تأثیر میدانهای مغناطیسی کم‌فرکانس بر ویژگی‌های غیرخطی سلول عصبی حلزون باغی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شاهد

2 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شاهد

3 استاد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس

4 دانش‌آموخته دکتری، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس

10.22041/ijbme.2012.13110

چکیده

در سالهای اخیر طبیعت به شدت تحت تأثیر طیف وسیعی از میدان‌های مغناطیسی، قرار گرفته است؛ لذا همواره مطالعات گسترده‌ای بمنظور بررسی آثار بیولوژیک این میدان‌ها انجام می‌شود. آثاری نظیر مهار عملکرد سلول عصبی- که با شواهدی نظیر کاهش فرکانس یا کاهش دامنه پتانسیل عمل خود را نشان می دهد- نشان داده شده است.  در توجیه و بررسی این آثار، اخیراً نظریه پنجره‌های بیولوژیک مطرح شده و به آن توجه شده است. در تعدادی از تحقیقات به آثار پنجره‌ای دامنه و یا فرکانس میدان‌های مغناطیسی اشاره می‌شود. از سوی دیگر  با توجه به رفتار غیرخطی سلول عصبی- که می‌تواند با معادلات HHبیان شود- می‌توان سلول عصبی را بعنوان سیستمی غیرخطی در نظر گرفت و تغییرات احتمالی دینامیک غیرخطی سلول را تحت تأثیر میدان مغناطیسیELF  بررسی کرد . در این تحقیق از 6 شدت میدان بعنوان شدت میدان‌های محیطی و در هر شدت میدان ، از 6  سلول عصبی حلزون باغی استفاده شده است و با محاسبه برخی ویژگی‌های غیرخطی پتانسیل عمل سلول نظیر بعد هیگوچی سیگنال و رسم نگاشت بازگشتی، در طول زمان و در شدت‌ میدان‌های مختلف، مشاهده شد که برای همه شدت‌های  مورد بررسی، میدان‌های مغناطیسی سبب افزایش بعد هیگوچی و همچنین افزایش میزان پراکندگی نگاشت بازگشتی ویژگی ISIاز پتانسیل عمل حلزون می‌شوند. این نتایج به معنای افزایش پیچیدگی سیستم و بعبارتی افزایش درجه آزادی سیستم تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی است و البته این آثار در باند میانی شدت‌های مورد آزمایش، بیشتر مشاهده می‌شود که مؤید اثر پنجره‌ای ذکر شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of ELF Magnetic fields on Nonlinear features of Helix Aspersa’s Neurons

نویسندگان [English]

  • Hadi Tavakoli 1
  • Ali Motie Nasrabadi 2
  • Seyed Mohammad Firouzabadi 3
  • Mehri Kaviyani Moghaddam 4
1 Ph.D Student, BioMedical Engineering Department, Faculty of Engineering, Shahed University
2 Associate Professor, BioMedical Engineering Department, Faculty of Engineering, Shahed University
3 Professor,Medical Physics Department, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University
4 Medical Physics Department, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

During recent years, the environment has been enormously changed by the wide range of magnetic fields. Therefore, comprehensive studies are being done for investigating their biological effects. The effects such as inhibition of bioelectric activity of neurons which is shown by evidence, like decreasing in the firing frequency or decreasing in the amplitude of action potential, have been shown. To notify and investigate these effects, the theory of “biological windows” have been proposed and considered. The effects of amplitude and/or frequency of magnetic field have been pointed in some research. In this study, regarding the behavior of nervous system, which has non-linear dynamic behavior, we study the behavior of nervous system under exposure to magnetic field. We investigate whether the low frequency field is able to affect the dynamic of nerve cells and to have influence on non-linear features of signal. We used 6 environmental intensities and 6 cells have been used in each intensity, and by calculating some of non-linear features of action potential such as Higuchi Dimension and Return map of signal, during the time and in some different intensities of magnetic fields, It was observed that all intensities magnetic fields lead to increasing in Higuchi Dimension and increasing in the scattering of the Return map of signal. Of course these effects has been more observed in the middle band of frequency which has been confirmed by the theory of ‘frequency window’ effect of magnetic fields, which it has been noticed and discussed in last two decades.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Higuchi Dimension
  • Action potential
  • Return Map
  • Low Frequency Magnetic Fields
  • chaos

[1]     Takebe H., Shiga T., Kato M., Masada E., Biological and health effect from exposure to power – line frequency electromagnetic fields; IOS press, 2000.

