Über die Beeinflussung der circadianen Periodik des Menschen

Zeitschrift ffir vergleichende Physiologie 56, 111--128 (1967)
{)ber die Beeinflussung der circadianen Periodik des
Menschen durch schwache elektromagnetische Felder*
I~$TG~R W ~ W l ~
Max-Planck-Institut ffir Verhaltensphysiologie,
Seewiesen und Erling-Andechs
Eingegangen am 2. Mai 1967
The Influence o/Weak Electromagnetic Fields
on the Circadian Rhythm in Man
Summary. An underground bunker, designed for examinations of human
circadian rhythms, contains two living rooms one of which is shielded against
electric and magnetic fields. In this room, the influence of weak artificial electric
a.c. fields with 10 cps is tested; this field, simulating one of the natural fields
in the ,earth's atmosphere, cannot be perceived.
In 10 experiments lasting for 3 to 4 weeks, the artificial field was introduced
for at least a week (Figs. 1, 2). In all cases, the presence of the 10-cps-field resulted
in a shortening of the circadian period (for an average of 1.27 hours). I t further
inhibited "internal de-synchronization" (Fig. 4) (dissociation between period values
of activity rhythm and that of vegetative functions). In 6 further experiments with
the field switched on and off periodically, "relative coordination" between field
Zeitgeber and activity rhythm has been observed (Fig. 2, 3).
The results of all experiments in the shielded room as compared to those in
the non-shielded room indicated that the natural electro-magnetic fields are of
influence. The mean period value, averaged over 29 experiments in the shielded
room, was 25.65 hours; the corresponding value, averaged over 24 experiments
in the non-shielded room, was 25.00 hours. Moreover, "internal de-synchronization"
was observed exclusively in the shielded room (in 9 experiments). I n the nonshielded room, the periods of activity and of vegetative functions were synchronized
either in a 1:1- or in a 2:1-ratio (circa-bi-dian activity periods, in 5 experiments).
With these results, the weak artificial field of 10 cps and the natural field
of earth's origin have similar effects on human circadian rhythms.
Zusammen/assung. In einem speziellen Bunker ffir Untersuchungen der circadianen Periodik des Menschen bei Ansschlul3 aller Zeitgeber ist einer der beiden
Versuchsr/~ume elektrisch und magnetisch abgeschirmt und mit Einrichtungen
zur Erzeugung kfinstlieher elektromagnetischer Felder versehen. In diesem Raum
ist der Einflul~ schwacher elektrischer 10 Hz-Felder, wie sie i~hnlich in der irdischen
Atmosph/ire vorkommen, und die nicht wahrgenommen werden k5nnen, auf den
5Ienschen geprfift worden.
In s~mtlichen zehn Versuchen, in denen das kfinstliche Feld (in wechselnder
Reihenfolge) fiir jeweils mindestens eine Woche ein- und ausgeschaltet gewesen
ist, bewirkt das 10 Hz-Feld eine Verkfirzung der circadianen Periode (ira Mittel fiber
alle Versuche um 1,27 Std). Darfiber hinaus verhindert das kfinstliche Feld ,,interne
* Die in diesem Bericht mitgeteilten Forschungsarbeiten warden mit Mitteln
des Bundesministeriums ffir wissenschaftliche Forsehung (FSrderungsvorhaben
W R K 56 und W R K 86) und mit Mittein der NASA (Grant NSG 259-62) gefSrdert.
8
Z. vergl. Physiol., Bd. 56
112
1%.WEVER:
De-Synchronisation" (=Auseinanderweichen von Aktivit~ts- und vegetativen
Perioden). In sechs Versuehen mit periodiseh eingeschaltetem Feld zeigt sich in
allen Fallen ,,relative Koordination" zwischen Feldzeitgeber und Aktivitatsperiodik
Ein Vergleieh der Ergebnisse aller bisheriger Versuche im abgesehirmten Raum
mit den im nicht abgeschirmten l%aum gewonnenen last den Einflu$ der im abgeschirmten 1%aura fehlenden natfirlichen elektromagnetischen Felder erkennen.
Ffir die fiber alle Einzelversuche gemittelten Perioden ergeben sich Werte yon
25,65 Std ffir den abgeschirmten Raum (Mittel aus 29 Versuchen) und 25,00 Std
ffir den nieht abgesehirmten Raum (Mittel aus 24 Versuehen). Ferner ist ,,interne
De-Synehronisation" ausschlie~lich im abgesehirmten Raum beobachtet (in neun
Versuchen). Im nicht abgeschirmten Raum stehen die Perioden yon Aktivitat
und vegetativen Funktionen dagegen stets entweder im 1 : 1- oder im 2:1-Verhaltnis
zueinander (circa-hi-diane Aktivitatsperiode, in ffinf Versuchen).
Die schwachen kfinstliehen 10 Hz-Felder und die natfirliehen elektromagnetisehen Fdder irdischen Ursprunges haben damit ahnliehe Wirkungen auf die
cireadiane Periodik des Mensehen.
1. Einleitung
Im folgenden soll fiber Versuehe berichtet werden, die auf die Frage
zielen, ob sehwache elektromagnetisehe Felder, wie sie in der freien N a t u r
vorkommen, die eircadiane (yon lat.: eirea----ungef/~hr, d i e s = T a g )
Periodik des Mensehen zu beeinflussen vermSgen. Auch ffir den Mensehen
ist erwiesen, da$ die eireadiane Periodik endogenen Ursprunges ist
(AscHoFr und W~VEX~, 1962; ASC~OFF, 1965), da$ sie also yon dan
tagesperiodisch variierenden Faktoren unserer Umwelt (,,Zeitgebern")
nieht in Gang gehalten, sondern nut auf die Frequenz der Erdumdrehung
synehronisiert wird. Unter konstanten Umgebungsbedingungen weieht
die Frequenz der spontan weiterlaufenden Periodik im allgemeinen yon
der der Erdumdrehung ab; ihre GrSge - - und die anderer Parameter
der Periodik - - h/~ngt in diesem Falle regelhaft v o m Wert der herrsehenden Umgebungsbedingungen, z.B. yon dam tier Beleuehtungsst/irke, ab
(AscHoFr, 1964; WEWR, 1967b).
Die hier beschriebenen Untersuchungen sind durch zwei verschiedene
Fragestellungen ausge15st worden. Die erste Frage ist die, welcheUmweltfaktoren die circadiane Periodik beeinflussen k6nnen. Naehdem sieh
neben Licht und Temperatur (Asc~oFF, 1960) in neueren Tierversuchen
auch sozialer K o n t a k t (GwIN~E~, 1966) und unspezffisches Ger/~usch
(LoHMANN und ENi~IGRT, 1967) als wirksam erwiesen haben, ist es yon
besonderem Interesse, solche Faktoren zu untersuehen, die zwar in der
N a t u r vorhanden sind, die abet nicht bewuSt dutch Sinnesorgane wahrgenommen werden kSnnen. Aus dem breiten Spektrum elektromagnefischer Erseheinungen in unserer Umwelt ist zuerst die 10 I-Iz-Strahlung
ausgewahlt, weft die 10 I-Iz-Strahlung tier Atmosph/~re einen ausgepragten
Tagesgang zeigt (K6~m, 1959); wenn diese Strahlung die circadiane
Periodik beeinfluSt, k6nnte sie in der N a t u r zur Synehronisation auf
eine Periode yon 24 Std beitragen.
