Введение. Развитие нанотехнологий является одной из важнейших задач современной науки и технологий. Развитие прикладных разработок, вместе с тем, опережает фундаментальные исследования качества и интенсивности влияния нанообъектов на живые системы, в том числе на функциональное состояние человека и на активность его центральной нервной системы.
В существующей открытой печати имеются противоречивые данные о знаке воздействия наночастиц на организм животных и человека, что отчасти определяется составом химических соединений, а также от тканей и органов, на которые распространяются эти влияния [1-2]. Несмотря на значительное количество отечественных и зарубежных работ в нанонауке, механизмы воздействия отдельных наночастиц и их ансамблей на живые системы до сих пор остаются малоизученными [8].
Установлено, что наночастицы способны к изменению пространственной конфигурации и самоорганизации в поле лазерного излучения оптического диапазона при определенном подборе частоты этого излучения [5]. Предполагается, что возможные механизм влияния наночастиц и излучения на живые системы детерминируются типом, пространственной конфигурации наночастиц, спектральными характеристиками внешнего электромагнитного излучения, падающего на наночастицы, и эффектом отраженного излучения с измененными частотно-амплитудными характеристиками.
Установлено, что, что под воздействием искусственно созданных излучений наноструктур и световых излучений происходят их интеграция и изменение отражающих свойств наноструктур, которые способны оказывать специфические биофизические эффекты на организм человека и его мозг в том числе [3]. Важно, что влияния нанообъектов распространяются на отдельные системы и функции человека, в том числе на нейрональные системы коры головного мозга.
В литературе почти полностью отсутствуют работы, касающиеся дистантного влияния наночастиц на биоэлектрическую активность головного мозга и когнитивные процессы, лежащие в основе обнаружения и распознавания образов, в том числе зрительных. Однако показано, что предъявление испытуемым холста серого цвета, покрытого наночастицами меди, сопровождается увеличением абсолютных значений мощности высокочастотных полос ЭЭГ (бета-1 и бета-2) в теменно-затылочных отведениях правого полушария в группе добровольцев [3].
Методы. Объектом исследования являлась группа праворуких студенток Института детства РГПУ им. А.И. Герцена (n=10) первого периода зрелого возраста от 23 до 34 лет (25.9+3.5лет) как наиболее физиологически стабильного периода жизни женщины.
На расстоянии 2,5 метра от испытуемых поочередно располагались две поверхности, одна была покрыта наночастицами меди, другая имела аналогичные характеристики, но не имела на своей поверхности активированных наночастиц меди. Визуальных органолептических различий между поверхностями с нанопокрытием и без него не было. Размеры предъявляемых поверхностей были одинаковыми и составляли 40х60 см. Длительность экспозиции стимульного материала составляла 15 мин, при этом испытуемым не предлагалось специально смотреть и сосредотачиваться на полотна.
Нанесение нанослоев меди на холст проводилось методом лазерной абляции, позволяющим получить неравномерное нанопокрытие с отдельными изолированными кластерами.
Оценка влияния нанопокрытия на когнитивные процессы производилась по изменению амплитуды зрительных когнитивных вызванных потенциалов (ЗВП), двухфазных потенциалов, (N2-P3) измеряемых от пика до пика. Измерялись значения латентных периодов отдельных фаз зрительных вызванных потенциалов (ЗВП). Для регистрации ЗВП использовался электроэнцефалограф-регистратор «Энцефалан-ЭЭГР-19/26» модификация «Мини» (НПКФ Медиком МТД, г. Таганрог). Четыре пары активных электродов располагались по стандартной системе 10-20 в симметричных точках правого и левого полушария (F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, O2). Референтные электроды (A1, A2) прикреплялись за ушами в области сосцевидных отростков. Заземляющий электрод находился в точке Fz. Сопротивление электродов составляло 10-30 кОм. С помощью вертикальной окулограммы и компьютерной программы «Энцефалан» (версия — профессиональная, 2012) были автоматически выявлены и удалены глазодвигательные, и мышечные артефакты (порог режекции – 100 мкВ).
