Постоянный ток переменный ток это: переменный и постоянный ток – это НЕ сложно

Содержание

Генератор переменного тока – Генератор переменного тока состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь и вращающейся части — ротор или индуктор

В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.

Устройство генератора переменного тока

Генератор переменного тока – это устройство, которые преобразует механическую энергию, в электрическую.

Состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь (см. рисунок) и вращающейся части — ротор или индуктор. В генераторе переменного тока ротор – это электромагнит, который обеспечивает магнитное поле, которое передается на статор. На внутренней поверхности статора есть осевые впадины, так называемые пазы, в которых расположена обмотка переменного тока (проводник). Статор генератора изготавливается из 0.35 мм спрессованных стальных листов, которые изолированы покрытой лаком пленкой. Эти листы устанавливаются в станине устройства. Ротор крепится внутри статора и вращается посредством двигателя.

Вал – одна из деталей, для передачи крутящего момента под действием расположенных на нём опор. На общем валу с генератором, располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который питает постоянным током обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока выполняет функции стартерной батареи, которая имеет свойство накапливать и хранить электроэнергию при нехватке в отсутствии работы двигателя и при нехватке мощности, которую развивает генератор.

Применение генераторов переменного тока в жизни

В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Используются они как в промышленных, так и в бытовых сферах. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме.

Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.

Обслуживание

Практически любая дизельная электростанция в независимости от ее мощности (500 кВт) и производителя имеет 2 главные составляющие. Это генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания. Так как поддерживать данные узлы необходимо в рабочем исправном состоянии, в ходе их эксплуатации нужен определенный перечень обязательных работ по их техническому обслуживанию. К сожалению, подавляющее большинство владельцев считает, что можно ограничиться лишь своевременной заменой масла и фильтра, при этом «техническое обслуживание» можно провести и самостоятельно. Но результатом этого зачастую становится полный отказ работы устройства. В результате чего, не сложно сделать вывод, что проще и дешевле, доверить оборудование профессионалам, которые благодаря знаниям и огромному опыту, смогут увеличить срок службы ДГУ и сократить расходы при аварийных ситуациях.


переменный ток

читать далее…

Поэтому, наша обыкновенная лампочка(или, например, обогревательный прибор)будет одинаково работать как при переменном напряжении, изменяющегося от нуля до 310В, так и при постоянном напряжении 220В. А 12-вольтовая лампочка будет одинаково светить как от источника переменного напряжения величиной 12В(изменяющегося от нуля до 16,8В), так и от любой батарейки или аккумулятора(а они являются, как известно, источниками постоянного напряжения).

Итак, запомните!!!

1)электрический ток(напряжение), который периодически изменяет свое направление и величину, называется переменным током. Любой переменный ток характеризуется в основном своей частотой, амплитудой и действующим значением;

2)приборы, предназначенные для измерения переменного тока, показывают его действующее значение;

3)напряжение измеряют вольтметром(или комбинированным прибором – авометром), ток – амперметром(или комбинированным прибором – авометром). Также ток можно измерять так называемыми токовыми клещами. Служат они для бесконтактного измерения тока – рабочая часть прибора образует кольцо вокруг измеряемого провода и по величине электромагнитного поля, действующего на рабочую часть прибора, выводится информация на его небольшой дисплей о величине протекающего тока. Авометр – это комбинированный прибор(его в простонародье еще называют просто тестером), который полностью в своем техпаспорте называется ампервольтомметром и служит для измерения и тока, и напряжения, и сопротивлений. А цифровые модели могут измерять и частоту напряжения(тока), и емкости конденсаторов и другие вещи – это уж как задумает разработчик;

4)зная значение(действующее) переменного напряжения, всегда можно узнать его максимальное значение(не забудьте – оно меняется по синусоидальному закону). А связь здесь такая –

Umax = 1,4U, где U – действующее значение, а Umax – максимальное значение(амплитуда). .. На этом пока всё!

ACϟDС. Понимание сварочного тока и полярности – ООО «ЦСК»

Сварка – это ручной труд, но сварщики должны обладать достаточным количеством технических знаний, даже если в школе физика для них была чем-то сверхъестественным. 

Одним из обязательных понятий, которые необходимо знать, является «сварочный ток». Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки.

На сварочных аппаратах и электродах можно заметить обозначения AC или DC, которые описывают полярность тока. Почему электрические токи и полярность возникают во время сварки? Давайте рассмотрим эти понятия внимательно.

 

Что такое переменный (AC) и постоянный (DC) ток?

AC от англ. «alternating current»

обозначает переменный ток, а DC «direct current»постоянный ток.

АС чередует направление тока, а DС течет только в одном направлении.

Сварочные машины и электроды с маркировкой DC имеют постоянную полярность, тогда как маркированные AC изменяют полярность 120 раз в секунду с частотой тока 60 герц.

 

Чем переменный и постоянный ток различаются при сварке?

Сварка при постоянном токе (DC) создает более плавные и более устойчивые дуги, образуется меньше брызг. Легче производится сварка в вертикальном и верхнем положениях.

Тем не менее,

переменный ток (AC) может быть предпочтительным выбором начинающих сварщиков, поскольку часто используется в недорогих сварочных аппаратах начального уровня. AC также распространен в судостроительной сварке или в любых условиях, где дуга может плавать из стороны в сторону.

 

Что такое полярность?

Электрическая цепь, возникающая при включении сварочного аппарата, имеет отрицательный и положительный полюс – это свойство называется полярностью. Полярность имеет большое значение при сварке, потому что выбор правильной полярности влияет на прочность и качество сварного шва.

Использование неправильной полярности может привести к большому количеству брызг, плохому проплавлению и потере контроля сварочной дуги.

 

При сварке переменным током соблюдать полярность не требуется!

В свою очередь, сварка с использованием постоянного тока бывает двух типов:

 

– сварка током прямой полярности

– сварка током обратной полярности

Что такое прямая и обратная полярность постоянного тока (DC)?

Полярность
прямая обратная
отрицательная положительная
(–) (+)

 

Процесс сварки будет различаться в зависимости от направления, полярности тока: положительной (+) или отрицательной (–).

Положительная полярность постоянного тока (DC+) обеспечивает высокий уровень проплавления, в то время как отрицательная полярность постоянного тока (DC–) даст меньшее проплавление, но более высокую скорость осаждения (например, на тонком листовом металле). Различные защитные газы могут дополнительно влиять на процесс сварки.

Сварка током прямой полярности

Под сваркой прямой полярности принято понимать сварку, при проведении которой на свариваемую деталь (изделие) подаётся положительный заряд от сварочного аппарата, т.е. сварочный кабель соединяет свариваемое изделие с клеммой (+) сварочного аппарата. На электрод же подаётся отрицательный заряд через электрододержатель, соединённый кабелем с клеммой (–).

При сварке током прямой полярности основная температурная нагрузка ложится на металлическую свариваемую деталь. То есть, она разогревается сильнее, что позволяет углубить корень сварочного шва.

Ток прямой полярности рекомендуется применять при необходимости резки металлоконструкций и сварке толстостенных деталей, а также в иных случаях, когда требуется добиться большого выделения тепла, что как раз и является характерной особенностью такого типа подключения.

 

Сварка током обратной полярности

Под сваркой обратной полярности принято понимать сварку, при проведении которой на свариваемую деталь (изделие) подаётся отрицательный заряд от сварочного аппарата, т.е. сварочный кабель соединяет свариваемое изделие с клеммой (–) сварочного аппарата. На электрод же подаётся положительный заряд через электрододержатель, соединённый кабелем с клеммой (+).

При сварке током обратной полярности больше тепла выделяется на электроде, а нагрев детали сравнительно уменьшается. Это позволяет производить более «деликатную» сварку и уменьшает вероятность прожига детали.

Сварку током обратной полярности рекомендуется применять при необходимости сваривания тонких листов металла, нержавеющей, легированной стали, иных сталей и сплавов, чувствительных к перегреву.

 

Так как переменный ток (AC) наполовину положительный и наполовину отрицательный, его сварочные свойства находятся прямо в середине положительной и отрицательной полярности постоянного тока (DC). Некоторые сварщики выбирают переменный ток (AC), если они хотят избежать глубокого проплавления. Например, при ремонтных работах на ржавых металлах.

Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Понимание направления и полярности сварочного тока важно для правильного выполнения сварочных работ. Знание того, как эти факторы влияют на ваш сварной шов, облегчит вашу работу.

Источник: www.weldingschool.com

 

Сварочные материалы и оборудование Вы можете приобрести на нашем сайте – сварочные электроды и сварочное оборудование.

Звоните нам по телефону: +7 (343) 266-44-33 или отправляйте заявку на e-mail: [email protected]

Постоянный ток – это будущее

С быстрым развитием новых технологий, таких как солнечные панели, светодиодные лампы и электромобили, мы наблюдаем растущее использование силовой электроники. THUAS является международным пионером в развитии образования и прикладных исследований в этой многообещающей разработке. Обмен со студентами из Южной Африки помог нам продвигать эти знания в глобальном масштабе.

Мы отказываемся от газа, больше используем солнечную энергию, и наши автомобили все чаще работают на электричестве. «Все началось с отказа от лампочки и появления светодиодов, — объясняет руководитель проекта Пепейн ван Виллигенбург. «Но в этом энергетическом переходе мы наблюдаем растущее использование постоянного тока в самых разных приложениях вместо все еще широко используемого переменного тока.

Меньше, прочнее и дешевле

Неплохо, не правда ли! Постоянный ток имеет множество преимуществ перед переменным током. Оборудование потребляет меньше энергии и служит дольше. «Классический трансформер раньше весил больше килограмма, сегодняшняя версия весит всего 100 граммов. Полупроводники, передающие энергию, также становятся меньше, прочнее и дешевле. Раньше мы использовали дорогие тяжелые полупроводники из меди, тогда как сегодняшние версии используют гораздо более легкий и дешевый кремний.

Сбережения

Кроме того, постоянный ток создает возможности для новых продуктов. Посмотрите, например, на тепличную промышленность. Замена обычных лампочек на светодиодные приводит к ежегодной экономии от 15 000 до 20 000 евро на гектар.Ожидается, что в ближайшем будущем USB-розетки будут встроены в стены, заменив собой обычные электрические розетки. Это означает, что в новых конструкциях можно использовать более тонкую и дешевую проводку.

Будущее

Рост постоянного тока также связан с некоторыми проблемами. Сегодня наша электросеть полностью основана на переменном токе. Мы теряем мощность при преобразовании постоянного тока в переменный. Ван Виллигенбург: «Благодаря силовой электронике мы теперь можем производить трансформаторы постоянного тока.Это позволит построить энергосистему на постоянном токе. И это важно: за технологиями постоянного тока будущее».

Исследования

Гаагский университет прикладных наук — не первое учебное заведение в Нидерландах, занимающееся исследованиями в области силовой электроники. «Но мы являемся одними из пионеров среди университетов прикладных наук в его применении», — объясняет Ван Виллигенбург. В настоящее время THUAS сотрудничает с TNO, Siemens и ATAG Nederland, чтобы адаптировать кухонные приборы для использования с постоянным током.

Новый учебный план

Обучение в THUAS также играет ведущую роль в последних разработках в области силовой электроники. В 2014 году мы запустили новый модуль «Силовая электроника 1», ориентированный на трансформаторы постоянного тока, а в 2015–2016 годах мы запустили следующий модуль «Силовая электроника 2», ориентированный на трансформаторы переменного-постоянного/постоянного-переменного тока.

Обмен с Южной Африкой

Будучи международной сетевой школой, THUAS привлекает большое количество иностранных студентов. И именно эта специализация вызывает большой интерес за рубежом.В рамках проекта DCT-REES, который означает программу обучения и развития навыков в области технологий возобновляемых источников энергии постоянного тока, THUAS работает в партнерстве с семью исследовательскими университетами Южной Африки и университетами прикладных наук. Всего THUAS посетят 22 студента из восьми различных групп.

Большой потенциал

Ван Виллигенбург очень взволнован проектом по обмену. «В настоящее время Нидерланды используют больше солнечной энергии, чем вся Южная Африка. Это звучит странно, потому что доходность одной панели в Южной Африке в два раза выше.Солнечная энергия имеет гораздо больший потенциал в Южной Африке, чем в Нидерландах. Это означает, что в Южной Африке появится огромный потенциальный рынок солнечной энергии».

Отсутствие электричества

В Южной Африке до сих пор миллионы людей не подключены к электросети. «Поэтому использование постоянного тока было бы для них наиболее логичным шагом, — продолжает Ван Виллигенбург. Вы можете строить новые структуры с нуля и применять постоянный ток в больших масштабах. В то же время существует большой спрос на электроэнергию.«В результате в Южной Африке существует огромный спрос на эти знания. И THUAS может это обеспечить. Это замечательная беспроигрышная ситуация».

