Skip to Content

Динамика электроэнцефалогамм пользователя мобильного телефона при наличии радиопоглощающих экранов

ID: 2012-06-23-A-1588
Оригинальная статья (свободная структура)
Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь

Резюме

нет

Ключевые слова

мобильный телефон, электроэнцефалограмма, радиопоглощающий экран

Статья

Введение

Широкое распространение информационных технологий, систем мобильной связи, использование персональных компьютеров для решения как производственных, так и задач быта вызывают необходимость в адаптации человека к условиям существования в среде, насыщенной электромагнитными издучениями. В литературе отмечаются противоречивые данные о влиянии излучений мобильных телефонов на отдельные системы и организм человека в целом [1,2]. Актуальной становится проблема исследования работы центральной нервной системы, которое, как правило, проводится при изучении электроэнцефалограммы, биоэлектрического сигнала, отображающего процессы функционирования мозга.

Для защиты или снижения эффекта воздействия излучений  на человека применяются защитные экраны на основе радиопоглощающих материалов [3, 4]. Представляется актуальным установление информативных критериев диагностики и определения динамики протекания процессов при действии излучений мобильных телефонов и размещении защитных экранов между телефоном и ухом пользователя.  

В качестве методологии исследований в данной работе был применен нелинейный метод, в основу которого положено представление о биоэлектрических сигналах, отображающих деятельность мозга, как о детерминированном хаосе. Это метод задержанной координаты, который позволяет по временному ряду зарегистрированных потенциалов определить динамическую систему, характеризуемую нелинейными параметрами. В качестве таких параметров могут быть применены фрактальная или корреляционная размерность, энтропия Колмогорова, показатели Ляпунова. Указанная методология успешно использована нами при обработке и анализе электроэнцефалографических сигналов у пациентов с нарушением мозгового кровообращения [5 ],  при спастической кривошее [6], с пароксизмальными состояниями [7], а также электрокортикограмм у животных в условиях электромагнитного излучения [8].

Целью работы является: изучение и анализ методами нелинейной динамики на основе динамического хаоса электроэнцефалограмм здоровых пользователей для получения информативных показателей, характеризующих изменения состояния центральной нервной системы при действии излучений мобильного телефона и защитных экранов.

Методика проведения исследований

Зарегистрированные по схеме “10-20” электроэнцефалографом “Нейрокартограф” фирмы МБН электроэнцефалограммы обрабатывали и анализировали с помощью разработанного нами информационно-измерительного комплекса, описанного в работе [8]. В процессе проведения исследований были обработаны электроэнцефалограммы 20 здоровых лиц в восьми отведений:  Fp1 – A1, Fp2 – A2, C3 – A1, C4 – A2, O1 – A1, O2 – A2, T3 – A1, T4 – A2. Электроэнцефалограммы обрабатывались в состояниях, определяемых пятью режимами: фон (режим 1); звонок без ответа (режим 2); звонок без ответа, экран (режим 4); звонок, ответ (режим 3); звонок, ответ, экран (режим 5). В процессе исследований были использованы два типа мобильных телефонов различных фирм-изготовителей и четыре типа экранов. В дальнейшем типы телефонов обозначены как тел. I и тел. II.

В работе использованы защитные экраны: экран 3 – алюминиевая фольга, экран 4 – целлюлозное полотно – алюминиевая фольга – целлюлозное полотно. Размеры экранов 80 х 160 мм2. Экраны типа 4 представляли собой многослойные конструкции на основе синтетического машинно-вязанного полотна из  нетканого целлюлозного материала, пропитанные водным раствором ( 50 %), в состав которого входили высокомолекулярные органические соединения. Коэффициент ослабления, для экранов типа 4 в диапазоне от 0,76 до 2,14 ГГц в среднем составлял (14–29).

В качестве метода нелинейной динамики на основе динамического хаоса выбран метод задержанной координаты, который позволяет учесть нелинейности, свойственные исследуемому сигналу. Алгоритм метода задержанной координаты, приведенный в работе [9], адаптирован нами для электроэнцефалографических сигналов и подробно описан в работах [6, 8].  Для динамических систем, определяемых из экспериментальных временных реализаций, энтропию Колмогорова целесообразно представлять в нормированном на энергию виде [10]. В качестве нормирующей величины использовали энергию в том частотном диапазоне ритмических составляющих мозга, который характеризуется максимальной частотой спектра [8].

Для визуального анализа проводили построение фазовых портретов электроэнцефалограмм. Фазовые портреты сложных колебательных процессов использовали для определения структуры исследуемой динамической системы.

