Lược sử về điện từ sinh học

Lược sử điện từ sinh học Lược sử điện từ sinh học Bởi: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 Văn thí nghiệm Văn tượng điện sinh học chữ tượng hình Ai Cập cổ năm 4000 trước Công Nguyên Chữ tượng hình mô tả cá nheo Âu điện (cá trê) loại cá mà “thả đàn” Hiển nhiên, bắt cá bắt loài cá đó, sinh sốc điện với biên độ cao 450 V, khiến người ngư dân phải thả tất cá Cá nheo Âu minh họa tranh bích họa lăng mộ (Morgan, 1868) Các triết gia Hy lạp Aristotle (384-322 B.C) Thales (625-547 B.C) thí nghiệm với hổ phách công nhận sức mạnh hút vật chất nhẹ (Smith, 1931) Văn áp dụng y tế điện từ năm 46 sau Công Nguyên, Scribonius Largus khuyến khích sử dụng cá ngư lôi để chữa đau đầu viêm khớp gút (Kellaway, 1946) Cá điện có nghĩa sản xuất điện cho thí nghiệm trị bệnh điện kỷ 17 William Gilbert (1544-1603), bác sĩ cho nữ hoàng Elizabeth I Anh, người đưa sức hút hổ phách để lên kế hoạch thí nghiệm Gilbert chế tạo thiết bị để đo lượng Dụng cụ thí nghiệm tĩnh điện kim làm kim loại nhẹ xoay chân quay hướng vật chất có sức hút Gilbert gọi vật chất có lượng electrick, từ tên tiêng Hy Lạp cho hổ phách Mặc dù ông tự tạo thuật ngữ cuối trở thành ngành khoa học điện Gilbert xuất thí nghiệm năm 1600 sách đầu đề De Magnete Thiết bị để khám phá điện dụng cụ đo tĩnh điện phát minh William Gilbert (1600) 1/23 Lược sử điện từ sinh học Thí nghiệm khoa học ghi lại cách cẩn thận sinh lý thần kinh tiến hành Jan Swammerdam (người Hà Lan, 1637-1680) Tại thời điểm người ta tin chuyển động dòng chảy “tinh thần sinh vật” hay “chất lỏng thần kinh” dọc theo dây thần kinh tới Năm 1664, Swammerdam thực thí nghiệm để nghiên cứu thể tích thay đổi suốt trình co Swammerdam đặt ếch (b) chai thủy tinh (a) Khi co cách bắt đầu kích thích dây thần kinh vận động nó, giọt nhỏ (e) ống hẹp, lồi từ chai thủy tinh, không chuyển động, không giãn Vì co kết dòng chảy bên chất lỏng thần kinh Trong số thí nghiệm tương tự, Swammerdam kích thích dây thần kinh vận dộng cách nén Trên thực tế, thí nghiệm kích thích đạt cách kéo dây thần kinh vận động sợi dây (c) làm bạc tỳ vào với vòng (d) làm đồng Dựa định luật điện hóa, hai kim loại không giống thí nghiệm nhúng vào chất điện phân cung cấp mô, nguồn gốc lực điện động (emf) liên quan đến dòng điện Dòng điện chảy qua kim loại mô, phản ứng với kích thích (kích hoạt) thần kinh mẫu mô Các dây thần kinh, kích hoạt, tạo dòng điện Đó nguồn gốc sinh học, điều khiển nguồn màng dây thần kinh cơ, khác biệt với dòng kích thích kể Các vùng hoạt động lan truyền hưng phấn từ thần kinh đến gây co Đặc tính điện thần kinh hình thành nên chủ đề “điện sinh học” chủ đề trung tâm luận Người ta tin tài liệu thí nghiệm kích thích thần kinh vận động kết lực điện động tạo chỗ nối kim loại kép Swammerdam không hiểu thần kinh hưng phấn tượng điện Nói cách khác, số tác giả hiểu theo cách kích thích nói để có kết thật từ co duỗi dây thần kinh Kết thí nghiệm xuất sau tác giả năm 1738 2/23 Lược sử điện từ sinh học Thí nghiệm kích thích Jan Swammerdam năm 1664 Chạm vào dây thần kinh vận động ếch (b) chai thủy tinh (a) với dây bạc (c)và vòng đồng (d) tạo kích thích tới thần kinh, tạo co Tuy nhiên, khó chắn có kích thích tạo không kết điện từ hai kim loại khác hay nén học Chiếc máy điện chế tạo Otto von Guericke (người Đức, 1602-1686) Đó cầu sunphua (“kích thước đứa trẻ sơ sinh”) với rìu sắt gắn với khung gỗ, hình vẽ cầu quay bị cọ xát, tạo tĩnh điện (von 3/23 Lược sử điện từ sinh học Guericke, 1672) Chiếc máy điện thứ hai phát minh vào năm 1704 Francis Hauksbee the Elder (người Anh, 1666-1713) Nó cầu thủy tinh quay bánh xe Khi quay thủy tinh bị cọ xát sinh điện liên tục (Hauskbee, 1709) Nó đề cập tới Hauskbee thí nghiệm với việc rút không khí khỏi cầu thủy tinh bơm không khí tạo ánh sáng chói, dự đoán việc phát tia catốt, tia x, electron Otto von Guericke chế tạo máy điện bao gồm cầu sunphua với rìu sắt Khi quay ma sát cầu tạo tĩnh điện 4/23 Lược sử điện từ sinh học Chiếc máy điện phát minh Hauskbee năm 1704 Nó có cầu thủy tinh quay bánh xe Khi cầu thủy tinh quay bị ma sát liên tục tạo điện Nếu cầu thủy tinh bị hút hết không khí bơm không khí thí tạo ánh sáng chói Tại thời điểm sử dụng điện cho giải trí y tế Một tuyên bố liên quan đến việc sử dụng điện phát