<- предыдущая страница следующая ->

Физика
«Природа», 1981, № 7

Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм
В. Л. Введенский, В. И. Ожогин

Виктор Львович Введенский, кандидат физико-математических наук, сотрудник лаборатории физических свойств материалов Института атомной энергии им. И. В. Курчатова. Область научных интересов — физика низких температур и сверхчувствительные магнитные измерения.

Валерий Иванович Ожогин, доктор физико-математических наук, начальник лаборатории физических свойств материалов того же института, профессор кафедры физики твердого тела Московского института радиотехники, электроники и автоматики. Основные работы посвящены теоретическим и экспериментальным исследованиям физических свойств магнетиков при низких температурах.

Развитие физики сверхпроводимости привело около десяти лет назад к созданию нового измерительного прибора — сквида. Действие прибора основано на использовании чисто квантовых явлений — эффекта Джозефсона и интерференции волновых функций электронов на джозефсоновском переходе, являющемся частью сверхпроводящего кольца. Название сквид происходит от англ. Superconducting QUantum Interference Device, что, сохраняя аббревиатуру, можно переводить как Сверхпроводящий КВантовый Интерферометрический Датчик 1. Сквид составляет основу сверхчувствительных магнитометров, применяемых для измерения магнитных полей и таких физических величин, как токи, магнитная восприимчивость, перемещение магнетиков и т. п. Чувствительность этих новых приборов, по крайней мере, в 1000 раз больше, чем у лучших несверхпроводящих магнитометров. Кроме того, у них есть целый ряд других преимуществ. Сквид-магнитометры могут измерять магнитные сигналы очень широкого диапазона частот — от нуля до мегагерц и выше. Размер чувствительного элемента, собственно сквида, мал — измеряется миллиметрами, а регистрирующая электроника очень компактна — весом до полукилограмма. Мощность, потребляемая при работе прибора, невелика и может быть обеспечена питанием от батарей. Пожалуй, единственный существенный недостаток сквида — это необходимость поддерживать его в сверхпроводящем состоянии, т. е. при очень низкой температуре, для чего его помещают в дьюаровский сосуд с жидким гелием. Эти сосуды изготавливаются, как правило, из металла; токи, возникающие в их стенках, естественно, искажают магнитные поля от источников, находящихся снаружи. Кроме того, из-за существования в стенках тепловых флуктуаций плотности электронов возникают магнитные шумы. Именно поэтому сквиды сначала использовались главным образом в экспериментах, в которых исследуемый образец можно было поместить в тот же дьюар. Однако в последнее время разработаны специальные диэлектрические дьюары из стеклопластика. В них сквид или его дополнительное входное устройство из сверхпроводящей проволоки (трансформатор магнитного потока) размещены всего лишь в сантиметре от наружной стенки сосуда с гелием и могут без искажений воспринимать магнитные поля от источника, находящегося в нормальных условиях при комнатной температуре. Весь комплекс — сквид, его приемные и подстроенные устройства, помещенные в гелиевый дьюар, регистрирующая электроника — представляет собой сквид-магнитометр весом около 10 кг.
1 О квантовых явлениях, происходящих в цепи, состоящей из сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика (джозефсоновский контакт), и о приборах, принцип устройства которых основан на эффекте Джозефсона, см.: Питаевский Л. П. Макроскопические квантовые явления.— Природа, 1980, № 4, с. 40.
Этот прибор очень быстро нашел применение для измерения магнитных полей, производимых живыми организмами, прежде всего человеком; их называют биомагнитными полями. Стремительно стали развиваться исследования этих очень слабых магнитных полей, дающих важную информацию о работе внутренних органов,— исследования биомагнетизма, которые следует отличать от магнитобиологии, занимающейся изучением влияния сильных магнитных полей на биопроцессы. До недавнего времени регистрация биомагнитных полей была на пределе возможностей существовавших магнитометров, и резкое увеличение чувствительности, достигнутое благодаря применению сквидов, практически открыло биомагнетизм. Тесная связь биомагнитных исследований с техникой сквидов проявляется сейчас даже в том, что международные конференции по сквидам и биомагнетизму проводятся совместно.
Биомагнитные сигналы настолько слабы, что их измерение представляет собой непростую физическую задачу. Прежде всего это объясняется высоким уровнем магнитных шумов в окружающем нас пространстве. Поэтому без применения специальных мер защиты от них проведение биомагнитных измерений невозможно.
Существуют два подхода к устранению влияния шумов. Наиболее радикальный — это создание сравнительно большого объема (комнаты), в которой магнитные шумы резко уменьшены с помощью магнитных экранов. Для наиболее тонких биомагнитных исследований (на мозге) шумы необходимо снижать примерно в миллион раз. Этого можно добиться с помощью многослойных стенок из специального ферромагнитного сплава, например пермаллоя. Такая экранированная комната — дорогостоящее сооружение, поэтому в настоящее время количество таких комнат в мире исчисляется единицами.
Есть и другой более доступный способ избавиться от внешних магнитных шумов. Он основан на том, что большинство из них порождается хаотическими колебаниями (флуктуациями) земного магнитного поля и промышленными электроустановками. Поэтому вдали от резких магнитных аномалий и электрических машин магнитное поле, хотя и флуктуирует со временем, но практически однородно и слабо меняется на расстояниях порядка метра. Биомагнитные поля, в свою очередь, быстро спадают с удалением от живого организма. Это означает, что внешние поля, хотя и много более сильные, имеют меньшие градиенты, т. е. с расстоянием меняются медленнее, чем биомагнитные поля. Поэтому приемное устройство прибора для биомагнитных измерений изготавливается так, чтобы с его помощью можно было бы мерить именно градиент магнитного поля (в этом случае прибор называют градиометром). Иногда, особенно в городских условиях, оказывается, что внешние поля обладают все же заметными градиентами, тогда приходится применять прибор, чувствительный только ко второй пространственной производной магнитного поля,— градиометр второго порядка. Его можно применять уже в обычных лабораторных условиях. Тем не менее и градиометры предпочтительнее применять в местах с «магнитно спокойной» обстановкой, и некоторые исследовательские группы работают в сельской местности в специально сооружаемых немагнитных домах.
В настоящее время биомагнитные исследования ведутся как в магнитноэкранированных комнатах, так и вне их с помощью градиометров. В широком спектре биомагнитных явлений есть много задач, каждая из них требует своего уровня ослабления внешних шумов.

ПРИРОДА БИОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Магнитные поля живого организма могут вызываться тремя причинами. Прежде всего, это ионные токи (биотоки), возникающие вследствие электрической активности клеточных мембран, главным образом таких клеток, как мышечные и нервные. Другим источником магнитных полей являются мельчайшие ферромагнитные частицы, попавшие или специально введенные в организм. Эти два источника создают собственные магнитные поля. Третий источник — это неоднородности магнитной восприимчивости различных органов, которые проявляют себя только при наложении внешнего магнитного поля.
В двух последних случаях электрические поля не возникают, поэтому исследования поведения магнитных частиц в организме и магнитных свойств различных органов возможны лишь магнитометрическими методами. Биотоки же, помимо магнитных полей, создают и электрические потенциалы на поверхности тела. Их регистрация уже давно используется в исследованиях и клинической практике — это электрокардиография, электроэнцефалография и т. п. Может показаться, что соответствующие магнитные аналоги, т. е. магнитокардиография и магнитоэнцефалография, регистрирующие сигналы от тех же электрических процессов в организме, будут давать практически ту же информацию об исследуемых органах. Однако структура источника тока в электропроводящей среде, в данном случае человеческом организме, и неоднородность самой этой среды существенно по-разному отражаются на распределении магнитных и электрических полей. Некоторые виды биоэлектрической активности проявляют себя преимущественно в электрическом поле, давая слабый магнитный сигнал, другие — наоборот. Поэтому есть много процессов, наблюдение которых магнитными методами предпочтительнее. Такие измерения, кроме того, можно проводить на расстоянии, через повязку или другую преграду. Это не только практическое удобство, но и принципиальное преимущество перед электрическими методами регистрации, так как места крепления электродов на коже могут быть источниками медленно меняющихся контактных потенциалов. Подобных паразитных сигналов нет при магнитных измерениях. По этой причине с их помощью можно исследовать и очень медленно протекающие процессы (на сегодняшний день — продолжительностью в десятки минут). Далее, магнитные поля быстро спадают при удалении от источника активности, так как они есть следствие сравнительно сильных токов, текущих в самом работающем органе, в то время как поверхностные потенциалы определяются более слабыми токами в коже. Поэтому магнитные методы более удобны для точного определения мест биоэлектрической активности.
Не следует, однако, думать, что электрические и магнитные методы регистрации конкурируют между собой. Наоборот, именно их комбинация дает более полную информацию об исследуемых процессах, но для каждого из методов есть области, где применение какого-либо одного из них дает наибольший эффект.

