Влияние активации мобильных телефонов стандарта GSM на функциональное состояние мозга человека

УДК 577.3

ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНОВ СТАНДАРТА GSM НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

Представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию активации мобильного телефона системы GSM на функциональную активность мозга человека. Установлено, что после окончания активации мобильного телефона наблюдается значимое повышение уровня спектральной мощности в параметрах ЭЭГ в диапазоне частот 2-4 Гц и 6-8 Гц в серединных отведениях на стороне расположения телефона. Кроме того выявлено, что минутное воздействие мобильного телефона оказывает угнетающее влияние на степень сопряженности вариаций параметров фоновых электромагнитных полей КНЧ диапазона и ЭЭГ человека.

Ключевые слова: естественный электромагнитный фон, сотовый телефон, электроэнцефалограмма, синхронный мониторинг.

Введение

Электромагнитные поля (ЭМП) окружающей среды оказывают существенное влияние на живые тела, в том числе и на организм человека. Принято считать, что естественнофоновые вариации электромагнитных полей диапазона шумановских и альвенов-ских резонансов, формируемые комплексом гелио-геофизических факторов играют принципиальную роль обязательного, постоянно действующего фактора, который является ритмозадающим для обеспечения стабильного ритмостаза живых организмов [1-4].

В последние более чем полвека наблюдаются процессы модификации естественного электромагнитного фона в связи с развитием технологий в промышленности, связи и коммуникации, которые могут оказывать влияние и на сложившиеся механизмы ритмо-регулирования живых организмов. В связи с этим актуализируется проблема нормального существования организмов и сообществ в условиях, отличающихся от эволюционно детерминированного естественного электромагнитного фона.

В настоящее время широкое распространение получил еще один источник техногенного электромагнитного поля — сотовая связь. На основании имеющегося на сегодняшний день большого количества данных можно констатировать, что сам факт влияния излучения мобильных телефонов на живые тела не вызывает сомнений [5, 6]. Однако механизмы данного вида воздействий остаются неопределенными. Принято рассматривать непосредственные эффекты влияния излучения на функционирование систем жизнеобеспечения организма, в первую очередь — термические воздействия, которые опосредованы, в основном, высокочастотными излучениями мобильных телефонов. Однако, и именно этот аспект наиболее выражен при действии неионизирующих излучений, — это так называемое «информационное» воздействие, которое может иметь дистанционный и отсроченный характер. В данном контексте значительный интерес представляет проблема воздействия низкочастотных модуляций излучений сотовых телефонов стандарта СЭМ на биоритм мозговой активности. Стандарт СЭМ был выбран в связи с его широким распространением, а так же в связи с тем, что при организации канала связи «телефон — базовая станция» используется множественный доступ с временным разделением, вследствие этого можно выделить частоты 217 Гц, 8.35 Гц и в некоторых случаях 2 Гц, которые совпадают с частотами собственной биоэлектрической активности головного мозга человека (гамма-, альфа-, дельта-ритм) [7-9].

В связи с этим целью проведенных исследований было выявление особенностей воздействия электромагнитного поля, излучаемого сотовым телефонным аппаратом, на параметры ЭЭГ-активности и на степень сопряженности флуктуаций спонтанной электрической активности головного мозга с вариациями фоновых КНЧ электромагнитных полей диапазона первой моды шумановского резонанса.

С.В. Побаченко,

А.В. Пономарев

Томский государственный университет

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

e-mail: sevlpo@tsu.ru

НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ Методика проведения исследований

В экспериментах использовался метод синхронного, координированного по времени мониторинга. Для проведения мониторинга электромагнитного фона КНЧ диапазона был задействован измерительно-вычислительный комплекс, позволяющий производить прием и обработку сигналов в диапазоне частот от 0.1 до 40 Гц. [10, 11].

Функциональное состояние организма человека оценивалось на основе мониторинга характеристик электрической активности головного мозга в параметрах электроэнцефалографии (ЭЭГ). Использовались два идентичных комплекса на базе электроэнцефалографов «Мицар-ЭЭГ-03/35-201». Съем ЭЭГ велся монополярно по 19-ти отведениям, согласно стандартной схеме — «10-20». В экспериментах принимала участие группа испытуемых в количестве 8 практически здоровых человек в возрасте 20-22 года. Общая блок-схема экспериментального комплекса представлена на рис.1.

