Разработка нового дозиметрического метода и технических средств для исследования влияния СВЧ электромагнитного излучения (ЭМИ) на психофизиологические показатели и состояние человека

от «24» ноября 2014 г. № 14.587.21.0008 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №1 в период с 24.11.2014 по 31.12.2014 выполнялись следующие работы:

1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, рассматриваемую в рамках научных исследований.

2 Анализ результатов предварительных исследований, подготовка и передача эскизной конструкторской документации (ЭД) на исследовательский АПК иностранному партнеру для изготовления экспериментального образца АПК.

3 Отчет о патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

4 Эскизная конструкторская документация на исследовательский АПК.

5 Эскизная конструкторская документация на электронные блоки исследовательского АПК.

6 Программная документация.

7 Методика исследования влияния поглощенной дозы ЭМИ на психофизиологические показатели человека при выполнении им тестовых заданий.

8 Экспериментальные исследования влияния дозовых характеристик СВЧ облучения на индивидуальные психофизиологические показатели человека при выполнении им тестовых заданий, проведенные совместно с ФГБУ НИИНФ им.П.К.Анохина РАМН.

9 Анализ экспериментальных данных с целью выработки критериев индивидуальной чувствительности к дозовым характеристикам СВЧ облучения.

10 Проведение оценки полноты решения задачи и достижения поставленных целей научных исследований.

При этом были получены следующие результаты:

1 Анализ научно-технической литературы и результатов выполненных патентных исследований показавший, что тема исследований, проводимых в настоящем проекте, актуальна, а работы, проведенные коллективом исполнителей при выполнении предыдущих работ, позволяют решить поставленные в проекте задачи.

2 Спроектированы основные электронные блоки исследовательского АПК, в том числе:

а) специализированная интегральная микросхема (ИМС) для исследовательского АПК, проведено ее компьютерное моделирование с использованием современной САПР “Cadence”, предоставленной иностранным партнером – фирмой “SARAD” GmbH, и изготовление за счет средств иностранного партнера на предприятии X-FAB (ФРГ) с использованием базового КМОП технологического процесса XH035 с проектной нормой 0,35 мкм.

б) разработан имитатор мобильной связи;

в) осуществлен выбор устройства съема кардиографического сигнала;

г) разработаны основные элементы СВЧ дозиметра.

3 Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец (ЭО) исследовательского АПК и на его основные электронные блоки в соответствии с требованиями ТЗ и плана–графика и осуществлена передача подготовленной эскизной конструкторской документации иностранному партнеру – германской фирме “SARAD” GmbH;

- разработана эскизная конструкторская документация на ЭО исследовательского АПК в соответствии с требованиями ТЗ в составе:

а) чертеж общего вида исследовательского АПК в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

б) схема структурная исследовательского АПК в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

в) схема функциональная исследовательского АПК в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

г) схема соединений и подключения исследовательского АПК в соответствии с ГОСТ 2.701-84.

3.2.5 Разработка эскизной конструкторской документации на электронные блоки исследовательского АПК

- разработана эскизная конструкторская документация на основные электронные блоки ЭО исследовательского АПК в соответствии с требованиями ТЗ в составе

а) схема функциональная БУ, включающего микропроцессорный модуль Carduino Nano v7 на базе микропроцессора Atmega 328P и преобразователь-коммутатор напряжения, в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

б) схема соединений и подключения БУ, включающего микропроцессорный модуль Carduino Nano v7 на базе микропроцессора Atmega 328P, в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

в) схема электрическая принципиальная преобразователя-коммутатора напряжения в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

г) схема функциональная имитатора мобильной связи в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

д) схема электрическая принципиальная имитатора мобильной связи в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

е) схема соединений и подключения имитатора мобильной связи в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

ж) схема функциональная СВЧ биодозиметра в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

и) схема электрическая принципиальная СВЧ биодозиметра в соответствии с ГОСТ 2.701-84

5 Разработана программа и методики тестовых испытаний (экспериментальных исследований) ЭО исследовательского АПК.

6 Разработано программное обеспечение системы управления, съема, обработки и представления информации исследовательского АПК.