МАГНИТОКАРДИОГРАФИЯ
Сердце — наиболее сильный источник электрических и магнитных полей в организме. Поэтому магнитокардиография возникла еще до появления сквидов. Но лишь сквид-магнитометры позволили получать магнитокардиограммы (МКГ) столь же высокого качества, как и электрокардиограммы (ЭКГ). По внешнему виду сигналы МКГ и ЭКГ очень схожи, нарушение же сердечной деятельности несколько по-разному проявляется на результатах электрических и магнитных измерений. В ряде лабораторий мира сейчас идет накопление клинических данных, что позволит систематизировать магнитные проявления различных сердечных заболеваний.
Как уже упоминалось, магнитные методы имеют преимущество при наблюдении медленно меняющихся и постоянных сигналов. Так, именно магнитокардиографически в экспериментах на собаках были обнаружены постоянные токи, возникающие при закупорке коронарной артерии. Другим серьезным успехом магнитокардиографии были наблюдения МКГ плода в теле матери. Четкая локализация магнитного поля в районе источника позволила пространственно отделить сигналы плода от более сильных сигналов материнского сердца, в то время как электрические сигналы были в значительной мере смешаны.
С помощью магнитных измерений можно решать и другую важную задачу кардиологии — определение кровотока в сердце. Гемоглобин крови содержит ионы железа, поэтому его движение в магнитном поле можно обнаружить сквид-магнитометром. Периодический выброс крови сердцем вызывает переменный магнитный сигнал, по которому определяется объем и скорость движущейся жидкости.

ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЧАСТИЦЫ В ОРГАНИЗМЕ
В организме большинства людей, особенно работающих в металлообрабатывающей промышленности, присутствуют мелкие ферромагнитные частицы, магнитные поля которых могут мешать тонким биомагнитным измерениям. При желании от этих помех можно избавиться размагничиванием в постепенно убывающем внешнем переменном поле. С другой стороны, поля ферромагнитных частиц можно и усилить намагничиванием в сильном постоянном поле. Тогда измерения можно проводить даже менее чувствительными, чем сквид, магнитометрами, особенно если содержание этих частиц в организме велико. Например, обычные (феррозондовые) магнитометры уже используются как средство охраны труда для определения содержания железной пыли в легких сварщиков.
Применение сквида позволяет обнаруживать незначительное количество не только ферромагнитных, но и парамагнитных (т. е. существенно слабее намагничиваемых) примесей, что может оказаться полезным в диагностических целях. Сквид-магнитометрами удалось выделить магнитный сигнал от микрочастиц железа, попавших в желудок вместе с едой, что позволяет определить, например, были ли продукты свежими или законсервированными. Кроме того, измерение распределения магнитных полей вокруг торса человека после ингаляции безвредного для организма магнетита (Fe3O4) позволяет наблюдать места преимущественного осаждения пыли в легких и скорость ее естественного выведения; обнаружено, в частности, что у курящих она ниже, чем у некурящих. Таким способом можно выявить очаги застойности (воспаление), а по результатам физических воздействий на частицы пыли (ультразвука, СВЧ-нагрева, переменного магнитного поля) получить информацию о характере патологических изменений в таком очаге. Подобные исследования можно проводить и на любом другом органе, в который можно ввести магнитные частицы.

