Kai išnyksta traukos jėga, su smegenimis nutinka keistų dalykų. Kaip galėtume apsaugoti astronautus nuo galvos praradimo, aiškinasi Anilas Ananthaswamy'is.

1997 metų birželis. Apie 350 kilometrų aukštyje virš Žemės, Rusijos siunčiamas atsargų tiekimo erdvėlaivis „Progres“ pradeda artintis prie Mir kosmoso stoties. Bet Mir radaras sugenda. Ginkluoti vien vidine kamera, rankiniais atstumo matuokliais ir savo akimis, Mir’o kosmonautai stengiasi išvysti artėjantį erdvėlaivį.

Norėdami geresnės apžvalgos, jie juda tarp stoties modulių. Tačiau pradeda jausti dezorientaciją. Kai kosmonautai pagaliau pastebi „Progresą“, jis jau per arti ir juda per greitai. Tiekimo erdvėlaivis įsirėžia į Mir, perplėšia saulės elementų skydą, pramuša skylę viename modulyje ir išhermetina visą stotį.

Kas nutiko? Pasak Charles’o Oman’o iš MIT Žmonių judėjimo priemonių laboratorijos, tai galėjo būti klasikinis sumišimo, sukelto kosminės kelionės, atvejis. Jo simptomai pasireiškia proto neryškumu, keistomis regėjimo iliuzijomis, erdvine dezorientacija ir netgi kūno ir smegenų savęs pajautimo disociacija.

Laimei, per Mir avariją niekas nežuvo, bet tokios problemos gali tapti tik pavojingesnės, ruošiantis vis ilgesniems skrydžiams. „Tai buvo rimtas incidentas,“ sako Omanas. „Jis sukėlė grėsmę įgulos narių gyvybėms ir kosmoso stoties vientisumui.“

Pranešimai apie „kosmoso kvailumą“ ar „kosmoso rūką“, kaip kartais vadinamas sumišimo jausmas, žinomi jau mažiausiai du dešimtmečius. „Tai yra gerai ištreniruoti, labai motyvuoti profesionalai, tad jeigu jie teigia, kad jų suvokime vyksta pokyčiai, tai reikia priimti rimtai,“ pastebi Davidas Dingesas, studijuojantis nulinės gravitacijos poveikį nervų sistemai Pensilvanijos universitete Filadelfijoje.

Žemėje vykdomos skrydžių simuliacijos, pavyzdžiui, Mars 500 projektas, vykdytas Maskvoje, gali ištirti ilgos izoliacijos kosminės kelionės metu sukeltus psichologinius poveikius, bet jie menkai nagrinėja kitus protą trikdančius kosminių kelionių efektus. Todėl daugelis tyrėjų kyla aukštyn, naudoja specialiai sukurtus lėktuvus nesvarumui sukelti ir tyrinėja gravitacijos nebuvimo poveikį smegenims. Kartu su tikrų kosminių skrydžių stebėjimų duomenimis, stengiamasi palengvinti kosmoso rūko simptomus ir galbūt išvengti katastrofos.

Žinoma, dalis sumišimo kyla dėl kosminių kelionių psichinio ir fizinio streso. Nuo pat atsiplėšimo momento astronautų kūnus užplūsta įvairūs nemalonūs pojūčiai – nuo raketos variklių riaumojimo iki sinusų užsikimšimo ir žybsnių akyse, kai kosminiai spinduliai patenka į tinklainę. Dar reikia susidoroti su funkcionavimo visu efektyvumu iššūkiu svetimoje aplinkoje, kai sutrikdomas miego ritmas ir ore daug angliarūgštės.

Nors neabejojama, kad visi šie faktoriai gali sujaukti astronautų protus, ar pats gravitacijos nebuvimas gali slypėti už kai kurių proto sutrikimų aspektų? Žemėje pusiausvyrą padeda palaikyti vestibiuliarinis aparatas – jutiklinių struktūrų rinkinys vidinėje ausyje, labai jautrus gravitacijos pokyčiams. Jo nervai siunčia signalus akims ir raumenims, tačiau jis yra sujungtas ir stulbinančiu skaičiumi smegenų sričių, tarp jų ir su sritimis, esminėmis žmogaus suvokimui. „Kam [vestibiuliariniams nervų lankams] būti smegenų žievėje, jeigu jie neatlieka jokios funkcijos?“, – klausia Fredas Mastas iš Berno universiteto Šveicarijoje.

