При возвращении космонавтов к нормальной тяжести возникает эффект расстройства вестибулярного аппарата. Научиться моделировать его — не менее важно, чем, к примеру, имитировать на тренировках невесомость. Последнее легко сделать в бассейне или самолёте, а вот воспроизвести потерю ориентации в конце полёта призван только что созданный прибор.

Стивен Мур (Steven Moore) и его коллеги из национального института космических биомедицинских исследований США (NSBRI) создали прибор для гальванической вестибулярной стимуляции (Galvanic vestibular stimulation — GVS). Он настроен так, чтобы имитировать нарушения в работе организма при переходе от невесомости к перегрузкам на спуске или нормальной тяжести на Земле.

И если затруднения в ходьбе в первые часы после посадки –неприятны, но безопасны, то ошибки вестибулярного аппарата в самом процессе приземления могут нести угрозу, к примеру, когда человек управляет космическим челноком.

Рис. 1. Полукружные каналы (отмечены стрелками) – часть внутреннего уха. Всего их шесть (по три с каждой стороны, иллюстрация с сайта wikipedia.org).

Расположены каналы во взаимно перпендикулярных плоскостях и потому воспринимают повороты, боковые наклоны и кивки, формируя сигналы, посылаемые в мозг. Именно их и сбивает с толку стимуляция слабым током.

Подготовка к такому моменту должна быть наиболее полной, и «сенсомоторный обман», возможно, облегчит новичкам приспособление к нестандартной ситуации. Именно связь между вестибулярными ошибками и способностью быстро и точно выполнять скоординированные действия интересовала авторов нынешней работы в первую очередь.

Как объясняют учёные в пресс-релизе NSBRI, устройство посылает ток до пяти миллиампер на электроды, закреплённые позади ушей. Энергия воздействует на вестибулярный нерв, который обманывает мозг, вызывая расстройства. Они идентичны тем, что испытывает человек при возвращении с орбиты. При этом технология безопасна для пользователя.

Для проверки прибора Стивен устроил испытания 12 человек на симуляторе посадки шаттла в исследовательском центре Эймса (Ames Research Center). Каждый доброволец, среди которых были командир челнока, тест-пилоты NASA и ВВС, выполнил 16 посадок, из них восемь с GVS.

Результаты учёные сравнили с данными, собранными более чем за 100 реальных приземлений челноков. Оказалось, что с прибором испытуемые начинают совершать те же характерные ошибки, что нередки у пилотов шаттлов.

Рис. 2. Даже астронавт, трижды летавший командиром шаттла, испытывает некоторые трудности в работе с симулятором посадки корабля, когда работает прибор GVS (фото Human Aerospace Laboratory).

В каждом пятом реальном приземлении корабль немного выходил за оптимальные границы по темпу снижения, посадочной скорости и так далее. В тесте Мура параметры посадки в среднем были хуже как раз с GVS. Например, без стимуляции пилоты заходили на полосу в среднем со скоростью 204 узла (378 км/ч), а «под током» – 210 узлов, что более опасно и близко к верхней допустимой границе.

С GVS подопытные чаще совершали ошибки и на финальной стадии полёта, когда нужно было переводить челнок с угла снижения в 20 градусов на 1,5 градуса. А значит, прибор и вправду приближает ощущения подопытных к тем, что испытывают возвращающиеся астронавты в реальности.

О том же отчитываются и испытуемые.

Стимуляция нервов при помощи GVS заставляет пилота в тренажёре думать, что корабль вращается вокруг. Мы счастливы, что получили такой результат", — говорит Мур.

Рис. 3. Расположение полукружных каналов в голове (передний – a, задний – p, горизонтальный – h). Виды сверху, спереди и сбоку. Колонки слева и справа – схемы отклика всей системы на стимуляцию током указанной полярности с правой и левой стороны головы. Стрелками показаны кажущиеся повороты (иллюстрация Richard C. Fitzpatrick, Brian L. Day/Journal of Applied Physiology).

Заметим, сам принцип GVS далеко не нов. Другое дело, что только в последние годы с такой стимуляцией стали проводить больше опытов и приспосабливать технологию под самые разнообразные нужды. Можно вспомнить хотя бы японские опыты по дистанционному управлению людьми.

Американцы сообщают, что в их версии GVS используются крупные электроды, которые оказались удобнее маленьких. А вот приборчик, формирующий импульсы, наоборот, удалось сделать лёгким и компактным.

Тесты на 60 других добровольцах показали, что 20-минутные сессии GVS сопровождаются ухудшением способности мозга выполнять задачи на пространственную ориентацию. Теперь Стивен как член команды сенсомоторной адаптации (Sensorimotor Adaptation Team) намерен проверить, могут ли люди приспосабливаться к действию прибора после нескольких тренировок с ним.

Если удастся добиться такого эффекта, прибор GVS окажется ценным вдвойне. Ведь он не только сможет показывать новобранцам, что их ждёт, но даст им шанс на заблаговременную тренировку организма. Также авторы прибора полагают, что он пригодится и при подготовке пилотов самолётов, да и в медицине окажется нелишним.

По материалам: