передается по такой дуге и дает однозначный рефлективный («автоматический») ответ. Однако одна рефлекторная дуга может взаимодействовать с другой, что приводит к большому разнообразию ответов. Схема такой дуги проста: рецептор - нейрон - эффектор (например, мышца). Вся система работает как дверной звонок: нажимаем на кнопку, и раздается звонок. Однако более реальна другая аналогия - сначала сигнал попадет на пульт (мозг), и там решается вопрос, кому тот сигнал предназначен.

Как же осуществляется образование и прохождение нервного импульса по нейронам и синапсам? Этот процесс обусловлен наличием электрических зарядов на наружных клеточных мембранах, что является всеобщей особенностью живых клеток. Нервный импульс представляет собой волну деполяризации, которая распространяется по аксону от тела клетки к нервному окончанию. В каждой клетке невозбужденной мембраны аксона до того, как до нее дойдет волна деполяризации, имеется потенциал (~ 70 мВ). Такой заряд, создающий мембранный потенциал покоя, обусловлен присутствием во внутри- и внеклеточной жидкости различных заряженных ионов, в частности , , их неравномерным распределением по разным сторонам мембраны и избирательной проницаемостью мембраны. Когда из наружной среды попадают ионы натрия, происходит быстрый (около 1 мкс) скачок мембранного потенциала от -70 до +(20-40) мВ.

Такой скачок называется потенциалом действия (рис. ). Изменение потенциала от -70 мВ до нуля приводит к полной деполяризации, и затем возникает обратная по знаку поляризация мембраны. Положительные ионы переходят в клетку, и потенциал мембраны становится около +40 мВ в максимуме. Таким образом, поступление в клетку ионов натрия приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия, который и распространяется по аксону в виде волны от тела клетки до ее выходного синапса. Потенциал действия, в свою очередь, служит сигналом для высвобождения в синаптическую щель нейромедиатора, вызывающего реакцию другого нейрона. Когда поступление ионов натрия прекращается, они выводятся наружу и устанавливается первоначальная разность потенциалов. Способность генерировать потенциал действия - уникальное свойство таких возбудимых клеток, как нейроны. Причем это может быть электрическая, химическая и механическая стимуляция, в результате чего свойства мембраны в месте раздражения быстро изменяются.

Нервная система позвоночных состоит из центральной (ЦНС) и периферической (ПНС). В ЦНС происходит переработка сигналов, и она состоит из головного и спинного мозга. ПНС, как следует из ее названия, осуществляет передачу сигналов на периферии, от органов чувств к железам, мышцам и т.д. У животных в основном ПНС.

Нервная система у высших животных развилась постепенно из диффузионной нервной системы, где в определенных участках нейроны стали концентрироваться и в конце концов образовали центральную нервную систему - головной и спинной мозг («спиной чувствую»!). Первоначальная структура ЦНС - нервный тяж, идущий вдоль тела. Передняя часть его расширяется, образуя головной мозг (этот процесс называется цефализацией, от греческого «кефалос» - голова), а задняя часть становится спинным мозгом. Важнейшая часть головного мозга - два больших полушария, правое и левое. Среди важнейших функций мозга - его способность к переработке сенсорных данных, способность к формированию общих абстрактных понятий, т.е. категоризация и память.

Физический основой памяти и способностью к обучению служат изменения эффективности нейронов и синаптических связей между ними при повторной стимуляции. Однако система памяти человеческого мозга отличается от двоичной системы памяти компьютера: элементы информации извлекаются не с помощью обращения к постоянному адресу их хранения - адрес можно изменять в зависимости от ассоциации идей, которые являются своего рода голограммами информации. В компьютере каждая хранящаяся в его памяти единица информации имеет свой определенный адрес - код, который нужно знать для ее извлечения.

Биологическая память тоже использует адреса, но варьирует их в зависимости от ассоциаций мыслей, меняющихся у разных людей в разное время. Следовательно, изменения в мозгу при получении и переработке информации в процессе обучения или запоминания, «следы памяти», или, как их назвал канадский психолог Д. Хебб, энграммы, носят не локализованный, а распределенный характер. Они - не в отдельных «ячейках памяти», а представлены в виде некоторых состояний системы мозга. Поэтому при повреждениях или разрушениях отдельных участков мозга хранящаяся в памяти информация обычно не утрачивается совсем, хотя и извлечение ее становится менее эффективным.

