Что такое бионика - Асташенков Петр Тимофеевич - Страница 5

Во всех органах и тканях образуются биотоки. Возникают они и при работе сердца, расходясь затем по всему организму. Расслабленное сердце имеет положительный потенциал, сокращенное — отрицательный.

Особенно важное значение придается изучению токов, образующихся при работе мозга. Разность их потенциалов измеряется миллионными долями вольта. Токи мозга можно обнаружить, наложив на голову специальные электроды и соединив их с электронным усилителем (с коэффициентом усиления в десятки тысяч). В результате на экране осциллографа можно видеть характер токов и их изменения. Учеными установлено, что токи мозга обладают определенной ритмичностью. Уже известно несколько таких ритмов — альфа, бета, гамма и другие. Частота изменений у альфа-ритма (8—12 колебаний в секунду), она выше у бета-ритма (20–30 колебаний в секунду) и еще выше у гамма-ритма. Частоты, а значит и ритмы, зависят от состояния, в котором находится человек. Определенное нарушение работы мозга вызывает определенные же изменения биотоков. Такая зависимость характера токов от состояния организма позволяет ученым изучать процессы, происходящие в мозгу человека. И не только изучать, но иногда и судить о том, здоров ли человек, если болен, то чем, и т. д.

А в 1962 г. биотоки мозга были использованы для наблюдения с Земли за состоянием организма космонавтов Андрияна Николаева и Павла Поповича. Для этого ученым пришлось использовать систему биотелеметрии, то есть передачи по радио данных о биотоках. Была создана специальная аппаратура, разработан наиболее эффективный способ отведения биотоков, система наложения электродов.

И вот 11 августа 1962 г. при подготовке А. Николаева к полету ему надели шлемофон с маленькими серебряными электродами в области лба и затылка. На поверхности электродов — тонкий слой специальной пасты. Она уплотняет контакт электродов с кожей.

Провода от электродов подводятся к миниатюрному усилителю, размещенному вместе с источниками питания в маленькой коробочке, а она — в кармане скафандра.

Только начался исторический полет, а на Земле у специалистов космической медицины уже была под руками запись биотоков человека, находящегося в межпланетном пространстве. Такие же записи велись и с борта космического корабля «Восток-4», пилотируемого П. Поповичем. Расшифровка этих записей дала богатый научный материал. Получение первых в истории науки записей биотоков из космоса — выдающееся достижение советской космической медицины и нашей радиоэлектроники.

Исследование биотоков головного мозга космонавтов позволяет получить представление о физиологическом состоянии центральной нервной системы в целом и дает возможность судить о ее реакциях на различные воздействия, связанные с многодневными космическими полетами. Введение в программу наблюдений за космонавтами записи биотоков их мозга преследовало цель исследовать нервнопсихическое состояние организма человека при длительном пребывании в состоянии невесомости. Метод исследования биотоков головного мозга в определенной степени позволяет также контролировать состояние сна и бодрствования, утомления и возбуждения.

У космонавтов исследовались на расстоянии не только биотоки мозга, но и электрическая активность сердечной мышцы, кожно-гальванические реакции. Контроль за электрической активностью сердечной мышцы дает представление о состоянии сердечно-сосудистой системы. Он использовался и в предыдущих полетах, что позволило проводить сравнение полученных данных.

Исследование кожно-гальванических реакций также служит задаче изучения состояния центральной нервной системы. Под кожно-гальваническими реакциями понимают сложный комплекс биоэлектрической активности кожи, обусловленный биотоками потовых желез и ее электрическим (омическим) сопротивлением. В результате возбуждения высших вегетативных центров происходит изменение электрического сопротивления кожи. Значит, по нему можно судить о болевых раздражениях, эмоциональных напряжениях и т. п.