Рис. 1. Блок-схема экспериментального комплекса: а) испытуемый в состоянии спокойного бодрствования (контроль); б) испытуемый на которого оказывалось воздействие активацией сотового телефона

Воздействие производилось с помощью стандартных моделей сотовых телефонов системы GSM (несущая частота 800 МГц). Выбор данного стандарта обусловлен спецификой временной структуры организации связи системы «телефон — базовая станция», а именно, наличием временных модуляций с частотами 217 Гц, 8.35 Гц и 2 Гц.

Одновременно в эксперименте принимали участие два человека. Они находились в разных комнатах на расстоянии порядка 7 метров. При этом один из них был подвержен периодическому воздействию электромагнитного поля сотового телефона, а второй нет. Оба человека находились в расслабленном состоянии в затемненных помещениях. Испытуемый, подверженный воздействию ЭМП сотового телефона, не был информирован о начале и продолжительности воздействия. Длительность эксперимента для одной пары испытуемых составляла 43 минуты. Из этих 43 минут, в общей сумме, 10 минут составляло воздействие излучений сотового телефона и 33 минуты — без внешнего воздействия. В первые три минуты в отсутствие воздействия производилась фоновая запись ЭЭГ. По прошествии трех минут делалась отметка о начале воздействия, и на сотовый телефон, закрепленный у левого уха испытуемого, поступал звонок. Все звуки и прочие способы индикации входящего вызова на телефоне были отключены, и, таким образом, испытуемый не знал о начале звонка. Воздействие продолжалось в течение одной минуты, после чего делалась отметка об окончании воздействия и продолжалась запись ЭЭГ без внешнего воздействия, которая составляла также 3 минуты. Для второго испытуемого в течение этого же времени производился только съем фоновой ЭЭГ. После 21,5 минуты воздействие осуществлялось на второго испытуемого, а для первого испытуемого шла запись фоновой ЭЭГ. Временная структура экспериментального исследования приведена на рис. 2.

Рис. 2. Временная структура экспериментального исследования

По окончании серий экспериментов производился статистический анализ полученных данных с применением методов спектрального и корреляционного анализа. Рассчитывались значения спектральной мощности для всех отведений в фиксированных частотных диапазонах и, кроме того, вычислялись значения спектральной мощности параметров фоновых КНЧ электромагнитных полей в аналогичных частотных диапазонах. Для второй части исследований рассчитывалась функция кросс-корреляции для спектральных мощностей ЭЭГ и КНЧ полей и фиксировались максимумы на трехминутных интервалах, которые в дальнейшем использовались при анализе.

Результаты и их обсуждение

В процессе экспериментальных исследований было реализовано пять серий исследований в различные дни и получены временные ряды значений экспериментальных данных. На первом этапе анализа временные ряды амплитудных значений были подвержены спектральному Фурье-преобразованию, на основе которого были получены ряды значений спектральной мощности в диапазонах частот 2—4 Гц и 7.5—8.5 Гц по всем каналам ЭЭГ для каждого испытуемого. Затем производилось сравнение данных для испытуемого, подверженного воздействию излучения сотового телефона, с данными для другого испытуемого, который не был подвержен внешнему воздействию, а выполнял функцию контроля.

Анализ полученных данных по динамике изменения спектральной мощности в параметрах ЭЭГ при активации мобильного радиотелефона позволяет констатировать наличие выраженных закономерностей. На рисунке 3 (а, б) представлены типичные результаты для одной пары испытуемых (диапазон частот 2—4 Гц).

Рис. 3. Распределение амплитудных значений спектральной мощности в течение четырех минут по 19 отведениям в диапазоне частот 2—4 Гц: а) воздействие МРТ в течении одной

Подобные соотношения характерны для всех пар испытуемых. На протяжение первой минуты экспериментов (фоновые записи) существенных отличий в показателях

ЭЭГ активности не отмечается (і). В момент активации сотового телефона также не происходит видимых изменений амплитудных значений спектральной мощности (2). Однако после звонка наблюдается повышение значений мощности в диапазоне частот 2—4 Гц (3), в то время как у контрольного испытуемого изменений не происходит. Примерно через минуту уровень ЭЭГ активности в данном диапазоне возвращается на исходный (4).

