Мозг в электромагнитных полях - [34]

Нужно отметить, что сам факт синхронизации в активности большого числа нервных клеток привел к предположению об их объединении не только синаптическим (контактным), но и эфаптическим (через ЭП) путем.

Как ни интересны ЭП, сегодня наиболее интригующими являются магнитные поля мозга. В этой области, как в прошлом в области эмоций, другом — соперником мозга выступает сердце.

Известно, что биотоки нашего организма, возникающие за счет биохимических реакций, играют большую роль в физиологических процессах (особенно в деятельности сердца и мозга!), объединяя функционирование отдельных элементов указанных органов. Уже теоретически можно было предсказать, что биотоки должны порождать биомагнитные поля, но практически зарегистрировать такие поля было очень трудно.

Цену усилий можно оценить хотя бы по тому факту, что, как мы теперь знаем, магнитное поле сердца человека составляет примерно миллионную часть земного магнитного поля, а магнитное поле мозга еще в 100 раз слабее.

Перед исследователями биомагнитных полей, как и перед героями древних былин, вставали три главных препятствия, которые казались неодолимыми. Во-первых, нужно было создать датчик для обнаружения очень слабых магнитных полей. Во-вторых, нужна была уникальная усилительная аппаратура, необходимая для регистрации воспринятых слабых сигналов. И, в-третьих, нужна была экранировка от земного магнитного поля и технических электромагнитных помех.

Начальное решение первой проблемы можно назвать лобовой атакой. Из школьного курса физики известно, что магнитное поле наводит электрический ток в витке провода, а величина этого тока зависит от интенсивности поля и от числа витков, используемых для регистрации магнитного поля. Поскольку интенсивность биомагнитного поля очень мала, чувствительность датчика можно было повысить за счет увеличения числа витков. Исходя из такого простого рассуждения, советские и американские исследователи независимо друг от друга сумели в начале 60-х годов нашего века впервые зарегистрировать магнитное поле сердца человека, используя катушки, число витков в которых достигало миллиона. Но это был предел возможностей датчиков такого рода: воспринимать более слабые, а также стационарные магнитные поля, возникающие, например, при повреждении сердца — эти датчики не могли. Нужны были другие идеи.

Помощь пришла с неожиданной стороны. Работая в области криогенной техники со сверхпроводящими материалами, английский ученый Б. Д. Джозефсон (он получил Нобелевскую премию за свое открытие) обнаружил, что между двумя сверхпроводниками, разделенными тонким слоем диэлектрика, возникает в этих условиях электрический ток, параметры которого в значительной степени зависят от окружающего магнитного поля. Этот принцип позволял регистрировать очень слабые как переменные, так и постоянные магнитные поля, что выгодно отличало его от датчиков в виде катушек.

На основе эффекта Джозефсона были созданы СКВИДы (сверхпроводниковые квантовомеханические интерференционные датчики), чувствительность которых может достигать величины 10^-14 Тл. Магнитометры, работающие на базе СКВИДа, получили широкое распространение в геофизических и космических исследованиях, в экспериментальной физике и, что нас в наибольшей степени интересует, в медико-биологических исследованиях.

Регистрация магнитных полей человека с помощью СКВИДов была начата в середине 60-х годов в США, а позже в орбиту этих исследований включались и другие страны (Канада, Франция, Япония, Финляндия, Италия и др.). В августе 1978 г. в Гренобле (Франция) состоялось Международное рабочее совещание по биомагнетизму, на котором в основном обсуждались проблемы, связанные с регистрацией магнитных полей здорового и больного сердца и мозга человека.

Нужно заметить, что магнитография человека на основе СКВИДов остается еще относительно дорогой процедурой, а к недостаткам этих датчиков следует отнести их сложность и необходимость регулярной заливки дефицитным жидким гелием.

Более перспективными по отмеченным параметрам могут быть квантовые магнитометры с оптической накачкой (МОН), практическое применение которых успешно развивается в нашей стране. Ленинградским исследователям во главе с Е. Б. Александровым в 1978 г. была присуждена Государственная премия за цикл исследований МОН.

В Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (ИЗМИРАН) А. Н. Козловым и С. Е. Синельниковой несколько лет назад был создан МОН, в датчике которого использовались пары щелочного металла цезия. Созданный геофизиками прибор оказался пригодным и для медицинских целей. В этом случае уже не требуется дорогая и сложная криогенная техника, на основе которой работают СКВИДы, а чувствительность прибора достаточно высока [Ливанов и др., 1978].

Таким образом, имеются три пути преодоления трудностей при создании датчиков для восприятия биомагнитных полей: катушки с миллионами витков, СКВИДы и МОНы. Для преодоления второго препятствия — создания надежной усилительной техники — за прошедшие годы наметилось много путей, и мы их перечислять не будем, заметив только, что препятствие это преодолимо.