biểu năm 1743 Johann Gottlob Krüger trường đại học Halle : “Tất vật hữu dụng; chắn Bởi điện hữu dụng, thấy tìm thấy thần học luật học, rõ ràng y học.” (Licht, 1967) 5/23 Lược sử điện từ sinh học Kích thích điện từ Áp dụng hệ thống thiết bị điện y học cho điều trị bắt đầu vào năm 1700 Có thể nhận bốn giai đoạn lịch sử khác kích thích điện từ, thời kì dựa dạng xác định hay nguồn gốc điện Các thời kì đặt tên theo Benjamin Franklin (người Mỹ, 1706-1790), Luigi Galvani (người Ý, 1737-1798), Micheal Faraday (người Anh, 1791-1867) Jacques Arsène d’Arsonval (người Pháp, 1851-1940 Những người phát khởi xướng loại điện khác : tĩnh điện, điện chiều, sốc cuộn dẫn dòng tần số vô tuyến, tương ứng Các thời kì khác kích thích điện kích thích điện từ Những phát minh chủ yếu cần thiết cho việc áp dụng dòng điện kích thích chai Leyden Nó phát minh vào ngày 11 tháng mười, năm 1745 nhà phát minh người Đức Ewald Georg vonKleist (1700-1748) Nó phát minh cách độc lập nhà khoa học Hà Lan, Pieter van Musschenbroek (1692-1761) đại học Leyden Hà Lan năm 1746 Chai Leyden tụ điện tạo chai thủy tinh tráng kim loại bề mặt bên bên Việc thực hành tạo tĩnh điện phát minh Jesse Ramsden (người Anh, 1735-1800) năm 1768 Benjamin Franklin suy luận điện tích âm điện tích dương năm 1747 suốt thí nghiệm ông với chai Leyden Franklin nghiên cứu điện khí với thí nghiệm diều tiếng ông năm 1752 Ngay sau chai Leyden phát minh, cung cấp cho kích thích bắp điều trị liệt Năm 1747, Jean Jallabert (người Ý, 1712-1768), giáo sư toán Genova, áp dụng kích thích điện cho bệnh nhân bị liệt tay Thí nghiệm này, ghi chép lại cách cẩn thận (1748), miêu tả khởi đầu kích thích điều trị điện 6/23 Lược sử điện từ sinh học Chai Leyden, phát minh năm 1745, lần lưu trữ điện Nó tạo chai thủy tinh tráng lớp kim loại bề mặt bên bên Thí nghiệm tiếng kích thích thần kinh thực Luigi Galvani, giáo sư nguyên tử trường đại học Bologna Phát quan trọng ông vào ngày 26 tháng một, năm 1781 Một ếch mổ sẵn nằm bàn với máy điện Khi người phụ tá ông chạm vào dao mổ dây thần kinh đùi ếch phát tia lửa điện đồng thời phóng điện vào máy điện gần co dội xảy Galvani tiếp tục nghiên cứu kích thích với điện khí quyển, chân ếch Ông nối vật dẫn điện mặt phẳng nhà dây thần kinh chân ếch Sau ông nối đất chân ếch vật dẫn khác sát Và ông nhận co đèn bật sáng Vào tháng năm 1786, Galvani thử nhận co từ điện khí suốt thời tiết êm đềm Ông treo lơ lửng ếch lan can móc đồng xuyên vào tủy sống Galvani ngẫu nhiên ấn móc dựa vào lan can mà chân ếch chạm vào Quan sát thấy co thường xuyên, ông lặp lại thí nghiệm phòng kín Ông đặt chân ếch lên sắt ấn móc đồng dựa vào sắt, xuất co Tiếp tục với hệ thống thí nghiệm đó, Galvani nhận thấy mà dây thần kinh ếch đồng thời chạm vào kim loại kép đồng kẽm, co sinh Thí nghiệm thường trích dẫn nghiên cứu cổ điển để chứng minh cho tồn điện sinh học, mặc dù, đề cập trước đó, Jan Swammerdam có thí nghiệm tương tự năm 1664 Tuy nhiên Galvani chưa hiểu chế kích thích với cấu trúc kim loại kép Giải thích ông cho tượng cấu trúc kim loại kép phóng “điện động vật” tồn thể 7/23 Lược sử điện từ sinh học Thí nghiệm kích thích Luigi Galvani Đặc tính điện hóa hai kim loại không giống (kẽm đồng) cấu trúc kim loại kép, nối với dung dịch điện phân mô, sinh dòng điện kích thích khiến co dội Alessandro Volta (người Ý, 1745-1827), giáo sư vật lý Pavia, tiếp tục thí nghiệm kích thích điện mạnh Ông hiểu rõ chế làm mà điện lại sinh từ hai kim loại không giống chất điện phân Công việc ông dẫn tới phát minh năm 1800 pin Volta, nguồn pin tạo dòng điện liên tục Giovanni (Joannis) Aldini (người Ý, 1762-1834), người cháu họ Galvani, áp dụng dòng điện kích thích từ pin Volta cho bệnh nhân (1804) Với điện cực mà ông sử dụng chai đầy nước mà bệnh nhân đặt tay Ông sử dụng phương pháp nỗ lực làm tỉnh lại người gần chết Năm 1872, T Green miêu tả phương pháp hồi hô hấp nhịp đập tim, phương pháp làm tỉnh lại bệnh nhân phẫu thuật bị gây mê cloroform, bất tỉnh hiệu ứng suy giảm hô hấp nhịp tim Sử dụng nguồn tới 200 pin để tạo khoảng 300 V, ông cung cấp điện áp cho bệnh nhân cổ sườn bên trái Đã có tài liệu T Green sử dụng phương pháp thành công năm bảy bệnh nhân bị dừng thở đột ngột mạch (Green, 1872) Micheal Faraday phát minh cuộn dẫn năm 1831 mở đầu cho thời