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ, КОЖИ, МЫШЦ, ГЛАЗ
Широкие биомагнитные исследования в ряде лабораторий мира показали, что магнитные проявления биологической активности свойственны большому числу органов. Установлено, что постоянные или колеблющиеся с периодом в несколько минут магнитные поля характерны для желудка человека, причем вид сигнала явно определяется функциональным состоянием желудка. Сигналы различны до и после приема пищи, изменяются, например, при приеме воды (натощак) или лекарства. Этот факт может в дальнейшем найти применение при диагностике желудочных заболеваний.
Исследовались также магнитные поля печени, которые вызываются железом, химически связанным с белками и находящимся в парамагнитном состоянии. По этим полям можно бесконтактно определять патологические отклонения содержания железа в печени.
Были обнаружены магнитные поля постоянных токов, появляющихся в коже при прикосновениях к покрывающему ее волосяному покрову. Обнаружение таких токов по электрическим полям предельно затруднено из-за паразитных потенциалов, возникающих в местах крепления электродов, и, кроме того, самим фактом их закрепления — они давят на кожу.
Измерены магнитные поля при сокращении скелетных мышц человека — их запись в функции времени называют магнитомиограммами. В дополнение к высокочастотным компонентам (10—150 Гц), регистрируемым также и электромиографически, наблюдалась медленно меняющаяся составляющая магнитомиограммы, которая может быть вызвана как сокращением мышцы, так и ее легким массажем.
Известно, что глаз является источником довольно сильных электрических полей, так как в определенных слоях сетчатки существует разность потенциалов до 0,01 В. Это вызывает в окружающих тканях электрический ток, который создает магнитное поле, изменяющееся как при движении глаз, так и при изменении освещенности сетчатки. Наблюдение и изучение магнитных полей глаза представляет собой интересную самостоятельную задачу. Вместе с тем оказалось, что, поскольку магнитные поля глаз существенно превышают магнитные поля мозга, необходимо знать конфигурацию и другие характеристики этих полей, приступая к магнитографическим исследованиям мозга, особенно при изучении зрительного восприятия человека.

МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ
Работа мозга, основы которой остаются пока еще во многом загадочными, сопровождается появлением как электрических, так и магнитных полей. Наиболее сильные сигналы порождаются спонтанной ритмической активностью мозга. С помощью электроэнцефалографии проведена классификация этих ритмов и установлено соответствие между ними и функциональным состоянием мозга (бодрствованием, разными фазами сна) или патологическими проявлениями (например, эпилептическим припадком). Исследования показали, что электро- и магнитоэнцефалограммы могут сильно различаться: некоторые ритмы проявляются лишь в электрических исследованиях, а некоторые — в магнитных. В этом поля мозга отличаются от полей сердца, для которого электро- и магнитокардиограммы весьма схожи. Поэтому применение сквид-магнитометров особенно перспективно при исследованиях мозга, и с их помощью уже получено много важных результатов.
Однако такое различие отнюдь не универсально. Так, в альфа-ритме, т. е. в колебаниях с частотой 8—|2 Гц, характерном для бодрствующего человека с закрытыми глазами в спокойном состоянии, магнитные и электрические поля появляются синхронно, причем их амплитуды пропорциональны, т. е. субъект с большим электрическим сигналом альфа-ритма вырабатывает и больший магнитный сигнал. Правда, такая четкая связь отсутствовала у пациентов с нарушениями ритмической активности.
При сравнении электро- и магнитоэнцефалографии следует учитывать, что в отличие от других органов мозг практически целиком окружен костной тканью черепа, которая имеет много меньшую электропроводность по сравнению с кожей и самим веществом мозга. Кроме того, естественные отверстия черепа усложняют пути электрических токов, в результате чего картина потенциалов на поверхности головы представляет собой сложное наложение пространственных распределений сигналов от довольно удаленных источников внутри мозга. Магнитный же датчик реагирует главным образом на более сильные токи, текущие в самой области биоэлектрической активности и, что также очень важно, определенным образом ориентированные относительно приемной катушки сквид-магнитометра. Это делает магнитоэнцефалографические методы предпочтительными, поскольку наибольший исследовательский и диагностический интерес представляет изучение сигналов от конкретного источника внутри мозга без помех от других видов активности. Наиболее ярко это проявляется при исследованиях откликов мозга на различные воздействия на органы чувств.
В ряде лабораторий мира уже начаты исследования магнитных сигналов, сопровождающих отклики мозга на осязательное, звуковое и зрительное раздражения. Уже первые результаты показали, что эти так называемые вызванные магнитные поля мозга обладают сравнительно простой структурой и по ним можно установить расположение источника биоэлектрической активности в коре головного мозга. Некоторые источники могут быть достаточно хорошо представлены в виде токового диполя — миниатюрной батарейки с близко расположенными полюсами. Положение токового диполя в мозге, глубина его залегания, направление и величина (произведение плотности тока на объем области активности) могут быть определены магнитными методами. В ответ на зрительное раздражение возникает токовый диполь в затылочной части головы, на слуховое — в височной части. При пропускании слабого тока по мизинцу правой руки возникает диполь, перпендикулярный центральной борозде левого полушария. Этот диполь расположен в проекционной зоне чувствительных рецепторов различных частей тела и именно в том месте коры, где на основании нейрохирургических исследований установлено «представительство» мизинца. Сквид-магнитометр позволяет без хирургического вмешательства весьма точно определить то место в коре мозга, куда приходит и где обрабатывается информация от органов чувств. Так, токовый диполь от большого пальца находится на 2 см ниже диполя, возникающего при раздражении мизинца. Можно надеяться, что магнитная регистрация позволит определить или подтвердить положение и других функциональных центров в головном мозге. (Электроэнцефалограмма не дает возможности столь точно определять положение источника биоэлектрической активности в мозге.)
Сравнительная простота некоторых магнитных откликов позволила проводить с их помощью надежные нейрофизиологические эксперименты. В Нью-Йоркском университете исследовались магнитные поля мозга, вызванные реакцией на решетку из темных и светлых полос, периодически появляющуюся на экране осциллографа. Такой вид стимулирования в исследованиях зрительного восприятия весьма распространен, и его применение связано с современными теоретическими представлениями о восприятии образов. К тому же оказалось, что амплитуда магнитного сигнала в этом случае больше, чем, например, при использовании простой вспышки. Периодически предъявляя такую решетку, можно было по отставанию магнитного отклика установить время прохождения сигнала по нервным путям от глаза в определенный район коры головного мозга. Прохождение сигнала — не пассивный процесс, он включает в себя последовательную обработку информации в различных отделах мозга, и по времени запаздывания можно в той или иной мере судить о характере этой обработки. Эксперименты показали, что запаздывание тем больше, чем гуще решетка, т. е. мозг быстрее реагирует на стимул с более крупными деталями. Это справедливо, однако, лишь для появления решетки на экране осциллографа с частотой, меньшей 20 Гц. На больших частотах механизм обработки сигнала в мозге резко меняется, и запаздывание не зависит от густоты решетки. Подобная характерная частота 20 Гц была обнаружена и при прохождении сигналов от осязательного раздражения.
Интересно отметить, что измерение магнитного отклика на зрительный стимул и сравнение его характеристик с данными традиционного хронометрического опыта по измерению суммарной реакции человека на разовое предъявление решетки позволило разделить время реакции на две части — необходимое для анализа сигнала (оно зависит от периодичности решетки) и для передачи исполнительного (моторного) импульса. Оказалось, что моторное время составляет примерно 110 мс независимо от сложности предъявляемого стимула. Возможность определения такого запаздывания позволила сравнить времена реакции различных полушарий мозга на зрительный стимул. Система связи мозга со зрительными органами такова, что в левое полушарие идет сигнал от правой половины поля зрения обоих глаз, в правое — от левой половины. У большинства испытуемых запаздывание было одинаковым, но у некоторых людей разница времени реакции правого и левого полушарий достигала 0,1 с! Этот факт, по-видимому, может иметь клиническую ценность, например, для ранней диагностики склероза.
Магнитные исследования мозга реально ведутся всего лишь пять лет, но уже первые результаты показали большую перспективность метода. Руководят биомагнитными измерениями пока, как правило, ученые-физики: в Массачусетском технологическом институте — Д. Коэн, в Национальном бюро стандартов (США) — Дж. Циммерман, в Нью-Йоркском университете — С. Уильямсон, в Университете «Кейз Вестерн Резерв» (США) — Д. Фаррелл, в Техническом университете Хельсинки — Т. Катила. Сейчас число биомагнитных лабораторий и размах исследований стремительно растут. В Советском Союзе проблемами биомагнетизма и разработкой соответствующей аппаратуры занимаются в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова и Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР.

ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ МАГНИТОМЕТРИИ
Биомагнетизм оказался первой областью применения магнитометрии на основе сквидов, и именно проблемы биомагнетизма стимулировали быстрое развитие аппаратуры, методик исследований и средств борьбы с шумами. По этой причине биомагнетизм стал не только важной областью биологической науки, но и обеспечил базу для развития других применений сверхчувствительной сквид-магнитометрии.
С помощью сквид-магнитометров можно изучать и другие биологические объекты: животных, растения, культуру ткани и т. д. Кроме того, они дают возможность получать информацию о протекании химических процессов в замкнутом реакторе или ампуле, поскольку молекулярные изменения сопровождаются, как правило, изменением магнитных свойств среды.
Уже ведутся измерения свойств слабомагнитных образцов горных пород с характерным размером около сантиметра, систематические обмеры которых могут оказать большую помощь геологам. Такие измерения важны и для исследования палеомагнетизма горных пород, отражающего историю изменения магнитного поля Земли. Представляет интерес и измерение магнитных характеристик палеонтологических и археологических находок.
С помощью сквид-магнитометров можно контролировать химическую чистоту различных ответственных деталей, однородность их состава и отсутствие внутренних нарушений. Причем, поскольку зона чувствительности прибора хорошо доступна, возможен массовый контроль с быстрой и удобной сменой образцов. Во время измерений можно осуществлять ряд воздействий на образец, например облучать его мощным пучком света или другого излучения, нагружать и т. п. Сквид-магнитометры уже применяются для контроля за качеством тепловыделяющих элементов ядерных реакторов и «магнитной чистоты» космических аппаратов.
Конечно, использование сквидов для всех этих целей пока еще несравнимо по масштабу с их использованием в биомагнитных исследованиях человека. Измерительная аппаратура и способы ее применения для большинства приложений практически те же, что и в биомагнетизме, поэтому вопрос состоит лишь в подборе конкретных задач, для решения которых методы сверхчувствительной магнитометрии дадут наибольший эффект.
Сравнительно широкое применение сквид-магнитометры, в основном в виде градиометров, нашли в геомагнитных исследованиях. Магнитное поле Земли и даже его флуктуации достаточно хорошо измеряются и менее чувствительными приборами. Однако оно очень однородно и лишь незначительно искажается из-за вариации магнитных свойств пород, залегающих в поверхностных слоях. Информацию об их геологическом строении можно получить, измеряя малые градиенты земного магнитного поля. Сквид-градиометры могут служить для обнаружения слабых магнитных аномалий небольшой протяженности, а также для магнитной съемки с большой высоты. Установленные на спутниках, они могут обеспечить широкое и высокоточное магнитное картирование Земли. Сквид-градиометры уже использовались для решения таких задач геомагнетизма, как измерение локальных возмущений магнитного поля при солнечных затмениях и полярных сияниях, а также для обнаружения внутренних волн в океанах. Их можно также применять для измерения напряжений в горных породах, обладающих магнитострикцией, что очень важно для прогноза землетрясений.
Сквид-магнитометры и некоторые другие приборы, использующие эффект Джозефсона, уже вошли в практику низкотемпературного эксперимента многих физических лабораторий. Вместе с тем, по мере совершенствования методов сверхчувствительной магнитометрии, разрабатываемых преимущественно для решения задач биомагнетизма, эти приборы будут находить себе все более широкое применение в тех исследованиях, для которых распределение очень слабых магнитных полей вокруг объекта несет информацию о его внутреннем строении. Детище квантовой механики — сквид, наряду с транзистором и лазером, лишний раз демонстрирует, насколько практичной стала эта удивительная наука, казавшаяся в прошлом столь абстрактной.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
СЛАБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ (КВАНТОВЫЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ). Под ред. Б. Шварца и С. Фонера. М.: Мир, 1980.
Волков А. Ф., Заварицкий Н. В. Надь Ф. Я. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ СЛАБОСВЯЗАННЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ. М.: Советское радио, 1978.
Лихарев К. К., Ульрих Б. Т. СИСТЕМЫ С ДЖОЗЕФСОНОВСКИМИ КОНТАКТАМИ. М.: Изд-во МГУ, 1978.
SUPERCONDUCTING QUANTUM INTERFERENCE DEVICES AND THEIR APPLICATIONS, v. 1, BIOMAGNETISM, v. 2. Berlin (West) — New York, 1980.