Vestibiuliarinės sistemos trikdymas, regis, tikrai keičia žemiečių mąstymą. Pavyzdžiui, Mastas su kolegomis atrado, kad pakreipus žmones 135 laipsnių kampu, jų gebėjimas atpažinti veidus sutrinka taip, kad jie nebesugeba aptikti keistų iškraipymų atvaizduose (Perception, vol 36, p 537). Kiti eksperimentai parodė, kad žmonių pusiausvyros sutrikdymas vidinės ausies nervų stimuliavimu, gali iškrėsti pokštus su jų atmintimi ir gebėjimu įsivaizduoti vaizdą kitu rakursu (ExperimentalBrain Research, DOI: 10.1007/S00221-011-2929-Z).

Jei sutrikdytas pusiausvyros jausmas turi tokį poveikį ant žemės, tai kas gali nutikti kosmose? Prieš du dešimtmečius, Gillesas Clementas su kolegomis iš Nacionalinio mokslinių tyrimų centro (National Centre for Scientific Research – CNRS) Tulūzoje, Prancūzijoje, paprašė astronautų užmerktomis akimis užrašyti savo vardus horizontaliai ir vertikaliai prieš kosminę kelionę ir būnant nesvarume. Paaiškėjo, kad raidės, parašytos kosmose yra mažesnės, ypač vertikalia kryptimi, o didžiausias pokytis buvo pirmas tris misijos dienas. Vėliau, dešimto dešimtmečio pabaigoje, tyrėjai paprašė dviejų astronautų, skriejančių erdvėlaiviu Discovery užrištomis akimis nupiešti kubus. Horizontalios linijos buvo ilgesnės, nei vertikalios, kai astronautai buvo kosmose. Komanda padarė išvadą, kad gravitacijos nebuvimas veikia smegenų supratimą apie vertikalų matmenį (Neuroscience Letters, vol 295, p 37).

Nėra viršaus ar apačios

Suvokimas, kas pavaizduota, priklauso nuo požiūrio taško

Neseniai Clement’o komanda tyrė Macho kvadrato-deimanto vaizdo iliuziją, kurioje linijos atrodo deimanto formos, stovint tiesiai ir kaip kvadratas, jei galva pakreipiama. Tai rodo, kad mūsų vizualinė sistema nustato objekto formą remdamasi gravitacijos kryptimi. Bet jeigu viršaus ar apačios nėra?

Siekdami sukurti nesvarumą pigiau, nei kainuoja kosminė kelionė, tyrėjai pasinaudojo paraboliniu skrydžiu, kai lėktuvas pirmiausia kyla viršun – sukurdamas maždaug 1,8 g jėgą – ir tada maždaug 20 sekundžių būna laisvojo kritimo būsenoje, kai keleiviai patiria beveik visišką nesvarumą. Tokiomis sąlygomis žmonės daug dažniau kvadrato formą laikė vaizduojančia deimantą, taip patvirtindami išvadą, kad gravitacija – ar tiksliau, jos nebuvimas – gali keisti būdą, kuriuo smegenys interpretuoja akių gaunamus vaizdus (Neuroscience Letters, vol 447, p 179).

Silpna gravitacija netgi gali pakeisti astronautų sugebėjimą kurti vaizdus mintyse. Per parabolinius skrydžius Mastas ir Luzia Grabherr, irgi iš Berno universiteto, rodė tiriamiesiems subjektams įvairius piešinius, vaizduojančius kūnus su ištiesta ranka, arba plaštaką su išskėstais pirštais. Jų buvo prašoma nuspręsti, kurios pusės tai ranka ar plaštaka – kairės ar dešinės, o tam reikia mintyse pasukti vaizdą. Ant žemės tai atlikti lengva, tačiau esant mikrogravitacijai, tai užtruko daug ilgiau (Journal of Vestibular Research, vol 17, p 279).