Регистрация ЗВП производилась в случае предъявления значимых зрительных стимулов редких световых вспышек длительностью 0.1 мс с процентом от общего количества стимулов 20 %, т.е. обнаружения и их распознавания. Значимые короткие вспышки появлялись в серии незначимых длительных зрительных стимулов, вспышек света длительностью 5.0 мс с процентом от общего количества стимулов 80 %. Длительность паузы между стимулами была постоянной и равной 1500 мс, общее количество предъявлений – 60. Испытуемых просили считать в уме количество распознанных значимых стимулов («odd-ball парадигма»). Во время регистрации ЗВП испытуемые находились в положении «сидя», в спокойном состоянии.
Результаты и обсуждение. Обнаружено дифференцированное влияние холста с покрытием, как на амплитуду фаз, так и значения латентных периодов отдельных зон правого и левого полушария. Установлено, что при экспозиции холста с нанопокрытием латентности пиков P1 и N2 в правом центральном отведении (C4-A2), P3 и N3 в левом теменном отведении (P3-A1) статистически значимо меньше, чем при предъявлении холста без нанопокрытия. Сокращение латентности пиков ЗВП свидетельствует о большей скорости обнаружения и распознавания значимых зрительных стимулов [6].
Сокращение латентности пика Р3 в левом теменном отведении может свидетельствовать о том, что нанопокрытие способствует активации структур теменнно-лимбической системы, принятия решений по выделению значимых зрительных стимулов [6]. Эти выводы соответствуют результатам работ, в которых было показано увеличение абсолютной мощности бета ритмов 1 и 2, сопутствующее экспозиции холста с поверхностью, модифицированной наночастицами меди, что свидетельствует об активации коры головного мозга [3].
При предъявлении холста с нанопокрытием изменяется и амплитуда фаз ЗВП по сравнению с предъявлением полотна без нанопокрытия: амплитуда пиков P2N2 в правом теменном отведении и N2P3 в левом затылочном отведении достоверно меньше, а амплитуда пика N2P3 в правом теменном отведении больше.
Согласно литературным данным изменение комплекса Р2–N2-P3 отражает деятельность медиальной поверхности нижних частей затылочных долей, вентромедиальной поверхности височных долей и связанной с ними лимбической системы [7]. Активность этих нейрональных систем связаны с функционированием системы селективного внимания. Изменение амплитудных характеристик этих поздних фаз ВП свидетельствует о дифференцированном влиянии наноповерхности с частицами активированной меди на функционирование левого и правого полушария. Обобщая описанные результаты, можно предположить, под воздействием нанопокрытия происходит дистантная перестройка работы высших отделов головного мозга.
Двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал, что выявленные различия параметров ЗВП были вызваны именно фактором нанопокрытия, а не изменением неконтролируемых условий внешней среды (в виде фактора времени). Так, от фактора демонстрации холста зависят амплитуды пика N2 в правом теменном отведении (F=6.44; р=0.03) и пика N3 в левом затылочном отведении (F=12.70; р=0.006).
Таким образом, подтвержден факт выраженного дистантного воздействия самих наночастиц на количественные характеристики ЗВП. Чувствительными к этому воздействию оказались процессы обнаружения и распознавания релевантных зрительных стимулов. Полученные результаты свидетельствуют о достоверном влиянии холста с нанопокрытием на амплитудно-временные параметры поздних фаз ЗВП через воздействие как отраженного, так и падающего света в диапазоне видимой его части, точные количественные характеристики которого пока остаются неизвестными и требуют физического исследования характеристик наноповерхности с активированными частицами меди.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, 49/12 ГЗП ЗН№ 4.638.2011 на тему «Исследование влияния поверхностей с нанопокрытиями на функциональные ресурсы участников образовательного процесса в высшей школе» (руководитель — В.Г. Каменская)
Список литературы:
- Алипов В.В., Лебедев М.С., Чепелевич Н.В., Алипов Н.В. Особенности парентерального накопления золотых наночастиц и их влияние на некоторые показатели гомеостаза в эксперименте // Бюллетень медицинских интернет-конференций. – Т. 1. – № 2., 2011 С. 54-56
- Бабушкина И.В., Гладкова Е.В., Мамонова И.А., Белова С.В., Карякина Е.В. Регенерация экспериментальной раны под влиянием наночастиц цинка // Вестник новых медицинских технологий. – Т. 19. – № 4, 2012 – С. 16-18.
