THE HARDWARE-SOFTWARE SYSTEM FOR RESEARCH BIOLOGICAL EFFECTS OF MICROWAVE RADIATION
Kublanov V. S., Chernikh O. A., Purtov K. S., Babich M. V.
Ural Federal University
19, Mira str., Ekaterinburg, 620002, Russia
Tel: +7 343 3759464; e-mail: *****@***ru
Abstract — The paper discusses the importance of the problem of studying the impacts of low-level microwave radiation on humans. The requirements for the organization of the system of data collection and Software for analysis in the study of the biological effects of radiation associated with psycho changes is also shown.
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
, ,
Уральский федеральный университет
19, ул. Мира, Екатеринбург, 620002, Россия
Teл: +7 343 3759464; e-mail: *****@***ru
Аннотация - В работе обсуждается актуальность проблемы изучения последствий воздействия низкоинтенсивного микроволнового излучения на человека и представлены требования к организации системы сбора данных и программно - алгоритмическому обеспечению для их анализа при изучении биологических эффектов излучения, связанных с психоэмоциональными изменениями.
I. Введение
Интенсивное развитие беспроводных технологий и распространение в быту мобильных средств телекоммуникаций сопряжено с тем, что человек постоянно находится под влиянием электромагнитного излучения (ЭМИ) радиочастотного диапазона. Несмотря на многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых, вопрос о биологических эффектах воздействия ЭМИ низкой интенсивности на организм человека и животных остается дискуссионным [1-3].
Как правило, в этих работах большое внимание уделяется исследованию механизмов развития адаптивных реакций в организме на организменном, системном и клеточном уровнях. В меньшей степени в этих работах затрагиваются вопросы, связанные с психоэмоциональными изменениями, при изучении которых необходимо проводить наблюдения изменения поведенческих функций, моторных реакций и функциональных процессов центральной и вегетативной нервных систем [4].
Исходя из вышеизложенного, разработаны требования к организации системы сбора данных и программно-алгоритмическому обеспечению для их анализа при изучении биологических эффектов низкоинтенсивного микроволнового излучения, связанных с психоэмоциональным состоянием.
ll. Основная часть
В общем случае, при изучении биологических эффектов низкоинтенсивного микроволнового излучения необходимо иметь следующие информационно-измерительные каналы:
· программируемый генератор ЭМИ;
· антенная система;
· комплекс для функциональных исследований биоэлектрической активности головного мозга, состояния вегетативной нервной системы и психогальванических рефлексов;
· программно-алгоритмические средства, адаптированные к структуре и частотно-временным характеристикам сигналов, формируемых при функциональных исследованиях;
· аудиосистема для субъективного самоотчета испытуемого при исследовании его психоэмоционального состояния с помощью специализированного теста на основе психометрических шкал Монтгомери-Асберга и Спилбергера [5];
· компьютерная система оценки внимания испытуемого по методике T. O.V. A. [6];
· видеорегистратор для регистрации поведенческих изменений и моторных реакций с возможностью записи звука, а также обеспечивающий разрешение при анализе птоза век и их паретической неподвижности, оценку быстрого движения глазных яблок; урежения (отсутствия) глотательных движений, покашливаний;
· комплекс для психоаналитических исследований на основе ПЭВМ.
На рис. 1 представлена структурная схема аппаратно-программного комплекса для исследования биологических эффектов микроволнового излучения:
Рис. 1. Структурная схема эксперимента.
В качестве программируемого источника ЭМИ выбран генератор PXIe-5673 (компания National Instruments). На рис.2 приведена фотография генератора PXIe-5673, а на рис. 3 – фотография антенны.
Рис. 2. Генератор PXIe-5673.
Рис. 3. Антенна.
Программа работы генератора PXIe-5673 формируется в среде LabVIEW и состоит из подпрограммы интерфейса генератора, алгоритм которой приведен на рис. 4 (слева) и подпрограммы генератора, алгоритм которой приведен на рис. 4 (справа). Программа позволяет изменять мощность и несущую частоту ЭМИ, а также временной масштаб модулирующей функции.
Основные тактико-технические характеристики источника ЭМИ:
· несущая частота (2400 ± 50) МГц;
· модуляция – амплитудная, глубина модуляции не менее 40 дБ в полосе частот от 0.5 до 20000 Гц;
· максимальное значение мощности на выходе антенны 10 мкВт;
· пределы изменения регулятора временного масштаба модулирующей функции от 1 до 10.
Для функциональных исследований биоэлектрической активности головного мозга, состояния вегетативной нервной системы и психогальванических рефлексов применяется комплекс для психофизиологических исследований с биологической обратной связью РЕАКОР в исполнении БОС-ЭГОСКОП, компания Medicom MTD Ltd. Эти исследования обеспечиваются регистрацией электроэнцефалограмм (ЭЭГ), кардиоинтервалограмм в режиме анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) и кожно-гальванической реакции (КГР). В качестве видео регистратора в эксперименте используется видео камера SECURICAM DCS, компания D-Link.
Сигналы ЭЭГ, ВСР и КГР, видеоизображения, аудиосигналы регистрируются в системе единого времени.
С целью автоматизации и синхронизации информационно-измерительных каналов используется комплекс программ, написанных на языке python. Обмен данными между информационно-измерительными каналами производится по технологии Ethernet.
Рис. 4. Алгоритм программы формирования ЭМИ в генераторе PXIe-5673
Программно-алгоритмические средства включают спектральный вейвлет анализ, статистические методы обработки, методы кластерного анализа.
III. Заключение
Реализованный комплекс прошёл апробацию в лабораторных условиях. Результаты исследований, полученные с помощью аппаратно-программного комплекса, приведены в статье [6].
IV. References
[1] Holodov Ju. A. Mozg v jelektromagnitnyh poljah [Electromagnetic fields in the brain]. Мoskva, Nauka, 1982. 121 p.
[2] Bingi V. N. Principy jelektromagnitnoj biofiziki [Biophysics electromagnetic principles]. Мoskva, FIZMATLIT, 2011. 592 p.
[3]
[4] Chujan E. N., Temur'janc N. A., Moskovchuk O. B., Chirskij N. V., Verko N. P., Tumanjanc E. N., Ponomareva V. P. Fiziologicheskie mehanizmy biologicheskih jeffektov nizkointensivnogo JeMI KVCh [physiological mechanisms of the biological effects of low-intensity EHF EMR]. Simferopol', ChP «Jel'in'o», 2003. 448 p.
[5] Dlja issledovatelej. Psihometricheskie shkaly. Available at: http://www. psychiatry. ru/stat/99.
[6] Greenberg, L. M., Waldman, I. D. Developmental normative data on the test of variables of attention (T. O.V. A.). Journal of Child Psychology and Psychiatry, 1993, 34(6), pp 1019-1030
[7] Kublanov V. S., Petrenko T. S., Chernyh O. A., Shalyagin М. А., Purtov K. S., Babich M. V. Biological effects of low level microwave radiation. 2014 24nd Int. Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2014). Sevastopol, 2014.
