Sind Gehirnwellen elektromagnetische Wellen?

Kurze Antwort
Gehirnwellen sind keine elektromagnetischen Wellen.

Lange Antwort Die
gemessene Gehirnaktivität ist, wie Sie bereits erwähnt haben, das Ergebnis des Feuerns einzelner Neuronen. Die Aktivität besteht tatsächlich aus zwei Teilen. Da sind zunächst die Aktionspotentiale (APs). APs sind Stromfluss innerhalb eines Neurons von einem Ende zum anderen. Die Größe dieser APs (und die Summe vieler) ist jedoch so gering, dass sie kaum messbar ist.

Die tatsächlich messbare Gehirnaktivität ist das Ergebnis des zweiten Weges der Signalleitung: postsynaptische Potentiale durch Neurotransmitter. (Pyramiden-) Neuronen kommunizieren miteinander durch Neurotransmitter, die von mehreren Synapsen freigesetzt werden und zum Axon des nächsten Neurons fließen. Die Freisetzung der Neurotransmitter verursacht eine viel größere Potentialdifferenz, die durch verschiedene Gewebe (z. B. Knochen und Haut) geleitet wird. Die Aktivität, die wir mit EEG messen, ist also nur das Ergebnis der Potentialdifferenz der Pyramidenneuronen. Aufgrund der Funktionsweise elektrischer Felder können wir nur die Neuronen messen, die rechtwinklig zur Kopfhautoberfläche ausgerichtet sind (siehe rechtes Bild).

Es kann zwar auch ein Magnetfeld gemessen werden, aber dies ist tatsächlich das Ergebnis des Stromflusses. Fließt Strom durch eine Schleife, entsteht ein Magnetfeld. Wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, wird außerdem elektrischer Strom erzeugt. So funktioniert MEG. Wenn ein elektrischer Strom fließt und Sie diese Schleifen um den Kopf legen, wird das Magnetfeld "eingefangen". Dann wird dieses Magnetfeld wiederum im MEG-Aufzeichnungsgerät Strom erzeugen, wodurch die elektrische Aktivität im Gehirn aufgezeichnet wird (siehe linker Teil des Bildes, es gibt zwei Schleifen, durch die das Magnetfeld geht). Die Magnetfelder sind orthogonal zu den elektrischen Feldern (achten Sie auf die Rechte-Hand-Regel) und Neuronen, die parallel zur Kopfhaut liegen, sind leichter messbar. EEG und MEG ergänzen sich also,

Dies ist eine schnelle und schmutzige Erklärung. Für eine bessere können Sie das Buch Glück lesen: Eine Einführung in die ereignisbezogene Potenzialtechnik (2014), das es wirklich gut erklärt.

Kurze Antwort
Gehirnwellen werden typischerweise mit dem Elektroenzephalogramm in Verbindung gebracht, einem Signal, das hauptsächlich aus Potentialunterschieden besteht, die in den oberflächlichen Schichten des Gehirns erzeugt werden. Potentialunterschiede stellen elektrische Felder und keine elektromagnetische (EM) Strahlung dar. EM-Strahlung besteht aus Energiepaketen (Photonen). EM-Strahlungsarten werden durch ihre spezifischen Wellenlängen charakterisiert und klassifiziert, aber das hat nichts mit Gehirnwellen zu tun.

Hintergrund
Zusätzlich zu Robin Kramers ausgezeichneter Antwort möchte ich mich dieser Frage von einem eher terminologischen Ansatz nähern, nämlich was sind Gehirnwellen?

Brainwave ist ein umgangssprachlicher Begriff. Es ist typischerweise mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) verbunden . Das EEG misst elektrische Potentialunterschiede , typischerweise über der Kopfhaut (Abb. 1). Diese vom Gehirn ausgehende elektrische Aktivität wird in Form von Gehirnwellen angezeigt. Es gibt vier Kategorien dieser Gehirnwellen. Diese Kategorien basieren auf Frequenzbändern. Der Begriff Frequenzbänder ist ein formellerer Begriff und bezieht sich auf die Art und Weise, wie EEGs typischerweise analysiert werden, nämlich über Fourier-Transformation . Die Fourier-Transformation zerlegt jedes zeitbasierte Signal in eine Anzahl wohldefinierter Sinuswellen, jede mit einer charakteristischen Frequenz, ausgedrückt in Zyklen pro Sekunde ( dh Hz).