В процессе обработки электроэнцефалограмм с помощью разработанного программного обеспечения при использовании метода  задержанной координаты и спектрального корреляционного метода рассчитывали корреляционную размерность d, энтропию Колмогорова спектр мощности, значение спектральной плотности мощности и ее распределение в частотном диапазоне ритмической составляющей мозга – альфа-диапазоне.

Достоверность определения параметров определяли методом дискриминационной статистики [11]. Достоверными при обработке цифровых данных считали результаты при вероятности ошибки <0,05..

Результаты и их обсуждение

 В процессе исследования представляли интерес результаты, полученные в отношении электроэнцефалограмм отведения О1– А1 пользователей телефонами системы GSM двух различных производителей (в дальнейшем обозначаемых как тел. I и тел. II).

При анализе фазовых портретов (рис.1), построенных на основании полученных в клинических условиях электроэнцефалограмм в состояниях центральной нервной системы определяемых, как: режим 1 (фон) (рис. 1 а), режим 3 (звонок, ответ) (рис.1 б), отмечается изменение области локализации портрета.

Рис. 1а. Фон

Рис. 1б. Звонок, ответ, тел. I

Для электроэнцефалограмм в состоянии, характеризуемом фоном,  (режим 1), наблюдаем размытую структуру эллипса; для электроэнцефалограмм в состоянии режим 3 – фазовый портрет изменяет форму, приобретая размытые очертания с большими по отношению к фону фокусным расстоянием и сжатием эллипса. Фазовые портреты электроэнцефалограмм отведения О1-А1 в режиме 3 (звонок, ответ) при использовании телефонов обоих типов различаются (рис. 1 б), в) и отличны от фоновых значений (рис.1, а).

При использовании тел. I характерным для фазового портрета электроэнцефалограммы, имеющего форму эллипса, является смещение области локализации вверх влево от центра, а для тел. II, соответственно, смещение вниз вправо от центра по отношению к фону (рис.1, б), в). При этом область заполнения портрета электроэнцефалограммы при использовании тел. II меньше, чем для тел. I, и в обоих случаях меньше по отношению к фону.

Рис. 1в. Звонок, ответ, тел. II

Размещение экрана 3  между телефоном и ухом пользователя приводит к ограничению области локализации фазового портрета электроэнцефалограмм при использовании обоих типов телефонов (рис. 1,  г), д).

Рис. 1г. Звонок, ответ, экран 3, тел. I

Рис. 1д. Звонок, ответ, экран 3, тел. II

При помещении экрана 4 область локализации фазового портрета  электроэнцефалограмм отведения О1–А1 ограничивается и по отношению к фоновой занимает меньшую площадь при использовании тел. I (рис. 1, е), ж). Электроэнцефалограмма отведения О1–А1 при использовании экрана 4 и тел. II дает фазовый портрет также в форме эллипса, однако с большим сжатием и занимает большую площадь по сравнению с фоном.

Рис. 1е. Звонок, ответ, экран 4, тел. I

Рис. 1ж. Звонок, ответ, экран 4, тел. II

Переходя от качественного анализа к количественному, следует отметить, что для тел.I и для тел.II в режиме 3 ( звонок, ответ) происходит возрастание по отношению к фону параметра корреляционной размерности  на 6,1 % и 5,4 % ; увеличение энтропии Колмогорова на 14,1  и 43,9 %; снижение спектральной плотности мощности альфа - ритма на 66,9 и 44,3 %, соответственно. Динамика параметров приведена на рис. 2.

При размещении экрана 3 между телефоном и ухом пользователя (режим 5, экран 3) значения корреляционной размерности не изменяются по отношению к фону при использовании тел.I, а для тел. II по отношению к фону происходит увеличение на 4,1 % (к сведению: без экрана 3 увеличение корреляционной размерности составляет 5,4 %); значения же энтропии Колмогорова  возрастают при использовании обоих телефонов (на 65,8  и 75,2 %); спектральная плотность мощности альфа - ритма снижается на 72,9  и 68,1 % соответственно. Динамика параметров приведена на рис. 2.

При размещении экрана 4 между телефоном и ухом пользователя (режим 5, экран 4) по отношению к фону происходят изменения параметров электроэнцефалограмм: корреляционная размерность  увеличивается  на 5,5  и 5, 7 %; энтропия Колмогорова – на 32,3  и 32,7 %; спектральная плотность мощности снижается на 67,4  и 78,7 % соответственно для тел. I и тел. II. Динамика параметров приведена на рис. 2.