Cireadiane Periodik des Menschen und e]ektromagnetisehe Felder
113
Die zweite Fragestellung, die zu den hier beschriebenen Untersuchungen geftihrt hat, ist die naeh einer mSglichen Wirkung elektromagnetiseher 10 Hz-Strahlung auf den Menschen iiberhaupt. Die Yrequenz yon 10 Hz ist in der N a t u r weit verbreitet: I n unserer Umwelt
ist sie als meehanische Vibration der festen Erdrinde (I%OH~AC~I~, 1949)
und als elektromagnetisehe Atmosphi~renstrahlung (Sc~uMAN~ und
K6~IG, 1954) nachgewiesen, im menschlichen KSrper als Vibration der
gesamten KSrperoberfl/iche (Ro~RACHnn, 1949) und als besonders stabile
Komponente im Elektroeneephalogramm. Bisherige Versuehe, die eine
Beeinflussung des Mensehen durch kfinstliche 10 Hz-Felder naehweisen
sollten, haben keine eindeutigen Ergebnisse erbracht (K6~IG und A ~ K ~ ~OLL~I~, 1960). Das hat im wesentliehen zwei Ursachen: Einmal ist es
beim Menschen schwierig, einen geeigneten objektiven Test zu linden,
und ferner sind die natfirliehen 10 Hz-Felder hi~ufig night oder nicht
ausreichend abgesckirmt gewesen, so dab mit einem undefinierten Gemisch kiinstlicher und natfirlieher Felder experimentiert worden ist.
Bei den hier besehriebenen Versuchen ist die Messung der circadianen
Spontanperiode a]s Test benutzt worden; ferner sind in diesen Versuehen
die elektromagnetischen Felder aus der Umwelt in dem interessierenden
Frequenzbereich wirksam abgeschirmt gewesen.
Elektromagnetische Schwingungen niedriger Frequenzen kSnnen nicht wie
solche hSherer Frequenzen durch einen ,,Faraday-K~fig", der alleine auf die
elektrische Komponente wirkt, ausreichend abgesctfirmt werden (vgl. DEUTSe~
und Z I ~ , 1953). Hier mul~ vielmehr zus~tzlich die magnetische Komponente
geschwiicht werden, was nur durch magnetisch leitendes Material wie z.B. Eisen,
nicht aber durch lediglich elektrisch leitendes Material wie z.B. Kupfer mSglich
ist. Mit sinkender Frequenz w~chst das Gewicht der magnetischen Abschirmung
an der gesamten Abschirmwirkung. Da eine ausreichende elektrische Abschirmung
technisch ]eichter zu bewerkstelligen ist, ist ffir die Abschirmwirkung gegenfiber
niedrigen Frequenzen meist die magnetische Abschirmung begrenzend. Im Grenzfal]
magnetostatischer Felder ist alleine die magnetische Abschirmwirkung mal3gebend;
das Magnet~eld der Erde erlaubt bier durch Messung der Feldst~rken innerhalb
und aul~erhalb der Abschirmung eine einf~che Bestimmung ihrer Wirksamkeit.
[Inter der Voraussetzung, dal~ die elektrische Abschirmwirkung grol~ gegenfiber
der m~gnetischen ist, nimmt die fiir elektromagnetische Schwingungen resultierende
Abschirmwirkung vom magnetostatiseh gemessenen Grenzwert ffir die Frequenz
Null mit waehsender (und nicht zu hoher) Frequenz zu.
2. Versuchsraum
Ein nach ersten orientierenden Versuchen (AscHo]~]~ und Wxv]~l~,
1962) speziell fiir Untersuchungen der circadianen Periodik des Menschen
erstellter unterirdischer Versuehsbunker enth~lt zwei voneinander unabh/~ngige Versuchsr/~ume, die ftir spezielle Versuche auch miteinander
verbunden werden kSnnen. Zu jedem der behaglieh eingeriehteten Wohnr/iume yon je 19,7 m 2 gehSrt eine kleine Kfiehe, in der die Versuchs8*
114
R, WEv~R:
personen si~mtliche Mahlzeiten selbst zubereiten, und ein Duschraum
mit WC (j e 3,1 m2). Die Versuchsr~ume sind yon einem Vorraum (25,5 mS),
in dem si~mtliehe Steuer- und Registrieranlagen installiert sind, fiber
Schleusen (je 2,1 m 2) mat magnetisch gegeneinander verriegelten Tiiren
zu erreichen.
Beim Bau des Bunkers ist das Hauptaugenmerk auf die Sch~llisolation gerichtet
gewesen. Da Beleuchtungsst~rke und Temperatur innerhalb der Versuchsr~iume
leieht konstant zu h~lten sind, bleibt als wichtigste Informationsquelle fiir die
objektive Uhrzeit der tagesperiodisch sehwankende Ger~uschpegel. Zur Isolierung
sind die eigentliehen Versuchsr~iume (als ,,Haus im Haus") mit eigenem FuBboden,
W~nden und Deeke innerhalb des aus sehwerem Stahlbeton bestehenden Bunkers
auf Glaswolle sehwimmend aufgeh~ngt. Da auch s~mtliche Versorgungsleitungen
elastiseh durch die W~nde gefiihrt sind, besteht keinerlei starre Verbindung zwischen dem Bunkermantel und den Versuchsr~umen und damit aueh nicht zwischen
den Versuchsr~umen untereinander. Die gemessene Luftsehalld~mmung zwischen
den beiden Versuehsr~umen betr~gt im Mittel 80 db, zwisehen Versuchsraum und
Umgebung fiber 90 db. Da imlerhalb der Versuehsr~ume Klimager~te mit einem
konstanten Grundger~useh von 60 Phon dauernd ]auten, mfil~ten Ger~usche
aul~erh~lb des Bunkers mit fiber 150 Phon oberhalb der Schmerzschwelle (130 Phon)
liegen, damit sie innerh~lb der Versuehsr~ume das Grundger~usch 5bersehreiten;
~hnliches gilt ffir den Ger~usehkontakt zwischen den beiden Versuehsr~umem
In beide Versuchsr~ume wird (fiber Scha]ld~mpfer) Frischluft konstanter
Temperatur eingeblasen. Innerhalb der R~ume stehen Klimager~te ffir Umlu~tbetrieb, mit denen die Versuchspersonen die jeweils yon ihnen bevorzugte Temperatur einstellen kSnnen. Zur Beleuehtung der Versuchsr~ume sind oberhalb einer
Mattglasdeeke sowohl Gliihbirnen als aueh LeuehtstoffrShren angebracht. Von
aul~en kann die Anz~hl der brennenden Lampen und deren Intensit~t gesteuert
werden; durch Anschalten versehiedener L~mpengruppen kunn auch dig Farbe
der Lichtquellen ver~ndert werden. In einigen Versuehen schalten die Versuchspersonen das Licht naeh Wunsch ein und aus, in den meisten Versuchen brennt
das Lieht dauernd. Zur Vermeidung tagesperiodiseher Helligkeitsschwankungen,
die als Zeitgeber wirken k5nnen, wird die gesamte Beleuchtungsan]age aus einem
rotierenden Motorumformer mit zus~tzlieher Schwungmasse gespeist (WEvE~,
1967 c).
Einer der beiden Versuchsri~ume ist elektromagnetisch abgeschirmt.
Als erste MaBnahme sind sgmtliehe diesen R a u m umgebenden Teile der
Baustahlarmierung miteinander verschweiBt und geerdet. Als Hauptabschirmung sind zwischen den Doppelws
fiinf un~bh~ngige und
rundherum miteinander verschweii3te Lagen yon Transformatorenblech
(0,35 ram) angebracht. Zur Kontrolle der Absehirmwirkung ist mit einer
FSrster-Sonde das Magnetfeld der Erde vermessen; aul~erhalb des Bunkers betrs
die (am sichersten mefibare) Vertikalfeldst~rke 405 mOe,
innerhalb des nicht ~bgesehirmten Raumes ~ 3 6 5 mOe und innerhMb
des abgeschirmten Raumes (nach sorg~s
Entmagnetisierung des
gesamten Raumes) ~ 4 mOe. Das heil~t, d a ] das statische Magnetfeld
der Erde im nicht abgeschirmten I~aum nahezu unveri~ndert ist, im
abgeschirmten Raum dagegen um etwa den Faktor 100 gesehwi~cht ist.