đại dòng điện cảm ứng điện y học (Faraday, 1834) Tuy nhiên, Emil Heinrich du Bois-Reymond (người Đức, 1818-1896), người mà năm 1846 giới thiệu cuộn dẫn ứng dụng y tế Nó gọi kích thích Faraday Một cuộn dẫn với búa đập hình vẽ 8/23 Lược sử điện từ sinh học Một thí nghiệm ban đầu kích thích Faraday vỏ não thực năm 1874 bác sĩ Robert Bartholow, giáo sư y Cincinnati Cincinnati kích thích cho vỏ não giãn với dòng điện cảm ứng quan sát thấy chuyển động dội chi phía đối diện khiến cho đầu quay phía Cuộn dây dẫn với búa đập Dòng điện từ nguồn ắc quy (E) cung cấp cho mạch sơ cấp cuộn dây (A) Dòng điện kéo búa với từ trường cuộn dây nam châm (gần G) ngắn mạch với công tắc (D) Thông qua rung búa ngắn mạch liên tục cảm ứng dòng điện xoay chiều điện áp cao mạch thứ cấp Dòng điện cung cấp cho bệnh nhân điện cực H Trong cuối năm 1800, Jacques Arsène d’Arsonval cung cấp nhiệt cho mô sống cách sử dụng dòng điện tần số cao với điện cực với cuộn dây lớn Đây khởi đầu phép điện nhiệt Jacques d’Arsonval báo cáo nhận thấy nhòe thị giác đưa đầu người vào từ trường mạnh thay đổi theo thời gian Nó sinh cuộn dây lớn mang dòng điện 32 A tần số 42 Hz Ông gọi tượng “đom đóm mắt từ” Nó gây hiệu ứng kích thích từ trường võng mạc, phận nhạy cảm với từ Đó thí nghiệm kích thích từ hệ thống thần kinh 9/23 Lược sử điện từ sinh học Ống dây nam châm s’Arsonval (1893) Nhà khoa học báo cáo dẫn tốc điều nhịp tim trực tiếp F Steiner (1871) Ông người chứng minh phương pháp chó bị gây mê liều với liều chloroform Năm 1882, Hugo Wilhelm von Ziemssen (người Đức, 1829-1902) áp dụng phương pháp với người Chỉ đến năm 1932, dẫn tốc điều nhịp tim báo cáo Albert Salisbury Hyman (người Mỹ, 1893-1972), phương phát áp dụng cho lâm sàng để dẫn tốc điều nhịp tâm nhĩ Thời kì đại dẫn tốc điều nhịp tim bắt đầu vào tháng tám năm 1952, Paul Maurice Zoll (người Mỹ, 1911- ) thực dẫn tốc điều nhịp 20 phút Năm 1958, Furman và Schwedel thành công việc giúp đỡ bệnh nhân dẫn tốc điều nhịp 96 ngày Việc cấy thiết bị dẫn tốc điều nhịp tim, mốc lịch sử điện từ 10/23 Lược sử điện từ sinh học sinh học, hoàn thành Stockholm bác sĩ phẫu thuật Äke Senning (1915).Vào ngày tháng mười năm 1958, viện Karolinska, ông cấy thiết bị dẫn tốc điều nhịp chế tạo kỹ sư Rune Elmqvist Sự phát triển thiết bị cấy điều nhịp thực nhờ phát minh transistor Bardeen Brattain năm 1948 Báo cáo khử rung tim, năm 1899, Jean Louis Prevost (người Thụy Sĩ, 1838-1927) Frédéric Battelli (người Ý, 1867-1941) Họ phát hiện, thí nghiệm động vật, sốc điện điện áp thấp gây rung tâm thất sốc điện áp cao không Thay vào đó, sốc điện điện áp cao lại gây khử rung tim Sự khử rung tâm thất bắt đầu với công việc tiếng William B Kouwenhoven (người Mỹ, 1886-1975) người đồng nghiệp mình, người sử dụng dòng điện 60 Hz để khử rung tim chó năm 1930 Việc khử rung tim người hoàn thành Beck đồng nghiệp ông năm 1947 (Beck, Pritchard Feil, 1947) Khám phá hoạt động điện sinh học Mối quan hệ điện từ phát vào năm 1819 Hans Christian Örsted (người Đan Mạch, 1977-1851) Örsted tiến hành thử nghiệm suốt trình học Đại học Copenhaghen Cho dòng điện chạy dây dẫn phía kim nhiễm từ tạo lực đẩy kim di chuyển theo hướng vuông góc với dây dẫn Đổi chiều dòng điện chiều kim bị đổi ngược lại (Kim nam châm, ví dụ la bàn, phát minh Trung Quốc khoảng 100 năm sau Công nguyên để dò từ trường) Tái lại minh chứng mối quan hệ điện từ Hans Christian Örsted năm 1819 Nguồn pin tạo dòng điện I chạy dây dẫn kim loại Kim nam châm phía dây dẫn đổi hướng song song với chiều cảm ứng từ chứng minh tồn 11/23 Lược sử điện từ sinh học Sau khám phá này, người ta phát minh điện kế, thiết bị để đo dòng điện nhỏ Được phát minh Johann Salemo Chrisropf Schweigger (người Đức, 1779-1875) năm 1821, dựa lệch hướng kim nam châm từ trường bên cuộn dây, chuyển thành dòng điện đo Bởi ông tăng từ trường cách sử dụng nhiều vòng dây tạo thành cuộn dây Schweigger gọi thiệt bị multiplikator Năm 1825, Leopold Nobili (người Ý, 1784-1835), giáo sư vật lý Florence phát minh điện kế phiếm định Trong cấu tạo nó, Nobili tạo hai cuộn dây gồm 72 vòng quấn Một kim nam châm đặt cuộn dây Hai kim nam châm treo với Chúng đặt song song với nhau, cực từ ngược Bởi dòng điện chạy hai cuộn dây theo chiều ngược nhau, hai kim nam châm quay chiều Bởi chiều ngược