NMBT Group. Новые медико-биологические технологии.


Поведенческие реакции животных в условиях воздействия импульсного
сложно
модулированного электромагнитного поля крайне низкой и инфранизкой частоты

Методики для определения особенностей действия импульсного
сложномодулированного электромагнитного поля на животных


Биотехническая система использовалась для изучения свободного поведения животных при действии на них ИСМ ЭМП. В задачу таких исследований входило определение эффективности направленных воздействий ИСМ ЭМП как носителя заданных параметров. Согласно поставленной задаче, была разработана методика исследования поведенческих реакций в ИСМ ЭМП, являющаяся дополнением к известным методикам, применявшимся для изучения влияния низкочастотных импульсных модулированных ЭМП на кошек и кроликов.

Для регистрации и наблюдения за поведенческой активностью мелких животных (золотистых хомячков и белых мышей) была использована трехсекционная камера с прозрачными внешними стенками общей площадью около 2700 см2 , на втором дне которой были установлены чувствительные пъезодатчики типа ЦТС-19 (рис.1, 2), соединенные с входами усилителей 4ЭЭГ-1 (3). Чувствительность датчиков, включенных попарно (как при получении стереоэффекта), позволяет регистрировать перемещение животного, а также любую другую двигательную активность, совершаемую на месте. Калибровка сигналов датчика и соответствующая ей разметка площади камеры позволяет по частотно - амплитудному анализу графической  записи  определить  местоположение  животного  по  отношению  к  источнику  излучения (рис.3, А,Б).

С целью объективизации полученных результатов после помещения животного в экспериментальную камеру перед началом эксперимента выдерживался адаптационный период 30 минут, в течение которого животное привыкало к светозвуковому фону исследований, имеющему монотонно равномерную структуру параметров. Следует отметить, что животные до начала экспериментов жили в специальных клетках непосредственно в условиях лаборатории - это также способствовало их адаптации.

В адаптационный период животные, находящиеся в экспериментальной камере, осуществляли двигательную активность, носящую случайный характер. Площадь экспериментальной камеры была поделена с таким расчетом, чтобы частотно - амплитудные характеристики пьезоэлектрической активности пьезодатчиков с достаточной точностью указывали на нахождение животного в соответствующем номере зоны (рис.1), причем отрицательные номера зон (условно) соответствовали пониженной напряженности ИСМ ЭМП (0,7±0,2 мТл), а положительные - повышенной (1,6±0,7мТл). Чувствительность датчиков позволяла фиксировать не только передвижение животного по камере, но также микродвижения, осуществляемые на месте, а именно разгрызание зерен, опилок, дерева, почесывание, умывание и т.д.

Кроме электрографической регистрации поведенческих реакций животных использовалось визуальное слежение за поведением с помощью сканирующей телевизионной камеры (5) типа КТП-40-214 (рис.2), соединенной со вспомогательными блоками БК-22, УР-2 (7) и пультом управления телекамерой (6). Данные приборы дополняли вышеописанную автоматизированную биотехническую систему.

Подсчет импульсов двигательной активности животных за заданный промежуток времени осуществлялся счетчиком ПС-100 (1). Слежение и контроль за частотно-временными параметрами, воздействующего на животных ИСМ ЭМП, велся через частотомер-хронометр Ч3-3З (2). Калибровка датчиков ИСМ ЭМП осуществлялась по разработанной схеме с применением метода графического интегрирования.

А

Б
Рис.1. Нормальная двигательная активность золотистого хомячка в условиях камеры без
включения каких-либо раздражителей (адаптационный период).
А - графическая регистрация двигательной активности животного;
Б - схема зон пола камеры, расположение пьезодатчиков (темные кружки) и
расположение индукторов излучателей И-И. 1 - отметка времени 1 сек,
2 - пьезоэлектрическая активность 1 - ого датчика, 3 - 3-его датчика,
4 - 2 - ого датчика, 5 - 4-ого датчика, 6 - отметка, включения ИСМ ЭМП

А

Б

Рис.2. Внешний вид установки для изучения поведенческих реакций животных при
действии ИСМ ЭМП (А) и блок-схема этой установки (Б).
1 - ЦПУ, 2 - счетчик импульсов двигательной активности, 3 - усилители энцефалографа 4ЭЭГ-1,
4 - генератор ИСМ ЭМП, 5 - телевизионная камера, 6 -пульт управления телекамерой,
7 - вспомогательные блоки, 8 - телевизор, П-Д - пьезодатчики,
Д - ИСМ ЭМП - датчики параметров ИСМ-ЭМП

