СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕПОРОГОВЫХ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ М. В. Рагульская (ИЗМИРАН) На базе результатов 6-летнего. - презентация

1 СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕПОРОГОВЫХ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ М. В. Рагульская (ИЗМИРАН) На базе результатов 6-летнего мониторингового эксперимента рассмотрены особенности поведения организма человека при воздействии естественных и неразрушающих техногенных внешних полей. Высказывается предположение, что многие наблюдаемые эффекты, традиционно относимые к шумам и ошибкам эксперимента, есть проявление нелинейности и самоорганизованности биологических систем. Одним из важных направлений изучения таких эффектов может стать изучение фазовых переходов в макро- биологических системах и исследование особенностей пограничных процессов.

2

3 Для выявления планетарного характера наблюдаемых эффектов и нивелирования местных особенностей были проведены одновременные измерения на одинаковой приборной базе в различных городах, расположенных в интервале с.ш. (Москва, Санкт –Петербург, Киев, Одесса, Симферополь, Неаполь). Для исключения субъективного фактора обмен данными производился раз в 2 месяца.

4 Показано, что реакция на одиночные магнитные бури: -проявляется как на индивидуальном, так и на коллективном уровне, -имеет все характерные фазы и форму адаптационной стресс- реакции, -в пределах суток является одновременной в разных городах, -в 40% случаев опережает развитие магнитной бури на сутки. Проведенный спектральный и кросс-корреляционный анализ выявил совпадение всех основных периодов спектрограмм коллективных биологических параметров в различных городах, а также совпадение этих периодов с периодами вариаций атмосферного давления, увеличения числа солнечных пятен и роста геомагнитной активности. Совпадение всех основных периодов в спектрограммах коллективного отклонения функциональных параметров в различных городах означает, что именно общепланетарные естественные внешние факторы являются управляющими для экзогенных ритмов организма человека

5 С точки зрения автора, основным результатом этого уникального мониторинга является то, что благодаря грамотно выбранным методикам наблюдений и теоретического многофакторного анализа, а также одновременным измерениям в различных городах, появилась возможность однозначного положительного ответа на вопрос: Воздействуют ли вариации солнечной активности на состояние организма здорового человека, и является ли всеобщим такое воздействие?.

6 С другой стороны, совокупность экспериментальных данных, полученных в процессе проведения эксперимента разными методами, не укладывается в рамки линейных статистических корреляций и спектрального анализа, обычно используемых для описания явлений в области биофизики слабых воздействий, и требуют поисков нового методологического подхода с учетом рассмотрения процессов самоорганизации биологических систем и их нелинейности.

7 1. Наблюдается воспроизводимость и самоподобный характер формы реакции организма человека на различные внешние воздействия, причем как во временных, так и в пространственных масштабах, на всех уровнях организации системы: отдельных органов,организма человека в целом, и коллектива. 2. Амплитуда биологической реакции практически не зависит от увеличения амплитуды внешних полей, а сама реакция носит тригерный характер.

8 Частотный режим функционирования биологических систем принято рассматривать как результат совокупности эндогенных (внутренне мотивированных) и экзогенных (внешне мотивированных) процессов. Однако результаты длительного мониторингового эксперимента на постоянной группе обследуемых, выступающих в качестве коллективного биологического детектора, показывают – наряду с описанными выше эффектами наблюдаются как резкие немотивированные локальные возрастания (выбросы) биологических параметров,так и немотивированное их отсутствие, не укладывающиеся в такую двухкомпонентную схему (10-20% от общего числа случаев, что на порядок выше всех возможных погрешностей измерения).

9

10 Рисунок 1. Состояние околоземного пространства в период июня 1999 года. 15 июня наблюдался приход к магнитосфере Земли слабой ударной волны солнечного ветра (ssc), не вызвавший дальнейшего развития магнитной бури, но повлекший за собой 16 июня резкое увеличение ( выброс) коллективных биологических параметров более чем на 3. По левой вертикальной оси сверху вниз представлены следующие параметры окружающей среды: текущее изменение величины магнитного поля Земли (нТл), текущее изменение вариаций космических лучей, Kp-индекс (3-часовой индекс, характеризующий магнитосферные вариации). По правой вертикальной оси сверху вниз: скорость солнечного ветра ( км/с), обобщенный индекс вариации космических лучей, Dst – индекс (характеризующий состояние кольцевого тока магнитосферы). По горизонтальной оси – время (сутки).

11

12 Существующие традиционные геофизические индексы не отражают биоэффективных характеристик магнитосферы, а описывают крупномасштабные амплитудно-частотные изменения. Биоэффективной скорее всего является область колебаний магнитосферы Земли в частотной полосе 0,1-100 Гц. На долю процессов солнечной активности (вспышки и корональные дыры) и магнитных бурь приходится % всех наблюдаемых биоэффектов, 10% -на резкие изменения атмосферного давления, % случаев - не совпадают ни с одним из рассмотренных внешних факторов.

13

14 По мнению автора, для объяснения подобных неоднократно наблюдаемых фактов необходимо рассматривать биологические системы как нелинейные открытые детерминированные системы. Под непороговым внешним воздействием развитие биологических процессов во времени определяется не только внутренней предопределенностью и внешней динамикой, но существенной ролью случайности развития событий из-за большой чувствительности системы к начальным условиям и длинной разветвленной цепочки причинно-следственных связей, а также нелинейным характером взаимодействия собственных мод колебаний. Тогда появление немотивированных выбросов физиологических параметров возможно как синергетический результат накопления шумовых эффектов: гашение возмущений или переход в режим турбулентности из малых флуктуаций.

15 Система с руслами и джокерами. Область фазового пространства внутри окружности соответствует неопределенности области джокера. P1, P2, P3 – соответственно вероятности динамического,предопределенного и случайного развития событий.

16 Расходимость фазовых траекторий в системах с динамическим хаосом. Две близкие траектории в фазовом пространстве с течением времени расходятся со скоростью, определяемой ляпуновским показателем. Из-за этого малые причины могут иметь большие следствия.

17 Аттрактор Лоренца. Этот клубок траекторий в фазовом пространстве описывает явление динамического хаоса - непериодическое движение в детерминированных системах (т.е. в таких, где будущее однозначно определяется прошлым), имеющее конечный горизонт прогноза.

18 Для открытых нелинейных детерминированных систем всегда существует конечный горизонт прогноза. Методологически для задачи прогнозирования воздействия внешних непороговых полей на организм человека и другие биосистемы это означает: -что оптимальные предсказательные математические модели будут работать либо в области выявления непрямых коллективных реакций (как в случае, рассмотренном Сахаровым) - или на длинных временных рядах, где временной шаг модели много больше, чем характерное время переходных процессов в организме человека (работы Чижевского). Говорить от локально точных прогнозах на длительный период, где t