Αυτός είναι ο εγκέφαλός σας στο διάστημα:πώς η βαρύτητα επηρεάζει τις νοητικές σας ικανότητες

Με τις εμπορικές διαστημικές πτήσεις στον ορίζοντα, οι επιστήμονες αγωνίζονται να καταλάβουν τι θα σημαίνει το να είσαι εκτός Γης για το ανθρώπινο σώμα. Η ψυχολόγος Dr Elisa Raffaella Ferrè θέλει να μάθει πώς η βαρύτητα, ή η έλλειψή της, θα αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε.

Η Elisa είναι ανώτερη καθηγήτρια ψυχολογίας και διευθύντρια του εργαστηρίου Vestibular Multisensory Embodiment (VeME) στο Royal Holloway του Πανεπιστημίου του Λονδίνου. Η δουλειά της την έχει οδηγήσει από το εργαστήριο στους ουρανούς με παραβολικές πτήσεις και σε πιο ασυνήθιστες κατευθύνσεις μέσω συνεργασιών με καλλιτέχνες, μουσικούς και τη Space Yoga του καναλιού Guerilla Science στο YouTube σειρά.

Η εργασία σας εξετάζει την επίδραση της βαρύτητας στον εγκέφαλο. Γιατί πρέπει να το μελετήσουμε αυτό;

Αυτή είναι μια πολύ καλή και επίκαιρη ερώτηση. Πέρυσι ήταν η 50ή επέτειος από την προσγείωση του Απόλλωνα στο φεγγάρι. Πριν από πενήντα χρόνια είχαμε γενναίους ανθρώπους που πήγαιναν στο διάστημα χωρίς καν να ξέρουν τι έκαναν, και το αντιμετώπισαν. Έκαναν καταπληκτική δουλειά. Είμαστε όμως στην αρχή μιας νέας διαστημικής εποχής.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την επίδραση του χώρου στο σώμα:

• Το ταξίδι στο διάστημα επηρεάζει τα καρδιακά κύτταρα, αλλά μόνο προσωρινά
• Επηρεάζει η μικροβαρύτητα την έμμηνο ρύση;

Η NASA θα στείλει αστροναύτες στον Άρη σε 20 χρόνια και η εμπορική διαστημική πτήση θα γίνει πραγματικότητα. Σύντομα, θα μπορείτε να αγοράσετε ένα εισιτήριο για να πάτε στο διάστημα, να απολαύσετε το ταξίδι σας και να επιστρέψετε. Η εμπειρία της ύπαρξης στο διάστημα είναι συναρπαστική, αλλά δεν είναι εύκολο για το σώμα και τον εγκέφαλό μας να αντιμετωπίσουν τη μη γήινη βαρύτητα. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η βαρύτητα μπορεί να επηρεάσει τον εγκέφαλό μας είναι απαραίτητη πριν πάμε προς αυτή την κατεύθυνση.

Όταν βρισκόμαστε στη Γη, η βαρύτητα έχει αντίκτυπο στον εγκέφαλό μας με τρόπους που δεν συνειδητοποιούμε;

Ναι. Η επίδραση της βαρύτητας στην ανθρώπινη γνώση εξακολουθεί να παραμελείται στην ψυχολογία και τη νευροεπιστήμη. Έχουμε επικεντρωθεί σε πολλές άλλες πτυχές της γνωστικότητάς μας, όπως το πώς αναγνωρίζουμε το χρώμα και το πόσο καλοί είμαστε στην αντίληψη των ήχων.

Η βαρύτητα είναι ένα αισθητήριο σήμα. Η βαρύτητα της Γης είναι μια σταθερή επιτάχυνση 9,807 m/s², δηλαδή 1 g. Αλλά δεν μπορούμε να το «αισθανθούμε». Μπορείτε να δείτε ένα χρώμα, μπορείτε να ακούσετε ένα τραγούδι, μπορείτε να εντοπίσετε ένα κουνούπι στο δέρμα σας, αλλά δεν αντιλαμβάνεστε τη βαρύτητα. Ωστόσο, η βαρύτητα είναι το πιο επίμονο αισθητήριο σήμα στον εγκέφαλο και συμβάλλει σιωπηλά σε πολλά διαφορετικά πράγματα στην καθημερινή μας ζωή, όπως το περπάτημα, το άλμα, το σήκωμα αντικειμένων, οτιδήποτε άλλο.

