Акустический фактор ноогенеза

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

АКУСТИЧЕСКИЙ ФАКТОР НООГЕНЕЗА

Холманский А.С., Минахин А.А.

ВВЕДЕНИЕ

Адекватным маркером антропогенеза может служить мыслительная способность мозга (ноогенез) [12]. Физическим фактором развития данной способности является, прежде всего, акустика голосового аппарата человека, суммирующая в себе газодинамику дыхания и реологию костно-жидкостных тканей головы. В рамках законов газо- и гидродинамики, акустики и реологии в ходе эволюции реализовалась трансформация костей черепа и нейропластика головного мозга, составившая морфофункциональную базу механизма мышления. Свою роль в этом процессе сыграла физиология слухового аппарата, обеспечивая регулировку голосового аппарата по принципу обратной связи. Можно полагать, что и у современного человека акустический фактор антропогенеза, сохраняя свою актуальность на уровне онтогенеза, стал существенной составляющей вектора духовной эволюции, объективным показателем которой может служить творческий потенциал индивидуума и всего общества в целом.

Начало процесса сапиентации гоминида, очевидно, положила мутация его генома, инициированная внешним физическим фактором. Мутагенным фактором могла стать повышенная радиация в тех районах Африки, где обнаружены стойбища вероятных предков человека [5]. Вследствие данной мутации у человека могли появиться специфические по морфологии и энергетике гортанные мышцы - ключевой элемент голосового аппарата [6]. Практически все стоянки гоминидов были обнаружены в долине Великого Африканского Разлома (рифта) и в районах урановых провинций [5]. Учитывая мутагенное действие радиации, в работе [5] предположили, что здесь 2-4 млн. лет назад обезьяна превратилась в человека прямоходящего и далее в человека разумного, который затем стал расселяться из Африки в образе «митохондриальной Евы» по другим материкам.

В разломах земной коры, очевидно, будет повышена интенсивность биогенного излучения, катализирующего реакции хиральных метаболитов в живых системах [9,11]. В урановых провинциях высрко содержание радона-222 в почве, гидросфере и атмосфере. Факт выживания гоминида в этих условиях свидетельствует, что суточные дозы облучения радона-222 не превышали предельно допустимых. Более того они могли находиться в рамках радиационного гормезиса [1, 4], позитивно влияя на метаболизм и развитие мозга гоминида. Из всех эффектов радонотерапия [1] можно выделить ее благотворное воздействие на центральную нервную систему и щитовидную железу, а также стимуляцию адаптационно-приспособительной функции организма. Учитывая, что энергетика голосовых связок напрямую регулируется гормонами щитовидной железы [1,6], можно полагать, что в случае гоминида эффекты радиации радона-222 могли способствовать развитию голосового аппарата и эволюции гоминида.

По Дарвину и Орбели [6] появлению разговорной речи у человека предшествовала музыкально-вокальная форма выражения голосом различных эмоций его предком. Акустические особенности вокальной речи (Рис 1А) [6] должны были ускорить процесс формирования морфофункциональной базы механизма осмысленной членораздельной речи. В процессе сапиентации социума акустика голосового аппарата, модулированная вокальной и членораздельной речью, очевидно, способствовала появлению и развитию когнитивных способностей у homo sapiens.

К настоящему времени накоплен большой объем данных о физиологии и морфологии органов дыхания, слуха, голосового аппарата, а также об акустических свойствах костных и жидкостных тканей головы, участвующих в передаче, аккумуляции и преобразовании звуковых колебаний в электрические импульсы нервных клеток. Анализируя эти данные с помощью законов газо- и электродинамики, акустики и реологии, в работе предложили и обосновали вероятную схему участия акустического фактора в регулировании метаболических реакций, отвечающих за развитие морфофункциональной основы механизма мышления.

