Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Цель и новизна проекта состоят в фундаментально-экспериментальном исследовании возможности направленного влияния на физиологические параметры, когнитивные функции и поведение биообъектов специально кодированным микроволновым электромагнитным излучением (СВЧ ЭМИ). В основе проекта лежат два экспериментальных факта: 1) даже слабые СВЧ ЭМИ влияют на вариабельность сердечного ритма (ВСР) биообъектов; 2) временные паттерны импульсной активности нейронов головного мозга отражают различные мотивационные состояния, в частности голода, жажды, страха или агрессии. Первый отчетный этап проекта называется: «Анализ и разработка методических основ исследований влияния специально кодированного микроволнового (СВЧ) электромагнитного излучения на психофизиологию и поведение биообъектов». Первый пункт календарного плана (КП) 1-го этапа проекта – «Анализ доступной информации по проекту. Выбор и конкретизация направления исследований», - выполнен полностью. Подготовлен аналитический обзор: «Исследования влияния слабых микроволновых электромагнитных излучений (ЭМИ) на физиологические параметры и поведение биообъектов». Обзор размещен в Приложении А к отчету по проекту, а его сокращенный вариант принят к опубликованию в журнале «Биомедицинская радиоэлектроника». Анализ данных обзора подтвердил актуальность, новизну исследований, обоснованность задач и целей, были конкретизированы направления работ, ожидаемые результаты, технические параметры инструментальных средств и выбраны оптимальные направления исследований. В частности, предложено: • проводить физиологические эксперименты на животных (крысах), однако, в ходе выполнения проекта будет обоснована возможность проведения подобных исследований на человеке; • при разработке методик экспериментальных исследований использовать хорошо апробированные тесты с использованием пищевого и питьевого подкреплений и соответствующие экспериментальные камеры, оснастив их радиотелеметрическими системами передачи данных, управляемыми источниками СВЧ ЭМИ и портативными устройствами СВЧ дозиметрии; • дополнительно выполнить уникальные исследования метаболических реакций животных при воздействии СВЧ ЭМИ. Второй пункт КП проекта: «Разработка компьютерных моделей нейронной активности в мотивационных состояния» выполнен полностью. Подробное описание принципа формирования компьютерных моделей приведено в публикации по проекту – [1]. Там же приведена следующая последовательность создания компьютерной базы данных: а) регистрация спайковой активности нейронов гипоталамуса при конкретных мотивациях; б) построение гистограммы распределения межспайковых интервалов; в) разработка компьютерной модели; г) создание компьютерной базы данных. Компьютерная база данных создана для таких мотивационных состояний, как: «голод», «жажда», «оборонительное», «покой». Они включены в цифровую базу данных, которая устанавливается в память излучающих СВЧ устройств, и обеспечивают соответствующую физическую модуляцию ЭМИ. Программные средства базы данных приведены в Приложении В к отчету по данному проекту. Работы календарного плана по третьему направлению – «Разработка экспериментальной методики оценки дозового влияния кодированного СВЧ ЭМИ на психофизиологическое состояние и поведение биообъекта» детально рассмотрены в нескольких публикациях по проекту в частности: [1 - 4]: Методики экспериментальных исследований были разработаны в ходе выполнения реальных физиологических экспериментов на крысах, а также на человеке. В исследованиях на человеке в условиях соблюдения всех требований безопасности и этических норм отрабатывались инструментальные средства помехоустойчивого съема ЭКГ в условиях внешнего немодулированного СВЧ ЭМИ, а также программные средства обработки параметров ВСР и поведенческих реакций. Важным методическим фактором надежной регистрации ЭКГ является учет возникающих помех - артефактов. В данном разделе проекта рассмотрены два типа артефактов: 1) артефакты движения, описанные в ранней работе авторов проекта (Simakov A., Webster J., 2010 г) [5]; 2) предложены новые артефакты радиоканала передачи ЭКГ и объяснения механизмов их возникновения в публикациях [6, 7]. Для регистрации ЭКГ и поведенческих реакций животных (крысы Вистар) в свободном поведении в проекте были апробированы: а) хирургическая имплантация ЭКГ радиокапсулы типа G2 HR E-Mitter [8]; б) обучающие программы для выработки пищевого и питьевого поведения. Четвертый пункт КП проекта – «Разработка структуры аппаратно-программного комплекса (АПК) для