Поделись этим:

Фейсбук Твиттер LinkedIn WhatsApp

3.5 Переменный ток в сравнении с постоянным током

Переменный ток

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление.Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 3.19 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 3.19 (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится.(b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 3.20. Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для VV имеет вид V=V0sin 2 πft.V=V0sin 2 πft. size 12{V = V rSub { size 8{0} } “sin”” 2″π ital “ft”} {}

Рисунок 3.20 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

. 3.38 V=V0sin 2πft,V=V0sin 2πft, размер 12{V = V rSub { размер 8{0} } “sin”” 2″π ital “ft”} {}

, где размер VV 12{V} {} равен напряжение в момент времени t,t, размер 12{t} {} V0V0 размер 12{V rSub { размер 8{0} } } {} — пиковое напряжение, а ff размер 12{f} {} — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I=V/R,I=V/R, размер 12{I = ital “V/R”} {}, поэтому переменный ток равен

. 3.39 I=I0 sin 2πft,I=I0 sin 2πft, size 12{I = I rSub { size 8{0} } ” sin 2″π ital “ft”} {}

, где II size 12{I} {} is ток в момент времени t,t, размер 12{t} {} и I0=V0/RI0=V0/R размер 12{I rSub { размер 8{0} } = V rSub { размер 8{0} } итал “/ R”} {} — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рис. 3.19(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I=V/R.I=V/R. size 12{I = ital “V/R”} {} Если резистор представляет собой, например, люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток многократно проходит через нуль.Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность равна P=IV.P=IV. size 12{P = ital “IV”} {} Используя выражения для II размера 12{I} {} и VV размера 12{V} {} выше, мы видим, что зависимость мощности от времени P=I0V0sin2 2πftP=I0V0sin2 2πft size 12{P= I rSub { size 8{0} } V rSub { size 8{0} } “sin” rSup { size 8{2} } “2”π ital “ft”} {}, как показано на рис. Рисунок 3.21.

Установление связей: домашний эксперимент — фонари переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение. Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 3.21 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0 size 12{I rSub { size 8{0} } V rSub { size 8{0} } } {}.Средняя мощность составляет (1/2)I0V0.(1/2)I0V0. size 12{ \( 1/2 \) I rSub { size 8{0} } V rSub { size 8{0} } } {}

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее флуктуации — свет мощностью 60 Вт. Например, лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рис. 3.21, средняя мощность PavePave size 12{P rSub { size 8{“ave”} } } {} равна

. 3.40 Уложить=12I0V0.Уложить=12I0V0. size 12{P rSub { size 8{“ave”} } = {{1} over {2} } I rSub { size 8{0} } V rSub { size 8{0} } } {}

Это видно из на графике, поскольку области выше и ниже (1/2)I0V0(1/2)I0V0 размера 12{ \( 1/2 \) I rSub { размера 8{0} } V rSub { размера 8{0} } } {} равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем среднее или среднеквадратичное значение тока IrmsIrms size 12{I rSub { size 8{“rms”} } } {} и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms size 12{V rSub { size 8{“rms”} } } {} быть,

3.41 Irms =I02Irms =I02 размер 12{I rSub {размер 8{“rms”} } = {{I rSub {размер 8{0} } } более { sqrt {2} } } } {}

и

3.42 Vrms = V02, Vrms = V02, размер 12{V rSub {размер 8{“rms”} } = {{V rSub {размер 8{0} } } свыше { sqrt {2} } } } {}

, где rms обозначает среднеквадратичное значение, особый вид среднего значения.В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь,

3.43 Pave=IrmsVrms,Pave=IrmsVrms, размер 12{P rSub { размер 8{“ср.кв.”} } = I rSub { размер 8{“среднеквадратичное значение”} } V rSub {размер 8{“среднеквадратичное значение”} } } {}

, что дает

3.44 Pave=I02⋅V02=12I0V0,Pave=I02⋅V02=12I0V0, размер 12{P rSub { размер 8{“ave”} } = { {I rSub { размер 8{0} } } над { sqrt {2} } } cdot { {V rSub { размер 8{0} } } более { sqrt {2} } } = { {1} более {2} } I rSub { размер 8{0} } V rSub { размер 8{0} } } {}

, как указано выше.Стандартной практикой является указывать размер IrmsIrms 12{I rSub { размер 8{“rms”} } } {}, размер VrmsVrms 12{V rSub { размер 8{“rms”} } } {} и размер PavePave 12{P rSub { size 8{“ave”} } } {} , а не пиковые значения. Например, напряжение в большинстве бытовых электросетей составляет 120 В переменного тока, что означает, что значение VrmsVrms размера 12{В rSub {размер 8{“среднеквадратичное значение”} } } {} составляет 120 В. 12{I rSub { size 8{“rms”} } } {} больше 10 A. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave=1.0 кВт, Pave=1,0 кВт, размер 12{P rSub { размер 8{“ave”} } =1 “.” 0`”кВт”} {} и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, можно сказать, что при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

3.45 Irms=VrmsR.Irms=VrmsR. размер 12{I rSub { размер 8{“среднеквадратичное значение”} } = { {V rSub { размер 8{“среднеквадратичное значение”} } } свыше {R} } } {}

Различные выражения для мощности переменного тока PavePave размер 12{P rSub { size 8{“ave”} } } {} равны

3.46 Pave=IrmsVrms,Pave=IrmsVrms, размер 12{P rSub { размер 8{“среднеквадратичное значение”} } = I rSub { размер 8{“среднеквадратичное значение”} } V rSub {размер 8{“среднеквадратичное значение”} } } {}3,47 Pave=Vrms2R, Pave=Vrms2R, размер 12{P rSub { размер 8{“ave”} } = {{V rSub { размер 8{“rms”} } rSup {размер 8{2} } } над {R} } } {}

и

3. 48 Pave=Irms2R.Pave=Irms2R. size 12{P rSub { size 8{“ave”} } = I rSub { size 8{“rms”} } rSup { size 8{2} } R} {}

Пример 3.9 Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность потребления 60.0-ваттная лампочка переменного тока?

Стратегия

Нам говорят, что VrmsVrms size 12{V rSub { size 8{“rms”} } } {} составляет 120 В, а PavePave size 12{P rSub { size 8{“ave”} } } {} составляет 60,0 Вт. Мы можно использовать Vrms =V02Vrms =V02 размер 12{V rSub {размер 8{“rms”} } = {{V rSub {размер 8{0} } } over { sqrt {2} } } } {} для нахождения пикового напряжения , и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (а)

Решение уравнения Vrms =V02Vrms =V02 размер 12{V rSub { размер 8{“rms”} } = { {V rSub { размер 8{0} } } более { sqrt {2} } } } {} для пика напряжение V0V0 размер 12{V rSub { размер 8{0} } } {} и подстановка известного значения VrmsVrms размер 12{V rSub { размер 8{“rms”} } } {} дает

3. 49 V0=2Вэфф= 1,414(120В)= 170В. V0=2Вэфф= 1,414(120В)= 170В. Размер 12{V rSub { Размер 8{0} } = sqrt {2} V rSub { Размер 8{ “rms”} } =” 1″ “.” “414” \ (“120” “В” \) =” 170 В”} {}

Обсуждение для (а)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170–170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (б)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение.Таким образом,

3.50 P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave.P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave. размер 12{P rSub { размер 8{0} } = I rSub { размер 8{0} } V rSub { размер 8{0} } =” 2″ слева ( {{1} более {2} } I rSub { размер 8{0} } V rSub { size 8{0} } right ) =” 2″P rSub { size 8{“ave”} } } {}

Мы знаем, что средняя мощность составляет 60,0 Вт, поэтому

3,51 P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт.P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт. размер 12{P rSub { размер 8{0} } =” 2″ \( “60” “. ” “0 Вт ” \) =” 120 Вт”} {}

Обсуждение

Итак, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Разница между предохранителем и автоматическим выключателем в табличной форме

плавкий предохранитель и автоматический выключатель

Предохранители и автоматические выключатели — это устройства, используемые в электрических цепях для прерывания потока электричества в случае перегрузки. Оба устройства можно рассматривать как системы безопасности, предотвращающие электрическую перегрузку из , вызывающую повреждение как самих устройств, так и электрической сети.
Различие между предохранителями и выключателями заключается в том, как они работают :

  • Плавкий предохранитель : Состоит из металлического куска или нити, которая ломается при нагревании выше определенной температуры. Когда он ломается, электрический ток прерывается. Предохранители срабатывают быстрее, чем выключатели, но поврежденные предохранители необходимо заменить новыми предохранителями
  • .
  • Автоматический выключатель : имеет механизм переключения, который активируется при увеличении электрического напряжения (напряжения).

Работа предохранителя

Предохранители  изготовлены из металлической нити , заключенной в стеклянный или керамический корпус.
В бытовых установках предохранители обычно расположены в центральном блоке предохранителей , где проходят все кабели в здании.Также часто можно найти блоки предохранителей в каждой комнате или, в более старых установках, в каждой розетке.
Предохранители позволяют электричеству проходить через нить накала, соединяющую различные цепи в установке. Если происходит перегрузка . Нить накала нагреется и расплавится, разорвется и не позволит продолжить поток электричества.
В общем, бытовые предохранители очень чувствительны и выше уровня, для которого они были разработаны, они ломаются очень быстро. После того, как предохранитель сломался, вы должны заменить его на новый.
Существуют предохранители, рассчитанные на разное напряжение. Лучше всего использовать предохранители с емкостью, немного превышающей ток, который будет нормально проходить через него. Таким образом, мы можем адекватно защитить устройства и оборудование, подключенное к сети.

Работа автоматического выключателя

Автоматические выключатели , также называемые автоматическими, прерывателями, таблетками или автоматическими выключателями, также отключают питание при перегрузке, но делают это с помощью переключателя .
В используемом переключателе может использоваться электромагнит или биметаллическая пластина .В обоих случаях принцип действия аналогичен.
Когда переключатель находится во включенном положении, электрический ток может проходить от одной клеммы к другой через электромагнит или биметаллическую пластину.
Когда электрический ток превышает определенный уровень напряжения, магнитная сила электромагнита увеличивается до тех пор, пока он не сможет нажать на металлический рычаг внутреннего переключателя и прервать электрический поток.
В случае биметаллических планок они сгибаются до тех пор, пока не будет нажат рычаг переключателя.
В отличие от предохранителей, при срабатывании автомата не требуется его замена на новый. Просто верните переключатель в положение «включено». Автоматические выключатели
обычно находятся в коробке, где есть выключатели для разных частей электрической цепи. Например, в доме может быть выключатель для цепи освещения и еще один для вилок или для разных частей дома.
Другим распространенным применением автоматических выключателей являются автоматические выключатели для обнаружения замыкания на землю . Эти переключатели реагируют на баланс электрического тока, а не на перегрузку.
При нарушении баланса электрического тока выключатель перерезает его путь, избегая разрядов. Они очень полезны в ванных комнатах и ​​на кухнях, где существует повышенный риск поражения электрическим током от постоянного использования электроприборов вблизи воды.

Преимущества и недостатки предохранителей и выключателей

Плавкие предохранители и автоматические выключатели имеют ряд преимуществ и недостатков, которые делают выбор того или иного варианта зависимым от конкретной ситуации.
Предохранители дешевы и очень быстро реагируют на перегрузки , обеспечивая большую защиту, что особенно важно для высокочувствительных или дорогих электронных устройств.На самом деле часто самые чувствительные электроприборы имеют собственные предохранители.
Но высокая чувствительность предохранителей может стать недостатком, если мы находимся в цепи с регулярными пиками, которые часто достигают точки разрыва предохранителей.
Предохранители дешевы и очень быстро реагируют на перегрузки , обеспечивая большую защиту, что особенно важно для высокочувствительных или дорогих электронных устройств. На самом деле часто самые чувствительные электроприборы имеют собственные предохранители.
Но высокая чувствительность предохранителей может стать недостатком, если мы находимся в цепи с регулярными пиками, которые часто достигают точки разрыва предохранителей.
Предохранители должны быть заменены новыми, когда они перегорают, что может быть реальным неудобством, если они недоступны в данный момент.
Еще одним недостатком является то, что предохранители часто покупаются без консультации специалиста и устанавливаются самостоятельно. Легко и часто выбирают предохранители со слишком большой мощностью, что приводит к тому, что они не выполняют свою функцию защиты. Между тем автоматические выключатели
имеют гораздо больше преимуществ. Вы можете восстановить подачу электрического тока так же просто, как снова включить выключатель без замены каких-либо деталей.
Кроме того, вмешательство в выключатели намного безопаснее, чем установка предохранителя.
Недостатком автоматических выключателей является то, что они, как правило, более дорогие, не только сам выключатель, но и его установка и ремонт, часто должны выполняться профессионалом.
Автоматические выключатели не реагируют так быстро, как предохранители, и электронные устройства, подключенные к цепи, могут быть повреждены до того, как автоматический выключатель сработает из-за перегрузки.
Оба типа электрических прерываний не могут быть заменены  во всех ситуациях.Например, предохранитель нельзя использовать в качестве прерывателя цепи замыкания на землю. Электрик — это квалифицированный специалист, который может определить, какой предохранитель или выключатель лучше использовать в определенной ситуации.
Похожие темы:

Разница между скоростью и ускорением в виде таблицы

Скорость против ускорения

Скорость и ускорение — два основных условия движения. Скорость — это расстояние, пройденное объектом в единицу времени, а ускорение — скорость изменения скорости.В этом посте мы объяснили разницу между скоростью и ускорением.

 Что такое скорость?

Скорость — это физическая величина, представляющая расстояние, пройденное объектом за определенный интервал времени. Например, если объект прошел 6 метров за 30 секунд, его скорость будет именно такой, 6 метров каждые 30 секунд. В Международной системе единиц скорость выражается в метрах в секунду (м/с), поэтому эта скорость будет равна 0,2 м/с.

