Effect of low-level, low-frequency fields on EEG and behavior in Macaca Nemestrina. R.J. Gavalas, D.O. Walter, J.Hamer, W. Ross Adey In: Brain Research, 18 (1970) 491-501
(S.491) Eine Reihe von vorangegangenen Versuchen wurde durchgeführt, um herauszufinden, ob elektrische Felder niedriger Stärke eine Wirkung auf das Verhalten und/oder das Muster der elektrischen Aktivitäten im Hirn von Affen hat. Sehr wenige Studien dieser Art wurden bei Tieren oder Menschen durchgeführt. Experimentell hervorgerufene Veränderungen der Reaktionszeit von Menschen, die Feldern niedriger Intensität und niedriger Frequenz ( weniger als 12 Herz ) ausgesetzt waren, wurden beschrieben.
Veränderungen der menschlichen Reaktionszeit durch mit niedriger Frequenz modulierte magnetische Felder wurden ebenfalls beobachtet. Wever hat die Veränderung des Tagesrhythmus der Aktivität von Menschen durch schwache elektrische Felder mit einer Frequenz von 10 Hertz beschrieben. ( Wever, R., Einfluss schwacher elektromagnetischer Felder auf die circadiane Periodik des Menschen. In: Naturwissenschaften, 1 ( 1968 ) 29-33 )
(S.429) ( Elektrische ) Felder niedriger Intensität ( 2,8 V p-p ( wohl peak to peak )) zweier Frequenzen im Bereich der normalerweise im EEG gemessenen Frequenzen ( 0-33 Hertz ) wurden verwendet. In einigen der Versuche wurden wie bei Hamers Versuchen Felder mit einer Frequenz von 10 Hertz verwendet. In anderen Versuchen wurde eine Frequenz von 7 Hertz verwendet, da sie im Bereich der Theta Wellen ( 4-7 Hertz ) des Hippocampus liegt, eine charakteristische elektrische Aktivität des Hirns, von der gezeigt wurde, dass sie wichtig bei Orientierung und Unterscheidung ist.
Versuchsaufbau
Drei Makaken wurden mit kortikalen und subkortikalen bipolaren Elektroden implantiert. (...) Sie wurden dann trainiert, eine Schalttafel vor ihnen zu bedienen. (...) Das Tier wurde langsam daran gewöhnt, 5 Sekunden zwischen dem Drücken der Tasten zu warten, und dann innerhalb von 2,5 Sekunden den Knopf zu drücken. Wenn das Tier innerhalb der vorgesehenen Zeitspanne den Knopf drückte, wurde es mit einem Schluck Apfelsaft belohnt. Wenn es den Knopf zu früh oder zu spät drückte, bekam es keine Belohnung und der Versuch begann mit einem neuen 5 Sekunden Intervall. (...) Das Tier wurde trainiert, bis es einen hohen Grad an Erfolg ( 70-80% ) erreichte, und der Erfolg von einem zum anderen Tag stabil blieb. (...)
Die elektrischen Felder niedriger Stärke ( 2,8 V p-p ) und niedriger Frequenz wurden angewendet, indem die Spannung zwischen zwei großen Metallplatten mit einem Abstand von 40 Zentimetern, die so am Stuhl des Affen befestigt waren, dass sich sein Kopf vollständig in dem Feld befand , angelegt wurde. (...) Insgesamt wurden 20 Versuche mit den drei gut trainierten Affen durchgeführt. Mit allen Affen wurden zwei Versuche mit Feldern von 7 Hertz und zwei vergleichbare Kontrollversuche ohne elektrisches Feld durchgeführt. Mit zwei Affen wurden zwei Versuche mit Feldern von 10 Hertz und zwei Kontrollversuche ohne elektrisches Feld durchgeführt.
(S.494) Die 10 Hertz Versuche verursachten keine zuverlässige Wirkung auf das Verhalten. Bei einem Tier (Z) war die durchschnittliche Zeit zwischen den Reaktionen durch das 10 Hertz Feld nicht verändert. Es reagierte etwas schneller beim zweiten Versuch, allerdings nicht signifikant. Bei Tier J war die Zeit zwischen den Reaktionen im ersten 10 Hertz Versuch schneller und im zweiten langsamer.