МЕТОД И МАТЕРИАЛЫ

В основу метода исследования была положена идея духовно-физического изоморфизма [8]. Согласно данной идеи эволюционные скачки и последующее развитие морфологии и функций молекулярно-клеточных систем живых организмов есть закономерный процесс их адаптации к действию внешних и внутренних сил различной природы (факторов). В процессе адаптации живые системы усваивают и затем воспроизводят в своих формах и действиях характерные физические особенности факторов, активирующих адаптацию. В работе из всего объема известных данных по анатомии и физиологии выбирали их среднестатистические значения, а по акустическим свойствам голосового аппарата те, которые имели удовлетворительную физическую интерпретацию и вписывались в предлагаемую модель, иллюстрируя ее принципиальные особенности. Достоверность результатов автоопытов подтверждалась их воспроизводимостью другими людьми и простотой регистрации акустических эффектов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Источником акустических эффектов является поток воздуха в трахеи, формируемый на выдохе при смешивании потоков из правого (ПБ) и левого (ЛБ) главных бронхов. Длины ПБ и ЛБ варьируются в пределах 2,5-3 и 4-5 см, соответственно, а углы их вхождения в трахею составляют 25-30^о и 40-45^о. Для обеспечения синхронности выдоха правым и левым легким скорость потока воздуха в ЛБ должна быть в ~1,6 раза больше, чем в ПБ. При этом из закона сохранения импульса следует, что вектор импульса потока воздуха в трахее будет иметь латеральную составляющую, направленную слева направо и величиной в ~1/4 от импульса, направленного вверх по оси трахеи. Наличие латеральной асимметрии в динамике выдыхаемого воздуха, прежде всего, должно отразиться на морфологии и динамике мышц гортани и голосовых связок в том числе. Действительно, гортань асимметрична и размеры правой и левой голосовых связок различаются [3]. К примеру, правая связка шире левой у здоровых певцов, а у 30% исследованных глухонемых отмечена более слабая работа левой связки. Очевидно, что и после прохождения голосовой щели латеральная составляющая импульса сохранится в динамике квантов воздуха, участвующих в формировании различных звуков и вентиляции придаточных пазух носоглотки. Латеральный градиент воздушного потока за щелью гортани в совокупности с морфофункциональной асимметрией голосовых связок, могли внести свой вклад в генезис известных асимметрий лицевых костей черепа и функциональных асимметрий мозга (речь, слух, обоняние).

В разговорной и особенно в вокальной речи большое значение имеют воздушные полости в голове и груди, которые играют роль акустических резонаторов, позволяющих в широких пределах менять характеристики голоса (силу, тембр, высоту звука) [6]. Полагают, что вибрации тканей головных и грудных резонаторов возбуждают обширные зоны нервных окончаний главным образом тройничного и блуждающего нерва и эти возбуждения по рефлекторным связям передаются на голосовой сфинктер. Вибрации резонансных полостей отчетливо регистрируются внешними датчиками (Рис 1В) и субъективно ощущаются певцами в области «маски» [6].

Рис 1. А) Спектры силы звука разговорной (1), вокальной (2) речи и кривая порога слуховой чувствительности человека (3) из [6]. B) Спектры голоса и вибрации тела певца (бас Н.Охотников). 1 - звук голоса при пении гласной «а» на ноте do (131 Гц); 2 - вибрации костей черепа между надбровными дугами; 3 - вибрации грудной клетки из [6]

Источником вибрации лицевых костей черепа являются звуковые колебания на резонансных частотах в придаточных пазухах носовой полости (гайморовы, лобные, решетчатый лабиринт, клиновидная). Понятно, что звуковые волны, порождаемые вибрирующими костными стенками пазух, будут излучаться и в стороны глаз и мозга, возбуждая в них соответствующие их акустическим свойствам колебания. О силе этих колебаний можно представить, исходя из следующего автоопыта. При вокальной речи затыкание большими пальцами обоих ушей приводит к существенному увеличению громкости звука, воспринимаемому слуховой системой. Основной причиной данного эффекта является увеличение добротности резонатора внешнего уха, состоящего из костно-мышечной трубки длиной ~2,5 см и имеющего резонансную частоту ~2,5 кГц.

При заткнутых ушах колебания в этом резонаторе возбуждаются за счет костной проводимости голосовых вибраций.

В принципе, резонансные характеристики придаточных пазух и заткнутого внешнего уха близки, поэтому и в них при вокальной речи, особенно в верхнем регистре будут возбуждаться колебания такой же интенсивности, как и во внешнем ухе. Отсутствие со стороны мозга и глаз виброрецепторов еще не означает, что в их костно-жидкостных средах не возбуждаются колебания звуковой частоты. Отметим, что передаче энергии колебаний от пазух тканям глаза и мозга будет способствовать то, что стенка гайморовой пазухи, служащая дном глазницы тоньше других ее стенок, аналогично у клиновидной и лобной пазух утончены стенки, обращенные к мозгу. Эти стенки вполне могут играть роль упругих мембран, подобных барабанной перепонке (Рис 2).