Circ~diane Periodik des Menschen und elektromagnetische Felder
115
Orientierende Messungen mit hohen Frequenzen haben gezeigt, dab die
elektrisehe Absehirmwirkung erheblieh hSher ist. Fiir die hier interessierenden elektromagnetisehen Schwingmagen niedriger Frequenzen
folgt daraus eine Absehirmwirkung, die jederffalls besser als 40 db ist.
Fiir die Erzeugung beliebiger kiinstlicher Felder sind auf s~mtliehen
Innenfl~ehen des abgesehirmten Raumes einerseits Hoehspannungselektroden angebracht, die paarweise gegeneinander gesehaltet werden
kSnnen, und andererseits Sloulenwieklungen in allen drei Raumrichtungen. Durch Ansehalten entsprechender Gleieh- oder Wechselsp~nnungs- bzw. -stromquellen kSnnen damit in allen Raumrichtungen k/instfiche elektrisehe bzw. magnetische Gleich- oder Weehselfelder erzeugt
werden. S/imtliehe Elektroden und Wieklungen sind nach dem Anbringen
vollst/~ndig mit Putz iiberdeekt; die Spannungs- und Stromquellen belinden sich im Vorraum. Nach Fertigstellung ist d~her im Versuchsraum
von den Anlagen zur Erzeugung kiinstlicher Felder ebenso wenig etwas
zu sehen wie yon der Abschirmung. Die beiden Versuchsrgume unterseheiden sieh ~ul3erlich nur dadurch voneinander, dab sie spiegelbildlieh
eingerichtet sind.
3. Versuehsablauf
Ein Versueh lief so ab, dal~ eine Versuehsperson fiir meist 3 bis
4 Woehen alleine und ohne Uhr oder sonstige Zeitirfformation im Bunker
lebte. Gemessen warden unter anderem die Zeitpunkte des Aufstehens
und Zubettgehens, die Bewegungs~ktivit~t (dureh Kontaktplatten in
Ful3boden, Bert usw.), die K6rpertemperatur, die Elektrolytausscheidungen der Niere (dureh Analyse der gesamten Urinproben) und dureh
verschiedene Tests das psychische Befinden. Im Verlaufe der hier beschriebenen Versuehe, die im abgesehirmten Raum stattfanden, blieb
die Beleuchtungsst/irke stets konstant. Dagegen wttrde ein- oder zweimal
fiir jeweils mehrere Tage ein kfinstliches Feld eingeschaltet. Hierzu
wurde an die in FuBboden und Deeke befindliehen Elektroden eine
Reehteekwechselspannung yon 10,0 }Iz aus einem Funktionsgenerator
gelegt; die Feldst~rke im Versuchsraum betrug dabei stets 25 mVss/em,
wie sieh iibereinstimmend aus einer Berechnung unter Beriieksichtigung
der angelegten Spannung und aus einer direkten Messung mit ttilfe einer
Feldmiihle ergab.
Die Versuchspersonen wul3ten (bis ~u~ eine) wahrend des Versuehes nichts
vonder elektromagnetischen Abschirmung und yon der M6glichkeit zur Erzeugung
kiinstlicher Felder; das Ein- und Ausschalten der Felder wurde in keinem F~lle
wahrgenommen (die Versuche dienten gleichzeitig anderen Fr~gestellungen). Die
meisten Versuchsloersonenlebten w~hrend der Versuchsdauer sehr regelmal3ig mit
einer D~uer des ,,subjektiven Tages" yon nur wenig ]anger als 24 Std; in einigen
F~llen wurden al]erdings starke Schwankungen der Aktivitatsperiodik mit Extremperioden zwischen 15 und 64 Std beobachtet. In keinem Fal/e, muchin keinem dieser
116
~.WEvER:
Extremfiille, hatte eine Versuchsperson ein Gefiihl fiir die tats~chliche Periodendauer (WEv~, 1967b), insbesondere wurden keiner Versuchsl0erson ~nderungen
der Periode, wie sie durch/~nderungen der Versuchsbedingungen ausgelSst wurden,
bewuBt.
4. Ergebnisse
Insgesamt zehn Versuchspersonen sind fiir jeweils mindestens 1 Woche
mit kfinstlichem 10 t t z - F e l d u n d ohne Feld getestet worden. Als Beispiel
gibt Abb. 1 den Verlauf eines solchen Versuches wieder (vgl. auch Abb. 2) :
I
6
Toge
0
,
12
=
i
24
I
=~=12
,
4 ohne
5
r~
24
12
r
==-_:-
T
7
9
~
lO
H
mi!
15
I
12
,
I
24 Uhr
=26,65td
x:~=1,83
:=~.
===.
== =_
===
~
~==
T = 2 5 , O Std
,
/6
18
19
~
ohne
10 H z - F e / d
0t:~=2,12
d
===-
'1
17
20
24
'"
8
12
i
,
T =36,7 Std
=:=
==:
~
~.:g= 1,90
Abb. 1. Spontane Aktivit/~tsperiodik einer Versuchsperson (I~r. 35). Die B~lken
geben die Zeitdauer der Aktivit/s an, aufeinanderfolgende Perioden sind zeitgerecht untereinander gezeichnet. 1. Versuchsabschnitt (1.--7. Tag): ohne Fold;
2. Versuehsabschnitt( 8.--16. Tag) : unter dem EinfluB eines konstanten elektrischen
10 Hz-Feldes; 3. Versuchsabschnitt (17.--20. Tag): ohne Feld. Bei den einzelnen
Versuchsabschnitten sind die gemessenen Werte yon Periode (v) und Verh~iltnis
yon Aktivit~ts- zu l~uhezeit (u:~) angegeben (vgl. Text)
W a h r e n d der ersten sechs Aktivit&tsperioden ist das kfinstliche Feld
ausgeschaltet, wiihrend der folgenden neun Perioden dauernd eingeschaltet gewesen. Wie die Abbildung zeigt, h a t sich unter der W i r k u n g
des Feldes die Spontanperiode u m nahezu 1 Std verkfirzt; a u g e r d e m
ist gleichzeitig - - Me es einer Theorie der circadianen Aktivit~tsperiodik
entspricht (W~vEn, 1964, 1967a) - - das Verhiiltnis yon Aktiviti~ts- zu
Ruhczeit (,,cc:~-Verhiiltnis") angewachsen. A m 16. Versuchstag ist das
Feld wieder ausgeschaltet worden, u n d sofort verls
die Aktivit~t
ganz a b n o r m ihre Periode (,,interne De-Synchronisation", s. unten).
I n diesem Versuch h a t das kiinstliche 10 H z - F e l d also die Wirkung,
die Periodik zu beschleunigen.