Таким образом, человеческая память не представима моделью компьютера. Она закодирована в 10 млрд. нервных клеток, образующих наш мозг, и триллионах связей между ними - синапсов. Число нейронов в мозгу любого человека втрое больше, чем число живущих на Земле людей, а если учесть число синапсов (около ), то их больше в 100 тыс. раз, по сравнению с численностью населения во всем мире. Предположив образование одного синапса в секунду, можно посчитать, что потребуется от 3 до 30 млн. лет, чтобы закончить подсчет. Как сказал С. Роуз, «этого вполне достаточно, чтобы хранить воспоминания о всей прошедшей жизни...» [].

Структурные изменения в нервной системе (рост отростков в нейронах, возникновение новых связей и лавинный характер передачи информации через нейроны) дают возможность обучения и хранения «следов памяти». Изменения в поведении, возникающие в результате опыта, развиваются на основе обучения и запоминания и могут быть закреплены на структурном уровне. Отметим также, что и на этом уровне реализуется принцип оптимальности информации в условиях дефицита энергии путем самоорганизации.

Несостоятельность сравнения человеческого мозга с электронным компьютером обусловлена еще двумя обстоятельствами. Во-первых, мозг не является закрытой системой по сравнению с детерминированной памятью компьютера. Мозг человека, как и его организм в целом, представляют собой открытую систему, сформированную собственной историей и находящуюся в непрерывном взаимодействии с природной и общественной окружающей средой, которая изменяет их, но и сама система при этом подвергается изменению. Такая открытость и приводит к неопределенности в работе мозга и поведении его владельца. Мозг обладает способностью изменять свою структуру, физические, химические и физиологические процессы, свою реакцию в результате приобретения опыта и случайных обстоятельств в процессе развития. Недетерминированность на уровне нейронов и синапсов человеческого мозга, по сравнению с компьютером, показывает, что понимание работы мозга и разума лежит не в анализе работы отдельных его элементов, реакции которых непредсказуемы по своей природе, а в восприятии их на уровне целого. Сознание, разум, память возникают как свойства мозга в целом, а не как свойства отдельных его компонентов.

Во-вторых, мы уже знаем, что в процессе жизни каждая клетка многократно заменяется, они гибнут, рождаются новые, рвутся старые связи между ними и устанавливаются новые, причем это происходит миллионы раз. И при этом всеобъемлющем самоорганизующемся процессе, который и составляет существо биологической жизни, память сохраняется. Разве мы можем себе представить постоянную компьютерную память при постоянной смене человеком деталей компьютера? Человеческая же память, связанная со структурами его мозга и происходящими в нем процессами, сохраняется так же, как сохраняются формы тела, несмотря на непрерывный круговорот его молекулярных компонентов.

Возвращаясь к процессам образования следов в памяти, можно предположить, что они являются живыми процессами, которые изменяются и наполняются новым содержанием каждый раз, когда мы их оживляем. Эффективность этого процесса возникновения энграмм определяется «усилением» работы синапсов. Схематически это выглядит так: если два нейрона, соединенные синапсом, подвержены одновременной стимуляции, то синапс становится «сильнее» и легче передает сигнал от одного нейрона к другому. Если синапс станет более сильным, стимуляция только одного нейрона вызовет разряд и в другом, между ними установится ассоциативная связь. Такое упрощенное представление тем не менее позволяет понять, почему активация каким-то стимулом одного нейрона может вызвать в памяти нечто иное, представленное активностью другого нейрона.

Сейчас установлено, что существуют две формы памяти - лабильная кратковременная память и постоянная долговременная память. Кратковременная - это такая память, в которой следы появляются сразу же, она зависит от электрической активности нейронов мозга, и если активность прерывается, то следы исчезают. Через некоторое время следы могут перейти в долговременную память, отдел, так сказать, длительного хранения. Здесь уже информация не утрачивается после прекращения электрической активности нейронов. Она теперь закреплена в нервных связях и может храниться долго, иногда всю жизнь. «Воспоминания - это информация, закодированная в нейронах» (К. Баулс). Существует еще деление на эйдетическую (образную), зрелую, словесную, зрительную память о недавнем и давно прошедшем, процессы узнавания и воспоминания. Но оставим это психологам и нейробиологам.