Wenn das Gehirn erregt und aktiv an mentalen Aktivitäten beteiligt ist, erzeugt es Betawellen . Diese Beta-Wellen haben eine relativ niedrige Amplitude und sind die schnellsten der vier verschiedenen Gehirnwellen (Frequenzband 15 bis 40 Hz). Alpha-Wellen (9 - 14 Hz) stellen Nicht-Erregung dar, sind langsamer und haben eine höhere Amplitude. Eine Person, die eine Aufgabe erledigt hat und sich hinsetzt, um sich auszuruhen, befindet sich oft in einem Alpha-Zustand. Der nächste Zustand, Theta-Gehirnwellen(5 - 8 Hz), haben typischerweise eine noch größere Amplitude und eine langsamere Frequenz. Dieser Frequenzbereich liegt normalerweise zwischen 5 und 8 Zyklen pro Sekunde. Eine Person, die sich eine Auszeit von einer Aufgabe genommen hat und anfängt zu träumen, befindet sich oft in einem Theta-Gehirnwellenzustand. Eine Person, die auf einer Autobahn fährt und feststellt, dass sie sich nicht an die letzten fünf Meilen erinnern kann, befindet sich oft in einem Theta-Zustand, der durch den Prozess des Autobahnfahrens hervorgerufen wird. Der endgültige Gehirnwellenzustand ist Delta (1,5 - 4 Hz). Hier haben die Gehirnwellen die größte Amplitude und die langsamste Frequenz. Ein tiefer, traumloser Schlaf ist durch dieses Frequenzband gekennzeichnet. Wenn wir schlafen gehen, steigen die Gehirnwellen typischerweise von Beta zu Alpha, zu Theta und schließlich, wenn wir einschlafen, zu Delta ab (Quelle: Sci Am , 1997) .

^{Abb. 1. EEG-Spuren. Quelle: Sci Am , (1997)}

Die EEG-Aktivität wird über Elektroden gemessen und diese nehmen eine Potentialdifferenz oder ein elektrisches Feld auf . Ein elektrisches Feld ist nicht elektromagnetisch (EM), weil es nicht (notwendigerweise) von einer magnetischen Komponente begleitet wird. Überall dort, wo Ladung getrennt wird, entsteht ein elektrisches Feld. Wenn kein Strom fließt, gibt es immer noch ein elektrisches Feld, nämlich ein statisches elektrisches Feld. Erst wenn Strom zu fließen beginnt, wird eine magnetische Komponente eingebracht (Quelle: WHO ). Im Gehirn können statische elektrische Felder existieren, aber die EEG-Aktivität wird typischerweise durch wiederholte, synchronisierte neurale Feuerungen hervorgerufen. Innerhalb des Gewebes fließt also Strom während der Aktionspotentialerzeugung und daher ist definitiv eine magnetische Komponente beteiligt, die mit einem Magnetoenzephalogramm (MEG) gemessen wird..

MEG misst Magnetfelder und wird typischerweise nicht in Form von Gehirnwellen, sondern in Form von Gehirnbildern analysiert (Abb. 2).

^{Abb. 2. MEG-Analyse. Quelle: Labor für Kognitive Neurophysiologie der NYU}

MEG-Signale sind auch keine EM-Strahlung, sondern magnetische Signale.