Circadiane Periodik des Menschen und elektromagnetische Felder
117
Ffir eine statistische Betrachtung dfirfen nieht die Parameter aug
einanderfolgender Perioden innerhalb eines Versuches als Einheiten
benutzt werden, da sie nicht unabhs
voneinander sind. Es darf
vielmehr ffir jede Versuehsperson nur ein Periodenwert pro Bedingung
eingesetzt werden, wobei dieser Weft jeweils fiber die gesamte Zeitdauer
des betreffenden Versuches zu mitteln ist. I n der Tabelle sind die mittleren Perioden ohne (vl) und mit Einsehaltung des kfinstliehen Feldes
Tabelb. Periodendauer ohne und mit Ein/lu/3 eines kiinstlichen 10 Hz-IZeldes bei
10 Versuchspersonen. Bei den mit * bezeichneten Versuchen ist z,uerst mit und dann
ohne ~'eld gemessen worden. Hinter den Periodenwerten ist ]eweils die/ormal berechnete
Standardabweichung (vgl. Text) und in Klammern die Anzahl der gemessenen
Perioden unter der betre//enden JBedingung eingetragen. Unter den Mittelwerten sind
die /i~r n = 10 berechneten Werte liar die Standardabweichung s und die mittleren
Fehler (~ eingetragen. Unten ist die statistische Analyse nach t-Test und verteilungs/reiem Rang/olgetest vorgenommen
Versuchs-
31 (ohne Feld)
32 (mi$ Feld)
28,2~= 1,7 Std (9)
25,2 j= 1,7 Std (12)
28,1~=6,3 Std ( 1 3 )
26,6~= 1,0 Std (6)
25,7 ~ 4,6 Std (10)
25,3~= 1,4 Std (11)
25,2s
Std (7)
25,7~=2,1 Std (7)
27,6~= 3,2 Std ( 1 2 )
26,0=~ 1,0 S~d (8)
25,7• 1,1 Std
24,3=L 1,6 Std
26,3•
Std
25,8i2,6 Std
24,7 • 4,2 Std
24,7• 1,4 Std
24,8• 1,4 Std
24,9• 1,0 Std
25,3-4-1,6Std
24,4• 1,4 Std
A 3 = 3~--v 2
Nr.
28
31 *
33
35
39
41
44*
54
56
61
=26,36 Std
1,20
• 0,38
~ = 25,09 Std
•
• 0,21
(9)
(10)
(7)
(9)
(10)
(7)
(7)
(7)
(8)
(6)
2,5 Std
0,9 Std
1,8 Std
0,8 Std
1,0 Std
0,6 Std
0,4 Std
0,8 Std
2,3 Std
1,6 Std
~-~ = 1,27 Std
~_0,73
:j=0,23
Statistische Pr/ifung auf: ~ > 0
1. t-Test: t = 5,52
2. WiIcoxon-Test: T = 0
p < 0,001
p <<0,005
(r2) ffir alle zehn Versuche zusammengefal3t. (In einem Falle - - Versuch
Nr. 31 - - sind bei der zuerst vorgenommenen Messung mit Feld die
ersten drei Perioden ffir die Mitteilung l~ieht ber/icksichtigt, da diese
Perioden extrem verkfirzt und offenbar gestSrt gewesen sind; bei Nittelung aueh fiber diese Perioden ergibt sieh ffir T2 ein Wert yon 22,7 Std
anstatt yon 24,3 Std.) I n der Tabelle ist grunds~tzlich nur der jeweils
erste Wechsel des Feldzustandes berficksichtigt, so dag fiir jede Versuchsperson nur je ein Wert ohne und mit Feld angegeben ist, obwohl in
eineln Tell der Versuche der Feldzustand mehrmals geweehselt worden ist
(vgl. Abb. 1); auBerdem ist in keinem der in der Tabelle enthaltenen
118
R.W~vER:
Versuehsabschnitte die Aktivits
abnorm verli~ngert (vgl.
Abb. 1, ab 17. Versuehstag). In zwei Versuehen, die in der Tabelle
markiert sind, ist das Feld im ersten Versuehsabschnitt ein- und im
zweiten Absehnitt ausgesehaltet gewesen. [Bei den meisten Versuchspersonen besteht die Tendenz, im Laufe des Versuehes die Spontanperiode zu verliingern (vgl. hierzu Abb. 4); um dieser Tendenz entgegenzu~_rken und damit die Bedingungen zu verseh~ffen, ist im grSBten
Tefl der Feldversuehe zuerst ohne und dann mit Feld gemessen worden. ]
Neben den mittleren Periodenwerten sind die formal bereehneten Standardabweiehungen angegeben; diese Zahlen sind zwar fiir eine statistisehe
Analyse irrelevant, sie mSgen aber als ansehauliches MaB ffir die Gleichm~Bigkeit der Periodik dienen (beispielsweise zeigen sie, dab unter dem
EinfluB des Feldes die mittlere Periode meist genauer eingehalten wird
als bei abgeschaltetem Feld).
Die Auswertung der Tabelle zeigt, dab die Spontanperioden dureh
Einschalten eines kfinstlichen 10 Hz-Feldes im Mittel fiber alle Versuchspersonen urn 1,27 Std verk/irzt wird. Die Bedeutung dieser Periodeni~nderung yon 5,0% l~Bt sieh daran ermessen, dab die Abweiehung der
Spontanperiode yon dem Wert 24,0 Std bei ausgesehaltetem Feld mehr
als doppelt so groB ist wie bei eingeschaltetem Feld. Die Zahlen der
Tabelle zeigen ferner, dab die Standardabweichung, die die inter-individuellen Unterschiede besehreibt, unter dem EinfluB des Feldes nur etwa
halb so groB ist wie ohne diesen EinfluB; dieser Untersehied der Streuungen muB allerdings nieht eine direkte Folge des Feldeinflusses sein,
sondern kann beispielsweise aueh auf der untersehiedlich groBen Abweichung des absoluten Periodenwertes yon einem mittleren Wert
~ 2 4 Std beruhen (Asc~o~F, 1960). Ffir eine statistisehe Analyse werden
zweekmi~Big die ffir die einzelnen Versuehspersonen bereehneten Perioden/inderungen AT, bei denen die inter-individuellen Untersehiede der
absoluten Periodenwerte uusgesehaltet sind, herangezogen: Nach dem
t-Test ffir Paardifferenzen l~Bt sieh die Verk/irzung der Spontanperiode
bei Einsehalten des Feldes mit p ~ 0,001 siehern, nach dem verteflungsffeien Wilcoxon-Test nut mit p((0,005, da bei diesem Test Zahlen fiir
kleinere p-Werte nieht angegeben sind. Die hohe Signifikanz beruht
darauf, dal~ die Wirkung der Feldeinsehaltung zwar untersehiedlich
groB ist, bei s/~mtlichen Versuehen aber in gleicher Riehtung liegt. Die
VergrSBerung des meist stark schwankenden ~: o-Verh/~ltnisses (in der
Tabelle nicht enthalten) bei Einsch~lten des Fe]des ist naeh dem Wflcoxon-Test nut mit p ~0,05 gesiehert (der t-Test ist ~n diesem Falle
nieht anwendbar). Die Perioden der vegetativen Funktionen haben sich
in allen Versuchen in gleieher Riehtung und in ungef~hr gleichem
AusmaB wie die der Aktivit/~tsperiodik ges
fiber exakte ~requenzanalysen der verschiedenen vegetativen Periodizit/~ten und deren Phasen-
Circadiane Periodik des Menschen und elektromagaetische Felder
119
beziehungen relativ zur Aktivitgtsperiodik wird an anderer Stelle
berichtet.
Wena dauernd wirkende elektromagnetische 10 Hz-Felder einen Einflu$ auf
die Periode der circadianen Schwingung haben, so sollte es mSglich sein, mit
periodisch variablen Feldern die Schwingung zu synchronisieren. Diese ~berlegung
lg$t sich auf folgende Weise begrfinden: Bei dem bisher am besten auf seine Zeitgeberwirkung hin untersuchten Umweltfaktor Licht ist wesentlich eine parametrische Komponente an der Synchronisation beteiligt (WEw~, 1967a); die
o
rage l
24
12
I
I
12
24
12
I
r
24
1
.