Аналогичные результаты получены для диапазона частот 7.5—8.5 Гц (рис. 4 а, б). Для данного частотного диапазона разница в уровне сигналов оказалась несколько ниже, чем для диапазона 2—4 Гц, но тенденции изменения активности были идентичны.

Рис. 4. Распределение амплитудных значений спектральной мощности в течение четырех минут по 19 отведениям в диапазоне частот 7.5—8.5 Гц: а) воздействие МРТ в течении одной

Необходимо отметить, что подобные закономерности отмечаются и в ранее опубликованных работах [9, 12].

Изменения спектральных характеристик ЭЭГ человека, вызванные активацией мобильных телефонов в частотных диапазонах, соответствующих диапазонам флуктуаций параметров основных естественных электромагнитных полей КНЧ диапазона (шумановские резонансы) позволяют сделать предположение о влиянии данного феномена на биоритмическую активность электрогенеза мозга, связанную с регуляторным влиянием фоновых электромагнитных полей.

В связи с этим, производился кросскорреляционный анализ интерактивных изменений спектральных характеристик ЭЭГ и КНЧ электромагнитного фона для каждой пары испытуемых. Анализ проводился по всем значениям, полученным в процессе экспериментальных измерений для трехминутных интервалов, в результате чего получилось по 14 трехминутных интервалов для каждого испытуемого, из них 7 приходилось на время, в течение которого производилось воздействие излучением сотового телефона, и 7 трехминутных интервалов, в течение которых воздействия не было. На трехминутном временном интервале производилось спектральное преобразование в диапазоне частот

7.5—8.5 Гц, что соответствует диапазону изменения первой моды шумановского резонанса. На всем временном интервале в 10 секундном окне были получены значения спектральной мощности (160 значений). Далее рассчитывались значения функции кросскорреляции с выбором максимального значения. Данные рассчитывались для обоих испытуемых по всем интервалам, затем производилось сравнение полученных результатов. Сравнивались значения функции кросскорреляции для испытуемого, подверженного воздействию излучения сотового телефона и контрольного испытуемого по всем отведениям.

На рис. 5 представлены результаты одного из отведений для испытуемых ПМВ

б)

и НСВ.

Испытуемый НСВ (активация МРТ) |^|

Испытуемый ПМВ (контроль) |^|

Испытуемый ПМВ

Рис. 5 Максимальные значения кросскорреляционной функции между значениями спектральной мощности ЭЭГ и КНЧ фоновых электромагнитных полей в диапазоне 7.5-8.5 Гц для отведения Т3-кР

Сравнение значений кросскорреляционной функции позволяет констатировать, что в абсолютном большинстве случаев по всему массиву данных наблюдается выраженная тенденция к уменьшению уровня сопряженности вариаций параметров электромагнитных полей диапазона первой моды шумановского резонанса и ЭЭГ человека при воздействии излучений сотового телефона.

Аналогичные результаты получились для отведения Т5-РР (рис. 6). Данные отведения были выбраны исходя из того что на них наблюдается значительное повышение уровня спектральной мощности.

Испытуемый НСВ.

Испытуемый ПМВ.

Рис. 6. Максимальные значения кросскорреляционной функции между значениями спектральной мощности ЭЭГ и КНЧ фоновых электромагнитных полей в диапазоне

7.5-8.5 Гц для отведения Т5-кР.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет предположить, что потенциально опасным может быть не собственно СВЧ-облучение, а влияние его временных модуляций. Это может представлять собой «шум», затрудняющий процесс биоритмиче-ской регуляции мозговой активности вариациями естественнофоновых электромагнитных полей. В связи с этим, можно рекомендовать сокращение до нижнего временного предела пользование сотовыми телефонами.

Заключение

Установлено, что после минутной активации мобильного телефона наблюдается значимое повышение уровня спектральной мощности в параметрах ЭЭГ в диапазоне частот 2-4 Гц и 7.5-8.5 Гц, особенно явно это проявляется в серединных отведениях на стороне расположения телефона. Экспериментально подтвержден феномен увеличения электрической активности мозга человека при воздействии излучений сотового телефона стандарта GSM.