vậy, nên hai kim nam châm không bị ảnh hưởng từ trường Trái Đất Một phiên khác điện kế tĩnh điện mô tả hình bên Cấu tạo bao gồm hai kim nam châm Điện kế phiếm định phát minh Nobili năm 1825 Ông bù hiệu ứng từ trường Trái Đất cách đặt hai kim nam châm giống treo trục heo hai hướng ngược hai cuộn dây Một phiên khác kỹ thuật cao điện kế phiếm định Chỉ có hai nam châm giống (nhưng ngược nhau) bao quanh cuộn dây Carlo Matteucci (người Ý, 1811-1865) người đo dòng điện sinh học Sử dụng điện kế phiếm định, ông làm phép đo xung ếch năm 1838, báo cáo không ghi lại năm 1842 Năm 1841, nhà sinh lý học người Đức Emil du Bois-Reymond nhận luận ngắn Matteucci điện loài vật, biết đến thí nghiệm Matteucci Ông lặp lại thí nghiệm với thiết bị cải tiến Bên cạnh việc phát dòng điện sinh học từ ếch, du Bois-Reymond năm 1842 (khoảng thời gian ngắn sau tờ báo cáo Matteucci xuất bản), đo dòng điện phát sinh từ xung thần kinh ếch Một thí nghiệm ông minh họa hình 12/23 Lược sử điện từ sinh học Một trường học Anh sinh lý học thần kinh bắt đầu Richard Caton (người Anh, 1842-1926) quan tâm đến kỹ thuật ghi điện du Bois-Reymond áp dụng để đo điện kích thích não thỏ khỉ Báo cáo thí nghiện ông, xuất năm 1875, tin tạo nên khám phá điện não đồ (EEG) Năm 1888, nhà khoa học Balan trẻ Adolf Beck (1863-1942), làm việc cho nhà sinh lý học lớn Napoleon Nicodemus Cybulsky (1854-1919) trường đại học Krakow, thành công việc chứng minh xung động lan truyền theo sợi thần kinh mà suy giảm Không biết công việc Caton, Beck nghiên cứu điện hoạt động thí nghiệm động vật độc lập phát số kết luận Caton Bác sĩ tâm thần người Đức Hans Berger (1873-1941) lần ghi điện não cho người năm 1924 xác định hai nhịp tim điện tim đồ Berger ghi lại minh họa Dụng cụ Du Bois-Reymond để nghiên cứu hiệu ứng dòng điện liên tục dây thần kinh 13/23 Lược sử điện từ sinh học Một trang Berger mô tả việc ghi lại điện tim đồ người Đồ hình điện hoạt động tim người, điện tim đồ (EEG), đo lần năm 1887 Augustus Waller (người Anh, 1856-1922) cách sử dụng tĩnh điện kế mao dẫn Trong tĩnh điện kế mao dẫn phim ảnh chuyển động phơi sáng với ống kính mao dẫn đầy axit sunphuric thủy ngân Giao diện chuyển động để đáp ứng lại điện trường Độ nhạy tĩnh điện kế mao dẫn khoảng mV, thời gian đáp ứng Tĩnh điện kế mao dẫn phát minh năm 1873 Gabriel Lippman, kỹ thuật chụp ảnh mà nhờ tín hiệu ghi lại E J Marey G J Lippman (1876) Waller phát phát sinh điện tim có chất lưỡng cực đề nghị điện tim đồ nên đo điểm đo bao gồm hai tay, hai chân miệng (tổng cộng 10 lưỡng cực dẫn) Ông người ghi lại đường dẫn gần trực giao, bao gồm miệng tới tay trái, miệng tới chân trái, trước sau 14/23 Lược sử điện từ sinh học Người tiên phong điện tim đồ đại Willem Eithoven (người Hà Lan, 1860-1927) người, vào đầu kỷ này, phát triển thiết bị ghi điện tim chất lượng cao dựa sở điện kế dây (Eithoven, 1908) Mặc dù Eithoven thường ghi nhận phát minh điện kế dây, vinh dự lại thuộc Clémem Ader (1897) Mặc dù Eithoven rõ ràng thực cải tiến quan trọng thiết bị khiến cho áp dụng vào điện tim đồ lâm sàng Eithoven tổng kết kết ông nghiên cứu điện tim đồ năm 1908 1913 nhận giải Nobel cho nghiên cứu ông vào năm 1924 Horatio Williams, người xây dựng dãy vector tức thời (Williams, 1914), thường coi người phát minh điện tim đồ vector Hubert Mann nghiên cứu xa điện tim đồ vector phát triển công cụ lâm sàng Ông xuất điện tim đồ vector hai chiều dựa tam giác Eithoven năm 1916 gọi cấu trúc “monocardiogram” (Mann, 1920) Sau J B Johnson (1921) công ty Western Electric phát minh ống tia catốt điện áp thấp, bắt đầu trở nên hiển thị tín hiệu điện sinh học dạng vector thời gian thực Phát minh cho phép điện tim đồ vector sử dụng công cụ lâm sàng Phát minh ống electron Lee de Forest (người Mỹ, 1873-1961) năm 1906 cho phép tín hiệu điện sinh học khuyếch đại, cách mạng hóa kỹ thuật đo lường Cuối cùng, phát minh transistor John Bardeen Walter Brattain năm 1948 đánh dấu bước khởi đầu cho thời đại bán dẫn Nó cho phép thiết bị điện từ sinh học thu nhỏ lại, di động cấy vào thể, đáng tin cậy Việc ghi điện tim Augustus Waller (1887) Bản ghi ghi với tĩnh điện kế mao dẫn Bản ghi tín hiệu điện tim (e) đường ranh giới vùng màu trắng vùng màu đen Đường cong khác, điện tim đỉnh, ghi chuyển động học đỉnh tim 15/23 