обеспечения исследований и Технических заданий на отдельные его узлы» выполнялся одновременно с предыдущей задачей – отработкой исследовательских методик. Структура исследовательского АПК для анализа влияния СВЧ ЭМИ на физиологические параметры человека наиболее полно приведена в работах [2,3]. Структура АПК для работы с животными отличается конструкцией исследовательских камер, средствами биотелеметрии и дозиметрии – [1]. Например, ЭКГ человека регистрируется с помощью фотоплетизмографических датчиков, а ЭКГ крысы с помощью вживляемых электродов и имплантируемой радиокапсулы. Разработанные в рамках этого пункта КП технические задания (ТЗ) на основные оригинальные блоки АПК основаны на эмпирических данных, полученных в предыдущих пунктах КП проекта, а также требованиях и правилах электромагнитной безопасности, изложенных в европейском стандарте - [9]. «Разработка и изготовление макетов основных уникальных блоков исследовательского АПК (дозиметр СВЧ; генератор кодированного СВЧ излучения)» - пятый пункт КП проекта также полностью выполнен. За основу дозиметрического контроля принята методика, предложенная авторами проекта в ранней публикации (2015 г.) [10]. Она реализована в новом портативном приборе - СВЧ дозиметре, на который подана Заявка на патент РФ на изобретение ("Устройство для измерения удельной поглощенной мощности СВЧ электромагнитного излучения", регистрационный номер 2016146726 от 29.11.2016). Макет прибора позволяет регистрировать в непрерывном режиме: удельный коэффициент поглощения (SAR) - от 0,1 до 7,8 Вт/кг (макс); плотность потока энергии (PD) - от 0,01 до 11,7 мВт/cм2; удельную накопленную дозу (SA) – 2,8 кДж/кг (6 мин). Прибор подробно описан в [2]. В разработанном макете генератора кодированного излучения использована конструкция, приведенная в [2,3]. 4-х канальный генератор - излучатель обеспечивает непрерывное излучение с плотностью потока энергии от 1 мкВт/см2 до 10 мВт/см2 на расстоянии 50 см в 4-х частотных диапазонах (CDMA: 870-880 МГц; GSM: 930-960 МГц; DSC: 1805 - 1850 МГц; 3G: 2110-2170 МГц). Цифровое управление мощностью и импульсная модуляция СВЧ излучения патернами нейронной активности обеспечивается управляющим компьютером и цифровыми потенциометрами типа AD5204 [3]. Следует отметить, что при разработке специальной электроники проекта рассматриваются, как варианты применения коммерческой элементной электронной базы, так и создание специализированных интегральных микросхем, конкретное применение которых будет рассмотрено на следующих этапах проекта. [11]. Заключительный пункт КП проекта – «Подготовка публикаций и отчетной документации в соответствие с регламентом проекта», - выполнен полностью в соответствии с регламентом проекта. Используемые ссылки: 1. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/151/1/012019/meta 2. http://ieeexplore.ieee.org/document/7504812 3. http://elibrary.ru/item.asp?id=25958131 4. http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=jr6&art=18002 5. http://www.ijece.org/toc.html 6. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/151/1/012025/meta, 7. http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=18151 8. http://www.starrlifesciences.com/products/e-mitter-mouse-telemetry 9. www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf 10. http://ieeexplore.ieee.org/document/7303218/ 11. http://ieeexplore.ieee.org/document/7491685

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Название второго отчетного этапа «Разработка, исследование и экспериментальная апробация в условиях физиологических экспериментов аппаратно-программного исследовательского комплекса (АПК) для решения экспериментальных задач проекта». Анализ доступной информации и результатов предварительных разработок и физиологических экспериментов, выполненных на первом этапе проекта, позволил конкретизировать задачи второго этапа, как по развитию аппаратно-программных средств проекта, так и по выбору и совершенствованию методик дальнейших физиологических исследований. В частности, предложено: 1) продолжить исследования индивидуальной чувствительности человека к слабым кодированным СВЧ излучениям, как малоизученной проблеме, имеющей важное отношение к задачам проекта; 2) в экспериментальных исследованиях на животных (Вистар крысах) акцент сделать на исследованиях метаболических реакций животных, вводимых в стрессовое состояние и выводимых из него под действием СВЧ облучения, как наиболее информативных и проработанных способов оценки психофизиологических реакций животных на внешнее воздействие; 3) для