Одним из математических свойств скорости является то, что она является векторной величиной, что означает, что она определяется векто r, и поэтому необходимо учитывать направление движения.Если направление не принимается во внимание, в физике говорят о скорости или скорости, скалярной величине с теми же размерностями пространства и времени, что и скорость, но которая не является вектором.

Чтобы рассчитать скорость, просто разделите пройденное расстояние на затраченное время:
v = s/t
Скорость также используется в других областях, помимо физики движения, с аналогичной концепцией. Например, в химии скорость или скорость реакции используется для измерения скорости, с которой субстраты превращаются в продукты, что также подразумевает направление вектора.

См. также: Разница между скоростью и скоростью

Что такое ускорение?

Ускорение — это величина, связанная со скоростью, поскольку она измеряет скорость изменения скорости в заданный период. Продолжая предыдущий пример, если объект проходит 6 метров за 30 секунд, его средняя скорость будет 0,2 м/с, но это не означает, что объект постоянно двигался с этой скоростью в течение 30 секунд. В течение одной секунды он мог двигаться со скоростью 0,4 м/с, а в течение другой секунды он мог двигаться со скоростью 0.1 м/с, хотя результат тоже 6 метров за 30 секунд.

Если объект меняет скорость, это изменение измеряется ускорением, которое рассчитывается как разница в скорости в единицу времени (скорость/время). Например, если объект переходит из состояния покоя (скорость 0 м/с) в скорость 0,2 м/с за 1 секунду, его ускорение составит 0,2 м/с 2 , значит, скорость объекта увеличивается на 0,2 м/с каждую секунду. Если теперь объект изменится со скорости 0,2 м/с на скорость 0. 3 м/с и совершает этот переход за 2 с, ускорение составит:

0,3 – 0,2 = 0,1 / 2 = 0,05 м/с 2
Это означает, что скорость увеличивается на 0,05 метра каждую секунду. Можно сказать, что ускорение измеряет 90 228 скорости изменения 90 039 скорости. Ускорение может быть отрицательным, если скорость в конце рассматриваемого периода меньше скорости в начале, что известно как замедление или отрицательное ускорение.

Ускорение, в отличие от скорости, не указывает направление, в котором движется объект, поэтому это не векторная величина .Если объект движется с постоянной скоростью, его ускорение равно нулю.

Ключевые отличия

  1. Скорость измеряет скорость движения  объекта, то есть расстояние, пройденное за единицу времени.
  2. Ускорение измеряет скорость изменения скорости , то есть изменение скорости между двумя разными моментами.

Похожие темы:

 

Что такое переменный ток? – Переменный ток: приложения и история

нагревается из-за отсутствия сопротивления проводов, а затем преобразуется в более безопасную форму с меньшей мощностью для использования с трансформатором. Сегодня переменный ток используется для передачи информации (например, кабельных и телефонных сигналов).

Когда дело доходит до промышленности, переменный ток обычно не имеет больше практических преимуществ, чем постоянный ток. Однако в большинстве стран мира переменный ток используется в электродвигателях, генераторах и системах распределения электроэнергии. Чтобы понять почему, нужно немного больше узнать о науке о том, как работает переменный ток.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, генератор переменного тока может быть создан, когда магнитное поле вращается вокруг проводов, которые остаются неподвижными.При его вращении ток в проводах меняется в зависимости от положения магнитного вала. Это известно как оператор переменного тока или генератор переменного тока.

Постоянный ток также работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея, но схема гораздо сложнее. В генераторах постоянного тока спиральный провод соединен с валом, а угольные щетки должны соединяться с медными полосами на вращающемся валу. Причина этого в том, что полярность выхода катушки постоянно меняется, поэтому ее необходимо переключать, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность.После этого генератор постоянного тока будет вырабатывать два импульса напряжения каждый раз, когда магнитный вал совершает оборот. Это становится проблемой, потому что вам нужно постоянное напряжение, а не напряжение в «импульсах». Чтобы сделать ток постоянным, необходимо установить несколько катушек с контактом с угольными щетками. Это создает еще более сложную проблему, потому что, когда установлено слишком много катушек и щеток, тепло выделяется гораздо легче, что может создать проблемы для всей системы. Соприкасающиеся катушки и щетки также подвержены риску случайного «искрения», что может привести к пожару.Из-за этой более сложной настройки и проблем, связанных с настройкой, переменный ток часто используется в промышленности из-за низкой стоимости и большей надежности.

Переменный ток имеет и другие преимущества, помимо низкой стоимости и упрощения настройки. При распределении электроэнергии электроэнергия должна транспортироваться во множество различных областей на большие расстояния. Чтобы сделать это эффективно, наиболее эффективно транспортировать его с высоким напряжением и низким током, а затем «преобразовывать» его в более низкое напряжение и более высокий ток при доставке в дома и на предприятия.Использование трансформаторов сделало это возможным. Однако трансформаторы будут работать только с переменным током, а не с постоянным током. В результате мы видим, что переменный ток гораздо чаще используется в приложениях для передачи энергии.

Границы | Транскраниальная стимуляция переменным током: обзор основных механизмов и модуляция когнитивных процессов

Введение

Транскраниальная электрическая стимуляция (ЧЭС) — это общий термин для класса неинвазивных методов стимуляции мозга, включающих стимуляцию постоянным током (DC), переменным током (AC) и случайным шумом (RN) (Paulus, 2011).Принцип использования электрических токов для стимуляции тела и мозга человека не нов (см. обзор Priori, 2003). Прикладываемые токи могут быть либо постоянными во времени, как в случае транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS), либо чередоваться с определенной частотой, что называется транскраниальной стимуляцией переменным током (tACS). Стимуляция частотным спектром RN известна как транскраниальная стимуляция случайным шумом (tRNS). Здесь мы хотим сосредоточиться на tACS, поскольку этот метод особенно хорошо подходит для модуляции физиологически значимых колебаний мозга частотно-специфическим образом.Колебания и DC могут быть объединены в более сложные формы сигналов. Если DC и AC объединяются для транскраниальной стимуляции, это называется колебательной tDCS (otDCS, Groppa et al., 2010). AC не обязательно должен быть синусоидальным, но может быть прямоугольным или даже более сложной формы (рис. 1).

Рисунок 1. Различные парадигмы стимуляции. Вверху: Во время tDCS постоянный ток включается обычно на несколько минут. Посередине: Напротив, tACS использует для стимуляции переменные токи, которые могут быть синусоидальными (сплошная линия) или прямоугольными (пунктирная линия). Внизу: Сочетание tDCS и tACS приводит к колебательному tDCS (otDCS), в котором переменный ток накладывается на постоянный ток. Переменный ток снова может быть синусоидальным или прямоугольным.

Многочисленные изящные исследования, проведенные за последние несколько десятилетий, продемонстрировали тесную связь между колебаниями мозга и когнитивными функциями (обзоры см. в Başar et al., 2001; Engel et al., 2001; Herrmann et al., 2004). Связь, однако, всегда устанавливалась путем корреляции колебательной активности мозга с конкретными когнитивными процессами.Таким образом, вопрос о том, отражают ли мозговые колебания фундаментальный механизм кортикальной обработки информации или просто эпифеномен, до сих пор не решен. Утверждалось, что если бы колебания были необходимы для какой-либо когнитивной функции, то эта функция должна была бы быть изменена путем выборочного вмешательства в эти колебания (Sejnowski and Paulsen, 2006). До недавнего времени считалось, что на этот вопрос очень сложно ответить эмпирически у здоровых людей (Rees et al. , 2002). Одной из возможностей решения этого важного вопроса является изучение аномальной колебательной активности у пациентов с нервно-психическими расстройствами (Herrmann and Demiralp, 2005; Schnitzler and Gross, 2005; Uhlhaas and Singer, 2006).Например, показано, что степень когнитивного дефицита у пациентов с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) коррелирует со снижением амплитуды колебаний гамма-диапазона в парадигме памяти (Lenz et al., 2008). Однако сложные заболевания обычно не являются следствием одного единственного симптома, подобного нарушенным гамма-колебаниям. Таким образом, такие исследования предоставляют доказательства связи между клиническими симптомами и отклонениями в колебаниях мозга, но не устанавливают причинно-следственных связей.Исследованию причинной роли колебаний для познания способствовали недавние разработки методов неинвазивной стимуляции человеческого мозга, которые позволяют управлять колебаниями мозга в диапазоне наблюдаемых физиологически значимых частот. Для одного из таких методов — повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (rTMS) — недавно была продемонстрирована способность вовлекать колебания мозга (Thut et al., 2011). По сравнению с otDCS и tACS, rTMS является пространственно более точной, и нейроны возбуждаются непосредственно каждым импульсом TMS (Thut et al., 2011). С одной стороны, rTMS обеспечивает короткие импульсы продолжительностью около 100 мкс, которые могут повторяться с частотой, которая, как считается, отвечает за определенный когнитивный эффект. С другой стороны, как показано на рис. 2, повторяющиеся всплески охватывают широкий диапазон частот. Таким образом, следует соблюдать осторожность при приписывании эффектов, вызванных rTMS, частоте повторения rTMS. В недавней статье хорошо упоминаются критерии, необходимые для того, чтобы считать эффект основанным на ритмическом вовлечении мозговых колебаний (Thut et al., 2011). В случае tACS менее вероятно увлечение другими колебаниями мозга, кроме частоты стимуляции, поскольку синусоидальные токи строго привязаны только к одной частоте. Тем не менее, обнаружение частотно-специфических эффектов rTMS на поведение (например, Romei et al., 2011) показывает, что rTMS в основном захватывает колебания на частоте стимуляции, а не на широкополосных ответах одиночных импульсов.

Рисунок 2. Сравнение rTMS и tACS. Слева: tACS использует синусоидальные токи, которые ограничены одной частотой, как показано частотно-временным вейвлет-преобразованием. Справа: rTMS, однако, охватывает широкий диапазон частот в дополнение к частоте повторения. Обратите внимание, что на этих диаграммах изображены только токи/поля стимуляции, а не возможные артефакты, которые могут возникнуть в человеческом мозгу.

Кроме того, tACS не генерирует звуки, которые могли бы помешать экспериментальной парадигме, и может применяться при отсутствии соматосенсорных ощущений, что позволяет легко контролировать условия.

Физиологический механизм tACS

Недавно физиологические механизмы, лежащие в основе наблюдаемых эффектов tACS, были выявлены с помощью внутричерепных записей у животных (Fröhlich and McCormick, 2010). Авторы стимулировали хорьков внутричерепно и одновременно регистрировали потенциалы локального поля (LFP) и мультиюнитовую активность (MUA). Перед стимуляцией животных записей in vivo продемонстрировали, что нейронные спайки в MUA были синхронизированы с колебательными LFP (рис. 3, слева). Впоследствии срезы коры стимулировали 90 290 in vitro 90 291, и одновременно регистрировали MUA, показывая, что слабые синусоидальные напряжения (≤0,5 В/м) способны вызывать пиковую активность (рис. 3, справа).Интересно, что пиковая активность синхронизировалась с разными частотами возбуждения, что позволяет предположить, что возбуждение нейронов может быть связано с приложенным электричеством полем (здесь не показано). Кроме того, Fröhlich and McCormick (2010) смогли продемонстрировать, что резкие переходные изменения напряжения приводят к более сильному возбуждению нейронов, чем медленные переходные процессы, хотя и достигают того же максимума напряжения [см. дополнительную информацию Fröhlich and McCormick (2010)]. Это указывает на то, что не только абсолютные уровни напряжения определяют возбуждение нейронов, но и временная динамика изменений напряжения важна.

Рисунок 3. Физиологические механизмы tACS. Слева: Записи in vivo у хорьков показывают, что спонтанная активность нейронов, наблюдаемая в MUA, синхронизируется с определенными фазами LFP. Справа: Электрическая стимуляция срезов коры синусоидальными токами приводит к аналогичной синхронизации. Интересно, что частота между всплесками спонтанно возникающей активности может ускоряться и замедляться, что приводит к вовлечению нейронов [адаптировано из Fröhlich and McCormick (2010)].

Однако из этого исследования неясно, могут ли слабые токи также проникать в череп и по-прежнему оказывать подобное влияние на нервную активность. Озен и др. (2010) рассмотрели этот вопрос, стимулируя крыс электродами на поверхности черепа и регистрируя внутричерепную активность нейронов. Эти авторы смогли показать, что внутричерепного электрического поля всего ~1 В/м было достаточно для синхронизации возбуждения нейронов с определенной фазой внечерепного синусоидального тока. Ток, который должен быть приложен экстракраниально для создания этого электрического поля, зависит от множества параметров, таких как толщина черепа, расположение электродов и т.п. Этот вопрос будет рассмотрен в разделе Моделирование текущего потока.