12 Uhr 24
r
1
f
I
7
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Abb. 2. Aktivitgtsperiodik einer Versuchsperson (Nr, 54) ohne Feld und unter dem
Einflul~ eines konstanten und eines periodisch variablen kfinstlichen 10 Itz-Fddes
(Feld schraffiert). Einzelheiten vgl. Abb. 1
unter konstanten Bedingungen beobachtbare )~nderung der Frequenz mit der
BdeuchtungsstKrke (AscEorF, 1960) wirkt unter Zeitgeberbedingungen als periodische ~mderung des frequenzbestimmenden Parameters ssmchronisierend.
Zur Untersuchung der Zeitgeberwirkung elektrischer 10 Hz-Felder
sind sechs Versuche u n t e r n o m m e n worden, in denen das kiinstliche Feld
in einem Tell der Versuchszeit periodisch ein- mud ausgeschaltet worden
ist. Abb. 2 gibt als Beispiel den Verlauf eines solchen Versuches wieder.
Die ersten beiden Versuchsabschnitte zeigen ghnlich wie Abb. 1 die
Aktivitgtsperiodik unter dem Einflul~ eines dauernd aus- bzw. ein-
120
R. WEv~R:
geschalteten Feldes und lassen wieder die beschleunigende Wirkung
des Dauerfeldes erkennen. Im dritten Versuehsabsehnitt ist das Feld
periodisch ein- und ausgesehaltet, und zwar mit einer Periode yon etwa
23,5 Std. Die Aktivit~tsperiodik verli~uft, ohne dab die Versuchsperson
sich dessen bewuBt ist, vom 18. his 20. Versuchstag und - - naeh einer
mehrti~gigen erheblichen Verl~ngerung der Periode - - yore 23. bis zum
27. Versuehstag synehron mit dem ,,Feldzeitgeber". Insgesamt zeigt die
Aktiviti~tsperiodik das charakteristisehe Bfld der ,relativen Koordination" (v. ItOLST, 1939), das immer
o
12
2r
12
2r Z//Tr
dann zu beobachten ist, wenn ein
I
I
1
|
I
r
r
Zeitgeber zu schwach zu voller Synr - 2
chronisation einer selbsterregten
i
,
m=~_
3
i
r
Schwingung ist. Abb. 3 zeigt ein
5
anderes Versuchsbeispiel, in dem
6
zuerst ohne Feld und dann unter
7
8
dem EinfluB eines 24stfindigen Feld9
zeitgebers registriert ist. Wieder ist
10
//
die Aktivit~tsperiodik in den ersten
12
Tagen
nach Einschalten des Feld13
/r
zeitgebers (12.--16. Versuchstag)
15
klar mit diesem synehronisiert; in
16
den letzten Tagen verlangsamt sich
17
I8
I
die Aktivit~tsperiodik trotz fortbe13
stehender Feldperiodik. Auch dieses
20
21
Beispiel zeigt damit relative KoordiAbb. 3. Aktivitgtsperiodik einer Ver- nation zwischen Feld- und Ak~ivisuchsperson (Nr. 60) ohne Feld und t/itsperiodik, wobei sich allerdings
unter dem EiafluB eines periodisch
vari~blen kfinstlichen 10 Hz-Feldes die Phasenwinkeldifferenz auBerhalb
der synchronisierten Absehnitte we(Feld schraffiert). Einzelheiten
vgl. Abb. 1
sentlieh langsamer s
als im
Beispiel der Abb. 2.
Diese Versuehe reiehen nieht aus, die Zeitgeberwirkung eines periodischen 10 ttz-Feldes zu siehern. ]?fir eine allerdings nur sehwaehe Zeitgeberwirkung sprieht jedoeh, dab in allen seehs Versuehen (drei Versuehe mit 23,5 Std-Zeitgeber, drei Versuehe mit 24,0 Std-Zeitgeber)
relative Koordination beobaehtet ist. Diese Annahme wird vor allem
dadurch gestfitzt, dab in allen seehs Versuchen die Phasenwinkeldifferenz
zwisehen Feld- und Aktivitatsperiodik in denjenigen Tagen, in denen
sie ann/~hernd konstant ist (z. B. 18.--20. Versuehstag in Abb. 2; 12. bis
16. Versuchstag in Abb. 3), stets ungefi~hr den gleiehen Wer~ hat, indem
die Aktivit~t in diesen Tagen etwa 3 Std nach der Mitre der ,,Feldzeit"
beginnt (im zweiten Synehronisationsabsehnitt der Abb. 2 - - 23. bis
27. Versuehstag - - beginnt sie allerdings wenige Stunden spiiter).
Circadiane Periodik des Menschen und elektromagnetisehe Felder
121
Das Ergebnis dieser Versuche spricht dafih', da~ volle Synchronisation nur
daml zu erreiohen ist, wenn die Periode des Feldzeitgebers n~her an der Spontanperiode ]iegt, also ]~nger als 24 Std ist. Dann mfii]te - - wegen des geringeren
Unterschiedes zwischen Spontan- und Zeitgeberperiode - - das Ergebnis abet besser
als in den beschriebenen Zeitgeberversuehen dagegen gesichert sein, dab die Perioden
der Aktivitgt und des Zeitgebers zafiillig iibereinstimmen. Dazu sind die Spontanperioden vor und nach dem Zeitgebereir~flul3 zu messen, ferner sollte mSglichst
auch der EinfluI~ einer Phasenverschiebung des Zeitgebers untersucht werden.
Es ist zweifelhaft, ob solche Versuche innerhalb der - - im Gegensatz zum Tierversuch - - notwendig kurzen Dauer eines Einzelversuches am Menschen sinnvoll
durchzuffihren sind. MSglicherweise sind ffir Zeitgeberuntersuchungen Gruppenversuehe besser geeignet.
Naehdem in den besehriebenen Versuehen ein Einflu~ kfinstlicher
l0 ttz-Felder auf die circadiane Periodik des Mensehen mit grol]er Sicherheir naehgewiesen ist, stellt sieh die Frage nach einem mSglichen EinfluI3
vergleichbarer natfirlieher elektromagnetiseher Felder. Eine Antwort auf
diese Frage kann durch eine naehtragliehe Untersuehung aller bisheriger
Ergebnisse versucht werden, wenn diese getrennt naeh Versuehen im
a.bgeschirmten und solchen im nieht abgeschirmten R a u m ausgewertet
werden: I m abgesehirmten R a u m sind die natfirliehen elektromagnetischen Felder weitgehend ausgeschaltet, im nieht abgeschirmten R a u m
sind sie dagegen nahezu unvermindert wirksam. I m Mittel fiber s~mtliche
Versuehe hat kein anderer erkennbarer systematischer Untersehied (z. B.
in den Beleuehtungsstarken) zwisehen den Versuehen in den beiden
R~umen bestanden, so da~ der einzige uns bekannte Untersehied (aul~er
tier spiegelbildliehen Anordnung) eben in der Absehirmung des einen
Raumes besteht. Untersehiede zwisehen den in beiden Rgumen gewonnenen Ergebnissen sollten daher im wesentliehen auf einem Einflu] der
Abschirmung beruhen. Versuche zur Prfifung des Einflusses der Absehirmwirkung a~ff die einzelne Versuehsperson, z.B. dureh Weehsel
zwisehen beiden R a u m e n w/~hrend des Versuehes, sind bisher nieht
unternommen. Ein Raumweehsel wahrend des Versuches ware yon den
Versuchspersonen als empfindliehe StSrung empfunden worden, die
mSglieherweise bereits als solehe eine Periodenanderung bewirkt hgtte.