исследований индивидуальной чувствительности необходимо создание мобильного варианта АПК с малым энергопотреблением и регистрации физиологических параметров в свободном поведении человека; 4) для метаболических экспериментов на больших , как правило, габаритных исследовательских комплексах требуется создание стационарного варианта АПК, обеспечивающего равномерное облучение группы животных в нескольких экспериментальных боксах и многоканальную регистрацию параметров; 5) рассмотреть вопросы метрологического обеспечения экспериментов – важному фактору достоверности результатов и электромагнитной безопасности. Первый пункт календарного плана (КП) 2-го этапа проекта (2017) – «Разработка и испытания экспериментального образца исследовательского АПК». На втором этапе проекта была проведена существенная модернизация АПК, разработанного на первом этапе и подробно описанного в следующих публикациях [1-4]. Она коснулась в практически всех блоков. Во-первых, для обеспечения проведения экспериментов в свободном поведении человека разработана регистрация физиологических параметров с использованием Холтер-монитора, вместо ранее примененной проводной связи и фотоплетизмографического датчика. Традиционное решение - применение радиоканала передачи кардиосигналов оказалось неприемлемым, так как наши же исследования показали [5], что в таком варианте возникает неожиданная, но существенная помеха – артефакт, вызванный самим радиоканалом. Новое программное обеспечение АПК синхронизирует все процедуры, скачивает периодически (раз в сутки) данные с Холтер-монитора и проводит последующую обработку вариабельности сердечного ритма (ВСР) в привязке к моментам облучения. Во-вторых, был устранен основной недостаток генератора СВЧ излучения, заключавшийся в малой мощности на излучающей антенне. Применение новой интегральной микросхемы усилителя мощности, позволившей почти в 10 раз увеличить выходную мощность излучателя с 10 мВт/см2 до 100 мВт/см2 (на 50 см), что позволило при эксперименте увеличить дистанцию от излучателя до биообъекта до 3 метров. В-третьих, исследования в свободном поведении биообъекта потребовали минимизации применяемого в АПК биодозиметра, снижения потребляемой им мощности. Для этой цели предложена его новая компоновка и электронные схемы, в которые были введены специализированные интегральные микросхемы микромощных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), разработанные для подобного рода применений [6,7]. Следует заметить, что новые СВЧ дозиметры применены для обеспечения электромагнитной безопасности в проекте, и могут использоваться в радиационном экологическом мониторинге. Дозиметры позволяют регистрировать в непрерывном режиме: удельный коэффициент поглощения (SAR) - от 0,1 до 7.8 W/kg (max); плотность мощности потока (PD) - от 0.01 до 11.7 мВт/cм2; удельную накопленную дозу (SA) – 2.8 кДж/кг (6 мин). Важным направлением работ на этом этапе стало метрологическое обеспечение СВЧ приборов проекта. С этой целью была предложена теоретическая модель СВЧ дозиметра и по ней выполнены расчеты основных метрологических характеристик разработанного прибора, а также создан специальный сертифицированный СВЧ калибровочный стенд, на котором СВЧ приборы проекта проходят периодическую метрологическую поверку [8]. Второй и третий пункты календарного плана (КП - 2017) 2-го этапа проекта. объединены в данном отчете - Апробация АПК в условиях психофизиологических экспериментов и выработка рекомендаций по оптимизации экспериментальных методик и оборудования; подготовка (обучение) группы экспериментальных животных (белые крысы) для экспериментальных исследований. Выполнены две группы физиологических экспериментов с применением АПК. Первая группа – исследование влияния многократного (20 раз в сутки), кратковременного (по 3 минуты) ЭМИ воздействия на индивидуальную чувствительность (кардиоритмику) одного человека. В эксперименте участвовали два добровольца. Условия эксперимента соответствовали нормам безопасности. Для каждого момента воздействия рассчитывалась мощность спектра кардиоинтервалограммы (КИГ), которая затем усреднялась по всему суточному времени исследований. Такой методический подход позволяет оценить влияние слабого СВЧ воздействия на показатели вариабельности сердечного ритма без случайных факторов [9,10]. Например, у одного из участников эксперимента обобщенная мощность спектра КИГ показала устойчивый сдвиг в период после действия ЭМИ в низкочастотный спектр, что означает переход регуляции сердечной ритмики в область дыхательной активности. Вторая группа – исследование метаболических показателей у крыс в динамике повторных воздействий ЭМИ, модулированного частотами, характерными для формирования отрицательных эмоциональных состояний у животных [3]. Апробация разработанного АПК на подобной задаче, связано с тем, что колебания интенсивности обмена веществ у млекопитающих являются одним из наиболее объективных критериев для оценки влияние экзогенных факторов на состояние гомеостаза. Известно, что наиболее часто используемыми параметрами для изучения метаболических процессов являются показатели затрат кислорода, количества выдыхаемого углекислого газа и интенсивности теплообмена. Эксперименты проводились на автоматизированной модульной установке Phenomaster (TSE Systems GmbH, Германия), в которую был интегрирован новый АПК. Многократные воздействия на животных модулированного низкоинтенсивного СВЧ-излучения сопровождаются сложными изменениями показателей, характеризующих интенсивность метаболизма. Объем потребляемого кислорода и уровень тепловыделения уменьшаются к 4-м суткам прерывистого облучения, оставаясь сниженными на протяжении последующих 2-х суток в отсутствии источника ЭМИ. Количество выдыхаемого крысами углекислого газа несколько возрастает в течение первых 3-х сеансов облучения, но значительно уменьшается при восстановлении на 5-е и 6-е сутки. Наиболее выраженные изменения метаболических параметров отмечены на 7-е сутки опыта. Это проявляется в снижении потребления кислорода, выделения углекислого газа и уровня теплообмена не только во время облучения, но и в период между воздействиями. Эти результаты экспериментов соответствуют ряду мировых исследований и свидетельствуют о том, что воздействие на млекопитающих ЭМИ может приводить к изменениям обменных процессов, наиболее значимым в условиях многократно повторяющегося облучения и сохраняющимся даже в состоянии физиологического покоя. Четвертый пункт календарного плана - Оптимизация экспериментальной методики и АПК на основе выработанных рекомендаций. Выполненные экспериментальные исследования показали необходимость создания стационарного АПК для работы в составе больших стационарных многоканальных исследовательских установках, подобных комплексу TSE PhenoMaster. Такой АПК был создан и апробированным в проекте. Его отличительной особенностью является применение цифрового Agilent Signal Generator, передающего кодированный сигнал на восемь одноканальных излучателей, которые размещается в каждом отдельном боксе для животных. Это обеспечивает равную дозу облучения для всех экспериментальных животных. В стационарном АПК предложено использовать только одну несущую частоту для воздействия на биообъект в СВЧ диапазоне, так как предварительные эксперименты не показали существенные отличия в реакциях биообъектов на разные частоты в традиционном диапазоне мобильной связи. Дальнейшие исследования влияния кодированного СВЧ ЭМИ на физиологические и поведенческие реакции экспериментальных животных предлагается ориентировать на задачу направленного вывода крыс из глубокого стресса под действием СВЧ излучения и при метаболическом контроле физиологического состояния. Заключительный пятый пункт КП проекта – «Подготовка публикаций и отчетной документации в соответствие с регламентом проекта» выполнен полностью в соответствии с регламентом проекта. Использованные ссылки: 1. https://elibrary.ru/item.asp?id=25958131 2. http://ieeexplore.ieee.org/document/7504812 3. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/151/1/012019/pdf 4. https://elibrary.ru/item.asp?id=26528127 5. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/151/1/012025/pdf 6. https://link.springer.com/article/10.1134/S0020441217060021 7. http://ieeexplore.ieee.org/document/7998515 8. doi:10.1109/eesms.2017.8052696 9. http://www.radiotec.ru/article/20020 10. http://brainres.ru/work/Sudak_2017_13_Congress_Proceedings.pdf

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Название 3-го этапа проекта - «Экспериментально-теоретические исследования психофизиологических и поведенческих реакций лабораторных животных в условиях кодированного микроволнового воздействия. Анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований». На предыдущих этапах проекта была создана уникальная инструментальная и методическая база для проведения новых экспериментальных исследований влияния микроволновых излучений на психофизиологию, поведение и мотивации биообъектов, включая человека. Блочная архитектура и открытая программная среда разработанных аппаратно-программных комплексов позволила интегрировать их в