В наблюдениях за космонавтами с Земли применялась и регистрация движений глаз, основанная на улавливании разности потенциалов между положительно заряженным глазным яблоком и отрицательно заряженными его внутренними отделами (сетчаткой и оболочкой). Одновременно в некоторых случаях удавалось отмечать и биотоки глазных мышц.

Все эти изменения предназначались для получения объективной информации о нарушениях вестибулярного аппарата космонавтов (аппарата, «ведающего» равновесием тела человека). Дело в том, что при подобных нарушениях наблюдаются непроизвольные ритмичные движения глазного яблока, характеризующиеся определенным размахом и частотой. Кроме наблюдения за нарушениями вестибулярного аппарата метод регистрации движений глаз дает некоторое представление о двигательной активности космонавта.

Поскольку токи, образующиеся в мозгу, — переменные, то они вызывают в окружающей их среде электромагнитное поле, конечно гораздо более слабое, чем те поля, которые создают антенны радиостанций. Однако и электромагнитное поле мозга можно улавливать. Недавно, например, удалось принять «мозговые» волны на расстоянии в несколько метров. При этом характер волн, как и предполагалось, зависит от того, чем занимается в данный момент человек. И это, по-видимому, также принесет большую пользу науке, особенно медицине.

Уже сейчас в зарубежной печати развернулась широкая дискуссия вокруг телепатии — передачи мыслей на расстоянии. Французский журнал, например, описал будто бы имевший место эксперимент умственной связи между людьми, один из которых находился на берегу, другой — на удалении 2000 км от берега на борту атомной подводной лодки «Наутилус». В назначенные сеансы человек на берегу должен был отгадывать те карты, о которых думал человек, находящийся в плавании. Совпадение будто бы достигло 70 процентов.

Насколько достоверно данное сообщение, трудно судить. Но то, что об использовании физического поля мозга ученые уже думают всерьез, бесспорно.

Но вернемся к биотокам. Мы ведь начали говорить о них в связи с возможностью их применения для совершенствования средств управления на расстоянии, и в частности рычажных манипуляторов. Оказывается, это вполне реальная вещь.

Давайте, читатель, мысленно совершим переход из павильона «Атомная энергия» Всесоюзной выставки достижений народного хозяйства в павильон Академии наук СССР. Здесь представлен биоточный манипулятор. В нем много общего с рычажным, но есть и принципиальное отличие — управление идет от биотоков. Для этого на руку оператора надевается браслет, электроды которого тесно соприкасаются с кожей на участке предплечья. Именно в этом месте расположены мышцы, вызывающие сгибание и разгибание пальцев руки человека. От браслета, тянется провод к искусственной кисти — манипулятору. Начнет оператор сгибать свою руку, и искусственная рука начнет точно такое же движение. Достигается это за счет того, что биотоки, возникающие в мышце, улавливаются браслетом, усиливаются и подводятся к искусственной руке.

На рис. 4 (вверху) показана блок-схема биоэлектрического управления. Она включает токосъем, усилитель, преобразователи, исполнительный орган (манипулятор). Преобразователь предназначен для того, чтобы определить, какое движение намерен выполнить оператор, и дать соответствующий импульс манипулятору. На рис. 4 (внизу) показана схема гидроэлектрического привода искусственной руки биоточного манипулятора.

Рис. 4. Биоэлектрический манипулятор и его гидроэлектрический привод.

Как же происходит процесс биоэлектрического управления? Чтобы лучше понять это, надо вспомнить, как осуществляется передача информации от нервных клеток к мозгу человека и приказов от пего мышцам. Главную роль в этом играют процессы нервного возбуждения. Нервные клетки (рецепторы), когда на них действует раздражение, «отвечают» сигналами. Причем здесь действует закон: все или ничего. То есть до тех пор, пока раздражение не достигнет некоторого порога, оно не вызывает возбуждения нервной клетки. Как только оно превысит это значение, по нервному волокну проходят импульсы. Эти импульсы направляются в мозг, сообщая информацию: «горячо», «тихо», «громко», «белое», «красное» и т. д.