Обсуждается связь альфа-ритма головного мозга человека с естественными резонансными электромагнитными колебаниями в полости Земля-ионосфера и о возможное влияние этой жизненно важной для Homo sapiens взаимосвязи на последствия выхода человека за пределы ионосферы – в дальний космос.

Ученым, занимающимся космическими исследованиями и космонавтикой, крайне важно знать, насколько тесно связаны живые организмы с земными условиями существования, безопасен ли для них длительный и дальний отрыв от Земли, где протекает их многовековая эволюция.

Как справедливо заметил Н.А. Агаджанян [1], живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды. В процессе эволюционного развития у них выработались приспособления, которые помогают им наилучшим образом согласовываться с условиями внешней среды.

Ю.А. Холодов, характеризуя соответствующие выводы А.П. Дуброва [3], образно написал в [12], что физические поля Земли могут играть роль своеобразного дирижера, благодаря деятельности которого согласованно играет оркестр, называемый жизнью. Удаление дирижера не скажется на существовании музыкантов. Более того, некоторое время они смогут работать и без дирижера. Но затем неизбежно рассогласование. А если же работа дирижера резко изменяет свой характер, то согласованность игры оркестра нарушится еще скорее.

Земля – колыбель жизни, колыбель человечества, колыбель разума! И все, что здесь говорилось о роли ритмов этой колыбели для живых организмов, в первую очередь относится к Homo sapiens – человеку разумному.

Остановимся на двух участниках этой ритмической "связки": Разум и Земля.

Более полувека назад немецкий психиатр Ганс Бергер, изучая электрическую активность головного мозга человека, впервые обнаружил слабые колебания с частотой около 10 в секунду и назвал их альфа-волнами. Их размах, или амплитуда, составляет всего около 30 миллионных долей вольта. Таки образом был открыт альфа-ритм, наиболее четкий образец всех упорядоченных проявлений – паттернов электрической активности мозга.

Через 25 лет изучение этих еле заметных волн выросло в новый раздел науки, называемый электроэнцефалографией (ЭЭГ). Основными типами ритмов мозга, регистрируемыми на электроэнцефалограммах человека, являются (см., например, [10], [5]):

• дельта-ритм (от 0.5 до 4 колебаний в секунду, амплитуда - 50-500 мкВ);
• тэта-ритм (от 5 до 7 колебаний в секунду, амплитуда – 10-30 мкВ);
• альфа-ритм (от 8 до 13 колебаний в секунду, амплитуда – до 100 мкВ);
• сигма-ритм – "веретена" (от 13 до 14 колебаний в секунду);
• бета-ритм (от 15 до 35 колебаний в секунду, амплитуда – 5-30 мкВ);
• гамма-ритм (от 35 до 100 колебаний в секунду, амплитуда – до 15 мкВ);

Добавим, что в 1968 г. американскому исследователю Д. Коэну удалось зафиксировать вокруг головы человека (бесконтактным методом – в отличие от ЭЭГ) слабые колебания магнитных полей, возникающих одновременно с колебаниями электрических биопотенциалов мозга. Он назвал полученную запись магнитоэнцефалогаммой (МЭГ). Колебания в магнитоэнцефалограмме по частоте совпадают с преобладающим ритмом электроэнцефалограммы – альфа-ритмом (см., например, [3], [14]).

Грей Уолтер [9],[10] и американский психолог Уоррен Мак-Каллок высказали достаточно обоснованную гипотезу о том, что альфа-ритм характеризует процесс внутреннего "сканирования" мысленных образов при сосредоточении внимания на какой-нибудь умственной проблеме. Наблюдается, например, любопытное совпадение между частотой альфа-волн и периодом инерции зрительного восприятия (примерно 0.1 секунды).

Когда мы закрываем глаза, наши альфа-ритмы усиливаются и приобретают характер длинных рядов синусоидальных колебаний. У большинства людей альфа-волны исчезают, когда они открывают глаза и перед ними возникает та или иная реальная картина. Это позволяет думать, утверждает Грей Уолтер [10], что альфа-ритм – это процесс сканирующих поисков паттерна, затухающий, когда паттерн найден.

Когда мы начинаем испытывать сонливость, на электроэнцефалограмме прежде всего наблюдается уменьшение интенсивности альфа-волн, свойственных состоянию бодрствования, и их постепенное замещение тэта-ритмами. У спокойно спящего человека доминируют медленные дельта-волны, хотя во время сна могут возникать несколько периодов появления быстрых колебаний – веретенообразных групп волн сигма-ритма с частотой около 14 циклов в секунду – спящий видит сны.

