CC BY
56
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПТИМИЗИРОВАНИЯ ПОЛЕЙ ПАМЯТИ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА
© Белик Д.В.*, Зиневская М.С.*, Дмитриев Н.А.*, Пустовой С.А.*
Сибирский научно-исследовательский и испытательный центр
медицинской техники, г. г. Новосибирск Научно-исследовательский институт медицинской инженерии Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск
В статье описывается магнитоэлектрическая система для стимуляции полей памяти мозга человека на частотах, близких к Р-ритму конкретного человека (от 14 до 30 Гц), связанному с долговременной памятью.
Ключевые слова: стимуляция полей памяти мозга, долговременная память, кратковременная память, гиппокамп, тета-ритм, бета-ритм.
Введение
Проблема стимуляции нервных клеток, выполняющих свои функции в виде объединений нейронных ансамблей или полей, и имеющих свойства, отличные от одного нейрона, определяется ослаблением внимания и концентрации при изучении или анализе определенных задач для здорового человека и при заболевании мозга, в том числе в послеинсультный период.
Постановка задачи
Целью работы является создание биотехнической системы для оптимизирования полей памяти мозга, позволяющей стимулировать поля памяти мозга и гиппокамп, которая позволит улучшить память здоровых людей в критических и профессионально необходимых случаях, а так же при восстановлении памяти у больных, перенесших инсульт. Отличие данной системы заключается в низкой индукции магнитного поля (до 10 мТл). Магнитное поле будет генерироваться двумя излучателями с небольшой частотной разницей.
Теория
Как известно, память равномерно распределяется по всем нервным клеткам коры головного мозга и хранится на белковых и геномных сетях нейронов, которых в мозгу 10 миллиардов и 100 триллионов связей между ними.
* Доктор технических наук.
* Магистрант 1 курса кафедры Систем сбора и обработки данных НГТУ. " Аспирант кафедры Систем сбора и обработки данных НГТУ.
* Магистрант 2 курса кафедры Систем сбора и обработки данных НГТУ.
Обработка информации происходит в коре головного мозга за счет активизации мембранных токов нейронной системы. Кору головного мозга условно делят на поля. Основной структурой головного мозга, отвечающей за формирование памяти и перевода информации из кратковременной в долговременную, является гиппокамп, который генерирует тета-ритм частотой от 4 до 7 Гц [1].
Однако исследования показали, что для научения и памяти важны многие области и структуры мозга помимо коры. Оказалось также, что следы памяти в коре широко разбросаны и многократно дублируются. Потери памяти чаще всего можно наблюдать при поражениях лобных и височных долей мозга, а также ряда подкорковых структур: мамилярных тел, передних отделов таламуса и гипоталамуса, амигдолярного комплекса и особенно гиппокампа (извилина полушария головного мозга, расположенная в основании височной доли) [2].
Лэрри Сквайр (1984) высказал предположение, что в процессе усвоения каких-либо знаний височная область устанавливает связь с местами хранения следов памяти в других частях мозга, прежде всего в коре. Потребность в таких взаимодействиях может сохраняться довольно долго - в течение нескольких лет, пока идет процесс реорганизации материала памяти. По мнению Сквайра, эта реорганизация связана с физической перестройкой нервных сетей. В какой-то момент, когда реорганизация и перестройка закончены, и информация постоянно хранится в коре, участие височной области в ее закреплении и извлечении становится ненужной.
Участие гиппокампа в процессе запоминания было доказано в конце XIX века крупным русским невропатологом С.С. Корсаковым. Он установил, что у больных, у которых по той или иной причине были повреждены оба гиппокампа, изменений личности не наблюдалось: они адекватно реагировали на любые события. Но реакции этих больных были нормальными лишь до тех пор, пока протекало событие - раздражитель. Через несколько минут после окончания его действия больной о нём начисто забывал. По мнению Пенфилда (канадский нейрофизиолог и нейрохирург) больные с удалёнными (в лечебных целях) гиппокампами полностью сохраняют свой интеллект, способность производить математические операции и т.п. Однако они не способны усваивать новую информацию. Такие больные, по сообщениям американских учёных, не могут смотреть телевизионные фильмы, которые прерываются рекламой, так как теряют связь между отдельными частями фильма.