[2]     BENER Digest Update, Biological Effects of Nonionizing Electromagnetic Radiation; Philadelphia, Pa., 1994; 4(3).

[3]     Goodman R., Henerson A.S., Transcription and translation in cells exposed to extremely low frequency electromagnetic fields; Bioelectrochem Pioneer, 1991; 25: 335-355.

[4]     Lai H., Singh N.P., Acute exposure to 60 Hz magnetic field increases DNA strand breaks in rat brain cells; Bioelectromagnetics, 1997; 18(2):156-165.

[5]     Azanza M., Isolated neuron amplitude spike decrease under static magnetic field; J Magnetism and Magnetic Material, 1996; 157-158:593-594.

[6]     Calvo A.C., Azanza M., Synaptic neurone activity under aplied 50 Hz alternating magnetic field; Comparative Biochemistry and Physiology, 1999; 124: 99-107.

[7]     Calvo A.C., Azanza M.J., Electrophysiologic Responses of Snail Brain Neurons underapplied 50-Hz alternating magnetic fields; Electro and Magnetobiology, 1999; 18(3): 305-312.

[8]     Morelli A., Ravera S., Effect of extremely low frequency electromagnetic fields on membrane-associated enzymes; Biochemistry and Biophysics, 2005; 441: 191 -198.

[9]     کاویانی مقدم م.، بررسی تأثیر میدان‌های مغناطیسی(ELF) القاء شده در فرکانس‌های 50 و 217 هرتز با شدت‌های محیطی بر فعالیت بیوالکتریک سلول‌های عصبی حلزون باغی؛ پایان‌نامه دکتری، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده علوم پزشکی، 1387.

[10] Marko  S.M., Myosin  phosphrylation  –A  plausible  tool  for  studying  “Biological window;  Proceeding  of  the  3rd  International  Workshop  of  Biological  Effects  of Electromagnetic Fields, 2004; Oct 4-8; Kos, Gr eece.p.1-9.

[11] Hodgkin A.L., Huxley A.F., A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve; J. Physiol 1952; 117: 500-44.

[12] Calvo A.C., Azanza M.J., Electrophysiological responses of snail brain neurons under applied 50 Hz alternating magnetic fields; Electro and Magneto, 1999; 8(3): 305-315.

[13] Hodgkin A.L., Huxley A.F.A., Quantitative description of membrane and its application to conduction and excitation in nerve; Physiol, 1952; 117: 500–44

[14] Calvo A.C., Azanza M.J., Electrophysiological responses of snail brain neurons under applied 50 Hz alternating magnetic fielfd; Electro-Magnetobiology, 1999; 18: 305-312.

[15] Katz M., Fractals and the analysis of waveforms; Comput. Biol Med., 1988; 18(3):145-156.

[1]      [16] Petrosian A., Kolmogorov Complexity of Finite Sequences and Recognition of Different Preictal EEG Patterns; in Proc. IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems, 1995: 212-217.

 [17] Higuchi T., Aproach to an irregular time series on the basis of   the fractal theory; Physica D, 1988; 31: 277-283.

 [18] Marko S.M., Myosin phosphrylation –A plausible tool for studying “Biological window; Proceeding of the 3rd International Workshop of Biological  Effects of Electromagnetic Fields; 2004 Oct 4-8; Kos, Greece.p.1-9.

 [19] Jiang W., Hopf bifurcation in the Hodgkin–Huxley model exposed to ELF electrical field; Chaos, Solitons and Fractals, 2004; 20: 759–764.

 [20] Jiang W., Two-parameters Hopf bifurcation in the Hodgkin–Huxley model; Chaos, Solitons and Fractals, 2005; 23: 973–980.

[21] Jiang W., Multi-parameter Hopf-bifurcation in Hodgkin–Huxley model exposed to ELF external electric field; Chaos, Solitons and Fractals, 2005; 26: 1221–1229.