Колебания альфа-ритма и другие электромагнитные проявления мозговой деятельности отображают весьма сложные психо-физиологические процессы в живом мозгу.

Имеющиеся статистические и экспериментальные данные определенно свидетельствуют в пользу того, что характер альфа-ритма является врожденным и, вероятно, наследственным.

Характер альфа-ритма сугубо индивидуален. У одного и того же лица паттерн альфа–ритма остается из года в год поразительно постоянным после того как примерно к четырнадцати годам мозг достигает зрелости. Исследования, проведенные Греем Уолтером [10], показали, что у большинства людей, имеющих четко выраженный альфа-ритм, преобладает способность к абстрактному мышлению. У незначительной группы испытуемых обнаруживается полное отсутствие альфа-ритмов даже при закрытых глазах. Эти люди свободно мыслят зрительными образами, однако испытывают трудности в решении проблем абстрактного характера.

Другая особенность – ограничение скорости, наложенное частотой альфа-ритмов (варьирующей у разных людей от 8 до 13 циклов в секунду) на быстроту наших сенсорных и психических реакций. Более быстрый ритм, как утверждает Грей Уолтер, гарантирует большую оперативность решений и действий.

Итак, альфа-ритм безусловно связан с формами мышления, с природой образов, возникающих в мыслящем мозгу. Механизм, действие которого мы обнаруживаем в расчете, предвидении и воображении, мозг человека должен был приобрести на очень ранних этапах человеческой истории. Позднее возникли процессы абстрактного мышления и контроля – то, что мы называем волей.

Действие этих механизмов сознательного контроля может быть зарегистрировано в виде электрических и магнитных вихрей, проносящихся через мозг человека как мимолетные узоры-паттерны, в первую очередь – как колебания альфа-ритмов. В мозгу других животных наиболее чувствительные приборы регистрируют лишь изолированные и нерегулярные элементы этих высших функций. Таким образом, механизмы мозга обнаруживают глубокое различие между человеком и даже человекообразной обезьяной.

Грей Уолтер еще в 1953 г. [10] предположил, что "чувствительность мозга к электрическим воздействиям могла бы обеспечить связь с некоторым началом, пронизывающим все вокруг нас"!..

И тут же он отвергал такую возможность, указывая, что "известные нам электрические механизмы мозга и их свойства не дают оснований для поддержки подобных представлений. Величина генерируемых мозгом электрических потенциалов исключительно мала… И, что еще важнее, доминирующие частоты электрической активности мозга много ниже не только радиочастот, но даже частот звуковых колебаний. При частоте колебаний 10 в секунду – средней частоте альфа-ритмов … электромагнитный сигнал имел бы длину волны тридцать миллионов метров". К сожалению, он тогда, повидимому, не знал о сверхнизкочастотных электромагнитных колебаниях, постоянно существующих в естественном резонаторе Земля-ионосфера, внутри которого находятся все живые существа в биосфере Земли. Здесь уместно заметить, что длина волны электромагнитных колебаний с частотой альфа-ритма весьма кстати оказывается близкой к длине окружности земного шара… Смысл и значение этой оценки станут ясными из следующего раздела.

Хотя первые предположения о существовании верхних ионизированных электропроводящих слоев атмосферы Земли были высказаны еще в конце прошлого века, прямые опыты, доказавшие существование ионосферы Земли, относятся к 1925 г. Отражение радиоволн различных диапазонов от ионосферы, окружающей Землю на высотах от 50-100 км, обеспечивает их распространение на большие расстояния, вплоть до кругосветных.

Исследуя электромагнитные поля в сферическом слое, ограниченном поверхностью Земли и нижней ионосферой, В.О. Шуман в 1952 г. сначала теоретически предсказал, а затем экспериментально подтвердил существование естественных резонансов в полости Земля-ионосфера. Предсказанные им резонансные частоты соответствуют так называемым "стоячим волнам" в тонком сферическом волноводе Земля-ионосфера, и длина волны для электромагнитных колебаний основного резонанса близка к длине окружности земного шара – вспомним оценку для альфа-ритма мозга человека, приведенную в предыдущем разделе. В дневные часы Шуманом и Кёнигом были зарегистрированы одиночные "цуги" колебаний амплитудой до 100 мкВ/м с частотой заполнения 9 Гц, обычно длившиеся 0.3-3 сек, реже до 30 сек.

