Проф. Огнян Колев: В НАСА променяме рефлекси в мозъка на астронавтите, за да могат да работят на Луната и Марс
Американската агенция ме покани още през 1990 г., но никой тук не се интересува – у нас няма спонсори и България изпада в науката, казва неврологът
Още акценти от интервюто:
- Стотна от секундата понякога е решаваща дали ще се осъществи дадена задача
- Предполага се, че това постоянно повишено вътречерепно налягане води до развитие на начална форма на деменция
- Продължителният полет в безтегловност прави костите по-податливи на чупене, защото калцият в тях намалява
- Проф. Колев, водещ автор сте в мащабно изследване на учени от НАСА, което беше публикувано в престижното издание Journal of Vestibular Research. Публикацията е плод на дългогодишен съвместен труд с Американската космическа агенция. Разкажете за изследването.
- То е свързано с пространствената ориентация и координацията на движенията. Астронавтът първо трябва да може да се ориентира добре в пространството, в което при липса на гравитация не може да се определи кое е горе и кое долу. И след това да координира движенията си по време на полета. Това е особено важно при самото влизане в космическото пространство - от земна гравитация преминава в свръхгравитация и след това в безтегловност. Оттам нататък има няколко пика и спада в промените в ориентацията, съответно и в координацията на движенията по време на престоя. В началото се променят с часове, а след това в хода на полета по време на различните дни от престоя.
Едно от нещата, които изследваме, е латентността - времето от началото на командата за дадено действие до изпълнението му. От изключителна важност са волевите характеристики. Стотна от секундата понякога е решаваща дали ще се осъществи навреме дадена задача или важна маневра по време на полета. Изследваме съотношението на участващите в процеса на волево координирано действие компоненти - очи, глава и ръка, защото има риск например от погрешно докосване на сензор или неправилна фина нагласа (завъртане) на копче.
При завъртането на главата, която е с по-голяма маса, се удължава времето за достигане на целта. Ако целта е в обсега на зрителното поле, може първо очите да се насочат и след това да се завърти главата. Когато целта е над 20 ъглови градуса, тогава се включва и главата. И когато тя се завърти към целта, очите се движат в обратната посока в орбитите си. От една страна, има движение на окото в орбитата на черепа към целта и след това, когато се включи главата, компенсаторно окото се връща, за да е в центъра в орбитата.
Астронавтите избягват движението на главата, защото то предизвиква световъртеж от конфликт на вестибуларните рецептори, фиксирани в нея, и свързаното със световъртежа гадене - развива се болестта на движението, към която се числи и космическата болест. Морската болест също e към тази група. А гаденето е свързано и с други промени в организма, следствие на безтегловността. Тогава човек става неразположен, напрегнат.
Гаденето, прерастващо в повръщане, е много тревожно, защото ако астронавт повърне в скафандъра, това означава сигурна смърт - вдиша ли се това, отива в белия дроб и стомашният сок го разяжда.
- Как вашето изследване помага на астронавтите?
- Нашето изследване установява как се променят движенията в хода на времето. Съобразно това се правят тренировки преди полет на симулатор, за да се създадат условия, при които тези промени се компенсират с нови рефлекси. Променят се рефлексите в мозъка.
Също така насочваме вниманието да се преодолеят илюзиите на движение. Когато човек знае, че това може да се случи, той променя своята концепция на поведение. Знае, че това е в резултат на илюзия. Познаването повлиява поведенческата реакция по време на полет.
Астронавтът знае, че се получава така, и го преодолява с познавателна функция.
Невинаги обаче това се случва, когато става дума за силна илюзия. Когато сте спрели колата, а до вас в двете ленти колите се движат, натискате инстинктивно педала на спирачката, защото се създава впечатлението, че и вие се движите, но назад. Това се нарича оптикинетична стимулация - движението, което е в периферията на зрителното поле създава илюзията за собствено движение.
Тези илюзии понякога са много силни. Има много инциденти в американската военна авиация, когато пилотът прави грешки, защото центробежните сили са големи и той не може да установи гравитацията в дадения момент и кое е долу и кое е горе. Когато е в безтегловност, горе и долу го няма. Интересен факт е, че там, в космичния полет, често се губят предмети.
Една от другите илюзии в Космоса, при работа извън кораба, е височинната болест - когато човек има чувството, че ще падне, въпреки че това е невъзможно. Този модел на възприятие на околната среда, който съществува в мозъка, предизвиква илюзорно усещане.
- До какво може да доведе това?
- Най-малкото до паническа атака. Заради безпокойство астронавтът не може да си концентрира вниманието. Едни от първите симптоми на болестта на движението са главоболие, безпокойство, дезориентация, намалена концентрация. При космически полет има и т.нар. спейс фог. Мозъкът е като в мъгла - затруднява се мисловната дейност. Проявява се с безразличие. Това е много опасно, защото в такива моменти човек трябва да е много фиксиран и мотивиран в това, което върши - точно и навреме. Изкривява се и пространственото възприятие. Има изкривяване дори за възприятие за собственото тяло. Още Нийл Армстронг е имал този проблем и е направил грешка при прилуняването. Лунната гравитация е много различна от земната. При примарсяването на Марс ще има сходен проблем. Там гравитацията е 0,38 от земната. Тренирането за координация на движенията е важно. Почти всички астронавти са падали на Луната. Гравитацията ѝ е 0,16, няма изграден поведенчески рефлекс. Различно е поведението, сравнено със състоянието при липсата на гравитация. Междинните стъпала на гравитация променят специфично рефлекса.