Schließlich, was ist EM-Strahlung ? EM-Strahlung ist eine Form von Energie, die durch oszillierende elektrische und magnetische Störungen oder durch die Bewegung elektrisch geladener Teilchen erzeugt wirdReisen durch ein Vakuum oder Materie. Die elektrischen und magnetischen Felder stehen im rechten Winkel zueinander und die kombinierte Welle bewegt sich senkrecht zu den magnetischen und elektrischen oszillierenden Feldern, daher die Störung. Elektronenstrahlung wird als Photonen freigesetzt, die Bündel von Lichtenergie sind, die sich mit Lichtgeschwindigkeit als quantisierte harmonische Wellen ausbreiten. Diese Energie wird dann basierend auf ihrer Wellenlänge im elektromagnetischen Spektrum in Kategorien eingeteilt. Diese elektrischen und magnetischen Wellen breiten sich senkrecht zueinander aus und haben bestimmte Eigenschaften, einschließlich Amplitude, Wellenlänge und Frequenz (Abb. 3).

^{Abb. 3. EM-Spektrum. Quelle: UC Davis}

Wichtig ist, dass EM-Strahlung entweder als Welle oder als Teilchen , nämlich als Photon , wirken kann . Als Welle wird sie durch Geschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz dargestellt. Als Teilchen wird EM als Photon dargestellt, das Energie transportiert. Photonen mit höheren Energien erzeugen kürzere Wellenlängen und Photonen mit niedrigeren Energien erzeugen längere Wellenlängen.

Wenn "Gehirnwellen" ein zeitlich veränderliches elektrisches Potential erzeugen, wie es im EEG gezeigt wird, dann sind meines Wissens elektromagnetische Wellen vorhanden. Mir wurde beigebracht, dass man kein zeitlich veränderliches elektrisches Potential haben kann, ohne eine elektromagnetische Welle zu erzeugen. Sie können versuchen, die Wiki-Erklärung https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations zu durchsuchen , aber die Hauptidee ist, dass ein zeitveränderliches elektrisches Feld ohne das Vorhandensein eines zeitveränderlichen Magnetfelds nicht existieren kann. Ich gebe zu, dass ich im Grunde kein Hintergrundwissen über Gehirnwellen habe, aber nachdem ich die beiden vorherigen gründlichen Antworten gelesen hatte, fragte ich mich, warum eine Gehirnwelle nicht in die Kategorie der elektromagnetischen Wellen fallen würde.

"Ein elektrisches Feld ist nicht elektromagnetisch (EM), weil es nicht (notwendigerweise) von einer magnetischen Komponente begleitet wird." Dies gilt theoretisch für statische elektrische Felder, aber ich denke, statische elektrische Felder ähneln einem "Vakuumzustand" in dem Sinne, dass sie im wirklichen Leben nicht existieren oder selbst wenn dies der Fall wäre, wäre es sehr schwer zu messen, ohne sie zu stören System.

Wellen sind nicht statisch und daher zeigt das EEG sicherlich ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld.

Aus physikalischer Sicht gibt es nur 4 grundlegende Wechselwirkungen : Gravitation, elektromagnetische, schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung.

Die schwachen und starken Wechselwirkungen existieren nur im subatomaren Bereich, sodass sie nichts zur Gehirnwelle beitragen. Die Gravitationsinteraktion wirkt sich zwar theoretisch aus, ist jedoch so gering, dass sie ebenfalls vernachlässigt werden kann. Daher ist alles, was das Gehirn tut, elektromagnetisch. Tatsächlich kann jeder chemische Prozess auch als rein elektromagnetisch bezeichnet werden.

Ich muss betonen, dass dies ausschließlich eine physikalische Sichtweise ist, weil ich weiß, dass es in anderen Bereichen wie Biologie oder Neurowissenschaften unpraktisch ist, jede Form elektromagnetischer Wechselwirkung in einen Korb zu packen. Elektrisches Feld, Magnetfeld, Strahlung, Van-de-Waals-Wechselwirkung, wie Sie es nennen, sind verschiedene Formen der elektromagnetischen Wechselwirkung.

Was ziemlich verwirrend sein kann, ist, dass der Begriff elektromagnetisch in der Biologie oder den Neurowissenschaften für eine Form solcher Wechselwirkung verwendet werden kann: die Koexistenz von elektrischem Feld und magnetischem Feld. Deshalb können wir sagen, dass elektrische Felder nicht elektromagnetisch sind. Das ist rein physikalisch gesehen falsch. Dies sind jedoch nur unterschiedliche Interpretationen des Begriffs, sodass Biologen und Neurowissenschaftler diese Aussage sicher verwenden können.

