Умственная работоспособность и функциональное состояние головного мозга у студенток младших курсов при разных уровнях солнечной активности

О том, как Солнце влияет на работоспособность и настроение, жители Петербурга знают не понаслышке. Но разве можно сослаться на солнечную активность, если не готов к зачету? Сослаться – нет, но разбираться в причинах собственной вялости или подозрительной активности все-таки нужно! О том, как пятна и вспышки на Солнце влияют на студенческий мозг, рассказывает эта статья из междисциплинарного научного и прикладного журнала «Биосфера». Если ваши исследования затрагивают все разнообразие процессов на планете Земля, вы тоже можете стать его автором.

1177 0 0

отправить по e-mail

Умственная работоспособность и функциональное состояние головного мозга у студенток младших курсов при разных уровнях солнечной активности

Текст: Надежда Кайгородова, Михаил Яценко

Общее мнение о зависимости умственной работоспособности от солнечной активности подтверждается многочисленными наблюдениями, но исследования по оценке этой зависимости с использованием объективных тестов в применении к обычным здоровым людям остаются немногочисленными. В настоящей работе способность к обработке текста в сопоставлении с данными электроэнцефалографии при разных уровнях солнечной активности, оцениваемой по числу солнечных пятен, проверены у здоровых молодых женщин.

В настоящее время в структуре человеческой деятельности возросла роль умственного труда. Поэтому актуальным является исследование факторов, влияющих на его эффективность. Известно, что умственная работоспособность может определяться рядом как эндогенных, так и экзогенных факторов, например, полом, возрастом, функциональным состоянием и индивидуальными особенностями организма, временем суток, сезоном, метеофакторами.

www.gradstudent.co.uk

Особое значение в эволюции жизни, развитии организмов и их функционировании принадлежит физическим факторам биосферы Земли, которые зависят от динамики космических процессов. Известно, что в каждый данный момент космогеофизическая обстановка определяется активностью Солнца, взаимным расположением планет,
фазами Луны, положением Земли в межпланетном магнитном поле, галактическим космическим излучением. Это, в свою очередь, определяет параметры магнитных и гравитационных полей, интенсивность электромагнитных и корпускулярных потоков, электрические свойства биосферы, погодные условия на Земле. Сдвиги параметров физических полей в биосфере Земли могут менять функционирование организмов, влияя на физико-химические свойства молекул организма, в частности, через явление ядерного магнитного резонанса, активность ферментов, скорость биохимических реакций, структуру и транспортные свойства клеточных мембран, активность электро- и хемоуправляемых ионных каналов, экспрессию генов и клеточных рецепторов, возбудимость нейронов и т. д. Эти изменения могут влиять на работоспособность организмов.

Совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере, называют солнечной активностью. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Человек как часть биосферы планеты испытывает на себе влияние Солнца в той же мере, что и остальной природный мир. В ряде исследований показано, что активность Солнца накладывает отпечаток даже на развитие морфофункциональных особенностей людей.

Текущая солнечная активность также может оказывать влияние на самочувствие человека и его работоспособность. Так, нахождение человека в камере, где напряженность магнитного поля составляла 10–5 от величины напряженности геомагнитного поля, приводило к изменениям психической деятельности, появлению необычных образов и нестандартных идей.

Большинство работ, посвященных адаптации организма человека к естественным полям, касаются двух крайних случаев: либо проявление периодики солнечной активности изучается в результатах медицинской статистики и статистики катастроф, либо рассматривается влияние внешних полей на очень здоровых людей, таких как космонавты и спортсмены.

Основная масса работоспособного населения, представленная функционально здоровыми людьми, научными исследованиями не охвачена. Поэтому степень и общность влияния вариаций солнечной активности на работоспособное большинство общества, в том числе на учащихся, а также зависимость такого влияния от солнечной активности до сих пор практически не рассматривались.

Вместе с тем выявлено, что вспышки на Солнце и следующие за ними изменения в спектре естественных сверхнизкочастотных электромагнитных полей и космических лучей, а также во флуктуациях атмосферного давления, вызывают устойчивую и воспроизводимую реакцию человека как на уровне функционирования отдельных систем, так и организма в целом.

Актуальность и недостаточная теоретическая и экспериментальная проработка проблемы зависимости умственной работоспособности от солнечной активности послужили предпосылкой для проведения настоящего исследования.

Фото: NASA/SOHO Project/Science Source, www.sciencesource.com

В исследовании добровольно приняли участие 13 здоровых испытуемых – студентки в возрасте 19–20 лет. Замеры проводились на одних и тех же студентках в разные дни,
отличающиеся уровнем солнечной активности в первую половину дня. Уровень солнечной активности оценивался по числу солнечных пятен.

В начале проводили запись ЭЭГ, затем студенты выполняли корректурную пробу в течение двух минут.

В работе были использованы следующие методы.

1. Оценка умственной работоспособности с помощью буквенных таблиц Бурдона-Анфимова.

Рассчитывались следующие показатели:

– объем обработанной информации (V – число просмотренных букв);

– скорость обработки информации (S – число просмотренных букв за одну минуту);

– точность = число исправленных букв / число исправленных букв + число ошибок.

Продолжительность корректурной пробы составляла две минуты, при этом показатель объема определялся за все время проведения пробы, а показатель скорости – только за вторую минуту, чтобы исключить влияние эффекта врабатывания на результат.

2. Запись электроэнцефалограмм (ЭЭГ).

Была проведена сравнительная оценка функционального состояния нервной системы по показателям биоэлектрической активности головного мозга и умственной
работоспособности при уровнях солнечной активности, соответствующих наличию 57,
71 и 129 солнечных пятен.