Lược sử điện từ sinh học Điện trường tim bề mặt ngực, ghi Augustus Waller (1887) Đường cong (a) (b) ghi lại đường đẳng âm dương, tương ứng Chúng tim nguồn lưỡng cựccó cực dương cực âm (A) (B), tương ứng Đường cong (c) đại diện cho đường dòng giả định 16/23 Lược sử điện từ sinh học Monocardiogram Mann (1920) Nghiên cứu sinh lý đại tế bào thần kinh Thuật ngữ nơron lần áp dụng cho tế bào thần kinh năm 1891 Heinrich Wilhelm Gottfried Waldeyer (người Đức, 1837-1921) Tìm hiểu nghiên cứu nơron thực vào cuối kỷ 19 August Forel (Người Thụy Sỹ, 1848-1931), Wilhelm His, Sr (người Thụy Sỹ, 1831-1904), Santiago Ramón y Cajal (người Tây Ban Nha, 1852-1934) Theo lý thuyết họ, tế bào thần kinh đơn vị chức hệ thống thần kinh (Năm 1871, Santiago Ramón y Cajal phát nơron nhuộm màu chọn lọc với tiêu mạ bạc đặc biệt) Alan Lloyd Hodgkin (người Anh, 1914- ) Andrew Fielding Huxley (người Anh, 1914- ) nghiên cứu đặc tính tế bào não chi tiết phát triển mô hình toán học xác trình kích thích (Hodgkin Huxley, 1952) John Eccles (người Úc, 1903- ) nghiên cứu truyền khớp thần kinh Canberra, Úc năm 1950 Eccles, Hodgkin Huxley nhận giải thưởng Nobel năm 1963 Ragnar Arthur Granit (người Phần Lan, 1900-1991) thực nghiên cứu lý thuyết tượng điện sinh học võng mạc mắt hệ thần kinh năm 1930 1940 Năm 1935, ông cách thực nghiệm khớp thần kinh ức chế 17/23 Lược sử điện từ sinh học tìm thấy võng mạc Hermann von Helmholtz đề xuất khả phân biệt phổ màu sắc người giải thích chứng minh mắt người chứa quan thụ cảm nhạy cảm với ánh sáng có bước sóng khác Các thí nghiệm Granit việc phân biệt màu sắc, thực năm 1937, thực điện đồ võng mạc (ERG) để xác nhận phạm vi phân biệt quang phổ Năm 1939, Granit phát triển vi điện cực, thiết bị cho phép đo điện bên màng tế bào Với kỹ thuật này, Granit nghiên cứu sâu công bố độ nhạy quang phổ ba loại tế bào hình nón – xanh lam, xanh đỏ Ragna Granit chia sẻ giải Nobel vào năm 1967 với H.Keffer Hartline George Wald “cho phát họ liên quan đến trình thị giác hóa học sinh lý học sơ cấp mắt người” (Granit, 1955) Các đặc tính kênh ion màng sinh học mô tả chi tiết thông qua kỹ thuật patch-clamp Erwin Neher (người Đức, 1944- ) Bert Sakmann (Người Đức, 1942- ) (Neher Sakmann 1976) Với phương pháp path-clamp đo dòng điện chảy qua kênh ion đơn Điều mở rộng nguồn gốc điện từ sinh học tới sinh học phân tử để kỹ thuật sử dụng, ví dụ, để phát triển dược phẩm Neher Sakmann giành giải Nobel năm 1991 Điện từ sinh học Mối liên quan điện từ phát năm 1819 Hans Christian Örsted Hai nhà khoa học người Pháp Jean Baptiste Biot (1774-1862) Félix Savart (1791-1841) chứng minh lực dòng điện dây dẫn xoắn cực từ tỷ lệ nghịch với khoảng cách chúng (Biot,1820).André Marie Ampère (người Pháp; 1775-1836) dòng điện dây dẫn xoắn mà ông gọi Solenoid, có tính chất từ nam châm vĩnh cửu(Ampère 1820), qua kết nối dòng điện để tạo từ trường Ampère phát triển lý thuyết toán học điện trường tĩnh (Ampère 1827).Mối quan hệ điện từ xây dựng lý thuyết vào năm 1864 James Clerk Maxwell (người Anh, 1831-1879), người phát triển mối quan hệ dòng điện thay đổi theo thời gian với từ trường (Maxwell, 1865) Kể từ phát Örsted, phụ thuộc lẫn điện từ sử dụng rộng rãi loạt thiết bị lớn Ví dụ thiết bị bao gồm thiết bị sử dụng để đo dòng điện (điện kế ampe kế), máy phát điện, mô tơ điện, nhiều thiết bị tần số vô tuyến.Tuy nhiên, tín hiệu từ sinh học không phát thời gian dài biên độ cực thấp Tín hiệu từ sinh học đầu tiên, từ tim đồ (MCG) phát Gerhard M Baule Rechard McFee năm 1963 với điện kế cuộn dẫn Từ kế làm cách quấn hai triệu vòng dây đồng xung quanh lõi ferit Thêm vào với cuộn dò đặt trước tim cuộn giống hệt nối nối tiếp với đặt cạnh Hai cuộn dây có chiều ngược huỷ từ trường phổ biến phân bố sinh từ nguồn bên Sự tăng đáng kể độ nhạy phép đo từ sinh học với đưa 18/23 Lược sử điện từ sinh học thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID), làm việc nhiết độ Helium lỏng (-269oC) (Zimmerman, Thiene, and Hardings, 1970; Cohen, 1972) Mặc dù David Cohen thành công việc đo nhịp anpha từ với từ kế cuộn dẫn (Cohen, 1969), tín hiệu từ sinh hoạt động điện não bộ, đo từ não đồ (MEG) thấp, thực tế, phát sử dụng SQUID Với thiết bị MEG lần đo David Cohen năm 1970, John Wikswo đồng nghiệp lần đo từ trường bó thần kinh ếch