Dies ist aus mehreren Gründen eine wichtige Frage, nicht zuletzt wegen der allgegenwärtigen Vermischung von „Gehirnwellen“ mit EM- oder Radiowellen in populären Medien und sogar in einigen Artikeln in Scientific American. Die drei am besten bewerteten Antworten zu diesem Zeitpunkt (Juni 2019) von Robin Kramer, AliceD und Bobby, obwohl sie scheinbar inkonsistent sind, sind alle richtig, aber es fehlen einige Details, die die offensichtliche Inkonsistenz auflösen können.

Um zu beginnen, wie Robin feststellt und AliceD impliziert, dass Gehirnwellen KEINE elektromagnetischen (EM) Wellen sind; Gehirnwellen sind der Begriff für die Muster von Spannungsunterschieden, die zwischen zwei Elektroden gemessen werden, die mit der dreidimensionalen extrazellulären Flüssigkeitsmatrix verbunden sind, die das Gehirn umgibt (wie schön von Robin gezeigt). Diese Matrix umfasst den Schädel und die Kopfhaut des Subjekts, und da der Schädel einen hohen Widerstand hat, ist der Strom, der schließlich zur Kopfhaut gelangt, ziemlich klein und erzeugt eine sehr kleine Spannung, wenn er durch die etwas widerstandsfähige Kopfhaut zwischen den beiden Elektroden fließt . Bei Operationen am offenen Schädel ist das von der Gehirnoberfläche aufgezeichnete EEG 10- bis 100-mal größer, da der Strom nicht durch den Schädel fließen muss, um die Elektroden zu erreichen, und dann wieder zurück. Diese Spannungsmuster gehen natürlich auf und ab und erzeugen so "

Dies ist nicht die gleiche Bedeutung des Begriffs "Welle", der in der Physik verwendet wird, um Wellenphänomene zu beschreiben; Im Allgemeinen sprechen Physiker von Wellen als Lösungen von Differentialwellengleichungen, einschließlich der Maxwell-Gleichungen. Nur im weitesten Sinne einer möglichen Periodizität des Phänomens, die Höhen und Tiefen in einem Diagramm des Phänomens über der Zeit erzeugt, kann die Gemeinsamkeit dieser beiden Bedeutungen des Wortes "Welle" identifiziert werden. Beachten Sie jedoch, dass die Lösungen von Physikern für Wellengleichungen ziemlich allgemein sein können und jede Kombination von Lösungsfunktionen enthalten können, die als Argumente (ax+bt) und (ax-bt) annehmen, die vorwärts- und rückwärtslaufende Lösungen darstellen. Daher löst ein Rechteckimpuls Wellengleichungen, und da jedes realistische Signal eine Fourier-Darstellung hat,

EM-Wellen sind Lösungen für die Maxwell-Gleichungen, die Energie durch den Raum transportieren, indem sie elektrische und magnetische Felder ändern, die von ihrem Startort aus große Entfernungen zurücklegen können und mit Fernfeldenergie verbunden sind. Diese Fernfeldenergie wird nicht länger von ihrer Quelle beeinflusst, noch beeinflusst ihr Schicksal ihre Quelle. Dies ist anders als die Energie in den elektrischen und magnetischen Feldern, die mit dem Stromfluss in der extrazellulären Matrix zusammenhängen; dies wird Nahfeld genannt und umfasst die Antriebskraft, die den Stromfluss antreibt. Die Liebe zum Detail ist hier wichtig; EEGs zeichnen keine elektrischen Felder auf, sie zeichnen Potentialunterschiede auf. Potential ist ein skalares Feld mit einem einzigen numerischen Wert an jedem Punkt im Raum und ohne absoluten Nullpunkt – daher muss immer die Spannungsdifferenz (Potential) zwischen zwei Punkten gemessen werden und Verbindungen zum extrazellulären Flüssigkeitsmatrixkreislauf haben, während der elektrische Feld ist ein Vektorfeld mit einer Größe und Richtung an jedem Punkt im Raum. Das elektrische Feld ist der Potentialgradient, und dies ist die Richtung, in die der Strom in isotroper extrazellulärer Flüssigkeit fließt. Das Ändern des Potentials an Punkten in der extrazellulären Matrix ändert das elektrische Nahfeldfeld und somit das dreidimensionale Muster des Stromflusses und alle aufgezeichneten Potentialunterschiede. Gehirnwellen sind diese letztgenannten Potentialunterschiede aufgrund der Nahfeldenergie in den elektrischen und magnetischen Feldern,