Недавний эксперимент на людях показал, что изменения коркового возбуждения нелинейно зависят от интенсивности tACS (Moliadze et al., 2012). Первичную моторную кору стимулировали с помощью tACS с частотой 140 Гц, одновременно регистрировали моторные вызванные потенциалы (МВП) в ответ на одиночные импульсы ТМС.Низкая интенсивность стимуляции 0,2 мА приводила к корковому торможению, о чем свидетельствовало повышение двигательных порогов. Высокая интенсивность в 1 мА приводила к снижению порогов, т. е. к возбуждению. Промежуточные значения силы тока 0,6 и 0,8 мА не влияли на двигательный порог. Это, по-видимому, указывает на то, что тормозные нейроны более восприимчивы к электрической стимуляции и стимулируются уже при более низких интенсивностях. Возбуждающие нейроны менее восприимчивы и требуют более сильной стимуляции, но доминируют над тормозными нейронами, что приводит к суммарному эффекту возбуждения.При промежуточных интенсивностях тормозные и возбуждающие эффекты компенсируют друг друга.

Важным шагом для tACS было показать ее эффективность в модулировании колебательной активности мозга у людей. В этом контексте Zaehle et al. (2010) продемонстрировали, что tACS, примененная к индивидуальной альфа-частоте ЭЭГ участников, приводила к увеличению альфа-амплитуды ЭЭГ после 10 минут стимуляции. ЭЭГ регистрировали офлайн, т. е. за три минуты до и после применения ТАКШ. После tACS спектральная мощность была значительно увеличена, особенно в диапазоне индивидуальной альфа-частоты (IAF ~ 10 ± 2 Гц) по сравнению с до tACS, что указывает на то, что этот метод стимуляции может влиять на текущие колебания мозга частотно-специфическим образом, несмотря на его низкая амплитуда и ее транскраниальное применение.Недавнее исследование Neuling et al. (2013) повторили и расширили выводы Zaehle et al. (2010), показав, что усиление альфа-амплитуды, вызванное tACS, сохраняется в течение как минимум 30 минут после прекращения стимуляции. Интересно, что альфа-амплитуда увеличивалась только тогда, когда эффективная внутричерепная альфа-амплитуда tACS превышала эндогенную альфа-амплитуду (состояние с открытыми глазами), но не когда первая была слабее второй (состояние с закрытыми глазами).

Дальнейшее понимание эффекта tACS можно ожидать от одновременной регистрации гемодинамических ответов с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), как это было сделано для коротких импульсов TES (Brocke et al., 2008). Хотя эта процедура кажется сложной для tDCS из-за гемодинамических артефактов, она кажется выполнимой для tACS (Antal et al., 2013).

Моделирование течения

Серия исследований с моделированием изучала, какая часть слабого экстракраниального тока (обычно около 1 мА при tACS) поступает интракраниально. В ранних исследованиях для решения этой проблемы использовались модели сферической головы (Miranda et al., 2006). В более поздних подходах использовались модели головы более реалистичной формы, полученные из записей МРТ (Holdefer et al., 2006; Вагнер и др., 2007). Большая часть тока закорочена хорошо проводящей кожей. Тем не менее, значительные плотности тока могут быть смоделированы внутричерепно в результате экстракраниальной стимуляции. Миранда и др. (2006) продемонстрировали, что 2 мА tDCS приводит к плотности внутричерепного тока 0,1 А/м 90 221 2 90 222, что соответствует электрическому полю 0,22 В/м. Нойлинг и др. (2012b) использовали очень мелкозернистую модель конечных элементов, чтобы показать, что 1 мА tDCS/tACS, приложенный к зрительной коре человека, приводит к плотности внутричерепного тока, равной 0.1 А/м 2 , что соответствует электрическому полю коры 0,417 В/м при проводимости серого вещества 0,24 См/м (рис. 4). По сравнению с порогами синхронизации нервных импульсов с электрическими полями, полученными из внутричерепных записей у животных (0,5–1 В / м), это предполагает, что 1 мА tDCS / tACS будет близко или ниже порога, тогда как 2 мА будет значительно выше порога.

Рисунок 4. Моделирование индуцированного tACS внутричерепного тока. Аксиальный вид человеческого мозга, визуализирующий распределение плотности тока tDCS/tACS, приложенного к электродам F7 (анод, красный) и F8 (катод, синий).Виден четкий максимум в передних отделах мозга. Плотность тока в 20 раз больше в лобной коре по сравнению с затылочной корой. Однако tDCS/tACS с большими электродами не так фокальна, как TMS. Перепечатано из Neuling et al. (2012b) с разрешения авторов.

Недавние модельные исследования показали, что фокальность tDCS/tACS может быть значительно увеличена при использовании нескольких небольших электродов, например электродов ЭЭГ, вместо типичных губчатых электродов размером 5 × 7 см (Faria et al., 2009; Дмоховски и др., 2011). Однако даже использование небольших электродов страдает тем, что для подачи тока на голову человека требуется как минимум два электрода. Следовательно, два очага плотности тока возникают в результате использования анода и катода одинакового размера или малого стимулирующего электрода и большего обратного электрода. Эту проблему можно решить, используя так называемую конфигурацию кольцевых электродов 4 × 1 (Datta et al., 2009). В этом монтаже используются четыре электрода, расположенных кольцом, для одной полярности стимуляции, т.е.например, катод, и еще один электрод, расположенный в середине кольца для другой полярности, например, анод. Единственная область плотности тока является результатом такого расположения электродов. Стимулируемая область может быть расположена в определенной области мозга путем соответствующего размещения электродов.

Электрическая стимуляция мозговой ткани у животных показала, что аксон, особенно аксонный холмик, но не сома, чувствителен к электрическим полям (Nowak and Bullier, 1998). Кроме того, было продемонстрировано, что электрические поля вдоль аксона намного эффективнее, чем поля, перпендикулярные аксону (Ranck, 1975).Это привело к идее различия между токами, текущими радиально по отношению к поверхности коры, и токами, текущими тангенциально (Miranda et al. , 2012). Поскольку пирамидные клетки ориентированы перпендикулярно поверхности коры, а большие участки их аксонов в белом веществе ориентированы тангенциально к поверхности коры, возникает соблазн прямо отнести радиальные электрические поля к соме пирамидных клеток, а тангенциальные к аксону. . Однако из-за анизотропии волокон белого вещества такое упрощение может оказаться преждевременным.

Модели вычислительных сетей

Помимо вышеупомянутой физиологической работы, Fröhlich и McCormick (2010) также решили смоделировать реакцию нейронов на постоянный и синусоидальный токи. Они использовали модель Ходжкина-Хаксли (Hodgkin and Huxley, 1952), чтобы смоделировать, как сеть из 400 пирамидальных нейронов и 64 тормозных интернейронов реагирует на приложенные поля постоянного и переменного тока. Важно отметить, что они смогли продемонстрировать, что частота приложенного поля определяет степень вовлечения нейронных колебаний.Если частота возбуждения была близка к собственной частоте, мембранные напряжения демонстрировали сильные периодические колебания. Напротив, если внешнее поле значительно отличалось от собственной частоты, такого увлечения не наблюдалось. Эти результаты согласуются с теоретическими соображениями о увлечении (Пиковский и др., 2003).

Используя параметры tACS из Zaehle et al. (2010) в качестве ссылки, Merlet et al. (2013) смоделировали активность ЭЭГ скальпа при tACS по сравнению с отсутствием стимуляции.Влияние tACS на среднюю мощность альфа-канала ЭЭГ моделировали для различных частот от 4 до 16 Гц с шагом в 1 Гц. Самое сильное увеличение мощности альфа-канала было обнаружено при tACS с частотой 10 Гц с постепенно уменьшающимся эффектом для соседних частот (8/9 Гц и 11/12 Гц). За пределами диапазона 8–12 Гц значительных эффектов tACS обнаружено не было. Эти результаты моделирования соответствуют экспериментальным результатам на людях, проведенным Zaehle et al. (2010). Кроме того, результаты моделирования показали, что альфа-tACS наиболее эффективна при собственной частоте (10 Гц для модели).

Реато и др. (2010) использовали упрощенную версию модели Ходжкина-Хаксли, в которой 800 возбуждающих и 200 тормозных нейронов гиппокампа моделировались в соответствии с моделью интеграции и возбуждения Ижикевича (2003). Результаты показали, что:

1. Стимуляция постоянным током в основном влияет на скорость стрельбы.

2. Стимуляция переменным током повышает и понижает частоту возбуждения колебательным образом без изменения средней частоты возбуждения в течение более длительного интервала времени (рис. 5).

3.Стимуляция переменным током на частоте эндогенных колебаний в основном влияет на синхронизацию спайков.

4. Даже низкие амплитуды электрической стимуляции, соответствующие кортикальному электрическому полю 0,2 В/м, приводят к усилению когерентности между спайками и управляющими колебаниями.

Интересно, что эти симуляции демонстрируют нейронный механизм, который может быть ответственным за кросс-частотную связь, обнаруженную в электрофизиологических записях (Jensen and Colgin, 2007). Неоднократно было продемонстрировано, что фаза тета-осцилляций модулирует амплитуду гамма-осцилляций (Canolty et al., 2006; Demiralp et al., 2007), т. е. тета-колебания распространяются в кору, и их фаза модулирует гамма-амплитуды. Если бы кора головного мозга электрически стимулировалась частотой тета-диапазона, эти искусственные тета-колебания могли бы распространяться точно так же, как это делают физиологические поля. Затем фаза этих колебаний может модулировать амплитуду гамма-колебаний.

Рис. 5. Предсказанная модель поведения сети нейронов в ответ на стимуляцию переменным током. Скорость возбуждения тормозных (серые) и возбуждающих (черные) нейронов регулируется вверх и вниз в фазе с переменным током. На этих растровых графиках каждая точка представляет нейронный всплеск. Адаптировано из Reato et al. (2010).

Из-за сильного артефакта, который tACS создает во время стимуляции, до сих пор влияние на электрофизиологию было показано только для ЭЭГ после стимуляции по сравнению с до стимуляции (Marshall et al. , 2006; Zaehle et al., 2010). Однако приведенные выше эксперименты по стимуляции на животных и эксперименты по моделированию в «кремниевых клетках» объясняют только то, как электрическая стимуляция влияет на электрофизиологию во время стимуляции.Чтобы также смоделировать последствия своего эксперимента с ЭЭГ, Zaehle et al. (2010) использовали нейронную сеть, состоящую из нейронов Ижикевича. Они использовали один нейрон, управляемый внешним током, и 2500 нейронов, которые были соединены с управляемым нейроном аксонами с переменным временем задержки, что привело к 2500 резонансным петлям с разными резонансными частотами (рис. 6). Во время стимуляции последовательностью спайков с частотой 10 Гц пластичность, зависящая от времени спайка (STDP), модулировала те синапсы, которые были включены в петли, с резонансными частотами, близкими к частоте движущей силы (100 мс ~ 10 Гц).Это открытие предполагает, что синаптическая пластичность была ответственна за наблюдаемое последействие tACS. В том же духе нейропластические изменения также были предложены другими авторами в качестве механизма, лежащего в основе последствий tACS (Antal and Paulus, 2012).

Рис. 6. Сетевое моделирование tACS. (A) Пластичность, зависящая от времени спайка: синаптические веса увеличиваются, если постсинаптический потенциал следует за пресинаптическим спайком (долговременная потенциация, LTP), и уменьшаются, если постсинаптический потенциал возникает до пресинаптического спайка ( длительная депрессия, LTD). (B) Схематическое изображение сети: Ведущий нейрон образует рекуррентную петлю с каждым нейроном скрытого слоя. Общая синаптическая задержка Δt (т. е. сумма обеих задержек петли) варьировала от 20 до 160 мс. Ведущий нейрон стимулировали серией спайков с частотой повторения 10 Гц. (C) Синаптические веса обратной проекции как функция общей синаптической задержки рекуррентных петель: Серые точки отображают синаптические веса в начале моделирования, черные точки представляют синаптические веса после окончания моделирования.Внешняя стимуляция управляющего нейрона частотой 10 Гц приводила к увеличению веса рекуррентных петель с общей задержкой от 60 до 100 мс и резкому снижению синаптического веса петель с общей задержкой вне этого интервала. Отметим, что наибольшие синаптические веса наблюдаются при 100 мс, т. е. для петель с резонансной частотой, близкой к частоте стимуляции. Перепечатано из Zaehle et al. (2010) с разрешения авторов.

Моторные и когнитивные функции, модулированные tACS

Моторные процессы

Исследование влияния tACS/otDCS на первичную моторную кору имеет преимущество для объективного измерения изменений корково-спинальной возбудимости с помощью MEP после ТМС.По сравнению, например, с рейтингами фосфена в зрительной области, MEP не полагаются на субъективный опыт участников. MEP используются в качестве зависимой переменной, которую обычно сравнивают с исходным уровнем до стимуляции с одной или несколькими временными точками во время и после стимуляции. Обнадеживающие данные в отношении двигательной возбудимости и поведения были получены в существующих исследованиях, в то время как убедительные электрофизиологические результаты в значительной степени отсутствуют из-за общего отсутствия одновременных измерений ЭЭГ. Исключением являются исследования Antal et al. (2008) и Погосян и соавт. (2009), которые объединили tACS и ЭЭГ. Поэтому влияние на поведение, возбудимость и электрофизиологические эффекты будут рассмотрены в отдельных разделах.