Работы Шумана вызвали большой интерес. Открытые им резонансные явления часто стали называть его именем – "шумановские резонансы". Дальнейшие теоретические изыскания и многочисленные измерения, предпринятые различными учеными, позволили уточнить свойства резонатора Земля-ионосфера и оценить суточные, сезонные и глобальные особенности электромагнитных колебаний на резонансных частотах. Обзор некоторых результатов этих исследований см., например, в [11].

По единодушному мнению большинства специалистов, причиной возбуждения электромагнитных колебаний на резонансных частотах, определяемых формой и размерами Земли, служат разряды атмосферного электричества – молнии, вызываемые всей совокупностью гроз на земном шаре (примерно 100 разрядов в секунду).

В спектре шумановских резонансов наблюдаются четко выраженные максимумы, соответствующие резонансным частотам, определяемым по формулам

Усредненные спектры шумановских резонансов, экспериментально зарегистрированные в Arrival Heights, Антарктика (AH), в Sondrestromfjord, Гренландия (SS), и в Стэнфорде, Калифорния, США (SU) за период с января по март 1990 г., показаны на рисунке.

По измерениям, проведенным авторами [4] летом 1963 г. в Таджикистане, для первых двух резонансных частот были получены следующие результаты:

- частота = 8.5 Гц, ширина полосы резонанса (на уровне 0.5) = 2.5 Гц;

- частота = 14.5 Гц, ширина полосы резонанса (на уровне 0.5) = 4.5 Гц.

Резонансные колебания в волноводе Земля-ионосфера наиболее отчетливо выражены вблизи возбудителей этих колебаний – мировых очагов гроз (Африка, Южная Америка, Индонезия, Индия). Поэтому их интенсивность при измерениях на средних широтах выше, чем в приполярных регионах.

По мнению Ю.А. Холодова [12], возникает мысль о неслучайном сходстве ритмов разума – альфа-ритмов мозга человека и ритмов Земли – низкочастотных пульсаций электромагнитного поля в слое Земля-ионосфера. Не исключено, что при формировании мозговой деятельности в процессе эволюции ритмы внешней среды привели к созданию внутренних ритмов.

Получается, что естественные электромагнитные поля явились необходимым условием зарождения жизни, а затем и разума на Земле. И их роль не ограничивается ролью акушера, помогающего лишь при родах…

Из гипотезы о роли геофизических полей и их ритмов как синхронизатора жизни и колыбели разума следуют, по крайней мере, три важных проблемы:

1. Имеются ли экспериментальные подтверждения реальной взаимосвязи альфа-ритма мозга человека с электромагнитными резонансными колебаниями в волноводе Земля-ионосфера?
2. Какова роль этих геофизических полей (резонансных колебаний) в эволюции живых организмов и становлении разума на Земле?
3. Надо ли человеку брать с собой соответствующие физические поля (или их "заменители") при полетах в дальний космос?

В настоящее время автор располагает еще крайне скудной информацией по этим проблемам. Однако известны некоторые экспериментальные наблюдения, прямо или косвенно позволяющие хотя бы наметить пути их решения.

Исследования по биологическому действию электромагнитных полей искусственного или естественного происхождения обычно объединяются под названием "электромагнитная биология". Число публикаций по этой междисциплинарной тематике с началом космической эры непрерывно растет, перевалив сейчас за предел 1000 сообщений в год [15].

Но, например, в большинстве экспериментов по активному воздействию искусственных электромагнитных полей на организм человека применялись частоты, не совпадающие с индивидуальной частотой альфа-ритма у подопытных лиц (как правило, электроэнцефалограммы при этих опытах не регистрировались). Почти во всех случаях исследования проводились при очень больших значениях напряженности электромагнитного поля, от десятых долей до сотен В/м, существенно превышающих естественные уровни колебаний альфа-ритма и шумановских резонансов.

Попытаемся обобщить и обсудить немногие уже известные данные по сформулированным ранее трем основным проблемам.

