Кинетические параметры физики мозга

Ритмика некоторых физических процессов в мозгу может быть обусловлена периодическими метаболическими реакциями. К таким процессам, очевидно, относится пульсация нейроглии — 12 секунд фаза напряжения и 240 с фаза расслабления, при этом меняется их объем, набухают и отбухают их отростки [45]. Колебания химической активности синапсов имеют постоянную времени порядка 100 мс, которая соответствует суммарной длительности возбуждающих и тормозных постсинаптических потенциалов ~30 и ~70 мс, соответственно. Учитывая доминирование циркадных ритмов в хронобиологии, можно полагать, что в основе механизма работы ритмоводителя мозга или сердца лежит связь электрической активности специальных нервных клеток с тем или иным периодическим явлением электромагнитной природы геофизического или космического масштаба [46]. Примерами таких явлений могут служить спонтанное реликтовое излучение, пульсации геомагнитного поля и его периодические возмущения Солнцем, Луной и другими планетами [47]. Высокая чувствительность пейсмекеров к слабым внешним сигналам достигается за счет кооперативных эффектов в упорядоченных пучках нейронов супрахиазматических ядер, пучка Гиса и ядер ретикулярной формации.

Рис 20. Амплитудно-частотные соотношения биоэлектрических сигналов [46]

Спектр частот ритмики мозга отвечает электрической активности различных структур в иерархии мозга (Рис 20). К устойчивым ритмам спектра ЭЭГ относят: дельта-ритм (0,5−4 Гц); тэта-ритм (5−7 Гц); альфа-ритм (8−13 Гц); мю-ритм — по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры больших полушарий; бета-ритм (15−35 Гц) и гамма-ритм (выше 35 Гц). Мю-ритм, возможно связан с электромагнитной активностью глаз и с ритмикой сканирования ЭМ-вихрем лобных долей мозга. Причиной других ритмов могут быть электромагнитные колебания, захватывающие кору и различные структуры подкорки. В принципе, для каждого типа колебаний в спектре ЭЭГ можно выделить в мозгу емкостно-индукционные LС-структуры и смоделировать их взаимосвязь эквивалентной схемой колебательного контура, имеющего по (6) свою частоту.

Например, альфа-ритм, отвечая фоновой электрической активности коры, поддерживает на должном уровне стабильность связей неокортекса и таламуса. При удалении таламуса или отсечении его связей с корой альфа-ритм исчезает. Право-левые доли таламуса и коры полушарий можно представить разноименными обкладками двух сферических конденсаторов, а нервные связи между ними (лучистости таламуса) будут моделировать омические связи и индуктивные катушки в эквивалентных схемах контуров, работающих на частоте альфа-ритма (альфа-контур) (Рис 21). Асимметричность индуктивных элементов альфаконтуров правого и левого полушария может лежать в основе их функциональной спецификации. Частоту колебаний в альфа-контуре, по-видимому, задают ядра-пейсмекеры ретикулярной формации, тесно связанной с таламусом. Характерное время перестроек, синхронизованных с альфа-ритмом, составляет ~100 мс.

Рис 21. Эквивалентные колебательные контуры, моделирующие альфа-ритмы мозга. L, L*, R — индуктивные и омические модели лучистости таламуса (знак *) означает зеркальную инверсию хиральных структур правого полушария); r — межталамическое сращение; С и U — емкость и разность потенциалов между таламусом и корой.

Токи в нервных структурах ретикулярной формации и продолговатого мозга могут генерировать вихревые магнитные поля в структурах варолиева моста и мозжечка (Рис 22). Внешний вид данного образования, в принципе, изоморфен в)-модели трансформированного колебательного контура (Рис 1). Следовательно, пейсмекеры ретикулярной формации могут резонансно настраиваться на колебания стоячей ЭМ-волны геомагнитного поля (см. П. 2.4.2) и на регулярные возмущения геомагнитного поля Солнечной активностью или планетами.

Рис 22. Мозжечок и продолговатый мозг Рис 23. Структуры базальных ганглий

Время усвоения одного бита зрительной информации составляет 15 — 50 мс [28]. Время элементарного мыслительного акта лежит в пределах 150 — 300 мс [48]. Из оценки скорости усвоения смысла читаемого текста, состоящего из известных слов, следует, что на осознание смысла одного слова в среднем требуется около 200 мс. Эту постоянную времени можно связать с тэта-ритмом, который манифестирует кортико-лимбические взаимодействия, регулирующие эмоции и умственную деятельность [15]. Пара эквивалентных колебательных контуров, имеющих частоту тэта-ритма (тэта-контур), будет подобна альфа-контурам (Рис 21), только взамен таламуса и его лучистости будут фигурировать соответствующие структуры гиппокампа и базальных ганглий (скорлупа, хвостатое ядро) (Рис 23). Поскольку характерные времена передачи ПД в пределах структур мозга по порядку величины не превышают ~10 мс, то можно предположить, что скорость мыслительного акта лимитируется химическим механизмом кодирования информации, требующим активации синаптических связей.

Характерное время кинетики расходования энергоресурса мозга в процессе мышления и последующего его восстановления можно связать с кинетикой метаболизма глаз, энергетикой которых определяется интенсивность стимулирующего воздействия на лобно-височные доли мозга ЭМ-вихря (Рис 11). Метаболизм стекловидного глаза лимитирован скоростью его гидродинамики, характерное время которой равно ~900 с. И для восстановление данного ресурса глаз достаточно дневного сна длительностью ~15 мин. Филогенетически эта постоянная времени энергетики мозга может быть обусловлена биогенным действием продуктов распада термолизованного нейтрона [6], время жизни которого равно ~900 с.