(Der Kontrollversuch - - Weehsel zwisehen R~umen mit gleichem Abschirmzustand - - l a s t sieh aus r~umliehen Grfinden nieht durehffihren.)
Demgegeniiber ist es gerade ein Vorzug der Versuche mit kfinstlichen
Feldern, da~ die ~mderungen des Feldzustandes yon den Versuehspersonen nieht bemerkt werden.
Bereehnet man ffir beide R a u m e getrennt den Mittelwert und die
Standardabweiehung der Perioden aller Einzelversuche (24 im nicht
abgesehirmten, 29 im abgeschirmten Raum), unter Abzug der Versuehsabsehnitte mit eingesehaltetem kfinstliehen Feld und unter Abzug der
Versuehsabschnitte mit abnorm verls
Aktivit~itsperioden ( ~
30 Std; ,,interne De-Synehronisation", vgl. n~ehster Absehnitt), so erh~ilt
122
R.W~wR:
man ffir den nicht abgesehirmten R a u m einen Wert von 25,00 • 0,55 Std
und fiir den abgeschirmten R a u m einen Wert yon 25,65~1,02 Std.
Wenn der wesentliehe Untersehied zwischen beiden R~umen tats~ehlieh
in der Absehirmung und damit der Eliminierung der natiirliehen Felder
aus dem abgeschirmten R a u m liegt, heil~t das, dab die natfirlichen
Felder ebenso wie die kfinstlichen eine beschleunigende Wirkung auf
die Periodik ausfiben. Die statistische Analyse sowohl nach dem t-Test
fiir unabh~ngige Stiehproben als aueh naeh dem verteilungsfreien Rangfolgetest zeigt, dab dieses Ergebnis mit p ~ 0 , 0 1 gesiehert ist. (Wenn man
die Versuehe in Gruppen mit ]eweils einheitliehen Beleuehtungsbedingungen einteflt, so liegt auch innerhalb der einzelnen Gruppen der
Untersehied zwischen beiden l ~ u m e n in gleieher l~iehtung; eine statistische Sicherung is~ aber innerhalb der einzelnen Gruppen wegen der
zu geringen Versuchszahlen nicht m5glieh.)
Die beschleunigende Wirkung der natfirlichen Felder ist nicht mit der gleichen
Sicherheit wie die der kiinstlichen Felder nachgewiesen. Das liegt zu einem Teil
daran, dal~ hier in die Berechnung die inter-individuellen Unterschiede der absoluten Periodenwerte eingehen, in die Berechnung der Wirkung kfinstlicher Felder
dagegen nicht. Die genannten Zahlen zeigen ferner, dab unter der Wirkung der
natiirlichen Felder ebenso wie unter der des kfinstlichen Fe]des die Streuung der
in den einzelnen Versuchen gemessenen Periodenwerte um den Mittelwert geringer
als bei fehlendem Feld ist; nach dem F-Test fiir den Unterschied der Streuungen
unabh~ngiger Normalverteilungen ist such dieses Ergebnis mit p ~ 0,01 gesichert.
Zu einem weiteren Naehweis der Abschirmungswirkung fiihrt eine
Betrachtung derjenigen Versuche, bei denen eine ,,interne De-Synchronisation" (AscHOFF U. Mitarb., 1967a; W ~ v ~ , 1 9 6 7 b ) b e o b a e h t e t ist.
W~hrend in den meisten Versuehen Aktivit~tsperiodik und vegetative
Periodik (z.B. die Periodik der KSrpertemperatur) synehron und mit
,,circadianen" Perioden verlaufen, die u m nicht mehr als etwa 10% yon
24 Std abweichen, ist in einigen F~llen die Aktivit~tsperiodik - - in
seltenen Fi~llen yon Versuchsbeginn an, h~ufiger erst w/ihrend des Versuehes einsetzend - - abnorm verli~ngert, und zwar bis zu Perioden,
die um mehr als 100% von 24 Std abweichen, und die nieht mehr als
,,circadian" bezeichnet werden kSnnen. I n allen diesen Versuchen behalten die vegetativen Funktionen eine eehte eireadiane (abet von
24 Std abweichende) Periode; Aktivit~tts- und vegetative Periodik verlaufen unter diesen Bedingungen also nieht mehr synehron zueinander.
Die in bisher 53 Versuchen beobachteten 14 F~lle yon interner De-Synchronisation lassen sich unschwer zwei verschiedenen Typen zuordnen. Beim ersten Typ,
der hier als ,,echte" De-Synchronisation bezeichnet werden soll, pendelt die Periode
der Aktivitgt mit grol~er Schwankung um Werte zwischen etwa 30 und 40 Std,
die der vegetativen Funktionen wie in allen anderen Versuchen mit geringer
Schwankung um Werte yon etwa 25--26 Std. Die Perioden yon Aktivit~ts- und
vegetativem Verlauf sind also keine ganzzahligen Vielfachen voneinander, stehen
aber h~ufig angen~hert in einem 3:4- oder 2:3-Verh~ltnis zueinander. In Abb. 4
Cireadiane Periodik des Mensehen und elektromagnetisehe Felder
123
sind unten drei Beispiele yon Fiillen eehter De-Synehronisation dargestellt, und
zwar ist die Dauer der einzelnenaufeinanderfo]gendenAktivitgtsperioden (gerechnet
yon Aktivitgtsbeginn zu Aktivitgtsbeginn) als Funktion der objektiven Zeit aufgetragen; anf die Darstellung der vegetativen Perioden ist der [:rbersiehtliehkeit
halber verziehtet, diese sind stets ,,circadian" geblieben (Asc]~oFF u. Mitarb.,
1967a). I n einem der ]3eispiele (gestriehelt) herrseht von Versuchsbeginn an
eehte De-Synchronisation, bei den beiden anderen Beispielen stellt sich die
"c
:i
/ '.- .....
Sld,
~ . . . .
~
i.,.:~,-.,:"
De-Synehronisation erst nach einiger 4o- - - .7._--- _ _ ~ - ~ ~ . . . . - "
:
/"
.
'., - /
Zeit mit circadianer Aktivit~tsperiode
/ '.. :'..
"
1ein. (Seehs weitere F/~lle yon eehter
De-Synchronisation ~hneln den dargestellten Beispielen so sehr, dab sieh
24- ~
ihre Wiedergabe eriibrigt; sie untersehieden sich lediglich dutch den Zeitpunkt, yon dem ab De-Synehronisation
auftritt.) Ffir alle zu diesem Typ geh6rigen F/ille ist einmal d i e - im Vergleich
o
zur circadianen Periodik - - grol3e
rade
Sehwankung der Periodenwerte charakteristisch, und zum anderen, dab
die Perioden niemals den doppelten
Weft der cireadinaen Periode (48 Std)
361
u l ~ I ~ ;f.. ~.~'~ W~ I I I ~ :
erreiehen.