А

Б

Рис.3. Разметка площади камеры и соответствующие зоны чувствительности датчиков (А),
графическая регистрация двигательной активности животных при включении ИСМ-ЭШ (Б)
В-зона высокой чувствительности, С-средней чувствительности, Н-низкой чувствительности,
пунктиром обозначены зоны первого датчика, сплошными линиями зоны второго датчика,
1-отметка времени I сек, 2-включение ШЛ-ШЛ, 3-показания первого датчика Д1,
4-показание второго датчика Д2

В качестве генераторов ИСМ ЭМП использовалась установка ИСМ ЭМП-02, изготовленная на Свердловском радиозаводе по принципиальной электрической схеме автономного инвертора тока, управляющего системой колебательных контуров, с двумя диапазонами регулирования частоты следования импульсов - от 0,5 до 5 Гц (1 диапазон) и от 5 до 100 Гц (2 диапазон). Генератор ИСМ ЭМП соединялся с парой индукторов-излучателей, расположенных на высоте 16 см от поверхности пола непосредственно над датчиками ИСМ ЭМП, находящимися на уровне второго дна камеры.

Исследования поведенческих реакций золотистых хомячков (50) и белых мышей (50) проводились в два этапа. Вначале индивидуально для каждой особи исследовалась реакция на изменение параметров ИСМ ЭМП. При получении четкой реакции на заданные параметры ИСМ ЭМП на втором этапе исследований проводились эксперименты на воспроизведение полученных эффектов.

Эксперименты проводились в условиях максимальной адаптации к внешним условиям. Вначале регистрировался фон-контроль до воздействия ИСМ ЭМП (15 мин), далее осуществлялось воздействие ИСМ ЭМП (15 мин), после чего регистрировалось последействие в течение 15 мин. Регистрация всех параметров проходила через каждые 30 с. в течение всего времени одного эксперимента. Алгоритм экспериментов первого и второго этапов исследований был одинаков.

Применялось ИСМ ЭМП, имеющее 7-8 гармоник с частотами от 10 до 25 кГц при коэффициенте модуляции ~ 0,9, значение индукции на уровне пола камеры не превышало 1,4 мТл при градиенте ~ 0,7 мТл/см.

Таким образом, применение биотехнической системы со статической обратной связью, обусловленной фиксацией активных переменных (информационных параметров) ИСМ ЭМП, позволило вначале выявить отклонения в поведенческих реакциях животных, зарегистрировать их и далее воспроизводить полученные реакции животных путем воздействия уже известных параметров ИСМ ЭМП, т.е. в конечном итоге осуществить попытку управления поведением с учетом индивидуальной и видовой характеристики животного.

Особенности поведенческих реакций животных в условиях направленного
воздействия импульсного сложномодулированного электромагнитного
поля крайне низкой и инфранизкой частот.

В адаптационный период перед началом воздействия полем, животное, находящееся в экспериментальной камере, осуществляло стохастическую двигательную активность, т.е. носящую случайный характер (рис. 4, А, Б).

На включение ИСМ ЭМП наблюдалась ориентировочная реакция животного, проявляемая в четко дифференцированных попытках обнюхивания индукторов-излучателей, а также в фиксации позы животного, при которой их застало включение поля (рис. 5, А, Б). Эти реакции появлялись на действие различных частот следования импульсов ИСМ ЭМП как ниже, так и выше 1Гц для золотистых хомячков, выше 2 Гц для белых мышей, при одном и том же градиенте поля ~0,7 мТл/см. В составе импульсов ИСМ ЭМП были 5 основных гармоник 1,7 кГц, 10 кГц, 16 кГц, 20 кГц, 25 кГц. Например, если включение ИСМ ЭМП проходило на фоне простого перемещения по камере, то животное реагировало на включение поля обнюхиванием индукторов - излучателей (рис. 5, А). В данном примере включение поля застало в зоне +1, а ориентировочная реакция, обозначенная на электрограмме - X, появилась в зоне + 4 (В =1,4 мТл, градиент поля ~0,7мТл/см, частота следования импульсов 0,53 Гц, использовано 5 гармоник с частотами от 1,7 до 25 кГц). Золотистый хомячок после включения ИСМ ЭМП прекратил попытку в зоне - 8 прогрызть пол. Латентный период данной реакции составил ~0,5 с. (рис. 5, Б).