Рис 2. Схема возбуждения акустических волн в тканях мозга колеблющимися стенками придаточных пазух (лобной и клиновидной)

Глаз является структурой мозга, сохраняющей с ним акустическую взаимосвязь, на что указывает корреляция колебаний давления внутри глаза и внутричерепного (ВЧД) [16]. Известно также [10], что нервная система глаз весьма чувствительна к колебаниям лицевых костей черепа, например, ритмическая окклюзия зубов модулирует тремор глаз. Эти данные позволяют предположить возможность передачи от гайморовой пазухи колебательного возбуждения на мозг через ткани глаза. Отметим, что в работе [10] зубы были отнесены к высокочувствительным механорецепторам костной системы черепа, действительно, оказалось, что пороги костной проводимости звуковых сигналов при возбуждении зубов верхних и нижних одинаковы и лучше, чем при стимуляции точек лба [15].

Передачу акустического возбуждения на ткани и структуры мозга от стенок лобной и клиновидной пазух вполне могут обеспечить механические свойства костей черепа и внутричерепного содержимого [13,14,17], а также эффективный механизм костно-жидкостной проводимости звука [16]. Анализ частотного спектра колебаний ВЧД в норме выявил доминантную частоту ~7 Гц и изменение амплитуды ВЧД в пределах 3-15 мм рт. ст. Причем колебания ВЧД с высокой амплитудой коррелируют с падением сопротивления сосудов мозга и увеличением в нем объема крови. Отмечают также тензорный характер распределения ВЧД в пределах полости черепа из-за неоднородности внутричерепного содержимого и комплекса иррегулярных полостей, связанных между собой. Учитывая эти данные и законы распространения акустических волн в неоднородных средах, можно полагать, что геометрия турецкого седла, примыкающего к клиновидной пазухе, вместе с геометрией третьего желудочка обеспечат высокий уровень акустического возбуждения гипофиза при колебаниях ВЧД и воздуха в полостях головы и груди на их резонансных частотах.

Гипотеза об участии вокальной и разговорной речи в процессе развития морфофункциональной базы когнитивных способностей мозга, подразумевает катализирующие участие акустической энергии в трофике структур неокортекса. В основу механизма обращения механической энергии упругих костно-жидких сред в электрическую энергию нервных окончаний, находящихся в данных средах в работе [10] положили явление электромагнитной индукции и поляризационные эффекты. Данные механизмы, очевидно, работают при возбуждении нервных окончаний, расположенных в слизистых оболочках голосового аппарата и резонаторных полостей. Можно считать, что эта доля акустической энергии в основном расходуется на обеспечение нормальной работы самого голосового аппарата в режиме автоколебаний [6]. И не случайно наибольшая чувствительность слуха и максимальная эффективность голосового аппарата наблюдаются при частоте звуковых колебаний ~2,5 кГц (Рис 1) - их период 2,5 мс близок к постоянной времени ионной проводимости мембраны нервного волокна.

Как было отмечено выше между колебаниями ВЧД и кровоснабжением мозга наблюдается определенная корреляция, в основе которой, по-видимому, лежит зависимость пропускной способности артериальных и венозных капилляров от баланса гидродинамических и онкотических давлений внутри и вне капилляров. Величина эффективного фильтрующего давления в артериальном капилляре составляет 9 мм рт.ст., а в венозном -6 мм.рт. ст. [2]. Эти величины сравнимы с амплитудой колебаний ВЧД, источником которых, в частности, могут быть и резонансные колебания лобной и клиновидной пазух. Со стороны мозга к стенкам лобной пазухи и решетчатого лабиринта примыкает префронтальная область коры, которая развилась у человека в процессе филогенеза и отвечает вместе со связанными с ней подкорковыми структурами за сложные когнитивные, поведенческие функции и эмоции. Не исключено, что энергия колебаний указанных пазух стимулировала развитие этой области коры, катализируя ее трофику на уровне гемодинамики.

Рис 3. Схема взаимосвязей функциональных подсистем организма и влияния на них физических факторов. 1 - голосовой аппарат; 2 - гипофиз; 3 - мозг; 4 - головные и грудные резонаторы; 5 - орган слуха; 6 - щитовидная железа. Каналы связи: a - нервные; b - акустические; c - гормональные. - альфа, бета, гамма и нейтринное излучение радона-222 и дочерних продуктов его распада.