Можно провести разделение памяти еще на две формы, позволяющие различить память человека и животных. Из повседневной жизни нам хорошо известно, что наши домашние животные, собаки и кошки, ведут себя так, как будто имеют память. Собаки узнают своих хозяев и отличают от незнакомых людей. Кошки, научившись открывать дверь, «запоминают» это на всю жизнь и постоянно пользуются своим уменьем. Это - память, связанная с приобретением навыков, условных рефлексов, запоминающихся реакций на окружающую среду и требующих ответного действия, так сказать, память действия, моторная память. Она называется процедурной памятью и проявляется у человека в виде навыков движения (бег, плавание, лыжи, велосипед и т.д.).

Однако человеку присуща и декларативная абстрактная память, память на название, которой нет у животных. Это различие связано с различиями устройств мозга животных и человека. Мозг животных не способен к образованию абстрактных понятий и воссозданию в своей голове идеально отсутствующей ситуации. Имеются, тем не менее, некоторые экспериментальные наблюдения, свидетельствующие о зачатках памяти у животных, похожей на память человека. Так, волк, бегущий по одну сторону забора и желающий схватить зайца, убегающего от него по другую сторону забора, не пытается пролезть в щели забора (это вам не волк из сериала «Ну, погоди!»), а «соображает», что можно поймать зайца, когда забор закончится, и бежит именно к концу забора. Иначе устроен мозг человека, способный к обобщению внешних данных, образованию абстрактных понятий и воссозданию идеальных ситуаций, а не просто прямому восприятию окружающей ситуации. Заметим также, что чем ближе находятся организмы по уровню своего развития, тем полней может быть передача состояний от одного к другому. Именно по этой причине затруднена передача состояний посредством языка между человеком и животными.

С физической же точки зрения возможность передачи состояний через код по нервной системе - это важный фактор, объединяющий компоненты высокоорганизованных систем, и на высших уровнях организации, играет ту же роль, что химическая связь на атомном уровне. В этом смысле можно в шутку провести и такую аналогию: нейрон - как атом, а синапсы - как электроны. Раскрытие механизмов памяти еще далеко не закончено. Можно, например, выделить еще три формы биологической памяти: генетическую, открытие и расшифровку которой осуществила молекулярная биология; обычную, которая является функцией мозга (именно о ней и шла речь в этом разделе); иммунологическую.

Что касается «обычной» памяти, то, по-видимому, она проявляется в топографической схеме связей между нейронами и в динамике нейронной системы. «Освоение» мозгом полученной информации должно сопровождаться изменением электрической активности нейронов, соединенных изменившимися синапсами. Еще раз подчеркнем, что понимание памяти возможно на пути исследования мозга как целой самоорганизующейся системы, в которой постепенно происходят организация порядка из хаоса и обратные переходы от порядка к хаосу. Для этого понимания необходимо объединить в холистическом подходе разные методы познания человеческого организма: морфологию, описывающую изменения в пространстве; биохимию, описывающую состав на молекулярном уровне; физиологию, динамично описывающую изменения во времени.

В заключение приведем еще один пример отличия компьютерной памяти от человеческой. Компьютер помнит информацию в виде дискретной цифровой последовательности. Человек же запоминает информацию по смыслу. Причем смысл подразумевает динамическое взаимодействие между мозгом человека и информацией. Это процесс, не сводимый к количеству информации. Получается, что мозг человека работает не с информацией в компьютерном понимании этого слова, а со смыслом или значением. А значение - это исторически формируемое понятие, оно находит выражение в процессе взаимодействия человека с природной и социальной средой. Компьютер же просто (и быстро) перебирает всевозможные логические варианты, но не понимает и не оценивает их по смыслу. Иначе не было бы, например, таких «перлов» машинного перевода библейского изречения «The spirit is sound but the is weak» (плоть немощна, но дух бодр), как «водка крепкая, но мясо размокло»!

Контрольные вопросы к главе 2.5