различные по сложности и функциональному назначению современные исследовательские экспериментальные установки. На третьем (заключительном) этапе проекта были выполнены основные физиологические эксперименты на животных, которые проводились на экспериментальной базе ФГБНУ «НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина». В трех сериях экспериментальных исследований регистрировались физиологические и поведенческие характеристики экспериментальных животных в отсутствии электромагнитного СВЧ воздействия, затем те же характеристики снимались в условиях непрерывного (немодулированного) СВЧ воздействия и третьим этапом была регистрация характеристик в условиях импульсного СВЧ облучения, кодированного паттернами нейронной активности головного мозга, присущими той или иной мотивации. Воздействие на экспериментальных животных осуществляется слабыми микроволновыми (СВЧ) излучениями (плотность падающего потока менее 50,0 мкВт/см2); а его специальная модуляция проводится временными паттернами, присущими импульсной (нейронной) активности головного мозга, зарегистрированной при определенных мотивационных состояниях биообъекта (голода, жажды, страха, покоя). В первой серии экспериментальные животные, обученные пищедобывательному и питьевому инструментальному навыку, подвергались облучению в течение 11 часов с модуляцией СВЧ, соответствующей мотивациям «жажды», «голода» и «страха». При регистрации количества питьевых и пищевых актов на установке Rat Touch Screen Chamber они показали неожиданный результат. Число питьевых и пищевых актов снижалось более чем на 30 %, вместо ожидаемого увеличения. Скорее всего, это связано с тем, что результат эксперимента определялся не количеством потребленной воды или пиши, а перемещениями крысы в камере установки. Воздействие СВЧ подавляло моторную активность животного и внесло существенные методические ошибки в эксперимент. Во второй и третьей серии экспериментов предложено применение более сложной экспериментальной установки с метаболическим комплексом TSE PhenoMaster (Germany) для исследования влияния специально кодированного СВЧ излучения на метаболизм экспериментальных крыс в условиях стресса. Установка содержит восемь экспериментальных боксов. Все крысы облучались сеансом в 11 часов, каждый час регистрировались базовые метаболические параметры, включая количество съеденной пищи, выпитой воды, а также количество перемещений. Разница во второй и третьей серии заключалась в том, что во второй серии регистрировались метаболические характеристики крыс в состоянии изоляционного стресса, а в третьей серии при выходе крыс из жесткого 24-ч иммобилизационного стресса в индивидуальных пластиковых пеналах. Экспериментальные данные второй серии данные свидетельствуют о незначительном, но возрастающем потреблении экспериментальными крысами воды и пищи при воздействии соответствующего этим мотивациям модулированного СВЧ излучения по сравнению с отсутствием СВЧ воздействия или воздействием непрерывным излучением. При воздействии СВЧ с «оборонительной» мотивацией моторная активность крысы, так же как и при действии непрерывного излучения, снижается. Этот эффект соответствует обычной поведенческой реакции животного на возникновение угрозы (как и в первой серии). Эти данные соответствуют целевому предположению проекта о возможности дистанционного воздействия на мотивации и поведение животных внешним специально модулированным СВЧ излучением, но одновременно эти результаты требуют серьезного статистического и параметрического подтверждения и проверки в ходе дальнейших комплексных медицинских и биологических исследований. Следует отметить, что экспериментальные исследования в третьей серии экспериментов показывают значительное влияние СВЧ излучения на все метаболические параметры и поведение экспериментальных животных. Однако, прямая связь между процессом (скоростью) выхода животного из стрессового состояния от вида и параметров СВЧ облучения не прослеживается. Возможно, это связано с тем, что стрессовые состояния определяются и проявляются в мощных функциональных нагрузках организма, которые в сочетание с индивидуальностью поведения и индивидуальной чувствительностью животных к СВЧ полям не позволяют обнаружить предположенные эффекты влияния специально модулированного СВЧ на выход из состояния глубокого стресса в условиях данного эксперимента. Полученные результаты требуют серьезного статистического и параметрического подтверждения и проверки в ходе дальнейших комплексных медико-биологических исследований, на базе новых методических приемов.