Аналогичным образом звуковые колебания ВЧД и клиновидной пазухи могут интенсифицировать метаболизм гипофиза. Гормоны гипофиза влияют на половое развитие, рост тканей, кровоснабжение мозга и на активность щитовидной железы, тиреоидные гормоны которой помимо обеспечения энергетики голосовых связок [6], отвечают за развитие новых структур мозга, контролируя дифференцировку клеток, рост дендритов, их миелинизацию и синаптогенез [9]. В зрелом мозге эти гормоны определяют скорость мыслительных процессов, эмоциональный тонус, работу памяти и саму возможность обучения. Можно полагать, что стимулирующее действие на физиологию щитовидной железы будут также оказывать низкочастотные колебания грудного резонатора, основу которого составляет трубка трахеи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты автоопытов и проведенный анализ позволяют представить схему влияния внешних и внутренних факторов на процесс развития и функционирования мозга в виде структурно-функционального комплекса, открытого к внешним физическим воздействиям и связанного в единое целое иерархической системой нервных, гормональных и физических связей (Рис 3).

Механизм влияния кинезо-акустического фактора на мозг, в принципе, сочетая элементы технологий краниосакральных манипуляций и кинезитерапии, в силу своих филогенетических особенностей отличается от них прицельностью воздействия на нейрофизиологию структур отвечающих за когнитивные способности человека. С учетом данной специфики вокальный формат кинезо-акустического фактора вполне можно отнести к аутомассажу мозга.

антропогенез гортань мышца голосовой аппарат

ЛИТЕРАТУРА

1. Бекман И.Н. Курс лекций «Ядерная медицина». М.: 2006; http://profbeckman.narod.ru/MED.htm

2. Зайко Н.Н. и др. Патологическая физиология [Учебник для студентов мед. вузов] К.: "Логос", 1996

3. Левидов И.И. Певческий голос в здоровом и больном состоянии. Л.: «Искусство», 1939

4. Мартынюк, В.С. У природы нет плохой погоды: космическая погода в нашей жизни / В.С. Мартынюк, Н.А. Темурьянц, Б.М. Владимирский. - Киев, 2008. - 179 c.

5. Матюшин Г.Н. Археологический словарь. М.: Просвещение. 1996. 304 с.; Три миллиона лет до нашей эры. М.: Просвещение. 1986. 159 с.; http://lib.rus.ec/b/314797

6. Морозов В.П. Биофизические основы вокальной речи. Л.: «Наука». 1977. 232 с.; Искусство резонансного пения. Основы резонансной теории и техники. М.: 2002.496 с

7. Тиреоидные гормоны и нервная система // http://enc.sci-lib.com/article0001553.html

8. Холманский А.С. Духовно-физический изоморфизм // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. Т. 7. Вып. 1. 2008. URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-17-html/holmansky-3/holmansky-3.htm

9. Холманский А.С. Хиральность и квантовые эффекты как факторы морфогенеза // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. -Т. 9. -В. 4. - 2010. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-28-html/kholmanskiy-2/kholmanskiy-2.htm;

10. Холманский А.С. Электромеханические модели в нейрофизиологии зубов // Современная стоматология. 2011. №2. С. 67-69.

11. Холманский А.С., Минахин А.А. Асимметрия биомеханики опорно-двигательной системы в норме и патологии // Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №2(23) 2012; http://www.kamgifk.ru/sites/default/files/magazine/23_(2)_2012/2(23)-holmanskii.pdf

12. Холманский А.С., Минахин А.А. Факторы филогенеза осанки и морфогенеза мозга человека // Науковедение, №4. 2012 /http://naukovedenie.ru/PDF/48pvn412.pdf

13. McElhaney J.M. Mechanical properties of cranial bone // J. Biomehnzics. 1970. V. 3. Р. 495-511

14. Reid A. et al. Mean intracranial pressure monitoring by non-invasive audiological technique: a pilot study.// J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1989. V.52 p.610-612.

15. Ozer E, Adelman C, Freeman S, et al. Bone conduction hearing on the teeth of the lower jaw. // J. Basic Clin. Physiol Pharmacol. 2002; 13(2). Р. 89-96.

16. Sohmer H, Freeman S, et al. Bone conduction experiments in humans - a fluid pathway from bone to ear. Hear Res. 2000. 146(1-2). Р. 81-88; Further evidence for a fluid pathway during bone conduction auditory stimulation // Ibid. 2004. 193(1-2). Р.105-10.

17. Xianfang Yue, Li Wang, Deformation of skull bone as intracranial pressure сhanging // African Journal of Biotechnology. 2009. V. 8 (5). Р. 745-750.

Размещено на Allbest.ru