Υπολογιστική και πειραματική μελέτη της επίδρασης ΗΜ ακτινοβολίας από τερματικές συσκευές κινητών επικοινωνιών 2ης και 3ης γενιάς σε λειτουργικές εγκεφαλικές δομές

Abstract

In the present PhD thesis, electromagnetic radiation effects on functional brain structures, due to second and third generation mobile terminals' exposure are designed and assessed numerically and experimentally. In the first part, a parametric dosimetry study is conducted, aiming to investigate the impact of age related parameters to the exposure of anatomical head models. Parameters like the separation distance-as a function of the ear pinna elasticity, the composition and dielectric properties of biological tissues, the power absorbed by the brain structures, the size as well as the internal and external anatomy of head and face, are extensively analyzed. Problems under study include helical antennas of small dimensions, which are extensively used in mobile communications technology. In the second part, the detailed assessment of the electromagnetic power absorbed by brain structures is carried out in conjunction with processing of electroencephalogram and event related potentials recordings. To this end, a numerical dosimetry tool for brain substructures, using the Talairach-Tournoux anatomic brain atlas, is designed and carefully validated. Then, the developed tool is implemented in dosimetry exposure design of human experimental studies. The goal is to study the effect of a) second and third generation electromagnetic radiation signal, on adult and child sleep electroencephalogram and b) third generation electromagnetic radiation signal on adult electroencephalogram and event related potentials recordings. In parallel, a prototype exposure system is proposed in order to study hypotheses of radiofrequency electromagnetic field effects of mobile terminals on the central nervous system. Additionally, the electroencephalogram electrodes' artifacts on electromagnetic power absorption are numerically assessed during exposure in human provocation studies. The PhD thesis concludes with the conduction of preliminary adult volunteer experimental study aiming to differentially estimate the just noticeable difference during peri-limen acoustic stimulus, providing an introduction to psychoacoustics.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή σχεδιάζεται και διεξάγεται υπολογιστική και πειραματική μελέτη της επίδρασης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από κινητές τερματικές συσκευές δεύτερης και τρίτης γενιάς, σε λειτουργικές εγκεφαλικές δομές. Στο πρώτο μέρος, πραγματοποιείται παραμετρική δοσιμετρική μελέτη της επίδρασης ηλικιακά εξαρτώμενων παραμέτρων στην έκθεση ανατομικών μοντέλων κεφαλιού, διαφόρων ηλικιών. Παράμετροι όπως η απόσταση-ως συνάρτηση της ελαστικότητας του αυτιού, η σύσταση και οι διηλεκτρικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών, η σχετική απορρόφηση ισχύος από τις εγκεφαλικές δομές, το μέγεθος καθώς και η εσωτερική και εξωτερική ανατομία του κεφαλιού και του προσώπου εισάγονται και αναλύονται διεξοδικά. Τα υπό μελέτη προβλήματα περιλαμβάνουν ελικοειδείς κεραίες μικρών διαστάσεων, οι οποίες χρησιμοποιούνται εκτενώς στην τεχνολογία των κινητών επικοινωνιών. Στο δεύτερο μέρος, η λεπτομερής αποτίμηση της απορροφούμενης ηλεκτρομαγνητικής ισχύος από εγκεφαλικές δομές συνδυάζεται με επεξεργασία καταγραφών ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και προκλητών δυναμικών. Για το σκοπό αυτό αρχικά αναπτύσσεται και ελέγχεται η ακρίβεια εργαλείου αριθμητικής δοσιμετρίας για εγκεφαλικές υποπεριοχές, με χρήση του ανατομικού άτλαντα εγκεφάλου κατά Talairach-Tournoux. Το αναπτυχθέν εργαλείο χρησιμοποιείται στη συνέχεια για το δοσιμετρικό σχεδιασμό πειραματικής διαδικασίας, με στόχο τη μελέτη της επίδρασης ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού σήματος α) δεύτερης και τρίτης γενιάς, στο ηλεκτροεγκεφαλογράφημα ύπνου ενηλίκων και παιδιών, β) τρίτης γενιάς, στο ηλεκτροεγκεφαλογράφημα και τα προκλητά δυναμικά ενηλίκων. Παράλληλα, προτείνεται πρωτότυπο σύστημα έκθεσης για τη μελέτη υποθέσεων επίδρασης ηλεκτρομαγνητικών πεδίων ραδιοσυχνοτήτων κινητών τερματικών συσκευών στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Στη συνέχεια, αποτιμάται υπολογιστικά η παρεμβολή του συστήματος ηλεκτροδίων στις καταγραφές της απορροφούμενης ηλεκτρομαγνητικής ισχύος. Η διδακτορική διατριβή ολοκληρώνεται με τη διεξαγωγή προκαταρτικής πειραματικής μελέτης ενηλίκων εθελοντών για το διαφορικό καθορισμό της ελάχιστης αντιληπτής διαφοράς σε περι-ουδωτικό ακουστικό ερέθισμα, παρέχοντας μια εισαγωγή στην ψυχοακουστική.