Являются ли мозговые волны электромагнитными волнами?

Короткий ответ
Мозговые волны — это не электромагнитные волны.

Длинный ответ
Измеренная мозговая активность, как вы уже упоминали, является результатом возбуждения отдельных нейронов. Деятельность существует, по сути, из двух частей. Прежде всего, это потенциалы действия (ПД). ПД - это ток, протекающий внутри нейрона от одного конца к другому. Однако величина этих AP (и сумма многих) настолько мала, что ее едва ли можно измерить.

Фактическая активность мозга, которую мы можем измерить, является результатом второго пути проведения сигнала: постсинаптических потенциалов, возникающих в результате воздействия нейротрансмиттеров. (Пирамидные) Нейроны общаются друг с другом через нейротрансмиттеры, которые высвобождаются из нескольких синапсов и поступают к аксону следующего нейрона. Высвобождение нейротрансмиттеров вызывает гораздо большую разность потенциалов, которая проводится через различные ткани (например, кости и кожу). Таким образом, активность, которую мы измеряем с помощью ЭЭГ, является только результатом разности потенциалов пирамидных нейронов. Из-за того, как работают электрические поля, мы можем измерять только нейроны, ориентированные под прямым углом к ​​поверхности кожи головы (см. рисунок справа).

Хотя магнитное поле также можно измерить, но на самом деле это результат протекания тока. Если электричество проходит через петлю, создается магнитное поле. Более того, если есть магнитное поле, будет генерироваться электрический ток. Так работает МЭГ. Если есть электрический ток, и вы поместите эти петли вокруг головы, магнитное поле будет «захвачено». Затем, в свою очередь, это магнитное поле будет генерировать электричество в записывающем оборудовании МЭГ, тем самым регистрируя электрическую активность в мозге (см. левую часть рисунка, есть две петли, через которые проходит магнитное поле). Магнитные поля ортогональны электрическим полям (обратите внимание на правило правой руки), а нейроны, расположенные параллельно коже головы, легче измерить. ЭЭГ и МЭГ дополняют друг друга таким образом,

Это быстрое и грязное объяснение. Чтобы лучше понять, вы можете прочитать книгу «Удача: введение в технику потенциального события, связанную с событием» (2014), в которой это очень хорошо объясняется.

Краткий ответ
Мозговые волны обычно связаны с электроэнцефалограммой, которая представляет собой сигнал, в основном состоящий из разности потенциалов, генерируемых в поверхностных слоях мозга. Разность потенциалов представляет собой электрические поля, а не электромагнитное (ЭМ) излучение. ЭМ излучение состоит из пакетов энергии (фотонов). Типы электромагнитного излучения характеризуются и классифицируются по их конкретным длинам волн, но это не имеет ничего общего с мозговыми волнами.

Фон
В дополнение к превосходному ответу Робина Крамера я хотел бы подойти к этому вопросу с более терминологического подхода, а именно, что такое мозговые волны?

Мозговая волна — это немного разговорный термин. Обычно это связано с электроэнцефалограммой (ЭЭГ) . ЭЭГ измеряет разность электрических потенциалов , как правило, на коже головы (рис. 1). Эта электрическая активность, исходящая из мозга, отображается в виде мозговых волн. Есть четыре категории этих мозговых волн. Эти категории основаны на полосах частот. Термин полосы частот является более формальным термином и относится к способу, которым обычно анализируются ЭЭГ, а именно с помощью преобразования Фурье . Преобразование Фурье разделяет любой временной сигнал на ряд четко определенных синусоидальных волн, каждая из которых имеет характеристическую частоту, выраженную в циклах в секунду ( т . е . в Гц).

Когда мозг возбужден и активно занят умственной деятельностью, он генерирует бета-волны . Эти бета-волны имеют относительно низкую амплитуду и являются самыми быстрыми из четырех различных мозговых волн (частотный диапазон от 15 до 40 Гц). Альфа-волны (9–14 Гц) представляют собой отсутствие возбуждения, они медленнее и выше по амплитуде. Человек, который выполнил задание и присел отдохнуть, часто находится в альфа-состоянии. Следующее состояние, тета мозговые волны(5–8 Гц), как правило, имеют еще большую амплитуду и меньшую частоту. Этот частотный диапазон обычно составляет от 5 до 8 циклов в секунду. Человек, который отвлекся от задачи и начинает мечтать, часто находится в состоянии тета-волн мозга. Человек, который едет по автостраде и обнаруживает, что не может вспомнить последние пять миль, часто находится в тета-состоянии, вызванном процессом вождения по автостраде. Конечным состоянием мозговых волн является дельта (1,5–4 Гц). Здесь мозговые волны имеют наибольшую амплитуду и самую медленную частоту. Этот частотный диапазон характеризуется глубоким сном без сновидений. Когда мы ложимся спать, мозговые волны обычно переходят от бета к альфа, к тета и, наконец, когда мы засыпаем, к дельта (источник: Sci Am , 1997) .