7 Разработана методика экспериментальных исследований влияния поглощенной дозы ЭМИ на психофизиологические показатели человека при выполнении им тестовых заданий.

- На основании системного подхода, основными принципами которого являются целенаправленность поведения, иерархическая организованность субсистем, взаимодействие компонентов, опережающий характер и минимизация действий, разработан метод исследования влияния поглощенной дозы СВЧ облучения и скорости ее набора на базовые психофизиологические параметры человека в условиях тестировании его деятельности.

Для реализации таких экспериментов в исследовательский аппаратно-программный комплекс (АПК), разработанный в НИЯУ МИФИ был интегрирован программный продукт – поведенческий тестовый комплекс «Стрелок», разработанный в ФГБУ «НИИ нормальной НФ им.П.К.Анохина».

Была разработана методика исследования, включающая следующие этапы:

а) Психологическое тестирование: анкета САН – самочувствие, активность, настроение; тест на личностную и ситуационную тревожность Спилберга-Ханина.

б) Регистрация и сохранение в базе данных электрокардиограммы, пневмотахограммы (ритма дыхания) и пульоксиметрии на всех этапах обследования: до, в процессе и после выполнения психофизиологического зрительно-моторного теста «Стрелок».

в) Регистрация и запись в файл динамики показателей результативности выполнения компьютерного психофизиологического зрительно-моторного теста «Стрелок».

г) Безопасное, управляемое воздействие на испытуемого СВЧ излучением, имитирующим современную мобильную связь (в рамках нормативов СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03) с помощью исследовательского АПК. Было выбрано воздействие ЭМП GSM диапазона – 930 -960 МГц.

д) Непрерывный контроль параметров поглощения СВЧ излучения (SA, SAR) с помощью исследовательского АПК.

е) Статистический анализ полученных данных с помощью программ «ISKIM» для анализа кардиоритма и пневмотахограммы, «ДЭМИ» для обработки пульсоинтервалограмм, «Стрелок» для оценки показателей результативности выполнения зрительно-моторной деятельности, SPSS для анализа достоверности индивидуально-типологических изменений психофизиологических показателей, выявления возможных корреляционных связей и факторного анализа.

8 Проведены экспериментальные исследования ЭО исследовательского АПК и его основных электронных блоков, показавшее, что технические характеристики разработанного ЭО исследовательского АПК и его основных электронных блоков удовлетворяют требованиям технического задания:

а) характеристики разработанного СВЧ дозиметра при измерении удельной дозы СВЧ излучения:

1) нижнее пороговое значение– 0,1 мкДж/кг;

2) верхнее пороговое значение– 1 кДж/кг;

3) частотный диапазон – (0,7 ÷ 3) ГГц.

б) технические характеристики имитатора мобильной связи:

1) частотный диапазон модулей имитатора:

- CDMA 869-894 МГц;

- GSM 930-960 МГц;

- GSM 1805-1880 МГц;

- 3G 2110-2170 МГц;

- PHS 1880-1930 МГц;

2) мощность каждого канала – 3 Вт;

3) напряжение питания 2,6 – 5 В;

в) технические характеристики пульсоксимметра "Choicemmed MD300B":

1) сатурации кислорода (Sp02):

- диапазон измерения: 70 - 99 %;

- шаг измерения - 1 %;

- точность измерения: ± 2 % (в диапазоне 80...99 %);

± 3 % (в диапазоне 70...80 %);

2) частота сердечных сокращений (ЧСС):

- диапазон измерения: 30 – 235 уд/мин;

- шаг измерения: 1 уд/мин;

- точность измерения: ± 2 уд/мин или ± 2 %;

3) напряжение питания: 3 В.

9 Проведены совместно с ФГБУ «НИИНФ им. П.К.Анохина» экспериментальные исследования влияния дозовых характеристик СВЧ облучения на индивидуальные психофизиологические показатели человека при выполнении им тестовых заданий, осуществленные при интегрировании поведенческого тестового комплекса «Стрелок», разработанного в ФГБНУ «НИИНФ им. П.К.Анохина» в исследовательский АПК, разработанный в НИЯУ МИФИ. Была обследована группа из 25 взрослых добровольцев (15 мужчин и 10 женщин, 19-63 лет, средний возраст 29.4±3.2 лет, мода – 22 года), условно здоровых на момент проведения обследований. Проведению серии экспериментов предшествовало заседание этической комиссии ФГБНУ «НИИНФ им. П.К.Анохина», которая признала планируемые эксперименты соответствующими этическим нормам и одобрила их проведение.

