生体電磁気学

生体電磁気学は、生体電磁気学とも呼ばれ、電磁場と生物学的実体との相互作用を研究する学問です。研究分野には、生体細胞、組織、生物によって生成される電磁場、携帯電話などの人工の電磁場発生源の影響、さまざまな症状の治療に対する電磁放射線の応用などがあります。

生体電磁気学は、主に電気生理学の技術を通じて研究されています。18世紀後半、イタリアの 医師で物理学者の ルイージ・ガルヴァーニが、静電気の実験を行っていたテーブルでカエルを解剖しているときに、初めてこの現象を記録しました。ガルヴァーニはこの現象を説明するために「動物電気」という用語を作り出し、同時代の人々はこれを「ガルバニズム」と名付けました。ガルヴァーニと同時代の人々は、筋肉の活性化は神経内の電気流体または物質の結果であるとみなしました。^[1]活動電位と呼ばれる短命の電気イベントは、興奮性細胞と呼ばれるいくつかの種類の動物細胞（細胞のカテゴリには、ニューロン、筋肉細胞、内分泌細胞が含まれます）および一部の植物細胞で発生します。これらの活動電位は、細胞間通信を促進し、細胞内プロセスを活性化するために使用されます。活動電位の生理学的現象は、電圧依存性イオンチャネルが、細胞膜の両側の電気化学的勾配によって引き起こされる静止電位を解消できるようにするため可能です。 ^[要出典]。

いくつかの動物は電磁場を感知する能力を持っていると考えられています。例えば、いくつかの水生動物は変化する磁場によって引き起こされる電圧の変化を感知できる可能性のある構造を持っています。 ^[2]また、渡り鳥は磁気受容をナビゲーションに使用していると考えられています。^{[3] [4] [5]}

人体の分子のほとんどは、無線周波数または超低周波帯の電磁場と弱い相互作用をします。^[要出典]そのような相互作用の1つは、電磁場からのエネルギーの吸収であり、これにより組織が加熱される可能性があります。より強力な電磁場は、より大きな加熱を生み出します。これにより、筋弛緩（ジアテルミー装置によって生成されるもの）から火傷に至るまで、生物学的影響が生じる可能性があります。^[10]多くの国や国際非電離放射線防護委員会などの規制機関は、EMF曝露を非熱レベルに制限するための安全ガイドラインを確立しています。これは、余分な熱を放散できる点までのみ加熱するか、0.1 °Cなどの現在の機器では検出できない一定の温度上昇として定義できます。^[要出典]ただし、これらの非熱曝露に対して生物学的影響が存在することが示されている。^[要出典]これらを説明するためにさまざまなメカニズムが提案されており、^[11]観察されるさまざまな現象の根底には複数のメカニズムがある可能性があります。

磁場、特にパルス磁場への曝露による、さまざまな強度での行動への影響が数多く報告されている。使用される特定のパルス形状は、見られる行動への影響にとって重要な要因であると思われる。例えば、もともと分光MRI用に設計された低磁場磁気刺激と呼ばれるパルス磁場は、双極性障害患者の患者報告による気分を一時的に改善することがわかったが、^[12]別のMRIパルスでは効果がなかった。他の研究では、全身をパルス磁場に曝露すると、立位バランスと痛みの知覚が変化することが判明した。^{[13] [14]}

強く変化する磁場は、脳などの伝導性組織に電流を誘導することができます。磁場は組織を貫通するため、頭部の外で生成して内部に電流を誘導し、経頭蓋磁気刺激（TMS）を引き起こすことができます。これらの電流は脳の特定の部分のニューロンを脱分極させ、神経活動のパターンの変化をもたらします。^[15]反復パルスTMS療法（rTMS）では、互換性のないEEG電極が存在すると電極が加熱され、重篤な場合には皮膚火傷を引き起こす可能性があります。^[16]多くの科学者と臨床医は、重度のうつ病や幻覚などの障害を治療するために、電気けいれん療法（ECT）の代わりにTMSを使用しようとしています。ECTのように頭部に1回の強力な電気ショックを与える代わりに、TMS療法では比較的弱いパルスを多数、通常は1秒あたり約10パルスの速度で与えます。非常に強いパルスを高速で脳に送ると、誘導電流によって、従来の電気けいれん療法と同じようなけいれんを引き起こすことができます。^{[17] [18]}時には、電気けいれん療法（ECT）のように、うつ病の治療のために意図的に行われることもあります。

電力線によって生成される極低周波（ELF）電界および磁界（0～300 Hz）や、無線アンテナや無線ネットワークによって放射される無線/マイクロ波周波数（RF）（10 MHz～300 GHz）^{[19] [20]}による健康影響は十分に研究されているが、中周波数（300 Hz～10 MHz）に関する研究ははるかに少ない。^[要出典]低出力無線周波電磁気学が人間の健康に直接及ぼす影響を証明することは困難であり、無線周波電磁場による生命を脅かす影響が文書化されているのは、著しい熱影響を引き起こす可能性のある高出力源^[21]と、ペースメーカーやその他の電子インプラントなどの医療機器に限られている。^{[22]しかし、細胞の代謝、}アポトーシス、腫瘍の増殖に対する電磁場の影響を調べる研究は数多く行われている。 ^[23]

中周波域の電磁放射線は、骨の治癒や神経の刺激および再生の治療に現代医療で利用されている。また、100～300 kHzの周波数域の交流電界を用いた腫瘍治療場の形で、癌治療としても承認されている。^[出典が必要^{]しかし、この方法の}有効性は医療専門家の間でも議論の的となっている。^{[24]これらの方法には、生体組織に電流を流す磁場を使用するものもあれば、電界のみを使用するものもあるため、厳密に言えば}電気療法であるが、現代の電子機器への応用方法から生体電磁相互作用のカテゴリーに分類されている。^{[出典が必要]}

• 生体電磁気学会 (BEMS)
• 欧州生体電磁気学会 (EBEA)
• 生物学と医学における物理的調節学会 (SPRBM) (旧称: 生体電気修復および成長学会、BRAGS)
• 国際生体電磁気学会 (ISBEM)
• アイルランド、コーク大学バイオ電磁気学研究所
• 生体電磁気学研究所
• ヴァンダービルト大学、リビングステート物理学グループ、アーカイブページ
• ラグナル・グラニット研究所。
• AS CRフォトニクス・エレクトロニクス研究所、生体電気力学部門。

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• ベッカー、ロバート・O.;電気体：電磁気学と生命の基礎、ウィリアム・モロー＆カンパニー、1985年。ISBN 0-688-00123-8。 
• Becker, Robert O.; Cross Currents: The Promise of Electromedicine, the Perils of Electropollution、Tarcher、1989年。ISBN 0-87477-536-1。 
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• 生体電磁気学
• 生体電気化学
• ヨーロッパ生物物理学ジャーナル
• 国際生体電磁気学ジャーナル、ISBEM、1999年～現在、（ISSN  1456-7865）
• 生体磁気研究技術アーカイブ（現在は公開されていません）
• 生物物理学、ロシア語版「Biofizika」の英語版（ISSN  0006-3509）
• Radiatsionnaya Bioliogiya Radioecologia (「放射線生物学と放射線生態学」、ロシア語) ( ISSN  0869-8031)

• Jaakko と Plonsey による生体電磁気学の簡単な歴史。
• 直接および逆生体電界の問題
• MATLAB、Ansoft/ANSYS HFSS、Octave 用の人体メッシュ (実際の被験者からの表面メッシュ、Visible Human Project 用のメッシュ)