^{Рис. 1. Записи ЭЭГ. источник: Sci Am , (1997)}

Активность ЭЭГ измеряется с помощью электродов, которые улавливают разность потенциалов или электрическое поле . Электрическое поле не является электромагнитным (ЭМ), потому что оно (обязательно) не сопровождается магнитной составляющей. Электрическое поле возникает везде, где происходит разделение заряда. Если ток не течет, все еще существует электрическое поле, а именно статическое электрическое поле. Только когда начинает течь ток, вводится магнитная составляющая (источник: ВОЗ ). В мозгу могут существовать статические электрические поля, но активность ЭЭГ обычно вызывается повторяющимися синхронизированными возбуждениями нейронов. Следовательно, внутри ткани протекает ток во время генерации потенциала действия и, следовательно, определенно присутствует магнитный компонент, который измеряется с помощью магнитоэнцефалограммы (МЭГ) ..

МЭГ измеряет магнитные поля и обычно анализируется не в виде мозговых волн, а в виде изображений мозга (рис. 2).

^{Рис. 2. Анализ МЭГ. источник: Лаборатория когнитивной нейрофизиологии Нью-Йоркского университета .}

Сигналы МЭГ также являются не ЭМ излучением, а магнитными сигналами.

Наконец, что же такое электромагнитное излучение ? ЭМ-излучение — это форма энергии, создаваемая колебательными электрическими и магнитными возмущениями или движением электрически заряженных частиц.путешествие через вакуум или материю. Электрические и магнитные поля приходят под прямым углом друг к другу, и комбинированная волна движется перпендикулярно как магнитному, так и электрическому колеблющимся полям, что приводит к возмущению. Электронное излучение высвобождается в виде фотонов, которые представляют собой пучки световой энергии, движущиеся со скоростью света в виде квантованных гармонических волн. Затем эта энергия группируется по категориям на основе ее длины волны в электромагнитном спектре. Эти электрические и магнитные волны распространяются перпендикулярно друг другу и имеют определенные характеристики, включая амплитуду, длину волны и частоту (рис. 3).

^{Рис. 3. ЭМ спектр. источник: Калифорнийский университет в Дэвисе}

Важно отметить, что ЭМ излучение может действовать либо как волна , либо как частица , а именно фотон . Как волна, она представлена ​​скоростью, длиной волны и частотой. Как частица ЭМ представлена ​​фотоном, переносящим энергию. Фотоны с более высокими энергиями производят более короткие волны, а фотоны с более низкими энергиями производят более длинные волны.

Если «мозговые волны» производят изменяющийся во времени электрический потенциал, как показано на ЭЭГ, то, насколько мне известно, электромагнитные волны присутствуют. Меня учили, что у вас не может быть электрического потенциала, изменяющегося во времени, без создания электромагнитной волны. Вы можете попробовать просмотреть вики-объяснение https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations , но основная идея заключается в том, что изменяющееся во времени электрическое поле не может существовать без присутствия изменяющегося во времени магнитного поля. Я признаю, что у меня практически нет базовых знаний о мозговых волнах, однако после прочтения двух предыдущих подробных ответов я задался вопросом, почему мозговая волна не попадает в категорию электромагнитных волн.

«Электрическое поле не является электромагнитным (ЭМ), потому что оно (обязательно) не сопровождается магнитной составляющей». Теоретически это верно для статических электрических полей, но я думаю, что статические электрические поля подобны «вакуумному состоянию» в том смысле, что они не существуют в реальной жизни, а даже если бы они существовали, их было бы очень трудно измерить, не возмущая система.

Волны не статичны, и поэтому ЭЭГ обязательно показывает изменяющееся во времени электрическое поле.

Строго с точки зрения физики существует всего 4 фундаментальных взаимодействия : гравитационное, электромагнитное, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие.

Слабые и сильные взаимодействия существуют только на субатомном уровне, поэтому они ничего не вносят в мозговые волны. Гравитационное взаимодействие, хотя теоретически и влияет, настолько незначительно, что им можно пренебречь. Следовательно, все, что делает мозг, является электромагнитным. На самом деле каждый химический процесс также можно назвать чисто электромагнитным.

Я должен подчеркнуть, что это чисто физическая точка зрения, потому что я знаю, что в других областях, таких как биология или неврология, непрактично группировать все формы электромагнитного взаимодействия в одной корзине. Электрическое поле, магнитное поле, излучение, Ван-де-Ваальсово взаимодействие — все это разные формы электромагнитного взаимодействия.