- Каменская В.Г., Павлов К.И., Деханова И.М., Томанов Л.В., Суворов А.И. Влияние наноповерхностей на частотно-спектральные характеристики ЭЭГ молодых женщин // Материалы Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» РАН, ВГТУ. Воронеж, 12 ноября 2014 г. Часть IV., – С. 229-238.
- Морозова А.В., Евтушенко С.К., Морозова Т.М. Мультифокальные вызванные потенциалы, связанные с событием, в ранней диагностике когнитивной дезинтеграции: клинико-нейрофизиологическая трактовка // Международный неврологический журнал. – № 3., 2012 – С. 26-41.
- .Ципотан А.С., Александровский А.С., Лямкина Н.Э., Слабко В.В. Управляемая самоорганизация квазирезонансных наночастиц в поле лазерного излучения // Известия высших учебных заведений. Физика. Национальный исследовательский Томский государственный университет (Томск). – Т. 56. – № 2-2., 2013, – С. 314-319. Halgren E., Marinkovic K., Chauvel P. Generators of the late cognitive potentials in auditory and visual oddball tasks // Electroencephalogr. Neurophysiol. – № 106, 1998, – P. 156– 164.
- Linden D.E.J. The P300: Where in the brain is it produced and what does it tell us? // Neuroscientist. – № 11, 2005 – Р. 563-576.
- McCarthy G., Wood C.C., Williamson P.D., Spencer D. Task-dependent field potentials in human hippocampal formation // Journal of Neuroscience. – Vol. 9., 1989 – P. 4235 — 4268.
- Yook S., Cai Z., Lu Y., Winnik M.A., Pignol J.P., Reilly R.M. Radiation Nanomedicine for EGFR-Positive Breast Cancer — Panitumumab Modified Gold Nanoparticles Complexed to the β-Particle-Emitter, 177Lu // Mol. Pharm. – Sep 24. [Epub ahead of print].[schema type=»book» name=»ВЛИЯНИЕ ХОЛСТА С АКТИВИРОВАННЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ МЕДИ НА ЗРИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЗДОРОВЫХ » description=»Цель работы заключается в изучении амплитудно-временных характеристик фаз зрительных вызванных потенциалов под влиянием поверхности серого цвета с нанесенными на его поверхность наночастиц меди. Эксперимент выполнен с участием 10 здоровых девушек, на голове которых четыре пары активных электродов располагались по стандартной системе 10-20 в симметричных точках правого и левого полушария (F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, O2). Для регистрации ЗКВП использовался электроэнцефалограф-регистратор «Энцефалан-ЭЭГР-19/26» модификация «Мини» (НПКФ Медиком МТД, г. Таганрог). Полотна серого цвета (холст) размером 40х60 располагались фронтально перед девушками и экспонировались 15 минут, в течение которого девушки участвовали в электрофизиологическом эксперименте в парадигме add-bol, в котором необходимо выделять значимые зрительные стимулы и считать их про себя. Сопоставлялись между собой амплитуда и латентные периоды основных фаз ЗВП, возникающие на фоне активированного полотна и холста без нанопокрытия. Обнаружено достоверно различные значения амплитудно-временных характеристик ЗВП, наиболее заметные в теменно-затылочных областях коры. Под влияние холста с наночастицами происходит уменьшение л.п. фазы Р1 и N2 правой центральной доли и увеличение л.п. фаз Р3 и N3 левой теменной доли. Результаты доказывают, что нанопокрытие активизирует процессы распознавания зрительных стимулов.» author=»Каменская Валентина Георгиевна, Павлов Константин Иванович, Томанов Леонид Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-27″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]