Норберт Винер со своими коллегами в 1958 г. исследовал тонкую структуру частотного спектра биотоков мозга, регистрируемых при электроэнцефалографии у бодрствующих людей, находившихся в покое, с закрытыми глазами. Он обнаружил, что в центре спектра альфа-ритма, имеющего частоту около 10 Гц, имеется очень узкая линия, поднимающаяся из углубления. Математические выкладки, приведенные в [2], показывают, что такой эффект может иметь место в нелинейной системе при взаимодействии близких частот двух источников колебаний (явление "затягивания" частот). Автор данных заметок полагает, что такими источниками, взаимодействующими в мозгу человека, могут быть альфа-волны мозга и колебания основной резонансной частоты волновода Земля-ионосфера.

Заметим, что эксперименты по воздействию на мозг человека внешних искусственных источников низкочастотных колебаний, близких к альфа-ритму, проводились многими исследователями: ритмическое зрительное раздражение мощными источниками мелькающего света, установленными перед открытыми или закрытыми глазами (т.наз. "фликер"); непосредственное воздействие на мозг интенсивного переменного электрического поля и т.д. (см., например, [10], [2]). Такие мощные внешние источники действительно действуют на мозг человека, вызывая неприятные ощущения.

подтверждают тесную взаимосвязь альфа-ритмов и шумановских резонансов.

Далее, как сообщалось в [1], ночью, особенно между 2 и 4 часами, у бодрствующих людей отмечается замедленность в действиях, увеличивается число ошибок при решении арифметических задач. Но мы уже отмечали, что именно в ночные часы существенно уменьшается напряженность поля шумановских резонансов и что процессы абстрактного мышления, повидимому, связаны с альфа-ритмами мозга человека.

В 1994 г. в Сибирском физико-техническом институте (отдел геофизики и экологии) при Томском государственном университете (кафедра космической физики и экологии) реализован и действует комплекс сопряженного экологического мониторинга параметров естественного электромагнитного фона и показателей функционального состояния организма.

На этом комплексе С.В. Побаченко с коллегами провели исследования в режимах синхронного мониторинга вариаций фоновых электромагнитных полей окружающей среды и активности показателей электроэнцефалограммы мозга человека [18]. Эти исследования достоверно показывают, что крайне низкочастотные электромагнитные поля, в первую очередь шумановского диапазона (главным образом – первая резонансная мода), выполняют принципиально значимую функцию внешнего ритмозадающего генератора, определяющего собственно весь ритмостаз, а соответственно и само существование живого организма – человека.

Если экстраполировать на электроэнцефалограмму диапазон воспринимаемых организмом человека частот внешних сигналов, то, по результатам проведенных исследований корректно говорить не только об альфа-ритме ЭЭГ, а о диапазоне "экзогенной детерминации", то есть окне 6 – 16 Гц., частично охватывающем тэта и бета-ритмы.

Заметим, что при этом получена также значимая корреляционная связь флуктуаций ЭЭГ-активности с фоновым инфразвуком, то есть с физическим агентом не электромагнитной природы.

Принципиальный момент – почему крайне низкочастотные электромагнитные поля являются важным "задатчиком" экзогенной ритмокоррекции – С.В. Побаченко справедливо объясняет тем, что для их восприятия отсутствует специализированный "интерфейс", то есть это своеобразная "защита организма от дурака"…

Наши знания о происхождении человека, о его расселении по планете, весьма фрагментарны. Однако можно уверенно предполагать, что единство человечества объясняется единством его происхождения. Единообразие Homo sapiens - "человека разумного", как вида, объясняется, видимо, тем, что причины его происхождения были едиными. Думается, что этими причинами были крупные мутации.

Интересно в связи с этим высказывание И.И.Мечникова [6]: "Из суммы всех известных данных мы имеем право вывести, что человек представляет остановку развития человекообразной обезьяны более ранней эпохи. …Человек может быть рассматриваем как "необыкновенное дитя" человекообразных обезьян, дитя, родившееся с гораздо более развитым мозгом и умом, чем у его родителей…".

Добавим ссылку на некоторые соображения, высказанные в 1969 г. писателем, социологом, психологом и антропологом Артуром Кестлером [20]. Опираясь на так называемую теорию эмоций, предложенную Папецем и Мак-Лином, Кестлер пишет:

"…Теория эволюций построена на структурных и функциональных различиях между филогенетически (эволюционно) старыми и филогенетически недавними участками человеческого мозга. …В отличие от вегетативной нервной системы (т. наз. "старого мозга"), неокортекс – чисто человеческий мыслительный аппарат [мозга], куда входят участки, ведающие языком (речью), а также абстрактным и символическим мышлением.