năm 1980 (Wikswo, Barach Freeman, 1980) Trệpmoois quan hệ muốn người đọc ý vào thực tế khác biệt nguyên tắc đo phép đo tín hiệu điện sinh học từ sinh học nhỏ đến đáng ngạc nhiên : Trong phép đo tín hiệu điện sinh học đầu tiên, Matteucci (1838) sử dụng kim nhiễm từ thiết bị dò ( Tất nhiên, trường điện sinh học thấp để làm chệch hướng kim tĩnh điện kế) Trường từ sinh học, sinh dòng điện sinh học chảy chân ếch, nhỏ để làm lệch chiều kim nhiễm từ Vì nhân lên cách cung cấp cho dòng điện sinh học cuộn dây nhiều vòng đặt kim cuộn dây, ứng dụng phát minh Schweigger (1821) Tác động từ trường Trái đất bù cuộn dây dạng hình số tám, đặt hai kim từ giống trục treo định hướng theo hai chiều ngược hai đầu hở cuộn dây Nó tạo thành điện kế phiếm định, mô tả Trong lần đo tín hiệu từ sinh học (từ tim đồ), từ trường sinh dòng điện sinh học vòng quanh thể người đo cuộn dây (Baule McFee, 1963) Bởi biên độ thấp từ trường sinh học này, nhiều vòng dây phải quấn xung quanh lõi cuộn dây Để bù cho tác động từ trường Trái đất nguồn “nhiễu” khác, hai cuộn dây giống hệt quấn ngược chiều sử dụng (Hình 1.19) Như vậy, kỹ thuật đo lường, phép đo tín hiệu điện sinh học từ sinh học phân biệt dựa sở có vòng sơ cấp việc biến dòng điện thành từ trường chiếm chỗ bên hay bên thể, tương ứng Từ phát minh tĩnh điện kế mao dẫn G J Lippman (1873) đặc biệt sau phát minh khuếch đại điện tử, đo lường điện không trực tiếp sử dụng từ trường cảm ứng, kỹ thuật đo điện sinh học từ sinh học định hướng Trong kỹ thuật đo lường điện tử, phép đo tín hiệu điện sinh học đo nguồn chảy, thực điện Phép đo tín hiệu từ sinh học Richard McFee phép đo nguồn xoáy, thực từ Nó thể sau với phát từ thực phép đo tương tự với phát nguồn chảy Tuy 19/23 Lược sử điện từ sinh học nhiên, phép đo không đưa thông tin nguồn so với phép đo điện Ví dụ đưa độc giả tới thực từ quan điểm lý thuyết, khác biệt cần thiết đo lường điện sinh học từ sinh học nằm phân bố độ nhạy phương pháp Một khác biệt khác nguồn gốc đặc tính kỹ thuật thiết bị này, mà phổ biến với phương pháp thuận lợi cụ thể số trường hợp Phát tín hiệu từ sinh học đầu tiên, từ tâm đồ (MCG) Baule McFee Đóng góp lý thuyết cho điện từ sinh học Nhà triết học khoa học người Đức Hermann Ludwig Ferdinand von Hemholtz (1821-1894) có đóng góp ý nghĩa cho lý thuyết điện từ sinh học Một bác sĩ giảng dạy, năm 1849, bổ nhiệm giáo sư sinh lý học Königsberg, chuyển tới Bonn năm 1855 Năm 1871 ông trao giải thưởng cho chức giáo sư vật lý đại học Berlin, năm 1888 bổ nhiệm làm giám đốc Physikalisch-Technische Bundesanstalt Berlin Khoa học lý thuyết thực nghiệm Hemholtz có đóng góp lĩnh vực điện từ sinh học : • Chứng minh sợi trục thần kinh (axon) tiến trình phát triển thân tế bào thần kinh (1842) • Thiết lập định luật bảo toàn lượng (Luật thứ nhiệt động học) (1847) 20/23 Lược sử điện từ sinh học • Phát minh ký lần đo vận tốc dẫn axon thần kinh vận động (1850) • Đưa khái niệm nguồn lớp kép (1853) • Định lý góc khối cho điện • Định luật xếp chồng (1853) • Định lý tương hỗ (1853) • Tính không giải thích vấn đề ngược • Định lý Hemholtz liên quan đến độc lập nguồn dòng nguồn xoáy • Cuộn Hemholtz (áp ụng cho thiết bị từ sinh học) Bên cạnh đó, đóng góp HelmHoltz tới lĩnh vực khoa học khác bao gồm công trình sở sinh lý học, âm học, quang học, điện động lực học, nhiệt động lực học, khí tượng học Ông tác giả lý thuyết nghe (1863) tất lý thuyết đại cộng hưởng bắt nguồn từ Năm 1851, ông phát minh kính soi đáy mắt, sử dụng để nghiên cứu võng mạc mắt sống Tính đến cuối kỷ 19, vật lý điện chưa hiểu đầy đủ Tuy nhiên người ta biết nước tinh khiết muối khô tự truyền dòng điện, dung dịch muối Svante August Arrhenius (Thụy Điển, 1859-1927) đưa giả thuyết (1884) luận án tiến sĩ ông phân tử vài vật chất phân ly ra, phân chia, thành hai hay nhiều phần (các ion) chúng tan chất lỏng Mặc dù phân tử nguyên vện có điện tích cân bằng, phần mang điện tích, dương âm phụ thuộc vào chất phần Các phần tử tích điện có dung dịch cho phép truyền điện qua Lý thuyết sở để hiểu chất dòng điện sinh học, chảy chất lỏng mang ion Svante Arrhenius giành giải Nobel hóa học năm 1903 Vào cuối kỷ 19, Walther Hermann Nernst (người Đức, 1864-1941) nghiên cứu lý thuyết nhiệt hóa học, kiểm tra phản ứng chất điện phân có diện dòng điện Năm 