Латентный период зарегистрированных ориентировочных реакций в среднем составил 5±3 с., т.е. намного больше, чем при действии звукового сигнала. Ориентировочные реакции животных на включение поля могли наблюдаться во всех зонах экспериментальной камеры независимо от частотных и энергетических параметров импульсного сложно модулированного ЭМП, а реакции на включение удалось наблюдать только в 20% случаев, в основном при частоте следования импульсов выше 1Гц и в зонах со знаком "+".

Анализ поведенческих реакций золотистых хомячков и ЧСС у белых мышей, находящихся в ИСМ ЭМП при частоте следования импульсов поля выше частоты синхронизированной биоэлектрической активности (для золотистых хомячков выше 1Гц, для белых мышей выше 2 Гц), выявил тенденцию к повышению двигательной активности (рис. 6, А) и повышение ЧСС. Графическая запись двигательной активности животных обычно имела вид чередующихся частотно-амплитудных максимумов и минимумов на протяжении всей экспозиции (рис.6, Б). В период воздействия ИСМ ЭМП с частотой следования импульсов 1Гц у золотистых хомячков можно было наблюдать характерную для животных двигательную активность, но не имеющую места до включения и после выключения поля (рис.6). Этот характерный комплекс двигательной активности животных удалось индивидуально воспроизвести в 70% случаев от числа повторенных для каждого животного. При этом во всех случаях началу комплекса двигательной активности предшествовала ориентировочная реакция.

Воздействие ИСМ ЭМП на белых мышей с частотой следования импульсов 22 Гц привело к снижению ЧСС. При еще более высоких частотах, например, 100 Гц такого явления не наблюдалось. Очевидно, действие поля с частотой 22 Гц имеет для белых мышей свою видовую специфику, требующую специального изучения.

Определенный интерес представляет формирование тормозных реакций у золотистых хомячков и белых мышей на частоту следования импульсов ИСМ ЭМП, равную частоте внутренней синхронизации (водителей ритма) биоэлектрической активности головного мозга.

Двигательная активность животных после включения ИСМ ЭМП имела тенденцию к уменьшению через 10±2 с. (рис. 7, Б). После начала действия ИСМ ЭМП через 5±3 минуты во всех случаях (100%) торможение двигательной активности в дальнейшем переходило в сон (рис. 7, А). В эксперименте (рис.8) использовалось поле с частотой следования импульсов 0,53 Гц, В= 1,4 мТл, градиенте ~0,7 мТл/см при пяти модулированных гармониках от I,7 до 25 кГц. ИСМ ЭМП с такими параметрами приводит к формированию сна у животного, этому процессу предшествует снижение двигательной активности и уже в пределах первых пяти минут воздействия животное засыпает и, как правило, продолжает спать и после выключения поля в течение 20-30 мин., иногда более одного часа.

При экспериментальном получении сна у животного с помощью ИСМ ЭМП проводились 3-5 контрольных исследований на воспроизведение полученного эффекта. Интервалы между экспериментами были самыми различными от 1 до 7 суток. Формирование тормозных реакций у животных с последующим переходом в сон были воспроизведены во всех контрольных экспериментах (рис. 8,А, Б).



Рис.4. Графическая запись двигательной активности золотистого хомячка перед
началом воздействия ИСМ ЭМП. Графическая запись с 4-х датчиков двигательной активности:
1 - отметка времени, 2 - импульсы от первого датчика, 3 - от 3 датчика, 4 - от 2 датчика,
5 - от 4, 6 - отметка включения ЭМП; запись с 2-я датчиками: 1-отметка времени,
2 - отметка поля, 3 и 4 - 2 и 4 датчики



Рис.5. Ориентировочные реакции животных на включение ИСМ ЭМП.
Объяснения в тексте (обозначения как на рис.4)

А


Б

Рис. 6. Поведенческие реакции золотистого хомячка при действии ИСМ ЭМП
частотой следования импульсов 1,3 Гц, индуктивности 1,4 мТл,
градиенте поля ~0,7 мТл/см. А - диаграмма двигательной активности животного;
Б - графический характер двигательной активности ;
1 - отметка времени 1 сек, 2 - отметка включения ИСМ ЭМП,
3 - импульсы 2-ого датчика, 4 - 4-ого датчика

А

Б

Рис.7. Формирование тормозных реакций у золотистого хомячка с последующим
переходом в сон при действии ИСМ ЭМП с частотой следования импульсов 0,5 Гц,
индуктивности 1,4 мТл, градиенте ~0,7 мТл/см.
А - диаграмма изменения двигательной активности
Б - графический характер движений (обозначения как на рис.4)





Рис.8. Эффекты воспроизведения тормозных реакций животных с последующим
переходом в сон при проведении эксперимента (обозначения как на рис.4 и 6)