Что может сбивать с толку, так это то, что в биологии или нейробиологии термин « электромагнитный » может использоваться для обозначения формы такого взаимодействия: сосуществования электрического поля и магнитного поля. Вот почему мы можем сказать, что электрическое поле не является электромагнитным. Это, строго с точки зрения физики, неправильно. Однако это всего лишь разные толкования термина, поэтому биологи и нейробиологи могут смело использовать это утверждение.

Это важный вопрос по ряду причин, не последней из которых является повсеместное смешение «мозговых волн» с электромагнитными или радиоволнами в популярных СМИ и даже в некоторых статьях в Scientific American. На данный момент (июнь 2019 г.) три ответа Робина Крамера, AliceD и Бобби, получившие наибольшее количество голосов, хотя и кажутся противоречивыми, все же верны, но в них отсутствуют некоторые детали, которые могут устранить очевидное несоответствие.

Для начала, как утверждает Робин и предполагает AliceD, Мозговые волны НЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ (ЭМ) волны; мозговые волны — это термин, обозначающий закономерности разности потенциалов, измеренных между двумя электродами, подключенными к трехмерной внеклеточной жидкой матрице, окружающей мозг (как прекрасно показано Робином). Эта матрица включает в себя череп и скальп субъекта, и, поскольку череп имеет высокое сопротивление, ток, который в конечном итоге доходит до скальпа, довольно мал и создает очень небольшое напряжение, поскольку он протекает через скальп с некоторым сопротивлением между двумя электродами. . Во время открытой операции на черепе ЭЭГ, зарегистрированная с поверхности мозга, в 10-100 раз больше, поскольку ток не должен проходить через череп, чтобы достичь электродов, а затем обратно. Эти схемы напряжения, конечно, увеличиваются и уменьшаются, создавая таким образом «

Это не тот смысл термина «волна», который используется в физике для описания волновых явлений; обычно физики говорят о волнах как о решениях дифференциальных волновых уравнений, включая уравнения Максвелла. Только в самом широком смысле некоторой возможной периодичности явления, порождающей взлеты и падения на графике явления во времени, можно выявить общность этих двух смыслов слова «волна». Обратите внимание, однако, что физические решения волновых уравнений могут быть довольно общими и включать любую комбинацию функций решения, которые принимают в качестве аргументов (ax + bt) и (ax-bt), представляющие решения, движущиеся вперед и назад. Следовательно, прямоугольный импульс будет решать волновые уравнения, и, учитывая, что любой реалистичный сигнал имеет представление Фурье,

Электромагнитные волны — это решения уравнений Максвелла, которые переносят энергию через пространство посредством изменяющихся электрических и магнитных полей, которые могут распространяться на большие расстояния от места их запуска и связаны с энергией дальнего поля. На эту энергию дальнего поля больше не влияет ее источник, и ее судьба не влияет на ее источник. Это отличается от энергии электрических и магнитных полей, связанных с током, протекающим во внеклеточном матриксе; это называется ближним полем, и оно включает в себя движущую силу, которая управляет протеканием тока. Здесь важно внимание к деталям; ЭЭГ не регистрируют электрические поля, они регистрируют разницу потенциалов. Потенциал представляет собой скалярное поле с одним числовым значением в каждой точке пространства и без абсолютной нулевой точки, следовательно, необходимо всегда измерять разницу в напряжении (потенциале) между двумя точками и иметь связи с матричной цепью внеклеточной жидкости, в то время как электрическая поле представляет собой векторное поле с величиной и направлением в каждой точке пространства. Электрическое поле представляет собой градиент потенциала, и это направление, в котором будет течь ток в изотропной внеклеточной жидкости. Изменение потенциала в точках внеклеточного матрикса изменит электрическое поле в ближней зоне и, следовательно, трехмерную картину протекания тока и любые зарегистрированные разности потенциалов. Мозговые волны представляют собой эти последние разности потенциалов из-за энергии ближнего поля в электрическом и магнитном полях.

Теперь Бобби указывает, что изменение разности потенциалов, представляющих мозговые волны, подразумевает изменение электрических полей, которые, как говорит Максвелл, производят изменяющиеся магнитные поля, которые, в свою очередь, генерируют изменяющееся электрическое поле и т. д. — и мы приступаем к гонкам: ЭМ волна запущена! Либо это?

Нужно устройство, называемое антенной, для преобразования изменяющегося напряжения/тока в электромагнитную волну, а основное правило для антенн заключается в том, что они начинают преобразовывать значительное количество энергии только тогда, когда размер антенны приближается к 1/4 длины волны. излучаемый сигнал. Итак, давайте посмотрим, насколько большой должна быть наша антенна, чтобы альфа-волна частотой 10 Гц вышла из нашего скальпа. Поскольку электромагнитные волны распространяются со скоростью света, или 300 000 000 м/с, размер нашего черепа должен быть 75 000 000 метров! У меня нет здесь уравнений, но совершенно очевидно, что будет излучаться практически нулевая энергия на частоте 10 Гц. И если кто-то хочет уловить этот сигнал, приемная антенна должна быть такой же большой! Семьдесят пять мегаметров чертовски много.