1889, ông phát triển định luật bản, biết đến phương trình Nernst Nernst phát triển số định luật khác, bao gồm định luật thứ nhiệt động lực học Ông giành giải Nobel hóa học năm 1920 Nhà khoa học Hà Lan Hermann Carel Burger (1893-1965) Johan Berhard van Milaan (1886-1965) giới thiệu khái niệm vectơ đạo trình năm 1946 (Burger van Milaan, 1946) Họ mở rộng thành khái niệm bề mặt ảnh Năm 1953, Richard McFee Franklin D.Johnston giới thiệu khái niệm quan trọng trường đạo trình, mà dựa lý thuyết tương hỗ HelmHoltz (McFee Johnston, 1953, 1954ab) Phát minh liên kết điện từ năm 1819 Örsted kéo điện trường sinh học từ trường sinh học lại Phát minh lý thuyết tương hỗ năm 1853 HelmHoltz phân bố độ nhạy đạo trình để đo nguồn điện sinh học giống phân bố dòng điện kích thích đưa tới đạo trình Hơn nữa, giống phân bố độ nhạy trở kháng mô đo với đạo trình.Tất 21/23 Lược sử điện từ sinh học điều với phương pháp từ trường tương ứng Những nguyên tắc minh họa dễ dàng với khái niệm trường đạo trình Dennis Gabor (người Anh, 1900-1979) Clifford V.Nelson công bố định lý GaborNelson năm 1954 (Gabor Nelson, 1954) Định lý giải thích làm lưỡng cực tương đương nguồn khối vị trí tính toán từ phép đo bề mặt vật dẫn khối đồng Tóm tắt lịch sử điện từ sinh học Lịch sử điện từ sinh học tổng kết theo thứ tự thời gian hình 1.20 Các kiện lịch sử chia thành bốn nhóm : lý thuyết, trang thiết bị, kích thích, đo lường Hình xem tổng quan hữu ích cho người đọc giúp họ nhận đóng góp kế thừa từ đóng góp trước phát triển toàn môn học Từ hình tóm tắt theo ý sau Tính kỷ 19, lịch sử ngành điện từ lịch sử ngành điện từ sinh học Các máy móc điện tử chai Leyden tạo để sinh tĩnh điện cho mục đích cụ thể : để “nhiễm điện” kích thích người Pin Voltaic phát triển với ý tưởng kích thích điện Các quy luật chung tính thuận nghịch xếp chồng trình bày mối liên hệ với ứng dụng chúng điện từ sinh học Việc đo lường tín hiệu điện sinh học từ sinh học khuyến khích cho phát triển thiết bị đo lường nhạy Các thiết bị không bao gồm điện kế phiếm định, tĩnh điện kế mao dẫn điện kế dây kỷ 19 mà ống tia catốt điện thấp SQUID kỷ 20 Hiểu biết chức tế bào thần kinh não mô mô hình điện tử dẫn đến phát triển hệ máy vi tính : máy tính nơron Những kiện nhấn mạnh tầm quan trọng điện từ sinh học Trong kỷ 17 đầu kỷ 18, phát minh lĩnh vực điện từ sinh học nhanh chóng trở thành sở cho ứng dụng cao phát minh mới, kể nước khác nhau, việc giao tiếp lại bị giới hạn ngựa Ví dụ ta đề cập đến phát minh chai Leyden Đức Hà Lan tương ứng vào năm 1745 1746, hệ thống ứng dụng kích thích điện chức người Ý vào năm 1747 Một ví dụ khác sáng chế liên kết điện từ năm 1819 Đan Mạch phát triển điện kế năm 1821 Đức điện kế phiếm định năm 1825 Ý Mặt khác, số phát minh phát lại, bị “quên đi” khoảng 100 năm Chính xác 100 năm kể từ công bố định lý thuận nghịch trược lý thuyết sóng điện trường giới thiệu Kích thích vận động vỏ não phát triển gần 100 năm sau quan sát tượng đom đóm mắt từ Khoảng thời gian từ đo điện sinh học lần đến đo từ sinh học tương ứng, khoảng 100 năm, thật khoảng thời gian dài 22/23 Lược sử điện từ sinh học Một số kỹ thuật sử dụng ngày hôm thiết bị điện từ sinh học trở lại thời điểm thiết bị Điện kế phiếm định năm 1825 bao gồm phương pháp bù cho trường nhiễu từ Điều áp dụng cho thiết bị MCG năm 1963 Hiện điện kế phẳng, áp dụng thiết bị MEG nhiều kênh sử dung SQUID, xây dựng xác theo nguyên tắc điện kế phiếm định 150 năm trước Sóng điện tim lâm sàng sở - sóng điện tâm chi – phát minh 100 năm trước Waller Tương tự vậy, Waller giới thiệu mô hình lưỡng cực cho ECG, có vai trò mạnh mẽ điện từ tim Chi tiết lịch sử điện từ sinh học tìm thấy mục tham khảo sau : Brazier (1988), Geddes (1984ab), McNeal (1977), Mottelay(1975), Rautaharju (1987,1988), Rowbottom Susskind (1984), Wasson (1987) 23/23 [...]