Выявлено, что минутное воздействие МРТ в большинстве случаев вызывает уменьшение уровня сопряженности вариаций параметров фоновых КНЧ ЭМП и ЭЭГ человека в диапазоне частот изменения первой моды шумановского резонанса (7.5-8.5 Гц), что вероятно может сказываться на формировании структуры биоритмической активности мозга человека.

Список литературы

1. Владимирский Б.М., Сидякин В.Г., Темурьянц Н.А. Космос и биологические ритмы. Симферополь, - 1995. - 200 с.

2. Побаченко С.В., Колесник А.Г., Бородин А.С., Калюжин В..В. Сопряженность параметров энцефалограммы мозга человека и электромагнитных полей шумановского резонатора по данным мониторинговых исследований / / Биофизика. - 2006. - Т. 51. Вып. 3. - С. 534-538

3. Колесник А.Г., Бородин А.С., Колесник С.А., Побаченко С.В. Резонансный механизм солнечно-земных связей // Изв. ВУЗов, Физика. - 2003. - № 8. - С. 23-30.

4. Побаченко С.В. Сопряженность флуктуаций параметров фоновых УНЧ-КНЧ электромагнитных полей с характеристиками мозгового электрогенеза человека при различных гелио-геофизических условиях // Вестник Томского государственного университета. - 2007. - № 297. -С. 165-I68.

5. Бецкий О.В., Лебедева Н.Н., Котровская Т.И. Динамика ЭЭГ-реакций человека при воздействии электромагнитного поля мобильного телефона в начальный период его использования // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2004. - № 8-9. - С. 4-10.

6. Электромагнитные поля и здоровье человека / Общ. ред. проф. Ю.Г. Григорьева. - М.: Изд-во РУДН. - 2002. - 178 с.

7. Hinrikus H., Bachmann M., Lass J. and oth. Effect of 7, 14 and 21 Hz modulated 450 MHz microwave radiation on human electroencephalographic rhythms // Int J Radiat. Biol. - 2008. - H. 84, Vol. 1. - P. 69-79.

8. Hamblin D. L., Wood A.W. Effects of mobile phone emissions on human brain activity and sleep variables // Intern. J. Radiation Biology. - 2002. - Vol. 78, № 8. - P. 659-669.

9. Croft R.J., Hamblin D.L., Spong J., Wood A.W., McKenzie R.J., Stough C. The effect of mobile phone electromagnetic fields on the alpha rhythm of human electroencephalogram // Bioelectromagnetics. - 2008. - № 1. P. 1-10.

10. Колесник А. Г., Колесник С. А., Нагорский П.Н., Шинкевич Б.М. Радиотехнический комплекс диагностики и контроля параметров электромагнитного фона в канале Земля -ионосфера // Ионосферные исследования. - Казань, 1997. - С. 244-252.

11. Бородин А.С., Колесник С. А., Побаченко С. В., Потахов П. Ю. Программно-технический комплекс мониторинга естественной динамики функционального состояния организма человека // Ионосферные исследования. - Казань, 1997. - С. 253-257.

12. Крамаренко А. В. Сопоставление локальных изменений ЭЭГ с картой поля мобильного телефона. Харьков. Исследовательская лаборатория ООО. ’’Компания TREDEX. Режим доступа http://www.dxelemedicine.com/rus/publications/microwave.

THE INFLUENCE OF MOBILE PHONES ACTIVATION ON HUMAN BRAIN FUNCTIONAL CONDITION

The results of experimental research of influence of mobile phone (standard GSM) activation on human brain functional activity are presented. It is established that after termination of mobile phone activation a significant increase of level of spectral capacity in EEG parameters is observed in frequency range 2-4 Hz and 7-9 Hz on middle EEG channels at the side of phone location. Besides, minute mobile phone activation is revealed to have a negative influence at a level of conjugation of parameter variation of ELF range natural electromagnetic fields and human EEG.

Key words: natural electromagnetic background, mobile phone, electroencephalogram, conjugate monitoring.

S.V. Pobachenko,

A.V. Ponomarev

Tomsk State University

Lenin avenue, 36, Tomsk, 634050, Russia

e-mail: sevlpo@tsu.ru