Рис. 2а

Рис. 2б

Рис. 2в

Из приведенных данных видно, что если при использовании экрана 3 значения изменений корреляционной размерности и энтропии Колмогорова значительно отличаются для тел.I и. II, то применение экрана 4 дает практически одинаковые значения, соответствующие изменению корреляционной размерности для электроэнцефалограмм, полученных без экрана в случае применения тел. II. Изменения же энтропии Колмогорова одинаковы как для тел. I , так и для тел. II. Что касается спектральной плотности мощности, то ее значения существенно отличаются от показателей, полученных для электроэнцефалограмм при использовании экрана 3.

Проведенный сравнительный анализ  нелинейных параметров электроэнцефалограмм при размещении экранов 3 и 4 позволяют отдать предпочтение экрану 4 при работе обоих типов мобильных телефонов в режиме “ звонок, ответ”.

Заключение

В результате проведенных экспериментальных исследований электроэнцефалограмм здоровых лиц установлено:

  1. При действии излучений мобильных телефонов системы GSM и размещении защитных экранов на основе радиопоглощающих материалов между телефоном и ухом пользователя выявлены особенности в структуре и определены количественные показатели электроэнцефалограмм пользователей при их обработке и анализе в разработанной нами информационно-измерительной системе.
  2. Использование экранирующих средств, позволяющих реализовать защиту от электромагнитных излучений, изменяет параметры электроэнцефалограмм, что можно оценить как по нелинейным параметрам,  включая корреляционную размерность  и энтропию Колмогорова, определяемых на основе детерминированного хаоса, так и по значениям спектральной плотности мощности альфа - ритма при помощи традиционного спектрального корреляционного анализа. Сравнительный анализ количественных параметров электроэнцефалограмм позволил установить предпочтительный вариант при сравнении экранов 3 и 4, изготовленных по различной технологии и обладающих различными характеристиками.
  3. Применение нелинейных методов, рассматривающих биоэлектрические сигналы, отображающие деятельность мозга как детерминированный хаос,  позволяет ввести информативные показатели: корреляционную размерность и энтропию Колмогорова, которые дают возможность определить влияние защитных от электромагнитных излучений экранов.

Литература

  1. Leif S.G., Brun A.E., Eberhardt J.L. et. al. // Environment. Health Perspectives. 2003. Vol. 111, N 7. P.881–883.
  2. Luria R., Eliyahu I., Hareuveny R. et. al. // Bioelectromagnetics. 2009. Vol. 3. N 30. P. 198–204.
  3. Борботько Т.В., Колбун Н.В., Лыньков Л.М. Антропогенные источники электромагнитного излучения. Безопасность жизнедеятельности человека. Минск, 2008.
  4. Никитина В.Н., Ляшко Г.Г., Поцелуева Л.Н. // Ежегодник Российского Национального Комитета по защите от неионизирующих излучений за 2004–2005: Сб. М., 2006. С. 109–114.
  5.  Sidorenko A.V., Ovsyankina G.I., Solonovich N.A. // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2006.  Vol. 9. P. 97–104.
  6. Лихачев С.А., Сидоренко А.В., Овсянкина Г.И. и др, // Весцi НАН Беларусi. Сер. мед. навук. 2009. № 3. С. 31–38.
  7. Сидоренко А.В., Садовников В.В., Овсянкина Г.И. // Нейронаука для медицины и психологии: Матер. Второго Международного Междисциплинарного   Конгресса, Судак, 2009 г. С. 203–205 (рус. и англ.).
  8. Сидоренко А.В. Методы информационного анализа биоэлектрических сигналов. Минск, 2003.
  9.   Grassberger  P., Procaccia I. // Phys. Rev. Lett. 1983.  Vol. 50, N 5.  P. 346 –349.
  10.  Анищенко В.С., Астахов В.В., Вадивасова Т. Е. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. М., Ижевск, 2003.
  11.  Prichard D. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73. N 7. P.951-959.
4.666665
Ваша оценка: Нет Средняя: 4.7 (3 голоса)

Настройки просмотра комментариев

Выберите нужный метод показа комментариев и нажмите "Сохранить установки".
Svetlana
Пользователь не в сети. Последний раз появлялся 11 лет 43 недели назад. Не в сети
Регистрация: 31.05.2012
Сообщения:
Спасибо. Очень актуальная и
5

Спасибо. Очень актуальная и познавательная статья.



Яндекс.Метрика