Έχουμε εξελιχθεί σε ένα επίγειο περιβάλλον με σταθερή επιτάχυνση 1g. Οι αιθουσαίοι ωτόλιθοι, οι οποίοι είναι μικροσκοπικοί, περίπλοκοι υποδοχείς στο εσωτερικό του έσω αυτιού, παρακολουθούν συνεχώς το μέγεθος και την κατεύθυνση της επιτάχυνσης της βαρύτητας.

Η σημασία της βαρύτητας για τη συμπεριφορά είναι εμφανής όταν βρισκόμαστε σε ένα μέρος όπου δεν υπάρχει η συνηθισμένη βαρυτική επιτάχυνση, όπως το διάστημα. Στην έλλειψη βαρύτητας, ο ανθρώπινος εγκέφαλος πρέπει να προσαρμοστεί και να αντιμετωπίσει το γεγονός ότι το γνώριμο 1g δεν υπάρχει πλέον. Γι' αυτό δεν είναι τόσο εύκολο να βρίσκεσαι στο διάστημα.

Οι αστροναύτες αναφέρουν συχνά τη λεγόμενη «ασθένεια της διαστημικής κίνησης». Φανταστείτε τη χειρότερη ασθένεια αυτοκινήτου που είχατε και τώρα πολλαπλασιάστε την επί 10 ή και περισσότερο. Εδώ είμαστε! Αυτό προκαλείται από την απουσία βαρύτητας:ο εγκέφαλος χρειάζεται χρόνο για να προσαρμοστεί σε ένα νέο βαρυτικό περιβάλλον.

Αυτό είναι ένα νέο πεδίο σπουδών, έτσι δεν είναι;

Είναι, και είναι ένα πολύ ασυνήθιστο πεδίο έρευνας. Σε σύγκριση με άλλες αισθητηριακές μεθόδους, η γνώση μας για τη βαρύτητα ως αντιληπτικό σήμα δεν έχει προχωρήσει τόσο πολύ. Ο λόγος είναι πολύ απλός. Δεν είναι εύκολο να μελετήσει κανείς τη συμβολή της βαρύτητας στη Γη, όπου η βαρύτητα είναι πάντα εκεί.

Ακριβώς. Πώς το κάνετε;

Πρέπει να είμαστε δημιουργικοί στην εύρεση τρόπων μελέτης της βαρύτητας στη Γη, και πιθανώς έξω από αυτήν. Φανταστική ιατρική έρευνα γίνεται συνεχώς στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό [ISS]. Οι αστροναύτες συμμετέχουν σε πολλά πειράματα - θυμάστε πόσο απασχολημένος ήταν ο Tim Peake; – παροχή άμεσων δεδομένων σχετικά με τις επιπτώσεις της βαρύτητας στη σωματική φυσιολογία.

Ωστόσο, μιλάμε για λίγους ανθρώπους που είναι εξαιρετικά εκπαιδευμένοι να βρίσκονται στο διάστημα. Αυτό που με ενδιαφέρει περισσότερο είναι τι συμβαίνει σε μη αστροναύτες όταν εκτίθενται σε μη επίγεια βαρύτητα.

Η έρευνά μου συνδυάζει τεχνικές από τη γνωστική νευροεπιστήμη και την πειραματική ψυχολογία με μεθόδους διαστημικής έρευνας. Διεξάγουμε πειράματα με την υποστήριξη του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος [ESA] σε παραβολικές πτήσεις – τον ​​περίφημο «Comet Vomit» – και ανθρώπινες φυγόκεντρες.

Επίσης, αναπτύσσουμε τεχνικές για να αλλάξουμε τη βαρύτητα στο εργαστήριό μας, επιτρέποντάς μας να κατανοήσουμε πώς η βαρύτητα επηρεάζει τη συμπεριφορά σε μεγάλες ομάδες ανθρώπων εδώ στη Γη.