Svarbiausia, savanoriams nekilo sunkumų mintyse pasukant abstrakčius objektus, ne kūno dalis. „Tai duoda užuominą, kad [nesvarumas] veikia kai kurias suvokimo funkcijas ir ne kitas“, – pažymi Mast.

Nesunku įsivaizduoti, kaip toks poveikis gali pasiimti savo duoklę kosminės misijos metu, kai pilotuojant kosminį laivą ar vairuojant planeteigius, astronautams reikia aukščiausio lygio vizualinio ir erdvinio suvokimo. Pavyzdžiui, Apollo misijų įgulos pranešė, kad vairuojant mėnuleigius, jie dažnai neteisingai įvertindavo įkalnių statumą ir kartais atrodydavo, kad mėnuleigiai apsiverčia, dėl to reikėdavo judėti lėčiau (Journal of Gravitational Physiology, vol 15, p 7).

Dar blogiau, mikrogravitacija gali sukeli dezorientuojančias iliuzijas, galinčias visiškai iškreipti astronautų aplinkos supratimą. Vienas šatlo pilotas pranešė, kad vos pabudęs ir atitraukęs nuo iliuminatoriaus užuolaidas, jis pamatė, kad Žemės nebebuvo ten, kur buvo, jam einant miegoti. Tai sukėlė vadinamąją vizualinės reorientacijos iliuziją (visual reorientation illusion – VRI), kai astronautui atrodo, kad aplinkiniai paviršiai apsivertė – lubos tampa grindimis, kairė pusė – dešine. „Jautiesi truputėlį panašiai, kaip Alisa, atsidūrusi kitoje veidrodžio pusėje“, – sako Omanas. Visiškai dezorientuotą pilotą supykino. Be fizinio diskomforto, šis jausmas gali sukelti rimtas klaidas, priduria Omanas. „Labiau tikėtina, kad pasuksite rankenėlę ne į tą pusę, ar daiktų sieksite ne ten, kur prisimenate juos esant.“

Kiti astronautai pranešė apie susijusius reiškinius, vadinamąją inversijos iliuziją, kai jie jaučiasi esą aukštyn kojomis. Tai truputį skiriasi nuo VRI – tada astronautams atrodo, kad pasikeitė aplinka, nors jų pačių kūnas išliko žemyn kojomis.

Kas gali sukelti tokius keistus reiškinius? Negaunant signalų iš vestibiuliarinės sistemos, smegenims tenka pasikliauti aplinkos vaizdais, kad galėtų nustatyti, kur yra viršus ir kur – apačia. Kai tokios užuominos būna nevienareikšmės, ar atrodo netikėtai kintančios, smegenys iš naujo nusprendžia savo santykinę poziciją aplinkos atžvilgiu – ir astronautą ištinka vizualinės reorientacijos iliuzija.

Inversijos iliuzija yra rimtesnė, nes buvimo aukštyn kojomis jausmas išlieka netgi užsimerkus. Omanas mano, kad tai gali būti nulinės gravitacijos sukeliamų fiziologinių pokyčių šalutinis poveikis. Kai trauka neveikia kūno skysčių, jie susikaupia liemenyje ir galvoje. Todėl astronautų veidai patinsta, o kojose kraujo pritrūksta – tokius pokyčius smegenys gali susieti su buvimu aukštyn kojomis.

Gali būti ir egzotiškesnis paaiškinimas, sako Isabelle Viaud-Delmon iš Nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS), Paryžiuje, Prancūzijoje. Ji mano, kad inversijos iliuzijos susijusios su buvimo už kūno ribų pojūčius (out-of-body experiences – OBE) kambario pokrypio iliuzija, kai žmonės Žemėje staiga pajunta, kad jų regos laukas pasisuko 90° ar visai aukštyn kojomis. Nustatyta, kad šiuos reiškinius sukelia klaidos smegenų temporoparietalinėje jungtyje (TPJ), siejančioje vestibiuliarinio aparato signalus su vizualine informacija ir signalais iš sąnarių, sausgyslių ir raumenų.

