УДК 577.3(06) Биофизика А.Н. МАЛИЦКИЙ, Р.М. САРИМОВ1, В.Н. БИНГИ1 Московский инженерно-физический институт (государственный университет) 1Институт общей физики им А.М. Прохорова РАН, Москва ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕЛОВЕКА В СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ В работе исследовано влияние «нулевого» магнитного и электростатического полей на психофизиологическое состояние 44 человек. Показано, что относительно короткое, 10–40 минут, пребывание в электростатическом поле величиной 500В/м вызывает статистически достоверные изменения характеристик кратковременной памяти и образного мышления. Эффекты для некоторых тестов превосходят 20%, а эффекты при экспозиции в «нулевом» магнитном поле (<1мкТл) достигают 10%. Установлено также, что в тестах на кратковременную память, на цвет и время распознавания букв эффекты статистически значимо различаются для испытуемых разных полов и имеют разнонаправленный характер. Также разнонаправлены были эффекты, вызываемые экспозицией в электрическом поле и нулевом магнитном поле. При совместном действии нулевого магнитного и электростатического поля эффекты для большинства тестов приблизительно равны сумме результатов для этих экспозиций в отдельности. В мире накоплен обширный экспериментальный материал о биологических эффектах слабых электромагнитных полей (ЭМП). На сегодня можно выделить два перспективных механизма возникновения такого рода эффектов, субклеточный и молекулярный. В субклеточном механизме мишенями магнитного поля (МП) являются магнитные наноразмерные частицы, преимущественно нанокристаллы ферримагнитного магнетита размером до 200 нм. Такие частицы в конце 90-х были обнаружены в организме человека [1, 2]. В молекулярном механизме мишенями являются вращающиеся молекулы. Многие молекулы обладают несимметричным распределением электронной плотности, что приводит к возникновению орбитального магнитного момента при вращениях, который взаимодействует с внешним магнитным полем. Оба механизма связаны с изменением констант скорости биохимических реакций во внешнем МП [3, 4], однако характер зависимости величины эффекта разный. Этим определяется возможность идентификации механизма того или другого магнитобиологического эффекта по измерениям таких зависимостей в эксперименте. 166 ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5 УДК 577.3(06) Биофизика Одним из удобных объектов для выявления зависимости биологических реакций от параметров МП является нервная система человека как наиболее чувствительная, по литературным данным к воздействию ЭМП [5]. В нашей работе для измерения изменений когнитивных функций мозга использовались несколько тестов, в которых оценивались 1) кратковременная память человека на цвет, 2) скорость простой двигательной реакции и 3) время распознавания повернутых букв. В каждом эксперименте испытуемый 20 минут выполнял тесты в контрольных условиях для, а затем 40 минут в одном из 4 режимов электромагнитной экспозиции: 1 – ‘плацебо’ МП оставалось равным геомагнитному полю 41.5±1мкТл, 2 – ‘нулевого магнитного поля’ (НМП), индукция магнитного поля не превышала ±1 мкТл, 3 – горизонтальное электростатическое (ЭП) 500В/м, 4 – совместное действии НМП и ЭП. Сорок четыре добровольца в возрасте от 18 до 72 лет были случайным образом разделены на 4 группы соответственно по 8 мужчин и 3 женщины в каждой. Каждый испытуемый проходил тест в системе экспозиции из четырех кольцевых катушек диаметром 1 м [6]. Ответы каждого испытуемого в исследуемом режиме нормировались на его референсные значения. В таблице 1 показаны изменения в процентах для разных групп (НМП, ЭП и ЭМП) по сравнению с контрольной группой показаны. Статистический анализ проводился с помощью t-теста отдельно для мужчин и женщин. Знаки ‘+’ и ‘–’ означают соответственно увеличение и уменьшение времени ответа; для теста на кратковременную цветовую память — рост и снижение ошибки идентификации цвета. Из таблицы видно, что нахождение в НМП у мужчин не приводило к значимым изменениям в ответах по всем трем тестам, однако у женщин по всем тестам были значимые отличия от контроля. Причем эффекты разнонаправлены, замедление скорости реакции и образного мышления сопровождается улучшением памяти на цвет. Картина меняется при воздействии ЭП, где у женщин в тесте на кратковременную цветовую память замедление ответов достигало 24% и сами ответы были менее точными. У мужчин в условиях ЭП также наблюдаются разнонаправленные эффекты для разных тестов, однако они не превышают 8%. При совместном действии НМП и ЭП результаты для большинства тестов равны приблизительно сумме результатов для НМП и ЭП экспозиций в отдельности. Это свидетельствует о возможно разной природе рецепторов МП и ЭП. В целом результаты не противоречат гипотезе о вовлеченности магнитосом в формирование магнитобиологических эффектов. Следует отметить, что большее содержание магнитосом в гиппокампе по сравнению с ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5 167 УДК 577.3(06) Биофизика мозжечком [2] должно приводить к большим эффектам в тесте на кратковременную память, нежели в тесте на скорость реакции. Именно такое соотношение эффектов наблюдалось в наших экспериментах. Воздействие НМП 0±1 мкТл ЭП 500 В/м Пол Буквенный тест (разница во времени) Ж разница в цвете разница во времени Тест на скорость реакции (разница во времени) +11.2% (p<0.001) -5.5% (p<0.05) -8.8% (p<0.000001) +5.3% (p<0.05) М +2.3% (p=0.22) +3.4% (p=0.052) +1.7% (p<0.05) -0.2% (p=0.90) Ж +1.7% (p=0.57) +6.2% (p<0.05) +23.8% (p<0.000001) +2.4% (p=0.22) М +7.9% (p<0.0001) -1.9% (p=0.30) -7.6% (p<0.000001) -3.3% (p<0.01) Ж +20.9% (p<0.000001) +2.9% (p=0.24) +13.2% (p<0.000001) +1.7% (p=0.50) М +8.9% (p<0.00001) +2.0% (p<0.05) -6.3% (p<0.000001) -2.8% (p<0.05) Ж +12.9% +0.7% +15.0% +7.7% М +10.2% +1.5% -5.9% -3.5% НМП+ЭП Сумма результатов для НМП и ЭП Цветовой тест Список литературы 1. Kirschvink J.L., Kobayashi-Kirschvink A., Woodford B. J. Magnetite biomineralization in the human brain // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89(16). P.7683–7687. 2. Schultheiss-Grassi P.P., Dobson J. Magnetic analysis of human brain tissue // BioMetals. 1999. V.12. P.67–72. 3. Binhi V.N, Chernavskii D.S. Stochastic dynamics of magnetosomes in cytoskeleton // Europhysics Lett.. 2005. V.. 70(6). P.. 850–856. 4. Binhi V.N., Savin A.V. Molecular gyroscopes and biological effects of weak extremely low-frequency magnetic fields // Phys. Rev. E. 2002. V.65. P.051912. 5. Cook C.M., Thomas A.W., Prato F.S. Human electrophysiological and cognitive effects of exposure to ELF magnetic and ELF modulated RF and microwave fields: A review of recent studies // Bioelectromagnetics. 2002. V.23, P.144–157. 6. Бинги В.Н., Заруцкий А.А., Капранов С.В., Котельников С.Н., Миляев В.А., Саримов Р.М. Метод исследования влияния “магнитного вакуума” на цветовую память человека. // Радиационная биология /Радиоэкология. 2005. T. 45(4). C.451–456. 168 ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5