Влияние на возбудимость моторной коры

Первое исследование с использованием tACS и анодной/катодной otDCS для изучения влияния на моторную кору было проведено Antal et al. (2008). Это предварительное исследование предназначалось для сравнения колебательных протоколов TES с установленными протоколами постоянного тока TES.Авторы проанализировали амплитуды ВМО до и после tACS/otDCS с различной продолжительностью и частотой. Никакого воздействия на MEP обнаружено не было. Последующие исследования показали, что слабые последействия могут быть связаны с параметрами стимуляции, например, сравнительно короткой продолжительностью стимуляции (2–10 мин) и слабой интенсивностью стимуляции (tACS: 0,25 А/м 2 ; otDCS: 0,16 А/м ). 2 ; плотность тока в электроде). Например, исследования otDCS с стимуляцией не менее 10 минут и средней интенсивностью 0.63 А/м 2 удалось выявить последствия (Bergmann et al., 2009; Groppa et al., 2010). В зависимости от полярности корково-спинальная возбудимость может повышаться или снижаться (Groppa et al., 2010). Однако эти эффекты не отличаются от контрольных условий с использованием tDCS, что позволяет предположить, что часть постоянного тока стимулирующих токов вызывала наблюдаемые эффекты. Кроме того, при максимальной силе тока 0,62 А/м 2 эффекты, зависящие от полярности, были продемонстрированы только для tDCS, но не для otDCS, что указывает на то, что не максимальная сила, а общий ток (средняя интенсивность: tDCS, 0.62 А/м 2 ; otDCS: 0,31 А/м 2 ) имел отношение к эффектам (Groppa et al., 2010). К сожалению, в этих исследованиях ЭЭГ не регистрировалась для дифференциации эффектов otDCS по сравнению с tDCS.

Исследования с использованием tACS выявили двунаправленные сдвиги возбудимости как во время, так и после стимуляции. Короткие ТПЦС с разными частотами (5, 10, 20, 40 Гц; 90 с; 0,14 А/м 2 ) показали, что только при 20-Гц ТПЦС повышалась двигательная возбудимость (Feurra et al., 2011a). Аналогичным образом, исследование Schutter and Hortensius (2011) не выявило повышенной возбудимости после tACS с частотой 10 Гц (10 мин;298 А/м 2 ), но после комбинированной частотной стимуляции (5 Гц с последующими 20 Гц, по 5 мин каждая; 0,298 А/м 2 ), хотя конкретные вклады применяемых частот не могут быть дифференцированы. Наоборот, tACS с частотой 15 Гц (20 мин; 0,80 А/м 2 ) снижала возбудимость после стимуляции (Zaghi et al., 2010). Молиадзе и др. (2010) применили tACS на частотах за пределами традиционных частотных диапазонов ЭЭГ в так называемом диапазоне пульсаций (80, 140 и 250 Гц; 10 мин; 0,63 А/м 2 ).Только стимуляция частотой 140 Гц приводила к устойчивому повышению возбудимости моторной коры до 1 ч после стимуляции. Даже более высокие частоты (1000, 2000 и 5000 Гц; 10 мин; 0,20 А/м 2 ) также способны модулировать возбудимость коры (Chaieb et al. , 2011). Сообщалось о повышенной возбудимости во время и в течение 90 минут после стимуляции. Этот эффект был наиболее выражен для частоты 5000 Гц и интерпретировался как нарушение возбуждения мембран нейронов, а не уноса нейронных колебаний.

Поведенческие эффекты

Различные поведенческие эффекты после применения различных частот tACS повышают возможность причинно-следственной связи определенных частот с различными функциями. Значительную роль играет бета-ритм (15–30 Гц) как «естественная частота» двигательных областей (Розанова и др., 2009). Бета-синхрония коррелирует с более медленными произвольными движениями (Gilbertson et al., 2005). Точно так же tACS с частотой 20 Гц замедляла произвольные движения, что указывает на причинно-следственную связь (Pogosyan et al., 2009; Джунди и др., 2012 г.; Вах и др., 2013).

Применение двух разных частот tACS позволяет отделить взаимосвязь между частотой и поведением. Джоунди и др. (2012) обнаружили, что tACS с частотой 20 Гц (5 с; ~0,26 А/м 90 221 2 90 222 ) замедляет произвольные движения, но tACS с частотой 70 Гц с теми же параметрами повышает производительность, расширяя корреляционные исследования, обнаружившие повышенную активность гамма-диапазона (30–30 222). 70 Гц) во время произвольного движения (Muthukumaraswamy, 2010). Помимо эффекта замедления на частоте 20 Гц, Wach et al.(2013) наблюдали повышенную поведенческую изменчивость после 10 Гц tACS с теми же параметрами (10 мин, 0,29 А/м 2 ). Авторы объяснили эффект 10 Гц нарушением работы внутреннего водителя ритма, представленного активностью в альфа-диапазоне. Интересно, что оба эффекта возникали в разные моменты времени: эффект 20 Гц обнаруживался сразу после стимуляции, а не через 30 мин, в отличие от эффекта 10 Гц.

Электрофизиологические эффекты

Основным недостатком настоящих исследований эффектов tACS/otDCS является отсутствие электрофизиологических данных.Это довольно неудачно в свете предположения, что tACS и otDCS взаимодействуют с колебательной активностью мозга. Хотя исследования влияния tACS/otDCS на двигательные процессы подразумевают многообещающее преимущество для демонстрации изменений в ЭЭГ, до сих пор лишь в нескольких исследованиях сообщалось об электрофизиологических результатах. Стимуляция с разными частотами (1, 10, 15, 30, 45 Гц) не вызывала эффектов ЭЭГ после tACS/otDCS с разными частотами (Antal et al., 2008). Но, как упоминалось выше, слабая интенсивность стимуляции может объяснить отсутствие эффектов.

Будущие исследования, сочетающие tACS/otDCS и ЭЭГ, могут быть полезны в двух различных аспектах. Во-первых, изменения в частотных диапазонах ЭЭГ, например таких параметров, как мощность и синхронность, могут быть связаны с ранее описанными поведенческими эффектами, что еще больше усиливает предположение о причинно-следственной связи между колебаниями и поведением. Во-вторых, путем сравнения специфических эффектов после tACS/otDCS и tDCS вклады постоянной и изменяющейся во времени части стимуляции можно было бы разделить. Особое внимание следует уделять частотам, преобладающим в ЭЭГ при выполнении конкретных задач, поскольку tACS/otDCS могут быть эффективны только для стимуляции физиологически значимых ритмов (Thut et al., 2011).

Сенсорная обработка

Фосфены, индуцированные tACS: корковое или ретинальное происхождение?

Самый ранний эффект tACS на зрительную систему человека был описан Kanai et al. (2008). Эти авторы изучали влияние различных частот tACS на обнаружение фосфенов, индуцированных tACS, в зрительной коре (стимулирующий электрод 3 × 4 см располагали на 4 см выше иниона, референтный электрод 9 × 6 см располагали на макушке). Участников стимулировали при 5 различных интенсивностях (125, 250, 500, 750 и 1000 мкА) 12 частотами в диапазоне от 4 до 40 Гц в случайном порядке, при этом каждая частота применялась последовательно в течение 5 с на свету и 5 с в темноте. .После стимуляции участники должны были оценить фосфены в обоих условиях по отношению к стандартному фосфену, индуцированному tACS с частотой 16 Гц при 1000 мкА на свету (максимальная плотность тока под электродом стимуляции 0,83 А/м 2 ). Результаты показали, что эффективность tACS действительно варьировалась в зависимости от частоты стимуляции и что этот эффект смягчался условиями окружающего освещения. В темной комнате стимуляция была наиболее эффективной в диапазоне частот 10–12 Гц, тогда как в светлой комнате пороги фосфена были самыми низкими при стимуляции в диапазоне частот 14–20 Гц. Во втором эксперименте эти результаты были воспроизведены путем измерения порогов обнаружения фосфена. Авторы объяснили свои результаты изменением доминирующих частот колебаний в естественной ЭЭГ при различных условиях освещенности: в темноте наиболее выражены колебания в альфа-диапазоне (8–12 Гц), которые, однако, подавлены и заменены более высокими частотами в свете.

Хотя Kanai et al. (2008) предположили, что обнаружение ими фосфенов, индуцированных tACS, является результатом возбуждающего действия tACS на части зрительной коры, эта точка зрения была впоследствии поставлена ​​под сомнение Schwiedrzik (2009).Этот автор сослался на более раннюю работу, показывающую, что АЦ может надежно возбуждать ганглиозные клетки сетчатки и что частота этого эффекта зависит от темновой адаптации сетчатки (Шварц, 1947). Фосфены отсутствуют при угнетении ганглиозных клеток сетчатки из-за давления на глазное яблоко (Rohracher, 1935). В соответствии с этой аргументацией в пользу происхождения фосфена сетчатки было продемонстрировано, что более переднее размещение электродов tACS над лобно-центральными областями приводит к более сильным фосфенам, чем более заднее размещение над затылочно-центральными областями (Schutter and Hortensius, 2010). Эти результаты были недавно воспроизведены Каром и Крекельбергом (2012). Однако Paulus (2010) утверждает, что внутричерепное электрическое поле, индуцированное типичными исследованиями tACS, ниже опубликованных порогов чувствительности сетчатки.

В дальнейшей попытке идентифицировать зрительную кору как место взаимодействия tACS и зрительной системы Kanai et al. (2010) доставляли импульсы ТМС в зрительную кору, в то время как tACS воздействовали на заднюю часть мозга на разных частотах.Порог, необходимый для вызова фосфена через ТМС, регистрировали в зависимости от частоты tACS. Результаты показали, что возбудимость модулируется tACS частотно-зависимым образом с максимальным возбуждением при частоте стимуляции 20 Гц, о чем свидетельствуют самые низкие пороги фосфена. Хотя это открытие не исключает ретинального происхождения фосфенов для предыдущего исследования (Kanai et al., 2008), оно поддерживает гипотезу о том, что tACS модулирует возбудимость зрительной коры.

Визуальная, слуховая и соматосенсорная обработка

В визуальном исследовании контрастного восприятия Laczó et al. (2012) применили tACS в гамма-диапазоне (40, 60, 80 Гц) со стимулирующим электродом (4 × 4 см) над центральной зрительной корой и эталоном (7 × 4 см) над макушкой. При токе стимуляции 1500 мкА максимальная плотность тока в электроде стимуляции составила 0,94 А/м 2 . Участники должны были обнаружить стационарные случайные узоры из точек в четырехальтернативной парадигме принудительного выбора. Результаты показали, что контрастная чувствительность не модулируется tACS, тогда как пороги контрастного различения снижались во время tACS с частотой 60 Гц по сравнению с имитацией стимуляции, но не во время 40 или 80 Гц.

Бриньяни и др. (2013) представили наклоненные влево или вправо низкоконтрастные пятна Габора на 30 мс в левом или правом полушарии зрения, в то время как участники получали либо ложную стимуляцию, либо tACS на частоте 6, 10 или 25 Гц с интенсивностью 1000 мкА (максимальная плотность тока в электрод: 0,63 А/м 2 ). Стимулирующий электрод (16 см 2 ) помещали на левую или правую теменно-затылочную область, а референтный (35 см 2 ) на макушку. Участники должны были сообщить, присутствует ли пятно Габора или нет (задача обнаружения) и наклонено ли оно влево или вправо (задача различения).Было высказано предположение, что вовлечение альфа-колебаний с помощью tACS с частотой 10 Гц будет усиливать тормозные альфа-эффекты в целевой области стимулируемого полушария, тем самым снижая точность восприятия стимулов, представленных в контралатеральном полушарии. Хотя результаты продемонстрировали ожидаемое снижение точности для tACS с частотой 10 Гц по сравнению с имитацией и tACS с частотой 25 Гц, этот эффект был обнаружен только для задачи обнаружения и не был специфичен для полуполя. Отсутствие полушарной специфичности может быть связано с двуполушарным референтным электродом.Кроме того, эффекты точности, полученные с помощью tACS с частотой 10 Гц, существенно не отличались от таковых для tACS с частотой 6 Гц, что оставляет вопрос о частотной специфичности неопределенным.

В парадигме слухового обнаружения Neuling et al. (2012a) выявили зависимость между эффективностью слухового детектирования и фазой альфа-колебаний в височной коре. Участников стимулировали с помощью otDCS на частоте 10 Гц (постоянный ток 1000 мкА, модулированный синусоидальным током 425 мкА), при этом им нужно было обнаружить тон 500 Гц, встроенный в белый шум, при семи различных отношениях сигнал/шум (в диапазоне от -4 до 8 дБ).Электроды располагали в височных местах (катод над левой височной корой, анод над правой височной корой). Результаты показали, что пороги обнаружения модулируются фазой стимуляции otDCS, демонстрируя причинно-следственную связь между фазой колебаний и восприятием. Кроме того, альфа-мощность в спонтанной ЭЭГ после стимуляции была значительно увеличена по сравнению с альфа-мощностью до стимуляции, что повторяет результаты Zaehle et al. (2010).