Viaud-Delmon įtaria, kad nulinė gravitacija gali sukelti panašų TPJ veiklos sutrikdymą – todėl lengviau pajusti OBE ir susijusius reiškinius, sako ji. Norėdama patikrinti savo hipotezę, ji atlieka gerai žinomų kūno iliuzijų tyrimus skrydžio sąlygomis, kai tyrėjai apgaudinėja smegenų jutiminius lankus, siekdami įtikinti subjektą kad jie įsikūniję į guminę lėlę ar virtualų kūną už kelių metrų nuo asmens tikrosios buvimo vietos. Eksperimentas dar vyksta, bet ji mano, kad gali nuspėti jo baigtį. „Išbandžiau tai parabolinime skrydyje, ir tai gana stipru“, – sako ji apie pačios skrydžio OBE.

Nors šių keistų iliuzijų šaltinio išsiaiškinimas patenkins mokslinį smalsumą, astronautams svarbu sumažinti „kosminio apsiblausimo“ keliamą riziką. Yra keletas galimų sprendimų. Pavyzdžiui, paprasta gelbėjimo liemenė su pritaisytu oro maišu galėtų padėti jiems neprarasti orientacijos. Pasak Clémento komandos, pripūstas oro maišas mechaniškai spaudžiantis krūtinę, padėdavo savanoriams parabolinio skrydžio metu efektyviau vertinti savo erdvinę orientaciją (Neuroscience Letters, vol 413, p 150).

Dinges sukūrė ankstyvojo įspėjimo sistemą, nustatančią ar astronautų suvokimas nėra sutrikęs. Jo psichomotorinio budrumo testas stebi reakcijos laiko pokyčius, nes tai parodo proto sumišimą, siejamą su kosminiu rūku. Sistema yra įdiegta visuose TKS kompiuteriuose ir Dinges renka duomenis iš TKS dirbančių astronautų.

Tyrimai turėtų parodyti ar astronautų suvokimo gebėjimai menksta dėl ilgo buvimo kosmose ar jie galiausiai prisitaiko prie nulinės gravitacijos ir juos atgauna. Nors pastarasis variantas atrodo lyg gera naujiena, tai nebūtinai tinka misijai į Marsą. Jei astronautas prisitaiko prie nulinės gravitacijos skrisdamas, jo laukia staigus iššūkis atvykus į Raudonąją planetą, kurios trauka yra ⅜ Žemės traukos. Niekas nežino, kaip toks staigus pasikeitimas paveiks astronautų gebėjimą pilotuoti ir nutupdyti aparatą.

Yra požymių, kad tai nebus lengva. Kūnų kosmoso aplinkoje (Bodies in Space Environment – BISE) projektas, vykdomas, bendradarbiaujant NASA astronautams Tarptautinėje kosmoso stotyje ir tyrėjams iš Jorko universiteto Toronte, Kanadoje, parodė, kad astronautų gebėjimas atskirti viršų nuo apačios ilgas nesvarumas pažeidžia ir šie efektai pasireiškia negi po pusės metų nuo grįžimo į Žemę. Iš rezultatų, pateiktų aštuntajame Vestibiuliarinių tyrimų simpoziume 2011 metų balandį Hiustone, Teksase, atrodo, kad astronautai, nusileidę Marse, gali patirti panašius sunkumus.

Vienas iš galimų sprendimų Marso misijoms būtų kelionės metu sukti astronautus centrifugose. Taip būtų sukuriama dirbtinė gravitacija, padedanti prisitaikyti prie sąlygų nusileidus. Galėtų suktis netgi visas erdvėlaivis, kaip filme 2001: A Space Odyssey, tačiau tokia technologija dar gana tolima nuo įgyvendinimo.

Gal tai būtų ir labiau fantastinis sprendimas, bet laikui bėgant ir sužinant vis daugiau ir daugiau apie protą drumsčiančius nesvarumo poveikius, jis gali tapti vis labiau tikėtinas. Kaip žino Mir kosmonautai, kosminis apsiblausimas gali smogti pačiu svarbiausiu momentu. Sėkmė atidėjo katastrofą – bet būtų kvaila pasikliauti ja ir antrą kartą.

Anil Ananthaswamy, New Scientist 2012-01-28

Komentarai (11)