Χρησιμοποιούμε πίνακες αντιστροφής, οι οποίοι μπορούν παθητικά να ανατρέψουν τους ανθρώπους. Επίσης πρόσφατα αποδείξαμε ότι η εικονική πραγματικότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί αξιόπιστα για να ξεγελάσει τον εγκέφαλο και να κάνει τους ανθρώπους να πιστεύουν ότι βρίσκονται σε πλανήτη με διαφορετική βαρύτητα, για παράδειγμα στον Άρη.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την προετοιμασία για διαστημικά ταξίδια:

• Μικρά βήματα:Πώς προετοιμάστηκε η NASA για τον πρώτο περίπατο στο φεγγάρι
• Πώς να καλλιεργήσετε τρόφιμα στο διάστημα:η βάση της Ανταρκτικής προετοιμάζεται για ανθρώπινες διαστημικές αποικίες

Και τέλος, εφαρμόζουμε τεχνητή αιθουσαία προσομοίωση, στην οποία ορισμένα ηλεκτρόδια που τοποθετούνται πίσω από το αυτί διεγείρουν ηλεκτρικά το αιθουσαίο νεύρο [το οποίο είναι υπεύθυνο για την ακοή και την ισορροπία]. Φαίνεται λίγο Frankenstein, αλλά είναι απολύτως ασφαλές, μην ανησυχείτε. Χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους, μπορούμε να μελετήσουμε πώς η αντίληψη και η γνώση αλλάζουν όταν αλλάζουν οι βαρυτικές πληροφορίες.

Αναφέρατε την παραβολική πτήση – μπορείτε να εξηγήσετε εν συντομία τι είναι αυτό;

Αυτό είναι το πραγματικά διασκεδαστικό μέρος της έρευνάς μου! Οι παραβολικές πτήσεις πραγματοποιούνται με ένα ανακαινισμένο αεροπλάνο A310 Airbus. Δεν υπάρχουν τα συνηθισμένα καθίσματα, αλλά υπάρχει πειραματικός εξοπλισμός. Πολλαπλές ομάδες βρίσκονται στο αεροπλάνο ταυτόχρονα και τα πειράματα μπορεί να διαφέρουν από τις βιολογικές επιστήμες έως τη φυσική.

Κατά τη διάρκεια αυτών των πτήσεων, το αεροπλάνο ακολουθεί την τροχιά μιας παραβολής. Εναλλάσσεται ανάμεσα σε ανόδους και κατηφόρες, σε γωνία κλίσης 45°. Κάθε παραβολή ξεκινά με μια φάση επιτάχυνσης «έλξης» στην οποία το βαρυτικό φορτίο είναι διπλάσιο από τη βαρύτητα της Γης, αυτό που ονομάζουμε υπερβαρύτητα ή 2g.

Στη συνέχεια, οι πιλότοι άφησαν το αεροσκάφος να πέσει σε «ελεύθερη πτώση». Αυτή η φάση δημιουργεί έλλειψη βαρύτητας (0 g). Στη συνέχεια, οι πιλότοι εκτελούν μια επιτάχυνση «pull-out», στην οποία η βαρύτητα είναι και πάλι διπλή. Κάθε φάση διαρκεί περίπου 20 δευτερόλεπτα.

Κατά τη διάρκεια της πτήσης θα έχουμε πολλές παραβολές, γύρω στις 15 ή 16, οπότε η ίδια η πτήση διαρκεί δύο ή τρεις ώρες. Είναι μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά το πείραμα μπορεί να διαρκέσει μόνο 20 δευτερόλεπτα λόγω της σύντομης έκθεσης στη μικροβαρύτητα.

Μπορείς να πετύχεις κάτι σε μόλις 20 δευτερόλεπτα;

Είναι περίπλοκο, αλλά είναι εφικτό. Το πείραμα πρέπει να είναι καλά σχεδιασμένο, ακριβές και ελεγχόμενο. Πρέπει να βεβαιωθούμε ότι το πείραμα είναι τέλειο πριν την απογείωση. Στη συνέχεια, είναι ένα είδος χορού, μια χορογραφία ανθρώπων που κάνουν πράγματα για το πείραμα σε αυτά τα 20 δευτερόλεπτα, σε περίπου 1,5 m χώρο και ενώ επιπλέουν.