Nun weist Bobby darauf hin, dass sich ändernde Potenzialunterschiede, die Gehirnwellen darstellen, sich ändernde elektrische Felder implizieren, die, wie Maxwell sagt, sich ändernde magnetische Felder erzeugen, die wiederum ein sich änderndes elektrisches Feld usw. erzeugen – und wir machen uns auf den Weg zum Rennen: ein EM Welle wird gestartet! Oder ist es?

Man braucht ein Gerät, das als Antenne bezeichnet wird, um eine sich ändernde Spannung/Strom in eine EM-Welle umzuwandeln, und eine sehr grundlegende Regel für Antennen ist, dass sie erst dann erhebliche Energiemengen umwandeln, wenn sich die Größe der Antenne 1/4 der Wellenlänge der Antenne nähert Signal ausgestrahlt wird. Mal sehen, wie groß unsere Antenne sein müsste, damit eine 10-Hz-Alphawelle von unserer Kopfhaut ausgeht. Da sich EM-Wellen mit Lichtgeschwindigkeit oder 300.000.000 m/s ausbreiten, müsste unsere Kopfhaut 75.000.000 Meter groß sein! Ich habe die Gleichungen hier nicht, aber es ist ziemlich offensichtlich, dass im Wesentlichen Nullenergie bei 10 Hz abgestrahlt wird. Und wenn man dieses Signal aufnehmen wollte, müsste die Empfangsantenne entsprechend groß sein! Fünfundsiebzig Megameter ist verdammt groß.

Aus diesem Grund müssen die EEG-Elektroden die Kopfhaut berühren oder auf andere Weise mit dem eigentlichen Stromkreis verbunden sein, in dem Strom fließt, anstatt nur in der Nähe platziert zu werden, um ausgestrahlte EM-Energie vom Gehirn aufzunehmen. Und obwohl es stimmt, dass eine Reihe von Tricks angewendet werden können (wie es bei dielektrischen Antennen von Mobiltelefonen der Fall ist), um diese Größe um vielleicht den Faktor zehn zu reduzieren, wird selbst bei 100-Hz- oder 1000-Hz-Signalen praktisch keine Energie von der Kopfhaut abgestrahlt. Es werden auch keine EM-Wellen vom EM-Milieu um uns herum aufgenommen und in sich ändernde Potentiale auf der Kopfhaut umgewandelt. Mobiltelefone können klein sein, weil sie Signale im Bereich von 3 GHz verwenden, wo 1/4 einer Wellenlänge etwa 2,5 cm oder ein Zoll entspricht.

Obwohl es also EM-Wellen geben könnte, die von Gehirn-"Wellen" erzeugt werden, passiert dies praktisch nicht, und wenn man sich im Detail ansieht, wie EM-Wellen ausgestrahlt werden, zeigt sich, dass die Gehirn-"Welle" tatsächlich ein anderes Phänomen ist von jeder EM-Welle, mit der es in Verbindung gebracht oder erzeugt werden könnte.

Der vielleicht prägnanteste Weg, um den Unterschied zu lokalisieren, besteht darin, festzustellen, dass EM-Wellen aus Energiepaketen bestehen, die sich über sich selbst regenerierende, sich ändernde elektrische und magnetische Felder im Raum ausbreiten, die Einheiten von Volt / Meter und Ampere / Meter haben, während Gehirn-"Wellen" sind Spannungsunterschied zwischen zwei Punkten auf der Kopfhaut, gemessen in Volt - beachten Sie, dass sie unterschiedliche Einheiten haben. Bei Gehirnwellen verlässt im Wesentlichen keine Energie die Kopfhaut und strahlt in den Weltraum, weil die Frequenzen zu niedrig sind und die Kopfhaut viel zu klein ist, um als effektive Antenne zu fungieren, um sie in EM-Wellen umzuwandeln.

Ich denke, die gepostete Frage könnte umformuliert werden als: „Inwiefern sind Gehirnwellen und elektromagnetische Wellen gleich und/oder unterschiedlich“ – um die Antwort zu geben, nach der die Person in ihrer Frage gesucht hat.

Um eine Antwort zusammenzufassen: Sie sind beide Frequenzmuster, treten aber aus unterschiedlichen Phänomenen auf. Gehirnwellen befassen sich mit bestimmten Zuständen neurologischer Aktivität in einem physischen Gehirn. Elektromagnetische Wellen befassen sich mit der Ausbreitung von Energie aus Quellen atomarer Materie (Atome). Gehirnwellen können aus elektromagnetischen Wellen (Strahlung) bestehen, aber elektromagnetische Wellen bestehen nicht aus Gehirnwellen.

Gehirn-"Wellen" sind von Natur aus EM-Wellen, wenn auch sehr schwach und im Bereich von 1-100 Hz, was für Wellen ein sehr schwacher oszillierender Zyklus von Hunderten pro Sekunde ist. Zum Vergleich: Eine Standard-EM-Radiowelle schwingt im MHZ-Bereich mit Millionen von Zyklen pro Sekunde. Abgesehen davon ist die Formsache, dass jeder fließende elektrische Strom ein gleichzeitiges Magnetfeld erzeugt und elektromagnetischer Natur ist. Neue Forschungen in den Neurowissenschaften kommen voran, um den elektromagnetischen Aspekt von Gehirnwellen besser zu verstehen. Im EM-Bereich sind sie unglaublich schwach und ohne korrekte Abschirmung vor anderer EM-Strahlung so gut wie unmöglich zu erkennen. Studien an Mäusen haben jedoch gezeigt, dass ihr Gehirn ein elektrisches Feld hat, das die Ausbreitung von Gehirnwellen unterstützen kann.

Mein Glaube an elektromagnetische Gehirnwellen wie die heutige Prothesentechnologie, die nur dazu da ist, in der heutigen Gesellschaft mit intelligenten Prothesen voranzukommen, die sich mit dem Gedankenprozess Ihres Gehirns bewegen, das an Ihr elektromagnetisches Nervensystem angeschlossen ist. Sind elektromagnetische Frequenzgeneratoren für Gehirnwellen 10 bis 100 Zyklen elektromagnetischer Frequenzen pro Minute oder mit anderen Worten elektromagnetische Statik ... die durch unsere Neuronen und Nervenenden fließen, die uns ein vollständiges Wort Mobilität der Bewegung geben. Das Bewusstsein des Lebens sind elektromagnetische Frequenzen unserer Gehirnwellen, elektromagnetische statische Frequenzen, die Bewegung und Gedanken erzeugen, Ort, an dem wir all unsere Emotionen fühlen... Es gibt elektromagnetische Felder um uns herum, die unsere Umgebung stören. Die Gehirnwellen viel niedrigere Frequenz von elektrischen magnetischen Impulsen.. Also, wenn Prothesen angezapft werden können, sind das Immunsystem von Nerven und elektromagnetische oder sollte ich sagen, elektrostatische statische Felder der menschlichen Fähigkeit. Die Frage hier wäre also, ob Prothesen den elektromagnetischen Zustand von Gehirnwellen anzapfen können. Das sind elektrische und natürliche wie alles andere um uns herum, wie kommt es, dass Gehirnwellen nicht elektromagnetisch sind. Aber gerade bei einer niedrigeren Impulsfrequenz von elektromagnetischen Frequenzen bei einer anderen Geschwindigkeit und Frequenz, die messbar und messbar ist