Все существующие теории памяти в настоящее время можно отнести к двум группам. Первая - биохимические теории памяти. Согласно этим теориям, информации в мозге кодируется в молекулах РНК или других макромолекулах. В пользу этих теорий говорит то, что биохимическое кодирование позволяет фиксировать практически неограниченное количество ин-
76 НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
формации. Ещё более убедительным доводом в пользу этих теорий служит то обстоятельство, что природа уже в первые минуты зарождения жизни «придумала» именно этот способ хранения информации и до сих пор пользуется им для передачи сообщений из поколения в поколение.
Согласно теориям второй группы, процесс запоминания состоит в создании новой структурной организации, в образовании новых связей между нервными клетками.
Существует тенденция объединять три наиболее обоснованные теории памяти. Согласно таким представлениям, электрические, синоптические и молекулярные процессы, вызываемые многократными внешними стимулами, зависят один от другого и протекают последовательно[3].
Реализация
Для проведения исследований по возможности стимуляции полей мозга разработана идеология построения биотехнической системы для воздействия магнитными полями с определенными характеристиками, а так же конструкция самого прибора с системой наведения на определенные (см. рис. 1) зоны и подсистемы мозга.
Блок управления
И И НД И кацик]
Генератор формирования параметров воздействия МП
X
Усилитель
Рис. 1. Функциональная схема магнитоэлектрической системы для стимуляции полей мозга (1, 2 - излучатели, 3 - «шлем»)
Результаты экспериментов и выводы
Положительное влияние магнитной стимуляции на память уже доказано как зарубежными учеными, так и российскими.
При исследовании влияния магнитной стимуляции на память у здоровых испытуемых и больных с паркинсонизмом при воздействии на правую и левую лобно-височные области были достигнуты следующие результаты. Выявлено влияние стимуляции с индукцией магнитного поля более 1.2 Тл и частотой 10 Гц на кратковременную память при воздействии на левую лоб-но-височную область и отсутствие достоверных изменений в кратковременной памяти при воздействии магнитного поля на правую лобно-височную область у здоровых испытуемых и больных с паркинсонизмом. Влияние магнитной стимуляции на долговременную память при воздействии на левое и правое полушария у здоровых испытуемых не выявлено, в то время как у больных с паркинсонизмом отмечались достоверные изменения в долговременной памяти на стимуляцию как правого, так и левого полушария (наиболее было выражено при стимуляции справа) [4].
Исследователи из Северо-Западного университета (США) доказали, что магнитная стимуляция улучшает память на 20-25 %. У тех, чей мозг подвергся магнитной обработке, увеличивалось число информационных каналов между гиппокампом и теменной корой.
Получены предварительные результаты по применению данной магнитоэлектрической системы на здоровых людях, с оценкой результатов по таблицам перед воздействием и после воздействия, которые требуют уточнений. Данная система дает возможность при изменении характеристик воздействия магнитным полем, выбрать оптимальные для конкретного человека параметры.
Список литературы:
1. Белик Д. В. Магнитоэлектрическая медицина. - Новосибирск: ООО агенство «Сибпринт», 2013. - 252 с.
2. Блум Ф., Лейзерсон А., Ховстедтер Л. Мозг, разум, поведение: пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 248 с.: ил.
3. Адам Д. Восприятие, сознание, память. Размышления биолога / Пер. с англ. Н.Ю. Алексеенко; под ред. и с предисл. Е.Н. Соколова. - М.: Мир, 1983. - 152 с.: ил.
4. Гимранов Р.Ф., Мальцева Е.А. Влияние транскраниальной магнитной стимуляции на кратковременную и долговременную память у здоровых испытуемых и больных с паркинсонизмом // Ж. Физиология человека. - 2005. -Т. 31. - № 4. - С. 17-19.
5. Портал журнала «Наука и жизнь» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nkj.ru.