Άρα, είναι πρόκληση. Απέχει πολύ από την άνεση του εργαστηρίου, αλλά η ίδια η εμπειρία της έλλειψης βαρύτητας είναι ήδη μια ωραία ανταμοιβή!

Πώς είναι η αίσθηση;

Η έλλειψη βαρύτητας είναι το καλύτερο πράγμα ποτέ. Είναι δέος και ελευθερία. Οι κινήσεις είναι χωρίς προσπάθεια, χωρίς φυσικούς περιορισμούς, αιωρούμενες. Είναι μια καταπληκτική εμπειρία. Αλλά, επιτρέψτε μου να είμαι ειλικρινής:δεν είναι εύκολο.

Ανέφερα πριν την ασθένεια της διαστημικής κίνησης και την παθαίνουμε κατά τις παραβολικές πτήσεις. Συνήθως παίρνουμε κάποια φάρμακα, αλλά υπάρχει ασθένεια και αποπροσανατολισμός.

Τι επίδραση έχει διαπιστώσει ότι έχει η βαρύτητα στη γνωστική λειτουργία;

Η ερευνητική μου ομάδα και εγώ ενδιαφερόμαστε για το πώς η βαρύτητα επηρεάζει την ανθρώπινη αντίληψη και τη λήψη αποφάσεων. Για παράδειγμα, θέλαμε να δούμε αν η λήψη αποφάσεων είναι βέλτιστη όταν η βαρύτητα δεν είναι πλέον η συνηθισμένη μας επιτάχυνση 1g.

Το κάναμε αυτό στο εργαστήριο, στην πραγματικότητα, ζητώντας από τους ανθρώπους να πουν έναν τυχαίο αριθμό. Θα πείτε, «Πώς σχετίζεται αυτό;» Λοιπόν, [όταν λέτε μια σειρά τυχαίων αριθμών] είτε πηγαίνετε με την ίδια επιλογή, δημιουργώντας «στερεότυπη συμπεριφορά». Για παράδειγμα, θα έλεγα συνέχεια «δύο», «δύο», «δύο». Ή αλλάζετε από τον έναν αριθμό στον άλλο, δημιουργώντας ένα είδος «βέλτιστης συμπεριφοράς». Έτσι, περισσότερες επιλογές, πιο πρωτότυπη συμπεριφορά.

Διαβάστε περισσότερα για το μέλλον των διαστημικών ταξιδιών:

• Η αναζήτηση για το πρώτο μωρό στο διάστημα
• 6 πειράματα εκτός αυτού του κόσμου αναδημιουργώντας το διάστημα στη Γη

Τώρα, όταν σκεφτόμαστε τις προσαρμογές στο περιβάλλον, θέλουμε να έχουμε έναν συμβιβασμό μεταξύ στερεότυπου και μυθιστορήματος. Δεν θέλουμε πάντα να κάνουμε την ίδια επιλογή, δεν θέλουμε πάντα να κάνουμε μια διαφορετική επιλογή.

Αυτό το είδος εργασίας δημιουργίας τυχαίων αριθμών μπορεί να μας δώσει μερικούς δείκτες για το πόσο πρόθυμοι και εξερευνητές είναι οι άνθρωποι σε ένα περιβάλλον. Το κάναμε αυτό με τους συμμετέχοντες να είναι όρθιοι, σύμφωνα με τον προσανατολισμό της βαρύτητας, ή να ξαπλώνουν οριζόντια, μια στάση που δεν ταιριάζει με τη βαρύτητα.

Αυτός ο απλός χειρισμός μας επέτρεψε να αλλάξουμε τη φυσιολογική επεξεργασία της βαρύτητας, οδηγώντας σε πολύ διαφορετικές βαρυτικές πληροφορίες που φτάνουν στον εγκέφαλό μας. Τα αιθουσαία όργανα ανιχνεύουν αμέσως «Δεν είμαι ευθυγραμμισμένος με τη βαρύτητα».