Неокортекс человекообразных развился в последние полмиллиона лет, начиная с середины четвертичного периода, он развился со скоростью взрыва, насколько нам известно, беспримерного в истории эволюции. …Это – достижение высших млекопитающих, именно он сделал человека человеком.

Нет никакой нескромности в заявлении, что собаки, крысы, птицы и обезьяны не обладают неокортексом. …"

С открытием останков наших древнейших предков – человекообезьян-австралопитеков в Южной Африке, а затем Homo habilis – "человека умелого" и его орудий труда в ущелье Олдувей и в районе оз. Рудольфа (экваториальная Восточная Африка), можно утверждать, что человек существует на Земле около 2-2.8 миллионов лет.

Эта проблема является, по существу, основной. Именно она "подвигла" автора на поиски информации по тематике данных заметок. Для ее решения следовало бы сначала ответить на вопрос: опасно ли для человека длительное пребывание вне "убаюкивающего" воздействия на мозг естественных резонансных электромагнитных колебаний в полости Земля-ионосфера, синхронизирующих альфа-ритмы мозга?

Экспериментальных данных, известных автору, здесь весьма мало. Психо-физиологичес-кое состояние космонавтов на околоземных орбитах, то есть на удалениях в сотни кило- метров от поверхности Земли, повидимому не является показательным, ввиду "просачивания" низко-частотных электромагнитных колебаний сквозь ночную ионосферу.

В последнее время появилась аналогичная информация о серьезной опасности для космонавтов, связанной с т. наз. "феноменом запаздывания взгляда". В [21] сообщается, что скорость зрительных реакций у космонавта замедляется по сравнению по сравнению с операторской деятельностью в обычных условиях в 3-5 раз. И этот фактор уже учитывается НАСА при формировании экипажей для международной космической станции.

По этой проблеме имеются и некоторые публикации научно-популярного характера. Так, В. Псаломщиков [19] сообщает о галлюцинациях и других аномальных психических явлениях (и даже парапсихологических феноменах), возникавших у некоторых наших космонавтов и, возможно, у американских астронавтов, находившихся в длительном (свыше трех недель) орбитальном полете. Он связывает это с тем, что космическая станция находится вне поля шумановских резонансов, являющихся биологически активными и определяющими синхронизацию собственных биоритмов организма человека. По мнению В. Псаломщикова это могло неблагоприятным образом сказываться на выполнении полетных заданий и даже приводить к аварийным ситуациям, хотя такой синдром "сенсорного голода" возникает далеко не у всех космонавтов. Там же утверждается, что аналогичные аномальные психофизические явления наблюдались во время длительных, без выхода на поверхность, рейсов атомных подводных лодок (там экраном для электромагнитных полей является проводящий слой морской воды), в биологических экспериментах спелеологов, а также при искусственном экранировании от внешнего электромагнитного фона в специально оборудованных сурдокамерах.

А теперь вспомним приведенное в начале этой статьи образное сравнение физических полей Земли с дирижером, управляющим оркестром-жизнью… Так что же все таки произойдет при длительном отсутствии резонансной "подпитки" мозга, например, при предстоящей экспедиции на Марс а, тем более, при будущих межзвездных перелетах?.. Не приведет ли это к постепенному ослаблению альфа-ритмов и, как следствие, не только к нарушению нормальных зрительных реакций, но и к подавлению процессов абстрактного мышления у космонавтов?..

По–видимому, необходим тщательный отбор участников полета в “большой” космос по характеристикам их биоритмов – в первую очередь по степени воздействия внешних фоновых полей, существующих на родной Земле. К тому же, очевидно, потребуется некоторая имитация этих полей на борту космического корабля – например, замена фоновых КНЧ ЭМП субсенсорным инфразвуком на частоте основного шумановского резонанса… Надеюсь, что при надлежащих дополнительных исследованиях и тщательной предварительной подготовке космонавтов в дальнем полете не постигнет печальная судьба галлюцинирующих участников "Футурологического конгресса" Станислава Лема...

Выражаю искреннюю благодарность С.В. Побаченко за доброжелательный и весьма полезный диалог по тематике этой статьи.

Возможно, любознательный автор стучится в уже открытую дверь, не располагая достаточным объемом современных научных данных о характеристиках мыслительной деятельности человека в условиях дальнего космического полета (или при его эффективной имитации). Поэтому буду чрезвычайно признателен за любые отклики, тем более – за какую-либо новую содержательную информацию по затронутым здесь проблемам.

Июнь 1998 г. - Сентябрь 2002 г.