10 Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований позволил выявить среди обследованных 4 группы, которые различались индивидуально-типологическими особенностями показателей тестирования: процента попаданий, стабильности результативности, рискованности, результативности в баллах и коэффициенту устойчивости к рассогласованию после ошибочных действий:

1) 48% испытуемых, у которых при воздействии ЭМП наблюдалось снижение показателей результативности в сериях теста при включенном GSM излучении и после выключения излучателя-имитатора СВЧ ЭМП от мобильных телефонов.

2) 28% испытуемых, изменения показателей тестирования у которых происходили по типу замедления роста результативности с последующим значительным улучшением показателей после выключения воздействия ЭМП.

3) У 12% испытуемых не обнаружены достоверные изменения показателей результативности тестирования.

4) 12% испытуемых не обучились успешной деятельности при тестировании зрительно-моторного навыка «Стрелок», что не позволило объективно оценить и выделить эффекты воздействия ЭМП.

Проведенный анализ показателей выполнения зрительно-моторного теста «Стрелок» в условиях воздействия ЭМП позволили выявить индивидуально-типологические особенности чувствительности испытуемых к электромагнитным излучениям 900 МГц диапазона GSM. Наиболее информативными показателями эффектов воздействия ЭМП СВЧ диапазона (900 МГц, GSM) на результативность деятельности были: процент попаданий, стабильность результативности и коэффициент устойчивости к рассогласованию деятельности после совершенных ошибок. По динамике изменений этих характеристик тестирования можно предположить, что ЭМП в первую очередь может воздействовать на процессы обучения и памяти, снижая (в первой группе) или тормозя рост и улучшение (во второй группе) динамической результативности выполнения теста. Можно считать, что разработанная психофизиологическая методика оценки воздействия ЭМП на успешность тестовой деятельности человека позволяет выявить у 76% людей негативные влияния ЭМП на процессы обучения и результативность выполнения теста.

Новизна предлагаемых подходов к исследованиям состоит в управляемом безопасном воздействии на человека СВЧ энергией и в оригинальных тестовых методиках оценки его индивидуальной психофизиологической реакции на эти воздействия, что дает возможность исследовать риски "переоблучения" человека - оператора при выполнении им ответственной работы. Ряд технических решений, разработанных в процессе исполнения проекта, являются оригинальными, однако в силу очень короткого периода его выполнения оформление охранных документов на такие решения не представлялось возможным.

Состав выполненных работ и полученные в ходе их исполнения результаты соответствуют требованиям Технического задания и Плана-графика исполнения обязательств.

Разработанный АПК может найти широкое применение в составе медицинских и физиологических исследовательских комплексов, позволяющих осуществлять профессиональный контроль и отбор персонала на производстве, что, особенно важно для человека-оператора при выполнении ответственной работы в условиях СВЧ воздействия. Входящий в состав АПК СВЧ дозиметр может использоваться в качестве индивидуального средства контроля на производстве и в быту.

В целях коммерциализации (практического использования) результатов интеллектуальной (научно-технической) деятельности, полученных в рамках проекта, федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» совместно с иностранным партнером - германской фирмой “SARAD” GmbH осуществляют следующие мероприятия:

- была выполнена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов, которая показала, что разработанный ЭО исследовательский АПК после освоения в производстве может найти широкое применение в России и за рубежом на предприятиях со сложными условиями труда, вызванными воздействием СВЧ излучения.

- были проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив применения исследовательского АПК в медицинских и научных центрах ЕС.

Результаты проведенных исследований, с которыми был ознакомлен ряд потенциальных российских потребителей, вызвали большой интерес у ряда отечественных организаций и в настоящее время рассматривается возможность продолжения исследований в рамках договора с 12 ЦНИИ Минобороны.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном (заключительном) этапе исполненными надлежащим образом.