Βρήκαμε ότι, ενώ ήταν ξαπλωμένοι, οι άνθρωποι παρήγαγαν πιο στερεότυπες απαντήσεις. Αυτό μας λέει ότι οι συμμετέχοντες δεν χρησιμοποιούσαν μια βέλτιστη στρατηγική για να λύσουν την εργασία και ότι η λήψη των αποφάσεών τους επηρεάστηκε από την αλλοιωμένη βαρύτητα.

Τώρα, αυτό είναι ένα εργαστηριακό πείραμα. Φανταστείτε όμως ότι βρίσκεστε στον Άρη. Πρέπει να αποφασίσετε αν θα εξερευνήσετε ή θα μείνετε στη θέση τους. Ίσως η εξερεύνηση είναι επικίνδυνη, αλλά πρέπει να την κάνετε, και αν δεν μετακινηθείτε, δεν εξερευνήσετε, αυτό μπορεί να είναι πρόβλημα.

Ο χειρισμός του εργαστηρίου μας ουσιαστικά μας λέει, κοιτάξτε, οι άνθρωποι μπορεί να μην πάρουν τη σωστή απόφαση όταν βρίσκονται μακριά από το λιμάνι της επίγειας βαρύτητας, κάτι που νομίζω ότι μπορεί να έχει κάποια συνέπεια.

Πώς θα το ξεπερνούσατε αυτό;

Ελπίζω με κάποια καλή προπόνηση. Πράγματι, δεν περιμένω να δω αυτού του είδους την αναπηρία στους αστροναύτες:όπως λέω, υποβάλλονται σε ουσιαστική εκπαίδευση πριν πάνε στο διάστημα. Σκέφτομαι περισσότερο μια εμπορική διαστημική πτήση. αγοράσαμε το εισιτήριο και μετά θέλουμε να πάμε στο αεροπλάνο.

Δεν θέλουμε πραγματικά δύο ή τέσσερα χρόνια προπόνησης πριν πάμε στις διακοπές μας. Αυτό το σενάριο απαιτεί καλά προγράμματα εκπαίδευσης για να διασφαλιστεί ότι οι πιθανοί ταξιδιώτες στο διάστημα είναι σε θέση να λάβουν τις βέλτιστες αποφάσεις, εάν χρειαστεί.

Φαίνεται να κινείται πιο γρήγορα από ό,τι κινείται η επιστήμη. Είναι σωστό;

Έτσι φαίνεται. Νομίζω ότι έχουμε επιτύχει εκπληκτικά αποτελέσματα τα τελευταία χρόνια όσον αφορά τις τεχνικές βελτιώσεις στην εξερεύνηση του διαστήματος. Αλλά πρέπει επίσης να καταβάλουμε κάποια προσπάθεια για να κατανοήσουμε πώς μπορούμε να βελτιώσουμε την ανθρώπινη απόδοση. Δεν είμαι απαισιόδοξος. Θα πω απλώς ότι υπάρχει ένα πρόβλημα και πρέπει να το λύσουμε.

Διαβάστε περισσότερες συνεντεύξεις με επιστήμονες:

• Η αναζήτηση για την κβαντική βαρύτητα:γιατί το να κάνεις λάθος είναι απαραίτητο για την επιστήμη
• James Lovelock:Cyborgs, κλείνουν τα 100 και η επερχόμενη εποχή του Novacene
• Να μπει κάτω από το δέρμα σας:η εκπληκτική ζωή του μεγαλύτερου οργάνου μας

Λοιπόν, τι ακολουθεί;

Αυτό είναι ένα προκλητικό πεδίο, αλλά είναι τόσο ανοιχτό στην ερώτηση «τι είναι επόμενο»:υπάρχουν τόσες πολλές πτυχές που μπορούμε ενδεχομένως να διερευνήσουμε. Αυτήν τη στιγμή εξετάζουμε πώς η αλλοιωμένη βαρύτητα επηρεάζει την ανάληψη κινδύνων και τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις. Ωστόσο, κάνουμε επίσης κάποια έρευνα για την αισθητηριακή επεξεργασία χαμηλού επιπέδου και μόλις ολοκληρώσαμε μια ερευνητική μελέτη σχετικά με το εάν η αντίληψη του πόνου επηρεάζεται από την αλλοιωμένη βαρύτητα.