Вот почему электроды ЭЭГ должны касаться кожи головы или иным образом подключаться к реальной цепи, в которой протекает ток, а не просто располагаться поблизости, чтобы улавливать излучаемую электромагнитную энергию мозга. И хотя это правда, что можно использовать ряд трюков (как это делается в диэлектрических антеннах сотовых телефонов), чтобы уменьшить этот размер, возможно, в десять раз, даже для сигналов 100 Гц или 1000 Гц практически никакая энергия не будет излучаться от кожи головы. ЭМ-волны не будут улавливаться и преобразовываться в изменяющиеся потенциалы на коже головы из окружающей нас ЭМ-среды. Сотовые телефоны могут быть маленькими, потому что они используют сигналы в диапазоне 3 ГГц, где 1/4 длины волны составляет около 2,5 см или дюйм.

Таким образом, хотя электромагнитные волны могут быть вызваны мозговыми «волнами», на практике этого не происходит, и детальное рассмотрение того, как излучаются электромагнитные волны, показывает, что мозговые «волны» на самом деле представляют собой другое явление. от любой электромагнитной волны, с которой она может быть связана или которую она может генерировать.

Возможно, самый лаконичный способ указать на разницу состоит в том, чтобы отметить, что ЭМ-волны состоят из пакетов энергии, распространяющихся в пространстве посредством самовосстанавливающихся изменяющихся электрических и магнитных полей, которые измеряются в вольтах на метр и амперах на метр, в то время как мозговые «волны» разница напряжений между двумя точками на коже головы измеряется в вольтах — обратите внимание, что они имеют разные единицы измерения. С мозговыми «волнами» практически никакая энергия не покидает кожу головы и не излучается в космос, потому что частоты слишком низкие, а кожа головы слишком мала, чтобы действовать как эффективная антенна для преобразования их в электромагнитные волны.

Я думаю, что опубликованный вопрос можно было бы переформулировать так: «Каким образом мозговые волны и электромагнитные волны одинаковы и/или различны» — чтобы помочь дать ответ, который человек искал в своем вопросе.

Подводя итог ответа: они оба являются частотными паттернами, но возникают из-за разных явлений. Мозговые волны имеют дело с определенными состояниями неврологической активности в физическом мозгу. Электромагнитные волны связаны с распространением энергии от источников атомарной материи (атомов). Мозговые волны могут состоять из электромагнитных волн (излучения), но электромагнитные волны не состоят из мозговых волн.

Мозговые «волны» по своей природе являются электромагнитными волнами, хотя и очень слабыми и в диапазоне от 1 до 100 Гц, что для волн представляет собой очень слабый колебательный цикл, исчисляемый сотнями в секунду. Для сравнения, стандартная электромагнитная радиоволна будет колебаться в мегагерцовом диапазоне с частотой в миллионы циклов в секунду. При этом технический смысл заключается в том, что любой движущийся электрический ток будет генерировать одновременное магнитное поле и иметь электромагнитную природу. Новое исследование в области неврологии приближается к лучшему пониманию электромагнитного аспекта мозговых волн. В ЭМ-сфере они невероятно слабы, и без надлежащей защиты от другого ЭМ-излучения их практически невозможно обнаружить. Однако исследования на мышах показали, что их мозг имеет электрическое поле, которое может способствовать распространению мозговых волн.

Моя вера в электромагнитные мозговые волны, такие как сегодняшняя технология протезирования, предназначена только для продвижения в современном обществе с умными протезами, движущимися с мыслью о процессе вашего мозга, подключенного к вашей электромагнитной нервной системе. Мозговые волны являются генератором электромагнитной частоты от 10 до 100 циклов в минуту электромагнитных частот или, другими словами, электромагнитного статического электричества.. протекающих через наши нейроны и нервные окончания, которые дают нам полную словесную подвижность движения. Сознание жизни — это электромагнитные частоты волн нашего мозга, электромагнитные статические частоты, которые генерируют движение и мысли, чувствуя все наши эмоции... Вокруг нас есть электромагнитные поля, которые мешают нашему окружению. Мозговые волны намного ниже частоты электрических магнитных импульсов. поэтому, если протезы могут быть подключены к иммунной системе нервов и электромагнитным полям, или, я должен сказать, к электростатическому статическому полю человеческих способностей ... так что вопрос здесь будет заключаться в том, могут ли протезы подключаться к электромагнитному состоянию мозговых волн. Это электричество и природа, как и все остальное вокруг нас, как получается, что мозговые волны не электромагнитны. Но именно при более низкой частоте скорости импульса электромагнитных частот при другой скорости и частоте, что обнаруживается в измеримых