t
l /
II
;~"
Von diesem Typ der internen OeSynehronisation liigt sich ein zweiter
Typ unterscheiden, der hier mit ,,seheinb a r e r ~ De-Synchronis~tion bezeiehnet
werden sell. Dieser T y p i s t dadurch
eharakterisiert, dal] Aktivitgts- und
0
i
7
i
i
i
i "
0
5
1o
15
2o
25
30
vegetative Periode in einem 2:1-Verrage
hgltnis zueinander stehen; fiir die Aktivitgtsperioden bedeutet das, dab sie Abb. 4. Beispiele yon ,,interner DeSynehronisation": Dauer aufeinanderals ,,eirea-bi-diane" Perioden gerade die
folgender
Aktivitgtsperioden (Ordinate)
doppelte Dauer der circadianenPerioden
haben. (Im Gegensatz zur eehten ist die Ms Funktion der Zeit (Abszisse). Unten:
seheinbare De-Synehronisation nieht Drei Beispiele fiir ,,eehte" De-Synehronisation (nur im abgesehirmten
immer eindeutig zu bestimmen: In
Raum
beobaehtet); ausgezogen: Vereinigen Fgllen ist zu vermuten, dab die
Versuehspersonen irmerhalb der Aktivi- such Nr. 14, gestrichelt: Versueh Nr. 1,
t/itszeit einer cirea-bi-dianen Periode punktiert: Versueh Nr. 26. Oben: Drei
Beispiele fiir ,,seheinbare" ])e-Syn- - o h n e es selbst zu merken - - f i i r
ehronisation (nur im nieht abgesehirmmehrere Stunden gesehlafen haben;
ten
Raum beobaehtet); ausgezogen:
wiirde man diesen Sehlaf als Ruhezeit
werten, so erhielte man start der einen Versueh Nr. 30, gestriehelt: Versueh
Nr. 15, punktiert: Versueh Nr. 45
eirea-bi-dianenzwei eireadiane Perioden,
Mso keine De-Synchronisation. Zur Vermeidung dieser Zweideutigkeit ist hier f/Jr die gghlung der Aktivit~tsperiodengrundsgtzlieh die subjektive Wertung der Versuehspersonen benutzt worden.) In Abb. 4
sind oben drei Beispiele flit diesen Typ eingezeiehnet. Eines der Beispiele (gestriehelt) zeigt yon Versuchsbeginn an eine eirea-bi-diane Periodik, in einem zweiten
A
s,'Ig
A
124
R.W~vE~:
Beispiel (ausgezogen) verh~lt sieh die Aktivit~tsperiodik zu Anfang circadian und
geht naeh einigen Tagen der scheinbaren Unsicherheit zu circa-bi-dianem Verhalten
fiber (die genaue Analyse zeigt, da$ im circa-bi-dianen Absehnitt gerade die Phase
des ersten eireadianen Abschnittes Iortgesetzt wird); beide Beispiele zeigen eine
geringe Streuung der circa-bi-dianen Perioden, wie sic auch far circadiane Perioden
charakteristisch ist. (Zwei weitere ~'glle yon seheinbarer De-Synehronisation ahneln
jeweils einem dieser beiden Beispiele so, dag sieh eine gesonderte Darstellung
erfibrigt.) In Abb. 4 oben ist sehlie$1ich punktiert das Ergebnis des einzigen Versuches eingezeichnet, dessen Einordnung zuerst zweifelhaft gewesen ist; die groge
Streuung scheint eher fiir echte De-Synchronisation zu sprechen; die hier gew~hlte
Art der Auftragung zeigt aber, dab die Perioden im zweiten Versnchsabschnitt
- - wenn aueh in anomal groBem Ausmag - - um einen cirea-bi-dianen Mittelwert
streuen, dal3 as sieh also um seheinbare De-Synehronisation handelt.
I n den bisherigen Versuehen sind entspreehend der in Abb. 4 erl/~uterten Unterseheidung neun F/file von eehter und fiinf F/ille yon seheinhater De-Synehronisation beobaehtet worden. Die Verteflung dieser
Versuehe auf die beiden R/~ume zeigt, dab s/~mtliehe neun Versuehe
mit eehter De-Synehronlsation im abgesehirmten R a u m stattgefunden
haben; naeh dem Test yon R. A. F T S ~
(naeh W~]~l~, 1964) zum
Prtifen yon Abh/~ngigkeiten bei diskreten Zufallsvariablen (qualitative
Merkmalsreihen) ist die Wahrseheinliehkeit, dab diese Verteilung auf
Zufall beruht, mit/9 = 0,0023 sehr gering. S/~mtliche fiinf Versuehe mit
seheinbarer De-Synehronisation haben dagegen im nicht abgesehirmten
R a u m stattgefunden; die Wahrseheinlichkeit ftir die Zuf~lligkeit dieser
Verteilung ist nach dem gleiehen Test p ~ 0,015. Die Analyse des zusammengefal3ten Ergebnisses nach dem U-Test fiir sehr kleine Stiehproben ( W r B ~ , 1964) zeigt, dag die Verteilung der beiden De-Synchronisationstypen auf die beiden R/~ume mit p <0,001 gesiehert ist.
Wenn auch fiir diesen Untersehied zwisehen beiden R/iumen nut die
elektromagnetisehe Abschirmung des einen Raumes verantwortlieh ist,
bedeutet das, dag eehte De-Synehronisation nut bei Abwesenheit der
natiirliehen Felder mSglieh ist, unter dem EinfluB dieser Felder dagegen
hSehstens seheinbare De-Synehronisation auftreten kann.
Nach Kenntnis dieser Ergebnisse lassen sieh aueh die Versuche mit
kiinstliehem Feld auf l~'/~lle yon De-Synehronisation hin untersuchen.
Dabei zeigt sich, dag in drei der zehn Versuehe (auBerhalb der in der
Tabelle enthaltenen Versuehsabschnitte), also mit ann/~hernd gleieher
Wahrseheinliehkeit wie in den fibrigen Versuehen im abgeschirmten
g a u m , echte De-Synehronisation aufgetreten ist, dab dies aber aussehlieglieh bei ausgeschaltetem Feld der Fall gewesen ist (vgl. Abb. 1).
Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dab das kfinsthehe 10 Hz-Feld ebenso
wie die natiirliehen Felder neben der besehleunigenden Wirkung eehte
De-Synehronisation verhindert. Wegen der geringen Zahl der Feldversuehe 1/~Bt sieh diese Wirkung des kiinstliehen ]Peldes durch die
Circadiane Periodik des Menschen und elektromagnetische Felder
125
statistische Analyse nur schwaeh (nach dem erwi~hnten Fisher,Test
mit p----0,047) sichern.
5. Diskussion
Zusammenfassend haben die beschriebenen Versuche folgendes Ergebnis: Sowohl die kfinstlich erzeugten elektrischen 10 Hz-Felder als
auch - - mit dem Vorbehalt, dal3 sich die beiden Bunkerr~ume im
wesentlichen durch die Abschirmung unterscheiden - - die elektromagnetisehen Felder natfirlichen Ursprungs wirken einerseits besehleunigend
auf die circadiane Periodik, und sie verhindern andererseits echte interne
De- Synchronisation.
Die doppelte Wirkung sowohl der natfirlichen als auch der ktinstlichen Felder
wirft die Frage auf, ob diese beiden Wirkungen auf zwei verschiedene Angriffsorte
der Felder hinweisen oder ob sie sich aus nur einer prim~ren Feldwirkung ableiten
lassen und damit endogen aneinander gekoppelV sind. Theoretische Uberlegungen
sprechen eher ffir die zweite MSglichkeit: 5[aeh einer Theorie der circadianen
Periodik ~ndern sich wegen der vorhandenen Nichtlineai'it~ten s~mtliche Schwingungsparameter stets korreliert zueinander (W~vER, 1964). So ist die Frequenz
- - wenigstens im iiberwiegenden Tefi des Schwingbereiches - - positiv mit der
Schwingungsamplitude korreliert. Die Schwingungsamplitude bestimmt nun bei
zwei miteinander gekoppelten Schwingungen wesentlich den Kopplungsgrad. Wenn
man - - wofiir auch andere Grfinde sprechen (AscaoF~ u. ]~Iitarb., 1967b) - Aktivitgts- und vegetative Periodik als miteinander gekoppelte Schwingungen
ansieht, so sollte Periodenverl~ngerung fiber die Amplitudenverringerung zwangsweise mit verringerter Kopplung und damit wachsender Tendenz zur De-Synchronisation korreliert sein. Alle Mal~nahmen wie Abschirmung oder Abschalten des
kfinstlichen Feldes, die eine der beiden Wirkungen herbeiffihren, sollten daher
aus theoretischen Grfinden auch die ~ndere Wirkung hervorrufen. Wenn diese
~berlegung richtig ist, mii~te auch die J~nderung anderer Umweltfaktoren wie
z.B. der Beleuchtungsst~rke, die eine Verlangsamung der ch'cadianen Periodik
zur Folge hat, die Tendenz zur De-Synchronisation fSrdern.