Ο πόνος μπορεί να επηρεαστεί από τη βαρύτητα;

Αυτό δεν έχει δημοσιευθεί ακόμη, καθώς μόλις το ολοκληρώσαμε, αλλά ναι, η αλλοιωμένη βαρύτητα φαίνεται να κάνει τους ανθρώπους να αισθάνονται λιγότερο πόνο, ένα είδος αναλγητικού αποτελέσματος.

Αν σας πρόσφεραν εισιτήριο για εμπορική διαστημική πτήση αυτή τη στιγμή, θα πηγαίνατε;

Απολύτως ναι! Φυσικά και θα πήγαινα.

Αν είχατε την επιλογή να πάτε οπουδήποτε στο διάστημα, πού θα πηγαίνατε;

Η Σελήνη.

Το είπες τόσο γρήγορα, ήξερες ήδη την απάντησή σου. Γιατί η Σελήνη;

Πάντα αισθάνομαι συγκινημένος όταν βλέπω τα βίντεο της προσγείωσης στη Σελήνη. Είμαι πολύ μικρός για να το έχω δει ζωντανά, δυστυχώς, αλλά νομίζω ότι ήταν πάντα εντυπωσιακό για μένα να βλέπω αυτό το υλικό.

Εντοπίζουμε τη Σελήνη από τη Γη σχεδόν κάθε βράδυ. Μπορείτε να φανταστείτε πόσο όμορφο μπορεί να είναι να βλέπετε τον πλανήτη μας, τη Γη, από εκεί; Θα μας δώσει να συνειδητοποιήσουμε πόσο όμορφο, αλλά λεπτό και εύθραυστο είναι το Μπλε Μάρμαρο μας.

Πιστεύετε ότι θα μπορέσουμε ποτέ να αποικίσουμε το διάστημα; Ότι θα μπορέσουμε ποτέ να ζήσουμε έξω από τη Γη;

Πιθανώς. Ο εγκέφαλός μας είναι φανταστικός στην προσαρμογή. Σκεφτείτε τη Γη, όπου οι άνθρωποι έχουν καταφέρει να ζήσουν σε πολλά δύσκολα περιβάλλοντα. στην έρημο, στην κορυφή ενός βουνού. Το διάστημα είναι το απόλυτο σύνορο. Δεν πρόκειται να είναι εύκολο, πολύ πιο δύσκολο από αυτό που βλέπουμε στις ταινίες επιστημονικής φαντασίας, αλλά ναι. Γιατί όχι;

• Αυτή η συνέντευξη εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος Φεβρουαρίου 2020 του BBC Science Focus Magazine

Πείτε μας τη γνώμη σας για το επεισόδιο με μια κριτική ή ένα σχόλιο όπου κι αν ακούτε τα podcast σας.

• Εγγραφή στο Science Focus Podcast σε αυτές τις υπηρεσίες:Acast, iTunes, Stitcher, RSS, Overcast
• Γιατί πρέπει να εγγραφείτε στο BBC Science Focus

Ακούστε περισσότερα επεισόδια του Science Focus Podcast :

• Δρ Erin Macdonald:Υπάρχει επιστήμη στο Star Trek;
• Kathryn D. Sullivan:Πώς είναι πραγματικά να περπατάς στο διάστημα;
• Dean Burnett:Τι συμβαίνει στον εφηβικό εγκέφαλο;
• Lisa Feldman Barrett:Πώς δημιουργούνται τα συναισθήματα
• Bill Bryson:Τι πρέπει να γνωρίζουμε για το πώς λειτουργεί το σώμα μας;
• Richard Wiseman:Η νοοτροπία πίσω από την προσγείωση στη Σελήνη