Шкала напряженности магнитного поля, на которой обозначены биомагнитные поля человека, вызываемые различными источниками. Для сравнения приведены напряженность магнитного поля Земли, уровни магнитных шумов в городе и вдали от индустриальных помех (геомагнитный шум) и чувствительность сквид-магнитометра (она примерно в 1000 раз лучше, чем у несверхпроводящих магнитометров).

Магнитоэкранированная комната со стенками из ферромагнитного материала в Низкотемпературной лаборатории О. Лоунасмаа (Финляндия). В центре комнаты расположен сквид-магнитометр, используемый для биомагнитных измерений. Чувствительный элемент находится в нижней части дьюара.

Установка для проведения нейрофизиологических исследований в Нью-Йоркском университете. Вверху расположен гелиевый дьюар со сквид-градиометром второго порядка, чувствительный элемент которого находится у головы пациента. Взаимное положение человека и градиометра можно изменять с помощью специального манипулятора.

МКГ и ЭКГ плода в теле матери (сигналы от плода обозначены буквой F, от матери — М). Магнитное поле материнского сердца спадает с увеличением расстояния столь быстро, что практически не мешает записи МКГ плода, тогда как ЭКГ плода теряется в электрических сигналах матери, в силу того что электрический ток в коже имеет заметную величину даже на значительных расстояниях от сердца. (Ahopelto J., Hukkinen К., Katila Т. Е., Laine Н., Kariniemi К. Ann. Chir. Gyn. Fenn., 1975, v. 64, p. 152.J

Распределение магнитного поля вокруг головы человека при альфа-ритме (вверху). Его направление периодически (с частотой около 10 Гц) меняется на противоположное. Синхронное появление альфа-ритмической активности мозга на магнито- и электроэнцефалограммах при закрывании пациентом глаз (внизу). (Cohen D. Science, 1972, v. 175, p. 664.)

Токовый диполь (показан цветом) и его магнитное поле (концентрические стрелки), возникающие при раздражении электрическим током правого мизинца. Показаны также зоны коры головного мозга, в которых возникает отклик на раздражение чувствительных рецепторов некоторых других частей тела. (Williamson S. J., Kaufman L., Brenner D. J. Appl. Phys., 1979, v. 50, № 3, p. 2418.)

Результаты экспериментов по определению времени запаздывания магнитного отклика мозга на периодическую зрительную стимуляцию (обозначены в зависимости от частоты стимуляции различными значками) и полного времени реакции (сплошные линии). Сравнивая эти результаты, можно убедиться, что разница между полным временем реакции и запаздыванием отклика постоянна и составляет 110 мс. (Williamson S. J., Kaufman L., Brenner D. Vision Rev., 1978, v. 18, p. 107.)

<- предыдущая страница следующая ->