Die - - wenigstens qualitative - - Ubereinstimmung der Wirkung
einer elektromagnetischen Abschirmung und des Ausschaltens eines
kiinstlichen 10 Hz-Feldes wirft die Frage auf, ob die Abschirmwirkung
auf einer Eliminierung des natfirlichen 10 Hz-Feldes beruht. Diese Frage
l ~ t sich bUS den bisher vorliegenden Ergebnissen nicht beantworten,
da einerseits die Abschirmung nicht selektiv wirkt, sondern s/~mtliche
statischen und dynamischen Felder irdischen Ursprunges eliminiert, und
da andererseits die Fe]dstgrke des bier benutzten kfinstlichen 10 HzFeldes um einige Zehnerpotenzen gr61~er als die des natfirlichen 10 HzFeldes ist. Die weitgehende Ubereinstimmung zwischen den Wirkungen
natiirlicher Felder und kfinstlicher l0 ttz-Felder legt aber die Vermutung
nahe, dal] das natfirliche 10 ttz-Feld wenigstens eine wesentliche Komponente derjenigen elektromagnetischen Umweltfaktoren ist, die einen
Einflul3 ~uf die circadiane Periodik ausfiben. Versuehe mit anderen
126
R. WEvER:
kiinstlichen Feldern, vor allem zur Untersuchung des Einflusses der
Frequenz und der Feldstiirke, sind im Gange.
Untersuchungen fiber den EinfluI~ elektromagnetischer Abschirmung sind bisher
kaum bekannt geworden. Beobachtete sch~digeade Wirkungen einer solehen Abschirmung auf M~use (HALev.~ und VA~ DYKe, 1966), die allerdings nieht die
circadiane Periodik betreffen, werden auf das Fehlen des irdisehen Magnetfeldes
zurfickgefiihrt. In diesen Untersuehungen sind die Kontrollen nicht abgeschirmt
gewesen, so dab sie - - im Gegensatz zu den abgeschirmten Versuchsobjekten - sowohl dem irdisehen Magnetfeld als auch allen anderen elektromagnetisehen
Feldern unserer Umwelt ausgesetzt gewesen sind. Die aus den ErgebrSssen gezogenen Sehliisse w~ren z.B. dann stichhaltig, wenu die Kontrollen ebenfalls
abgeschirmt, aber einem kiinstlichen Magnetfeld yon der St~rke des Erdfeldes
ausgesetzt gewesen w~ren. So is~ nicht auszusehlie~en, dai~ nicht - - wenigstens
nicht alleine - - das Fehlen des statischen Magnetfeldes, sondern das Fehlen anderer
Felder, z.B. das Fehlen des natfirlichen 10 Hz-Feldes, die beobachte~en Sch~digungen bewirkt hat.
Die Bedeutung der Versuche mit kfinstlichen Feldern liegt darin, dab
sich erstmals ein definierter physikaliseher Umweltfaktor, der nieht spezifiseh fiber bestimmte Sinnesorgane wirkt und der nieht bewu~t wahrgenommen wird, als wirksam ffir die cireadiane Periodik erwiesen hat.
Gleichzeitig ist mit diesem Ergebnis der grundsi~tzliche Nachweis daffir
erbraeht, d~l~ der menschliehe Organismus fiberhaupt auf sehwaehe
elektromagnetisehe 10 Hz-Felder reagieren kann. Die Bedeutung der
Absehirmversuche ]ieg~ in dem Nachweis, da{~ elektromagnetische Erscheinungen unserer nstfirliehen Umwelt, deren Einflu]~ bisher meist
vernaehl~ssigt worden ist, durehsus suf die circsdiane Periodik einwirken kSnnen, und zwsr such unter Lsboratoriumsbedingungen. Diese
Wirkung k s n u sich entweder - - wie in den hier beschriebenen Versuchen - - in einer sllgemeinen ErhShung yon Frequenz und Amplitude
der eircsdi~nen Sehwingung oder fiber den Tagesgang der natfirliehen
10 Hz-Strshlung (KS~m, 1959) bemerkbsr msehen: Nach den vorliegenden Versuchen ~st nicht suszusehliel~en, dsl~ die natfirliehe 10 Hz-Strahlung sls - - wenn such n u t sehr sehwacher - - 24 Std-Zeitgeber wirkt;
mSglicherweise ist damit dss Ergebnis soleher Versuche erkls
in denen
die eiresdisne Periode trotz vermeintlicher Aussehsltung aller Zeitgeber
exakt 24,0 Std bleibt. (Das Ergebnis der Versuehe mit kfinstlichem
Feldzeitgeber ]s
sich nicht direkt suf die nstfirliehen Verh~ltnisse
fibertragen, ds das kfinstliehe Feld periodiseh ausgeschsltet worden ist,
dss natiirliehe Fel4 naehts dagegen nieht vSllig fehlt, sondern nur
sehws
als tagsfiber ist; der Einflul~ der Feldsts
ist bisher nicht
bek~nnt.)
Die Beeinflui~barkeit der Spontanperiode dutch nicht wahrnehmbare Reize
kSnnte deshalb yon Interesse sein, weft die Dauer der ,,Re-Synchronisation" nach
Phasenverschiebungen des Zeitgebers, wie sie nach Fliigen l~ngs eines Breitengrades
auftreten (Asc~o~F, 1965), unter anderem yon der Dauer der Spontanperiode
abhi~ngt (W~v~R, 1966); jede ~derung der Spontanperiode beeinflui~t daher auch
Circadiane Periodik des Menschen und elektromagnetische Felder
127
die Dauer dieser Re-Synchronisation. Das Ergebnis der Abschirmversuche kSnnte
deshalb yon Interesse sein, weft die elektromagnetischen Felder irdischen Ursprunges unter dem EinfluB der Abschirmung ebenso feh]en wie im ~reien Weltraum
(Strahlungen wie die kosmische H6henstrahlung, die auch im freien Weltraum
vorhanden sind, werden durch die benutzte Abschirmung nicht wesentlich geschw~cht). Zu einer Simulierung yon Weltraumbedingungensollte daher - - wenigstens bei biologischen Versuchen - - die Abschirmung irdischer Felder gehSren
(soweit sic nicht bereits durch die Art der verwendeten Xammer gew~hrleistet ist).
Bei Versuchen unter solchen Bedingungen muB unter anderem mit einer Tendenz
zu De-Synchronisationgerechnet werden. Das verdient aus dem Grunde Beachtung,
well m6glicherweise lang andauernde De-Synehronisation die Leistnngsf/~higkeit
beeintr/~chtigt; die Ursache daffir ist die, dab einerseits w~hrend der De-Synchronisation keine konstante Phasenbeziehung zwischen Aktivit~ts- und vegetativer
Periodik herrscht (AscgoFs u. Mitarb., 19679), andererseits aber eine bestimmte
interne Phasenbeziehung (Ascgosr u, Mitarb., 1967b) die Voraussetzung fiir
optimale Leistungsf~higkeit zu sein scheint.
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Dr. R. W~vwg
Max-Planek-Institut ~fir Verhaltensphysiologie
8131 Erling-Andeehs