Наиболее значимые различия функционального состояния мозга проявились в таких ЭЭГ-характеристиках, как амплитуда, частота и мощность дельта-ритма и индекс бета-ритма.

Как можно видеть из таблицы 1, при высоком уровне солнечной активности (129 солнечных пятен) ЭЭГ обследуемых характеризовалась низкой амплитудой и мощностью и высокой частотой дельта-ритма, а также высоким значением индекса бета-ритма.

Бета-ритм – ритм ЭЭГ, присущий состоянию активного бодрствования. Известно, что выраженность бета-ритма возрастает при предъявлении нового неожиданного стимула, в ситуации внимания, при умственном напряжении, эмоциональном возбуждении, он характерен для стадии быстрого сна или при решении сложных вербальных задач.

Дельта-ритм, вероятно, связан с медленными процессами в пределах коры головного мозга. Данные по дельта-ритму свидетельствуют о слабой выраженности процессов торможения и большей – процессов активации коры у испытуемых в условиях относительно более высокой солнечной активности.

Запись электроэнцефалограмм (ЭЭГ) проводили с помощью прибора «Энцефалан 131-03» в модификации 10 («Медиком», Россия), на 21 отведении, монополярно, по международной системе 10–20, в положении сидя, в состоянии спокойного бодрствования при открытых и закрытых глазах. Референтные электроды крепились к мочкам ушей.

Для дифференциации артефактов ЭЭГ одновременно проводили регистрацию вертикальной и горизонтальной электроокулограмм, электрокардиограммы и электромиограммы.

Регистрировали четыре основных диапазона составляющих ЭЭГ:

дельта – 0,3–4 Гц, тета – 4–8, альфа – 8–13, бета – 13–30 Гц, при этом показатели дельта-, тета- и бета-ритмов определялись в пробе с открытыми глазами, а показатели альфа-ритма – с закрытыми глазами. Длительность анализируемых участков ЭЭГ составляла 15–20 секунд.

Используя программное обеспечение прибора по всем каналам в диапазоне от 0,3 до 30 Гц, определяли следующие характеристики электроэнцефалограммы:

• абсолютные значения амплитуд по выбранным частотным диапазонам (мкВ);
• абсолютные значения мощностей – площадь под соответствующим участком спектрограммы по выбранным частотным диапазонам (мкВ2/Гц);
• значения доминирующих частот по выбранным частотным диапазонам – частоты, соответствующие максимуму на участке спектрограммы (Гц);
• индексы альфа-, бета-, дельта- и тета-ритмов отражают выраженность данных частотных компонентов в ЭЭГ.

Математическая обработка результатов проводилась с помощью пакета программ SSPS v. 13.

Сравнение показателей умственной работоспособности на фоне разного уровня солнечной активности выявило значимые различия объема и скорости переработки информации.

Как можно видеть, высокие значения исследованных характеристик умственной
работоспособности (таблица 2) совпадали с более высокой солнечной активностью
(129 солнечных пятен). Низкий уровень умственной работоспособности приходился на дни с низкой солнечной активностью (51 солнечное пятно).

При активности Солнца на уровне 129 солнечных пятен функциональное состояние мозга обследуемых характеризовалось более выраженными процессами активации, при низкой – процессами торможения. Это, вероятно, и обусловило различия в умственной работоспособности.

При низком значении солнечной активности (51 пятно) наблюдалось доминирование медленноволновой дельта-активности, что свидетельствует о выраженности процессов торможения.

Таким образом, при относительно высокой солнечной активности функциональное состояние обследуемых характеризовалось более выраженными процессами
активации головного мозга, при низкой – процессами торможения.

Электромагнитный фон – компонент внешней среды. За время существования человек как биологический вид неизбежно должен был подстроиться под естественные вариации магнитного и электрического полей Земли. Механизм такой подстройки пока не ясен, но некоторые авторы придерживаются мнения, что организм человека может отслеживать изменения геомагнитной обстановки для синхронизации ритмики внутренних и внешних процессов, в том числе геомагнитных вариаций.

Возможный геофизический механизм влияния солнечной активности на организм
человека был предложен Б.М. Владимирским. В этой концепции организм человека
рассматривается как автоколебательная система, на которую действуют факторы геофизической природы.

В контексте результатов, полученных в нашей работе, интересна модель механизма влияния солнечной активности на центральную нервную систему человека, предложенная Г.А. Михайловой. В этой модели организм человека рассматривается как элемент двух связанных колебательных систем «человек–среда обитания» с дискретными резонансными частотами. Состояние среды обитания оказывается зависимым от солнечной активности через изменение параметров нижней ионосферы, которые определяют изменение шумановских резонансов. Можно предположить, что вариации частот шумановских резонансов в результате взаимодействия двух систем способны приводить к вариациям частот биоэлектрической активности мозга, что в свою очередь отражается на состоянии нервной системы и, в конечном итоге, на умственной работоспособности. (Подробнее о резонансе Шумана читайте в «ММ» № 11 за 2017 г. – Ред.)

www.themindseteffect.com

Полученные данные свидетельствуют о том, что уровень солнечной активности влияет как на функциональное состояние мозга студентов, так и на результаты их умственной деятельности. Более высокие значения (p < 0,05) объема и скорости работы совпадали с высокой (129 солнечных пятен) солнечной активностью на фоне более выраженных процессов активации нервной системы. Более низкая работоспособность обнаружена при более низком уровне активности Солнца (51 пятно), который сопровождался превалированием процессов торможения.

Полную версию статьи вы можете прочитать в журнале «Биосфера», том 10, № 1 за 2018 г.

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Наука

Машины и Механизмы