- Какви са рисковете при пътуване до Марс?
- Извън моята сфера това е радиацията, която е над 1000 пъти повече от земната. Другото е свързано с изолацията, самотността, които водят до депресии.
Фините ни движения, особено на пръстите, също са свързани с гравитацията. Когато на Марс ще трябва да се изгради станция, трябва да се координира добре движението. Когато рефлексът не е адекватен, работата се затруднява.
По-малката гравитация променя и координацията на стойката и запазването на равновесие. На Марс, където има 1/3 от земната гравитация, има този риск от падане. Такова падане пък създава опасност от счупване. Полетът до Марс е много продължителен. Продължителният полет в безтегловност прави костите по-податливи на чупене, защото калцият в тях намалява. Затова се правят тренажори, защото, от една страна, трябва да се тренира мускулатурата, а от друга, се подобрява състоянието на костната система.
Прилича на състоянието на възрастните. Караме ги да вървят по 5 км на ден, за да не развият остеопороза. При астронавтите също се развива остеопороза. А ако си счупи крайник, е много опасно - астронавтът става неработоспособен за дълго време. Комуникацията със Земята се забавя между 8 и 22 минути, което затруднява получаване на навременен съвет от земния пулт. Освен това няма как пострадалият да се върне бързо до Земята. Обсъжда се като решение на проблема с дългия престой в безтегловност създаването на изкуствена гравитация в кораба с центрофуга, която обаче има и слаби страни.
Анализираме грешките, преценяваме рисковете и изграждаме модели за тренировка, за да се изградят рефлекси, които да компенсират проблемите по време на полет и по време на престоите на Луната и на Марс.
- Елиминиране на илюзиите в мозъка ни при екстремни ситуации или на “мъглата” при силен стрес са нужни не само на астронавтите - имат ли приложение вашите модели и в реалния живот на Земята?
- Да, имат, особено в авиацията, главно военната. Например в редица случаи пилотите са в състояние за илюзия кое е горе и кое долу, вместо нагоре насочват самолета към земята с огромна скорост. Именно в такива ситуации изградените и изтренирани поведенчески модели спасяват от катастрофа.
- Как НАСА се свърза с вас?
- Представих на конгрес мои изследвания, свързани с болестта на движението и промените в организма. Става въпрос за механизма за повръщане, предизвиквайки гадене и повръщане с вестибуларна раздраза и регистрирайки промените в електричната активност в стомаха и червата, с електроди, вкарани през устата и хранопровода. Анализирал съм промените по време на дразнене на вестибуларния апарат и акта на повръщане.
Вестибуларната система е основната причина за болестта на движението. Създава се сензорен конфликт. Друга причина за космичната болест е преместване на телесната течност. Гравитацията тегли течността надолу. Когато я няма, към главата отива повече телесна течност. Главата и мозъкът се преизпълват с нея. Така се увеличава налягането в черепа и съответно в мозъка, който е в ограничено пространство, мозъкът малко се измества нагоре в черепа. Предполага се, че това постоянно повишено вътречерепно налягане води до развитие на начална форма на деменция, което е много рисково в условия на продължителен космически полет.
Другият риск в условие на липсваща гравитация е, че се увеличава количеството на въглеродния двуокис във вдишания от астронавта въздух, съответно и в кръвта, особено когато астронавтът е в неподвижно състояние. На Земята съществува естествена циркулация, докато в безтегловност се създава така нареченият джоб около главата на астронавта с повишена концентрация на въглеродния двуокис, което затруднява въздушната вентилация, особено по време на сън. Това също е един от механизмите, който затруднява правилната функция на мозъка.
Липсата на гравитация и преместването на телесната течност води и до едем (набъбване) в очите, а също затруднява венозния отток от мозъка. Имало е случаи на тромбози при полет. При болестта на движение медикаменти има. Те обаче се избягват, защото потискат концентрацията на вниманието, причиняват сънливост и така затрудняват изпълнението на задачата. А целта на космическите полети е да се изпълнят всички експерименти.
Освен прояви от стомашно-чревния тракт при космическата болест се явяват и проблеми със сърдечносъдовата дейност. При някои се вдига кръвното налягане, при други пада. Подобно варира и пулсът. При някои лицето се зачервява, при други пребледнява. Студената пот е характерна. Организмът започва да реагира неадекватно. Следствие от комплексните промени в него намалява и мотивацията в действията на астронавта.
Докладвах на конгрес тези мои изследвания на болестта на движение и от НАСА проявиха интерес да ги представя на организиран специално за моите проучвания семинар в космическия център в Хюстън.
А по време на работата ми в Тексаския университет извършвах експерименти върху т.нар. оптокинетичен рефлекс, свързан с движението и възприятието на движение. Тогава за пръв път ме поканиха в НАСА да ги споделя и сравня с техните. Случи се през 1990 г. Работил съм и по един костюм, който подобрява възприятието в пространството чрез миниатюрни вибратори в него, които се задействат по специфичен модел съобразно заобикалящата среда.
- Къде е България в научния свят?
- Като конеца и иглата - когато конецът е вдянат, иглата постепенно пада надолу. Няма добри условия. Никой не се е поинтересувал например какво съм правил аз. Едно е да подпишеш документ, друго е да реализираш нещата. Като в социализма, когато задачите се рапортуваха, че са изпълнени 100%, а на практика не е така.
Това, което правя, е доста престижно, но почти нямам спонсориране. Правя го на добра воля. И в НАСА имаше орязване на бюджета по времето на Буш, но нищо не може да се сравнява с България.