(S.496) Beim 7 Hertz Versuch wurden aber große und gleichbleibende Veränderungen bei allen Tieren beobachtet. Tier Z zeigte eine Verschiebung der durchschnittlichen Reaktionszeit in Richtung auf eine kürzere Reaktionszeit. Der Unterschied betrug ungefähr 0,5 Sekunden beim ersten Versuch. Dieses Ergebnis wurde beim zweiten Versuch bestätigt und diese Veränderungen waren statistisch hochsignifikant. Im Allgemeinen wurden die Zeiten bis zur Reaktion kürzer während sich die Zahl der Reaktionen nicht deutlich veränderte. Für das zweite Tier (J) war die Zeit zwischen den Reaktionen im ersten Versuch signifikant in Richtung schnellerer Reaktionen verschoben. Allerdings wurde diese Veränderung beim zweiten Versuch nicht beobachtet. Das dritte Tier (A) zeigte wie das Erste unter dem Einfluß des 7 Hertz Feldes eine Verschiebung in Richtung zu schnelleren Reaktionen. Dieser Unterschied war statistisch signifikant und wurde im zweiten Versuch bestätigt. Der Prozentsatz von richtigen Reaktionen ( nämlich die zwischen 5 und 7,5 Sekunden ) unterschieden sich bei den Affen J und Z nicht während das Feld eingeschaltet war. Affe A, der eine große Zahl von sehr langen Zeiten zwischen den Reaktionen hatte während das elektrische Feld abgeschaltet war, zeigte eine Zunahme von 16 Prozent und 21 Prozent bei den richtigen Reaktionen, wenn das Feld eingeschaltet war. In der Zusammenfassung zeigten 5 von den 6 Versuchen eine Veränderung in Richtung auf signifikant kürzere Zeiten zwischen den Reaktionen bei den elektrischen Feldern mit einer Frequenz von 7 Hertz im Vergleich zur Bedingung ohne elektrisches Feld. Alle diese durchschnittlichen Unterschiede betrugen 0,4 Sekunden oder mehr. (...) Wie man sieht unterscheiden sich die Ergebnisse der verschiedenen Affen voneinander und ebenso ist die Konstanz der Ergebnisse bei den Affen unterschiedlich. Trotzdem ist die Richtung der durchschnittlichen Änderung unter Einfluß des Feldes bemerkenswert konstant und das Maß der Änderung ist relativ groß.
EEG Daten
Die Ansicht der EEG Daten während des Experiments zeigten keine deutlichen auf das elektrische Feld zurückzuführenden Effekte. Eine Untersuchung der Verteilung der prozentualen Leistung pro Frequenz des EEG Spektrums zeigte kleine Leistungsspitzen bei einigen Hirnstrukturen in der Frequenz des elektrischen Feldes. (...) (S.498) Es war keine Wirkung auf das EEG bei anderen Frequenzen als den angewendeten sichtbar, aber das Analyseprogramm Discan wurde mit den Daten eines Tieres (J) programmiert und zeigte starke Auswirkung ( Verstärkung und Kohärenz ) bei Vielfachen der Frequenz des Feldes.(...)
(S.499)Diskussion
Das Resultat der Untersuchung des Verhaltens legt nahe, dass die Einwirkung eines elektrischen Feldes mit einer Frequenz von 7 Hertz bei dem Versuchstier zu einer kürzeren Zeitspanne zwischen den Reaktionen führte. Die Ergebnisse mit den elektrischen Feldern mit einer Frequenz von 10 Hertz waren nicht zuverlässig. Die Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrolltieren bei der Frequenz von 7 Hertz waren bei 5 von 6 Versuchen signifikant und diese Unterschiede wurden bei allen 3 Versuchstieren beobachtet. Trotz großer Unterschiede der Ergebnisse bei den verschiedenen Affen war die Veränderung in der Zeit zwischen den Reaktionen sehr gleichmäßig in Richtung auf eine schnellere Reaktion. Auch war die Veränderung mit 0,4 Sekunden oder mehr ziemlich groß.
Zunahme der EEG Intensität bei der Frequenz des elektrischen Feldes wurde bei allen 3 Tieren (...) beobachtet. Diese Veränderungen wurden bei 7 Hertz und bei 10 Hertz beobachtet. Übereinstimmungen ( Kohärenz ) zwischen Sinuswelle und den reagierenden Gehirnstrukturen waren bei eingeschaltetem Feld immer höher als bei ausgeschaltetem Feld. (...) Die Übereinstimmung von Beweisen für einen Effekt elektrischer Felder auf das Verhalten von Tieren und auf die elektrische Aktivität des Gehirns ist ermutigend. (...)
Zusammenfassung
Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt um die Wirkung von niederfrequenten elektrischen Feldern niedriger Intensität auf das Verhalten und das EEG von Affen zu untersuchen. Drei Affen wurden Elektroden (...) implantiert und sie wurden trainiert, Schalter nach einem zeitabhängigen Muster zu betätigen. Die Affen wurden belohnt, wenn sie den Schalter nach 5 Sekunden während eines Zeitraumes von 2,5 Sekunden drückten. Nachdem die Affen diese Aufgabe gut beherrschten, wurden sie unter einem elektrischen Feld niedriger Intensität ( 2,8 V p-p ) getestet. Die Spannung wurde an 2 große Metallplatten mit einem Abstand von 40 Zentimetern zueinander angelegt so dass sich der Kopf des Affen vollständig im elektrischen Feld befand. Die Frequenz des Feldes wurde mit 7 und 10 Hertz im Bereich des normalen EEG ( 0-33 Hertz ) gewählt. (...) Während der Einwirkung des elektrischen Feldes mit 7 Hertz zeigten die Affen in 5 von 6 Versuchen eine signifikant kürzere Zeit zwischen den Reaktionen. Der durchschnittliche Unterschied zwischen Feld ein und Feld aus betrug 0,4 Sekunden oder mehr. Das 10 Hertz Feld hatte keinen zuverlässigen Einfluß auf das Verhalten. Die Analyse der EEG Daten zeigten eine relative Leistungsspitze bei der Frequenz der Felder ( 7 Hertz und 10 Hertz ).