... đom đóm mắt bởi từ Khoảng thời gian từ khi đo điện sinh học lần đầu tiên đến khi đo từ sinh học tương ứng, khoảng 100 năm, thật là một khoảng thời gian dài 22/23 Lược sử về điện từ sinh học 4 Một số kỹ thuật cơ bản được sử dụng ngày hôm nay trong thiết bị điện từ sinh học trở lại thời điểm những thiết bị đầu tiên Điện kế phiếm định năm 1825 bao gồm một phương pháp bù cho trường nhiễu từ Điều này đã... phép đo tín hiệu điện sinh học đầu tiên, Matteucci (1838) đã sử dụng một kim nhiễm từ như một thiết bị dò ( Tất nhiên, trường điện sinh học là quá thấp để có thể làm chệch hướng kim của một tĩnh điện kế) Trường từ sinh học, sinh ra bởi dòng điện sinh học chảy trong chân của con ếch, quá nhỏ để làm lệch chiều của kim nhiễm từ Vì vậy nó được nhân lên bằng cách cung cấp cho dòng điện sinh học một cuộn dây... ứng Từ phát minh của tĩnh điện kế mao dẫn bởi G J Lippman (1873) và đặc biệt sau phát minh của khuếch đại điện tử, đo lường điện không trực tiếp sử dụng từ trường cảm ứng, và vì vậy kỹ thuật đo điện sinh học và từ sinh học đã được định hướng ra ngoài Trong kỹ thuật đo lường điện tử, phép đo tín hiệu điện sinh học đầu tiên là đo nguồn chảy, như vậy thực sự là điện Phép đo đầu tiên của tín hiệu từ sinh. .. bị điện từ sinh học được thu nhỏ lại, có thể di động và cấy vào cơ thể, và đáng tin cậy hơn Việc ghi điện tim đầu tiên bởi Augustus Waller (1887) Bản ghi này được ghi với tĩnh điện kế mao dẫn Bản ghi tín hiệu điện tim (e) là đường ranh giới giữa vùng màu trắng và vùng màu đen Đường cong khác, là điện tim đỉnh, một bản ghi về chuyển động cơ học của đỉnh của tim 15/23 Lược sử về điện từ sinh học Điện. .. môn học này như thế nào Từ hình này chúng ta có thể tóm tắt theo những ý sau đây 1 Tính cho đến giữa thế kỷ 19, lịch sử của ngành điện từ cũng là lịch sử của ngành điện từ sinh học Các máy móc điện tử đầu tiên và chai Leyden được tạo ra để sinh ra tĩnh điện cho một mục đích cụ thể : để “nhiễm điện và kích thích con người Pin Voltaic được phát triển với ý tưởng về kích thích điện Các quy luật chung về. .. cho các thiết bị từ sinh học) Bên cạnh đó, các đóng góp của HelmHoltz tới các lĩnh vực khoa học khác bao gồm các công trình cơ sở về sinh lý học, âm học, quang học, điện động lực học, nhiệt động lực học, và khí tượng học Ông là tác giả lý thuyết về sự nghe (1863) và tất cả các lý thuyết hiện đại về sự cộng hưởng được bắt nguồn từ đó Năm 1851, ông cũng đã phát minh kính soi đáy mắt, được sử dụng để nghiên... thiết giữa đo lường điện sinh học và từ sinh học nằm ở phân bố độ nhạy của các phương pháp này Một sự khác biệt khác chính là nguồn gốc của các đặc tính kỹ thuật của các thiết bị này, mà phổ biến với phương pháp thuận lợi cụ thể trong một số trường hợp Phát hiện tín hiệu từ sinh học đầu tiên, từ tâm đồ (MCG) bởi Baule và McFee Đóng góp lý thuyết cho điện từ sinh học Nhà triết học và khoa học người Đức Hermann... trong điện từ sinh học Việc đo lường tín hiệu điện sinh học và từ sinh học cũng đã khuyến khích cho sự phát triển của các thiết bị đo lường nhạy Các thiết bị đó không chỉ bao gồm điện kế phiếm định, tĩnh điện kế mao dẫn và điện kế dây của thế kỷ 19 mà còn là ống tia catốt điện thế thấp và SQUID trong thế kỷ 20 Hiểu biết về chức năng của các tế bào thần kinh và não bộ và mô phỏng nó bằng các mô hình điện. .. đo được dòng điện phát sinh từ xung thần kinh của ếch Một trong những thí nghiệm của ông được minh họa ở hình dưới 12/23 Lược sử về điện từ sinh học Một trường học của Anh về sinh lý học thần kinh được bắt đầu khi Richard Caton (người Anh, 1842-1926) quan tâm đến kỹ thuật ghi điện của du Bois-Reymond và áp dụng nó để đo điện thế kích thích của não của thỏ và khỉ Báo cáo đầu tiên về các thí nghiện của... phụ thuộc lẫn nhau của điện và từ đã được sử dụng rộng rãi trong một loạt các thiết bị lớn Ví dụ các thiết bị đó bao gồm thiết bị được sử dụng để đo dòng điện (điện kế và ampe kế), máy phát điện, mô tơ điện, và nhiều thiết bị tần số vô tuyến.Tuy nhiên, tín hiệu từ sinh học không được phát hiện trong một thời gian dài bởi vì biên độ cực thấp của nó Tín hiệu từ sinh học đầu tiên, từ tim đồ (MCG) được phát ... điện sinh học đầu tiên, Matteucci (1838) sử dụng kim nhiễm từ thiết bị dò ( Tất nhiên, trường điện sinh học thấp để làm chệch hướng kim tĩnh điện kế) Trường từ sinh học, sinh dòng điện sinh học. .. đo điện sinh học lần đến đo từ sinh học tương ứng, khoảng 100 năm, thật khoảng thời gian dài 22/23 Lược sử điện từ sinh học Một số kỹ thuật sử dụng ngày hôm thiết bị điện từ sinh học trở lại thời... thừa từ đóng góp trước phát triển toàn môn học Từ hình tóm tắt theo ý sau Tính kỷ 19, lịch sử ngành điện từ lịch sử ngành điện từ sinh học Các máy móc điện tử chai Leyden tạo để sinh tĩnh điện