Ферра и др. (2011b) изучали частотную зависимость тактильных ощущений, вызванных tACS.Стимулирующий электрод (3 × 4 см) располагали над правой соматосенсорной корой, референтный электрод (5 × 7 см) — над левой задней теменной корой. Интенсивность стимуляции 1500 мкА привела к максимальной плотности тока 0,63 А/м 2 в электроде стимуляции. Участников стимулировали 35 различными частотами в диапазоне от 2 до 70 Гц в случайном порядке в течение 5 секунд каждая, и они должны были оценить наличие и интенсивность тактильных ощущений в левой руке. Результаты показали, что стимуляция в альфа-диапазоне (10–14 Гц) и высоком гамма-диапазоне (52–70 Гц) значительно эффективнее вызывала тактильные ощущения, чем стимуляция в дельта-диапазоне (2–4 Гц) или тета-диапазоне (6–8 Гц). ) спектр.Кроме того, бета-стимуляция (16–20 Гц) была более эффективной, чем тета-диапазон.

В совокупности большинство исследований сенсорной обработки демонстрируют частотно-зависимые перцептивные последствия tACS в различных модальностях и, таким образом, эффективность tACS в модуляции постоянной ритмической активности мозга. Однако исследование Brignani et al. (2013) представляет собой случай неопределенной частотной специфичности, т. е. получения ожидаемых нулевых результатов для одной, но не для другой контрольной частоты.Следовательно, эти результаты не являются ни доказательством против, ни в пользу возможности tACS модулировать колебания мозга. Помимо частоты, исследование Neuling et al. (2012a) подчеркивает важность колебательной фазы в захвате колебаний мозга с помощью tACS.

Высшие познавательные процессы

Память

Anodal otDCS был использован для изучения функциональной роли различных колебаний мозга в формировании декларативных воспоминаний во время сна и бодрствования.Маршалл и др. (2006) сосредоточились на связи между медленной колебательной активностью мозга (<1 Гц) и зависимостью от сна консолидации памяти. После периода обучения участников стимулировали двусторонне в лобно-боковых местах с помощью otDCS с частотой 0,75 Гц (максимальная плотность тока в электроде: 5,17 А/м 2 ), чтобы усилить медленные колебания, которые возникают естественным образом во время небыстрых движений глаз (не-REM). спать. Стимуляцию применяли в течение пяти 5-минутных периодов, разделенных 1-минутными интервалами без стимуляции, в течение которых анализировали активность ЭЭГ.Результаты продемонстрировали индуцированное стимуляцией увеличение продолжительности медленного сна (МСС) в периоды без стимуляции, о чем свидетельствует увеличение мощности ЭЭГ в диапазоне 0,5–1,0 Гц. Активность медленного лобного веретена (8–12 Гц) также усиливалась. На поведенческом уровне улучшение памяти после сна по сравнению с вечерними показателями перед сном было сильнее после otDCS, чем при имитации стимуляции. Кроме того, как электрофизиологические, так и поведенческие эффекты были частотно-специфичными, поскольку otDCS на частоте 5 Гц (тета-tDCS) не улучшал память и снижал мощность медленных колебаний.

Недавно влияние тета-tDCS на консолидацию памяти и активность ЭЭГ было исследовано более подробно (Marshall et al., 2011). Используя ту же экспериментальную установку, что и Marshall et al. (2006), тета-tDCS во время медленного сна нарушала консолидацию памяти и уменьшала как медленные колебания, так и активность лобного веретена. Таким образом, результаты тета-tDCS были противоположны эффектам, вызванным медленной колебательной стимуляцией, но они воспроизводили результаты контрольного состояния с использованием otDCS на частоте 5 Гц из Marshall et al.(2006). В то время как эти результаты подтверждают функциональную роль этих колебаний в зависимой от сна консолидации памяти во время медленного сна, применение тета-tDCS во время быстрого сна не влияло на консолидацию, но приводило к сильному и повсеместному увеличению мощности гамма-излучения (25–45 Гц). . Эти данные указывают на синхронизирующий эффект тета-ритма на гамма-колебания, который не оказывает прямого влияния на консолидацию памяти во время быстрого сна (Marshall et al., 2011).

Принимая во внимание, что исследование Marshall et al.(2006) продемонстрировали причинную роль медленных колебаний в консолидации декларативной памяти во время сна, Kirov et al. (2009) исследовали влияние одного и того же протокола otDCS на ЭЭГ и память при применении во время бодрствования. По аналогии с Marshall et al. (2006), стимуляция участников начиналась примерно через 20 минут после окончания периода обучения, а ЭЭГ регистрировалась в течение 1 часа после окончания стимуляции. Производительность припоминания была проверена после 7-часового периода удержания после обучения. Электрофизиологически otDCS равен 0.75 Гц вызывали увеличение мощности ЭЭГ в диапазоне частот медленных колебаний, ограниченном лобными участками, однако наиболее выраженное и распространенное усиление мощности было обнаружено в тета-диапазоне (4–8 Гц). На поведенческом уровне стимуляция бодрствующего мозга не влияла на консолидацию памяти после обучения. Интересно, что когда Киров и соавт. (2009) применяли стимуляцию в период обучения, т. е. в то время как материал должен был быть закодирован, эффективность обучения улучшалась, что оценивалось по немедленному воспроизведению.

В совокупности эти исследования показывают, что эффекты otDCS на колебательную активность ЭЭГ и связанные с ней процессы памяти критически зависят от преобладающего состояния мозга, т. е. от того, применялась ли стимуляция во время бодрствования (Kirov et al., 2009), медленного сна ( Marshall et al., 2006), или быстрый сон (Marshall et al., 2011). Аналогичная зависимость колебательной стимуляции мозга от состояния мозга была показана для зрительной (Kanai et al., 2008) и двигательной области (Bergmann et al., 2009).

Используя задание на рабочую память, Polanía et al.(2012) проверили актуальность лобно-теменной тета-фазовой связи для когнитивных функций. В первом эксперименте с ЭЭГ авторы обнаружили усиление фазовой синхронизации между левым лобным и теменным участками электродов на частоте 4–7 Гц во время сопоставления памяти. Кроме того, время реакции в периоды согласования было быстрее, когда отставание по фазе между лобными и теменными колебаниями было близко к 0°. В последующем эксперименте с tACS Polanía et al. (2012) стимулировали эту лобно-теменную сеть колебательным током частотой 6 Гц с относительной разностью фаз 0 или 180° или применяли фиктивную стимуляцию.По предположению авторов, время реакции уменьшалось при синхронизации лобно-теменных областей с фазовым отставанием 0° и увеличивалось при десинхронизации с 180° по сравнению с ложной стимуляцией. Применение tACS на контрольной частоте 35 Гц не дало эффекта. Эти результаты tACS предоставляют причинно-следственные доказательства актуальности тета-фазовой связи во время когнитивных функций в задаче на рабочую память.

Неоднозначное восприятие

В недавнем исследовании неоднозначных визуальных стимулов Strüber et al. (2013) применили tACS с частотой 40 Гц к затылочно-теменным областям обоих полушарий, в то время как предъявлялись бистабильные стимулы кажущегося движения, которые можно воспринимать как движущиеся либо горизонтально, либо вертикально (рис. 7A, вверху). В этой парадигме переключение между горизонтальным и вертикальным кажущимся движением, вероятно, связано с изменением межполушарной функциональной связи. Когда применялась tACS с частотой 40 Гц с разницей фаз 180° между полушариями (рис. 7A, внизу), доля восприятия горизонтального движения значительно уменьшалась по сравнению с имитацией стимуляции (рис. 7B).Кроме того, ЭЭГ регистрировали в автономном режиме, т. е. за 3 мин до (до ТАКС) и после (после ТАКС) применения ТАКС. После tACS когерентность межполушарного гамма-диапазона увеличилась между левым и правым теменно-затылочным электродами по сравнению с pre tACS. Это не относится к фиктивной стимуляции (рис. 7C). Интересно, что при применении 40 Гц tACS с разницей фаз между полушариями 0° или с контрольной частотой 6 Гц никаких поведенческих или ЭЭГ-эффектов не наблюдалось (здесь не показано). Эти результаты были интерпретированы как свидетельство причинной роли колебаний гамма-диапазона в восприятии бистабильных стимулов кажущегося движения.Далее была выдвинута гипотеза, что внешняя десинхронизация гамма-осцилляций посредством tACS 40 Гц с межполушарной разностью фаз 180° может нарушать интеграцию межполушарных движений за счет функционального разъединения полушарий.

Рис. 7. Эффекты tACS 40 Гц с разницей фаз 180° между полушариями. (A) Конфигурация бистабильного отображения кажущегося движения вместе с монтажом электродов ЭЭГ и tACS. Электроды ЭЭГ, которые использовались для анализа межполушарной когерентности, обозначены красным цветом.Губчатые электроды tACS располагали билатерально над теменно-затылочной корой. Этот монтаж приводит к стимуляции частотой 40 Гц с разницей фаз 180° между полушариями. (B) Индекс доминирования движения значительно повышается во время tACS с частотой 40 Гц (черная полоса) по сравнению с имитацией стимуляции (белая полоса), что указывает на то, что tACS с частотой 40 Гц приводит к увеличению общей продолжительности воспринимаемого вертикального движения (* P < 0,05). Столбики погрешностей отображают стандартную ошибку среднего значения. (C) Средняя когерентность в полосе частот 30–45 Гц показывает значительное увеличение от до tACS до пост-tACS (справа), но не от до фиктивного до фиктивного (слева).Столбики погрешностей соответствуют стандартным ошибкам среднего; * Р < 0,05. Адаптировано из Strüber et al. (2013) с разрешения авторов.

Это исследование Strüber et al. (2013), вместе с вышеупомянутыми выводами Polanía et al. (2012) демонстрирует, что tACS можно использовать для связывания или разъединения межрегиональной колебательной активности как между полушариями, так и внутри них, что убедительно подтверждает роль фазовой синхронизации для крупномасштабной интеграции нейронов (Engel et al., 2001; Варела и др., 2001; Сигель и др., 2012).

Принятие решений

Села и др. (2012) применяли тета-tACS либо к левой, либо к правой дорсолатеральной префронтальной коре (DLPFC), в то время как участники выполняли задачу, требующую принятия решений в условиях риска. Обоснование состояло в том, чтобы изучить влияние латеральности на рискованное поведение. Стимуляцию осуществляли во время выполнения задания в течение 15 мин (начиная за 5 мин до задания) с помощью tACS с частотой 6,5 Гц и силой тока 1 мА. Одна группа участников получила tACS над левым полушарием, одна над правым, а еще одна группа получила фиктивную стимуляцию.ЭЭГ не регистрировалась. Только стимуляция левого полушария оказывала значительное влияние на поведение, поскольку участники использовали более рискованную стратегию принятия решений по сравнению со стимуляцией правого полушария и имитацией. По мнению авторов, эти результаты демонстрируют причинное влияние как ДЛПФК, так и тета-осцилляций на стиль принятия решений. Однако Села и соавт. (2012) не применяли контрольную частоту, оставив без внимания вопрос частотной специфичности сообщаемых эффектов. В этом контексте Feurra et al.(2012) указали, что включение других частот, связанных с принятием рискованных решений, могло изменить характер результатов.

Открытые вопросы/перспективы на будущее

Рассматриваемые исследования довольно разнородны в отношении плана эксперимента и последующих результатов. В следующих разделах мы критически обсудим экспериментальные параметры, а также дадим предложения по преодолению основных опасений в отношении достоверности результатов исследований tACS.

Частота стимуляции

Если целью исследования является демонстрация того, что tACS может модулировать колебания мозга, частота стимуляции должна совпадать с существующими колебаниями мозга, т. е. должна применяться в диапазоне частот от дельта (~ 0,5–4 Гц) до высокой гаммы ( ~200 Гц). Если дальнейшая цель исследования состоит в том, чтобы продемонстрировать, что tACS может модулировать когнитивный процесс, связанный с определенными колебаниями мозга, частота стимуляции должна соответствовать колебаниям мозга, которые, как сообщается, коррелируют с когнитивным процессом.Поскольку частоты ЭЭГ различаются у разных людей, может потребоваться адаптация частоты стимуляции к индивидуальной частоте, которую необходимо определить с помощью ЭЭГ, как в случае стимуляции на IAF участников (Zaehle et al. , 2010).

Интенсивность стимуляции

В прошлом для решения проблемы интенсивности стимуляции использовались две процедуры. Либо всех участников стимулировали с одинаковой интенсивностью, либо интенсивность адаптировали к индивидуальному порогу (например, фосфеновому или соматосенсорному порогу).Обе процедуры имеют определенные преимущества и недостатки. Если всех участников стимулируют с одинаковой интенсивностью, это снижает усилия по определению индивидуальных порогов, но, с другой стороны, делает возможным, чтобы одни участники ощущали стимуляцию (кожными ощущениями или фосфенами), а другие нет. В принципе, это может привести к путанице, поскольку более чувствительные участники смогут отличить стимуляцию от ложной блокады, тогда как менее чувствительные участники не смогут.Чтобы решить эту проблему, были установлены две процедуры, которые скрывают, какой блок выполняется в данный момент. Первая процедура заключается в постепенном увеличении амплитуды стимуляции в течение интервала времени ~ 30 с. Это уменьшает кожные ощущения и часто применялось в исследованиях tDCS, где это называется нарастанием. Вторая процедура состоит из короткого периода стимуляции в начале ложного блока, который затухает примерно через 30 с. Эта процедура имитирует блок стимуляции, потому что стимуляция обычно ощущается не постоянно, а только в течение первых секунд после начала блока стимуляции.Когда интенсивность стимуляции адаптирована к индивидуальным пороговым значениям, помехи, вызванные фосфенами или кожными ощущениями, могут быть исключены в качестве альтернативных объяснений любых наблюдаемых эффектов. Очевидным недостатком этого метода является то, что плотность внутричерепного тока может значительно различаться у разных субъектов. Эта проблема, однако, относится к обеим процедурам, поскольку разная толщина черепа также может привести к значительному изменению плотности внутричерепного тока. Идеальным решением было бы получение отдельных МР-изображений, чтобы выполнить моделирование методом конечных элементов для каждого участника. Конечно, это потребует больших усилий как с точки зрения времени измерения, так и времени вычисления. Таким образом, если моделирование невозможно, необходимо тщательно взвесить плюсы и минусы различных процедур.

Монтаж электродов

Как указано выше, исследования с моделированием показали, что ток не всегда максимален под стимулирующим электродом. Кроме того, новые монтажи с несколькими маленькими электродами предлагают преимущество более фокусной стимуляции по сравнению с двумя большими электродами.Тем не менее, маленькие электроды также делают кожные ощущения более вероятными из-за повышенной плотности тока, если интенсивность поддерживается постоянной. Опять же, идеальным решением было бы получение отдельных изображений МРТ и определение места размещения электродов на основе желаемой целевой области в мозге. В настоящее время в свободном доступе находятся как минимум два инструмента, которые позволяют это сделать: SIMNIB (http://simnibs.org) и Bonsai (http://neuralengr. com/bonsai). Если это невозможно, желательно сравнить предполагаемый монтаж электродов с опубликованными исследованиями по моделированию.Например, Нойлинг и др. (2012b) сообщили о распределении плотности внутричерепного тока нескольких монтажных электродов, которые ранее использовались в когнитивных экспериментах и ​​терапевтических приложениях.

Условия управления

До сих пор нерешенный вопрос заключается в том, как спроектировать оптимальное условие управления. Такие контрольные или плацебо условия должны быть идентичны стимуляции или реальным условиям в отношении продолжительности лечения, всех возможных ощущений, времени суток, экспериментатора и т. д.но не должны достигать такого же когнитивного или терапевтического эффекта. Кроме того, было бы желательно выполнить два условия в двойной слепой процедуре, т. е. ни экспериментатор, ни участник не знают, применяется ли стимуляция истиной или плацебо. Одним из подходов к достижению этой цели может быть адаптация интенсивности стимуляции так, чтобы она была ниже определенных пороговых значений для каждого участника, таким образом гарантируя, что ни настоящая, ни плацебо-стимуляция не будут ощущаться. Однако, как отмечалось выше, это приводит к значительным различиям в интенсивности стимуляции у разных участников, что нежелательно для сопоставимых эффектов.Следовательно, другой подход заключается в применении одинаковой интенсивности стимуляции ко всем участникам выше порогового значения. В этом случае участники почувствуют начало стимуляции в обоих условиях. Однако в условиях плацебо стимуляция будет снижаться через несколько секунд. Если бы единственной целью исследования было продемонстрировать, что tACS имеет эффект по сравнению с отсутствием стимуляции, состояние плацебо могло бы быть фиктивной стимуляцией. Однако, если необходимо продемонстрировать частотную специфичность эффектов tACS, условия плацебо должны представлять собой стимуляцию tACS на разных частотах.В исследовании Brignani et al. (2013) поднимает вопрос о подходящих контрольных частотах, поскольку использование нескольких контрольных частот было успешным лишь частично. В идеале условия плацебо должны применяться на две частоты выше и ниже частоты истинного состояния, демонстрируя, что когнитивный эффект отсутствует или снижен на этих контрольных частотах (Thut et al. , 2011). Важно отметить, что частота плацебо-условия не должна быть связана с другими когнитивными эффектами, такими как память, которая может быть вовлечена в данный когнитивный процесс.Однако следует отметить, что в настоящее время не установлено четкой процедуры, определяющей количество контрольных частот или расстояние в герцах от частоты истинного состояния, чтобы однозначно продемонстрировать частотную специфичность.

Заключение

Все большее число исследований сенсорной, моторной и даже более высокой когнитивной обработки демонстрирует эффективность tACS в модуляции постоянной ритмической активности человеческого мозга, которая, в свою очередь, влияет на поведение.Интересно, что было продемонстрировано, что помимо амплитуды и частоты решающую роль играет фаза колебаний. Наше понимание электрофизиологических механизмов tACS значительно улучшилось благодаря недавним исследованиям на животных и компьютерному моделированию. Кроме того, реалистичные модели головы и мозга человека были успешно применены для расширения наших знаний о внутричерепном токе, вызванном tACS. До недавнего времени связь между когнитивными процессами и колебаниями мозга устанавливалась посредством корреляции.Использование tACS дает уникальную возможность продемонстрировать причинно-следственную связь между колебаниями мозга определенной частоты и конкретным когнитивным процессом. Ожидается, что если колебанием мозга манипулируют, связанная с ним когнитивная функция будет меняться. В случае, если такие ковариации могут быть продемонстрированы, необходимо предположить причинную роль колебательного процесса для связанного с ним когнитивного процесса. Записи на животных убедительно показали, что синусоидальные токи могут увлекать за собой эндогенные колебания мозга.Однако до сих пор одновременная регистрация ЭЭГ во время tACS была невозможна из-за сильных артефактов. Для будущих исследований было бы целесообразно объединить электрофизиологические записи с tACS, чтобы пролить дополнительный свет на нейронные механизмы вовлечения мозга.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) с грантами RA 2357/1-1 (Штефан Рах, Даниэль Штрюбер) и SFB/TRR 31 (Кристоф С. Херрманн).

Сноски

Ссылки

Антал, А., Биксон, М., Датта, А., Лафон, Б., Дечент, П., Парра, Л.С., и соавт. (2013). Артефакты изображения, вызванные электрической стимуляцией во время обычной фМРТ головного мозга. Нейроизображение . doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.10.026. [Epub перед печатью].

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Антал А., Борос К., Порейш К., Чайеб Л., Терней Д. и Паулюс В. (2008). Сравнительно слабое последействие транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) на корковую возбудимость человека. Стимуляция мозга . 1, 97–105. doi: 10.1016/j.brs.2007.10.001

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Антал А. и Паулюс В. (2012). Исследование нейропластических изменений в головном мозге человека, вызванных методами транскраниальной прямой (tDCS) и переменного тока (tACS) стимуляции. клин. ЭЭГ Neurosci . 43, 175. doi: 10.1177/1550059412448030

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Башар, Э., Башар-Эроглу, К., Каракаш, С., и Шюрманн, М. (2001). Гамма-, альфа-, дельта- и тета-колебания управляют когнитивными процессами. Междунар. Дж. Психофизиол . 39, 241–248.doi: 10.1016/S0167-8760(00)00145-8

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Бергманн Т.О., Гроппа С., Сигер М., Мёлле М., Маршалл Л. и Зибнер Х.Р. (2009). Острые изменения двигательной возбудимости коры при медленном колебательном и постоянном анодном транскраниальном раздражении постоянным током. Дж. Нейрофизиол . 102, 2303–2311. doi: 10.1152/jn.00437.2009

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Бриньяни, Д. , Руццоли, М., Маури, П., и Миниусси, К. (2013). Эффективна ли транскраниальная стимуляция переменным током для модуляции колебаний мозга? PLoS ONE 8:e56589. doi: 10.1371/journal.pone.0056589

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Броке, Дж., Шмидт, С., Ирльбахер, К., Цичи, Р. М., и Брандт, С. А. (2008). Стимуляция транскраниальной коры и фМРТ: электрофизиологические корреляты двухимпульсной модуляции BOLD-сигнала. Нейроизображение 40, 631–643.doi: 10.1016/j.neuroimage.2007.11.057

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Canolty, R.T., Edwards, E., Dalal, S.S., Soltani, M., Nagarajan, S.S., Kirsch, H.E., et al. (2006). Высокая мощность гамма-излучения синхронизирована по фазе с тета-колебаниями в неокортексе человека. Наука 313, 1626–1628. doi: 10.1126/science.1128115

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Чайеб, Л. , Антал, А., и Паулюс, В. (2011).Транскраниальная стимуляция переменным током в диапазоне низких кГц повышает возбудимость моторной коры. Реставр. Нейрол. Нейроски . 29, 167–175. doi: 10.3233/RNN-2011-0589

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Датта А., Бансал В., Диас Дж., Патель Дж., Реато Д. и Биксон М. (2009). Точная модель головы транскраниальной стимуляции постоянным током: улучшенная пространственная фокусировка с использованием кольцевого электрода по сравнению с обычной прямоугольной подушечкой. Стимуляция мозга .2, 201–207. doi: 10.1016/j.brs.2009.03.005

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Demiralp, T., Bayraktaroglu, Z., Lenz, D., Junge, S., Busch, N. A., Maess, B., et al. (2007). Гамма-амплитуды связаны с тета-фазой на ЭЭГ человека во время визуального восприятия. Междунар. Дж. Психофизиол . 64, 24–30. doi: 10.1016/j. ijpsycho.2006.07.005

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Дмоховски, Дж. П., Датта, А., Биксон М., Су Ю. и Парра Л. К. (2011). Оптимизированная мультиэлектродная стимуляция увеличивает фокус и интенсивность воздействия на цель. Дж. Нейронный инженер . 8:046011. дои: 10.1088/1741-2560/8/4/046011

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Фариа, П., Леал, А., и Миранда, П. К. (2009). Сравнение различных конфигураций электродов с использованием международной системы 10-10 в tDCS: анализ модели методом конечных элементов. год. Междунар. конф. IEEE инж. Мед. биол.Соц . 2009, 1596–1599. doi: 10.1109/IEMBS.2009.5334121

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Феурра М., Бьянко Г., Сантарнекки Э., Дель Теста М., Росси А. и Росси С. (2011a). Частотно-зависимая настройка двигательной системы человека, вызванная транскраниальными колебательными потенциалами. Дж. Нейроски . 31, 12165–12670. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0978-11.2011

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Гилбертсон, Т., Лало Э., Дойл Л., Ди Лаззаро В., Чиони Б. и Браун П. (2005). Существующее моторное состояние благоприятствует за счет нового движения во время колебательной синхронности 13–35 Гц в корково-спинномозговой системе человека. Дж. Нейроски . 25, 7771–7779. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1762-05.2005

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Гроппа С., Бергманн Т. О., Симс К., Мёлле М., Маршалл Л. и Зибнер Х. Р. (2010). Медленно-колебательная транскраниальная стимуляция постоянным током может вызывать двунаправленные сдвиги в моторной возбудимости коры головного мозга у бодрствующих людей. Неврология 166, 1219–1225. doi: 10.1016/j.neuroscience.2010.01.019

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Herrmann, C. S., Munk, MHJ, and Engel, A.K. (2004). Когнитивные функции активности гамма-диапазона: сопоставление и использование памяти. Тенденции Cogn. Наука . 8, 347–355. doi: 10.1016/j.tics.2004.06.006

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Ходжкин, А.Л., и Хаксли, А.Ф. (1952).Количественное описание мембранного тока и его приложение к проводимости и возбуждению в нерве. Дж. Физиол . 117, 500–544.

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст

Холдефер, Р. Н., Садлер, Р., и Рассел, М. Дж. (2006). Прогнозируемые плотности тока в головном мозге при транскраниальной электростимуляции. клин. Нейрофизиол . 117, 1388–1397. doi: 10.1016/j.clinph.2006.02.020

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Джунди, Р.А., Дженкинсон, Н., Бриттен, Дж.-С., Азиз, Т.З., и Браун, П. (2012). Вождение колебательной активности в коре головного мозга человека повышает двигательную активность. Курс. Биол . 22, 403–407. doi: 10.1016/j.cub.2012.01.024

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Канаи Р., Чайеб Л., Антал А., Уолш В. и Паулюс В. (2008). Частотно-зависимая электрическая стимуляция зрительной коры. Курс. Биол . 18, 1839–1843 гг. doi: 10.1016/j.cub.2008.10.027

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Канаи, Р., Паулюс, В., и Уолш, В. (2010). Транскраниальная стимуляция переменным током (tACS) модулирует возбудимость коры, что оценивается по пороговым значениям фосфена, индуцированным ТМС. клин. Нейрофизиол . 121, 1551–1554. doi: 10.1016/j.clinph.2010.03.022

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Кар, К., и Крекельберг, Б. (2012). Транскраниальная электрическая стимуляция зрительной коры вызывает фосфены ретинального происхождения. Дж. Нейрофизиол . 108, 2173–2178. doi: 10.1152/jn.00505.2012

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Киров, Р., Вайс, К., Зибнер, Х.Р., Борн, Дж., и Маршалл, Л. (2009). Электрическая стимуляция мозга с медленными колебаниями во время бодрствования способствует тета-активности ЭЭГ и кодированию памяти. Проц. Натл. акад. науч. США . 106, 15460–15465. doi: 10.1073/pnas.0

8106

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Лацо, Б., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., and Paulus, W. (2012). Транскраниальная альтернирующая стимуляция в диапазоне высоких частот гамма-излучения, применяемая к V1, улучшает контрастное восприятие, но не модулирует пространственное внимание. Стимуляция мозга . 5, 484–491. doi: 10.1016/j.brs.2011.08.008

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Ленц, Д., Крауэль, К., Шадоу, Дж. , Бавинг, Л., Дузель, Э., и Херрманн, К.С. (2008). Повышенная активность гамма-диапазона у пациентов с СДВГ не коррелирует с показателями памяти, наблюдаемыми у здоровых детей. Мозг Res . 1235, 117–132. doi: 10.1016/j.brainres.2008.06.023

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Маршалл Л., Киров Р., Брейд Дж., Мёлле М. и Борн Дж. (2011). Транскраниальные электрические токи для исследования мозговых ритмов ЭЭГ и консолидации памяти во время сна у людей. PLoS ONE 6:e16905. doi: 10.1371/journal.pone.0016905

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Мерле, И., Birot, G., Salvador, R., Molaee-Ardekani, B., Mekonnen, A., Soria-Frish, A., et al. (2013). От колебательной транскраниальной стимуляции током до изменений ЭЭГ скальпа: исследование биофизического и физиологического моделирования. PLoS ONE 8:e57330. doi: 10.1371/journal.pone.0057330

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Миранда, П. К., Ломарев, М., и Халлетт, М. (2006). Моделирование распределения тока при транскраниальной стимуляции постоянным током. клин. Нейрофизиол . 117, 1623–1629. doi: 10.1016/j.clinph.2006.04.009

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Миранда, П. К., Меконнен, А., Сальвадор, Р., и Руффини, Г. (2012). Электрическое поле в коре при транскраниальной стимуляции током. Нейроизображение 70C, 48–58. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.12.034

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Молиадзе В., Антал А. и Паулюс В.(2010). Повышение возбудимости головного мозга путем транскраниальной высокочастотной стимуляции в пульсирующем диапазоне. Дж. Физиол . 588, 4891–4904. doi: 10.1113/jphysiol.2010.196998

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Молиадзе В., Аталай Д., Антал А. и Паулюс В. (2012). Близкая к порогу транскраниальная электрическая стимуляция преимущественно активирует тормозные сети перед переключением на возбуждение с более высокой интенсивностью. Стимуляция мозга .5, 505–511. doi: 10.1016/j.brs.2011.11.004

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Нойлинг, Т., Рах, С., и Херрманн, К.С. (2013). Организация нейронных сетей: устойчивые последствия транскраниальной стимуляции переменным током зависят от состояния мозга. Фронт. Гум. Нейроски . 7:161. doi: 10.3389/fnhum.2013.00161

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Нойлинг, Т., Рах, С., Вагнер, С., Уолтерс, С. Х., и Херрманн, К. С. (2012a). Хорошие вибрации: колебательная фаза формирует восприятие. Нейроизображение 63, 771–778. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.07.024

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Neuling, T. , Wagner, S., Wolters, C.H., Zaehle, T., and Herrmann, C.S. (2012b). Модель конечных элементов предсказывает распределение плотности тока для клинических применений tDCS и tACS. Фронт. Психиатрия 3:83. doi: 10.3389/fpsyt.2012.00083

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Новак, Л.Г., и Буллер, Дж. (1998). Аксоны, но не тела клеток, активируются электрической стимуляцией серого вещества коры. I. Данные измерений хронаксии. Экспл. Мозг Res . 118, 477–488. дои: 10.1007/s002210050304

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Озен, С., Сирота, А., Беллучио, М. А., Анастассиу, К. А., Старк, Э., Кох, К., и другие. (2010). Транскраниальная электрическая стимуляция захватывает популяции нейронов коры головного мозга крыс. Дж. Нейроски . 30, 11476–11485. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5252-09.2010

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Паулюс, В. (2010). О трудностях отделения ретинального от коркового происхождения фосфенов при использовании транскраниальной стимуляции переменным током (tACS). клин. Нейрофизиол . 121, 987–991. doi: 10.1016/j.clinph.2010.01.029

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Пиковский А., Розенблюм М. и Куртс Дж. (2003). Синхронизация: универсальная концепция нелинейных наук . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

Погосян, А., Гейнор, Л.Д., Эусебио, А., и Браун, П. (2009). Повышение корковой активности на частотах бета-диапазона замедляет движения человека. Курс. Биол . 19, 1637–1641. doi: 10.1016/j.cub.2009.07.074

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Полания, Р., Ницше М.А., Корман С., Бацикадзе Г. и Паулюс В. (2012). Важность выбора времени в сегрегированной тета-фазе для когнитивной деятельности. Курс. Биол . 22, 1314–1318. doi: 10.1016/j.cub.2012.05.021

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Приори, А. (2003). Поляризация мозга у людей: переоценка старого инструмента длительной неинвазивной модуляции возбудимости мозга. клин. Нейрофизиол . 114, 589–595. дои: 10.1016/С1388-2457(02)00437-6

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Реато, Д., Рахман, А., Биксон, М., и Парра, Л. К. (2010). Электрическая стимуляция низкой интенсивности влияет на динамику сети, модулируя скорость популяции и время спайков. Дж. Нейроски . 30, 15067–15079. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2059-10.2010

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Рорахер, Х. (1935). Über subjektive Lichterscheinungen bei Reizung mit Wechselströmen. Zeitschrift für Sinnesphysiologie 66, 164–181.

Ромеи, В., Драйвер, Дж., Шинс, П.Г., и Тут, Г. (2011). Ритмическая ТМС в теменной коре связывает различные частоты мозга с глобальными и локальными визуальными процессами. Курс. Биол . 21, 334–337. doi: 10.1016/j.cub.2011.01.035

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Розанова М., Казали А., Беллина В., Реста Ф., Мариотти М. и Массимини М. (2009). Собственные частоты кортико-таламических цепей человека. Дж. Нейроски . 29, 7679–7685. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0445-09.2009

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Шуттер, Д. Дж., и Гортензиус, Р. (2010). Ретинальное происхождение фосфенов к транскраниальной стимуляции переменным током. клин. Нейрофизиол . 121, 1080–1084. doi: 10.1016/j.clinph.2009.10.038

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Шварц, Ф. (1947). Über die elektrische Reizbarkeit des Auges bei Hell- und Dunkeladaptation. Арка Пфлюгера . 66, 76–86. дои: 10.1007/BF00362672

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Schwiedrzik, CM (2009). Сетчатка или зрительная кора? Место индукции фосфена транскраниальной стимуляцией переменным током. Фронт. интегр. Нейроски . 3:6. doi: 10.3389/нейро.07.006.2009

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Села Т., Килим А. и Лавидор М. (2012). Транскраниальная стимуляция переменным током увеличивает рискованное поведение в задаче с аналогом баллона. Фронт. Нейроски . 6:22. doi: 10.3389/fnins.2012.00022

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Штрюбер, Д., Рах, С., Траутманн-Ленгсфельд, С., Энгель, А.К., и Херрманн, К.С. (2013). Противофазная стимуляция колебательным током частотой 40 Гц влияет на бистабильное восприятие движения. Мозговой топогр . doi: 10.1007/s10548-013-0294-x. [Epub перед печатью].

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Тут, Г., Schyns, P.G., and Gross, J. (2011). Увлечение релевантных для восприятия колебаний мозга с помощью неинвазивной ритмической стимуляции человеческого мозга. Фронт. Психол . 2:170. doi: 10.3389/fpsyg.2011.00170

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Улхаас, П.Дж., и Сингер, В. (2006). Нейронная синхрония при заболеваниях головного мозга: актуальность для когнитивных дисфункций и патофизиологии. Нейрон 52, 155–168. doi: 10.1016/j.neuron.2006.09.020

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Варела, Ф., Лашо, Дж. П., Родригес, Э., и Мартини, Дж. (2001). Мозговая сеть: фазовая синхронизация и крупномасштабная интеграция. Нац. Преподобный Нейроски . 2, 229–239. дои: 10.1038/35067550

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Вах, К. , Краузе, В., Молиадзе, В., Паулюс, В., Шницлер, А., и Поллок, Б. (2013). Влияние транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) частотой 10 Гц и 20 Гц на двигательные функции и двигательную возбудимость коры головного мозга. Поведение. Мозг Res . 241, 1–6. doi: 10.1016/j.bbr.2012.11.038

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Вагнер Т., Френьи Ф., Фекто С., Гродзинский А., Зан М. и Паскуаль-Леоне А. (2007). Транскраниальная стимуляция постоянным током: компьютерное исследование модели человека. Нейроизображение 35, 1113–1124. doi: 10.1016/j.neuroimage.2007.01.027

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Зале, Т., Рах, С., и Херрманн, К.С. (2010). Транскраниальная стимуляция переменным током усиливает индивидуальную альфа-активность в ЭЭГ человека. PLoS ONE 5:e13766. doi: 10.1371/journal.pone.0013766

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Zaghi, S. , De Freitas Rezende, L., De Oliveira, L.M., El-Nazer, R., Menning, S., Tadini, L., et al. (2010). Торможение возбудимости моторной коры при транскраниальной стимуляции переменным током частотой 15 Гц (tACS). Неврологи.Письмо . 479, 211–214. doi: 10.1016/j.neulet.2010.05.060

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полнотекстовая перекрестная ссылка

ПОНЯТИЙ О ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

ПОНЯТИЙ О ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

По завершении этой главы вы сможете:

  • Укажите различия между переменным и постоянным напряжением и током.
  • Назовите преимущества передачи энергии переменного тока перед передачей энергии постоянного тока.
  • Сформулируйте «правило левой руки» для дирижера.
  • Укажите связь между током и магнетизмом.
  • Назовите способы получения переменного тока.
  • Укажите связь между частотой, периодом, временем и длиной волны.
  • Вычислить размах, мгновенные, эффективные и средние значения напряжения и ток.
  • Вычислите разность фаз между синусоидами.

ПОНЯТИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Все ваши исследования до сих пор были посвящены постоянному току (dc), то есть току, который не меняет направление. Однако, как вы видели в модуле 1 и увидите позже в этом модуль, катушка, вращающаяся в магнитном поле, на самом деле генерирует ток, который регулярно меняет направление. Этот ток называется ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ или переменным током.

ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

Переменный ток – это ток, амплитуда которого постоянно изменяется и который через равные промежутки времени меняет направление. Ранее вы узнали, что постоянный ток течет только в одном направлении, и что амплитуда тока определяется количеством электронов, пролетающих мимо точки цепи за одну секунду. Если, например, кулон электроны проходят мимо точки провода за одну секунду, и все электроны движутся в том же направлении амплитуда постоянного тока в проводе равна одному амперу.Точно так же, если половина кулона электронов движется в одном направлении мимо точки в проводе через полсекунды, затем меняет направление и движется мимо той же точки в противоположном направлении. направление в течение следующих полсекунды, в общей сложности один кулон электронов проходит через точку за одну секунду. Амплитуда переменного тока составляет один ампер. Предыдущий сравнение постоянного и переменного тока, как показано на рисунке. Обратите внимание, что одна белая стрелка плюс одна полосатая стрелка составляют один кулон.

В.1 Дайте определение постоянного тока.
Q. 2 Дайте определение переменному току.

НЕДОСТАТКИ DC ПО СРАВНЕНИЮ С AC

Когда коммерческое использование электричества стало широко распространяться в Соединенных Штатах, некоторые стали очевидны недостатки использования постоянного тока в быту. Если коммерческий используется система постоянного тока, напряжение должно создаваться на уровне (амплитуда или значение), требуемое нагрузкой. Чтобы правильно зажечь 240-вольтовую лампу, например, постоянного тока генератор должен выдавать 240 вольт.Если лампа на 120 вольт должна питаться от Генератор на 240 вольт, резистор или другую лампу на 120 вольт необходимо включить последовательно с 120-вольтовая лампа, чтобы сбросить лишние 120 вольт. Когда резистор используется для уменьшения напряжения, количество энергии, равное потребляемой лампой, тратится впустую.

Еще один недостаток системы постоянного тока становится очевидным, когда ток (I) от генерирующей станции должен передаваться на большое расстояние по проводам к потребитель. Когда это происходит, из-за сопротивления (R) теряется большое количество энергии. провода. Потери мощности равны I 2 Р. Однако эти потери могут быть значительно уменьшается, если мощность передается по линиям с очень высоким уровнем напряжения и низким текущий уровень. Это не практическое решение проблемы потерь мощности в системе постоянного тока, поскольку тогда нагрузка должна работать при опасно высоком напряжении. Из-за недостатки, связанные с передачей и использованием постоянного тока, практически все современные коммерческие электроэнергетические компании производят и распределяют переменный ток (переменный ток).

В отличие от постоянного напряжения, переменное напряжение можно повышать или понижать по амплитуде с помощью устройство под названием ТРАНСФОРМАТОР. (Трансформатор будет объяснен позже в этом модуле.) Использование трансформатора позволяет эффективно передавать электроэнергию по линии дальней связи. На электростанции выходная мощность трансформатора составляет высокое напряжение и низкий уровень тока. На потребительском конце линий передачи напряжение понижается трансформатором до значения, требуемого нагрузкой.Благодаря своему Врожденные преимущества и универсальность, переменный ток заменил постоянный ток в все, кроме нескольких коммерческих систем распределения электроэнергии.

Q.3 Каковы недостатки системы постоянного тока по отношению к напряжению питания?
Q.4 Какой недостаток постоянного тока связан с сопротивлением передачи провода?
Q.5 Какой электрический ток используется в большинстве современных систем распределения электроэнергии?

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.