Hvad neurovidenskabsmænd lærer om vores hjerner i rummet ved at sende sig selv ud i tyngdefri flyvning

Mere end 500 mennesker har rejst ud i rummet til dato og, mens vi ved lidt om, hvordan liv uden tyngdekraft påvirker vores fysiske helbred, vi ved næsten intet om, hvordan det påvirker vores sind.

Så, mine kolleger og jeg har lanceret os selv, rigge af udstyr og vores deltagere ind i "zero gravity flight" for at udføre eksperimenter. Det er et spændende – og nogle gange ekstremt kvalmende – liv, men det åbner nye vinduer til, hvordan vi tænker og opfatter anderledes i rummet. Dette er uden tvivl vigtigt, hvis vi ønsker at kolonisere det ydre rum.

Vægtløshed er en nøglekomponent i rumflyvningsoplevelsen. Siden de første rummissioner, imidlertid, det har været klart, at vægtløshed forårsager en række sundhedsproblemer - især nedbrydende muskelmasse, forårsager desorientering og sløret syn.

Dette burde ikke være overraskende, da alle levende organismer har udviklet sig under den konstante "1g" af tyngdekraften. Men vi skal også finde ud af, hvordan vægtløshed påvirker vores opfattelse og adfærd. Uden at gå til den internationale rumstation (ISS), den bedste måde at gøre dette på er på en nul-tyngdekraftsflyvning. Under disse flyvninger, et ombygget Airbus A310-fly følger en parabels bane. Det betyder, at det veksler mellem stigninger og nedstigninger, ved en 45° hældningsvinkel.

Hver parabel starter med en "pull-up" accelerationsfase, hvor tyngdekraften er dobbelt jordtyngdekraft (hypertyngdekraft, 2 g). Dette varer omkring 20 sekunder. Piloterne lod derefter flyet falde i "frit fald". I de næste 20 sekunder, alt og alle om bord på flyet er udsat for vægtløshed (mikrotyngdekraft, 0g). Når fartøjet når en bestemt hældningsvinkel, piloterne udfører en "pull-out" acceleration, hvor tyngdekraften igen er dobbelt. Dette gentages op til 30 gange, og hele flyvningen varer omkring tre timer.

Ujævn køretur

At lave videnskab på disse rutsjebaneparabolske flyvemanøvrer er meget udfordrende. Der er alvorlige tidsbegrænsninger. Uanset hvad eksperimentet kræver, det skal udføres på cirka 20 sekunder.

Fordi flere eksperimenter skal gå sammen, pladsen er også trang. Så, glem komforten ved et laboratorium. I stedet, visualiser et 1,5 x 1,5 meter tildelt habitat – hvor dit udstyr, eksperimentatorer og deltagere skal alle passe. Du kan ikke risikere fejl, så hvert forsøgstrin, selv hver bevægelse, skal planlægges perfekt. Disse bevægelser skal også være perfekt synkroniseret med flyets fald og løft. Som en dans, vi koreograferer og øver i dagene før lift off.

Til mig, den virkelige udfordring ved at lave videnskab på en parabolflyvning er at håndtere transportsyge. Det er ikke tilfældigt, at parabolflyvninger har fået tilnavnet "Vomit Comet."

På jorden, vi har et system i vores indre øre, der fortæller os retningen og mængden af ​​tyngdekraften, i forhold til vores hoveders position (det vestibulære system). I vægtløshed, det 1g-træk, vi har oplevet hele vores liv, forsvinder. Det vestibulære system kan ikke længere fungere som det skal, fører ofte til rumkørselssyge (som efterligner en alvorlig bilkøresyge), kvalme og opkast.

Videnskaben

Hvorfor begive sig ud på sådan et eventyr? Dette er den ultimative grænse for at forstå, hvordan hjernen kan tilpasse sig nye miljøer og krav inden for mikrotyngdekraft. På det praktiske plan, at forstå hjernens reaktion på vægtløshed er nødvendig for at sikre succes og sikkerhed for fremtidige bemandede rummissioner.

Vi har også undersøgt tyngdekraftens effekt på opfattelsen af ​​vores egen kropsvægt. Hidtil har forskning i vid udstrækning set på, hvordan samfund og kultur påvirker kropsvægtopfattelsen. Og vi ved, at kropstilfredshed, kropsopfattelse og risiko for spiseforstyrrelser spiller en rolle.

Imidlertid, den sande vægt af vores krop – som enhver anden genstand på Jorden – afhænger af tyngdekraften. På grund af dette, vi forudsagde, hvordan vi erkende vores egen kropsvægt ville også være afhængig af tyngdekraften. Vi bad deltagerne om at estimere vægten af ​​deres hånd og deres hoved både i normal terrestrisk tyngdekraft og under eksponering for mikrogravitation og hypergravitation på en European Space Agency parabolflyvningskampagne på German Aerospace Center (DLR Cologne).

Vi viste, at ændringer i tyngdekraften frembragte hurtige ændringer i opfattet vægt:der var en stigning i opfattet vægt under hypergravitation, og et fald under mikrotyngdekraften.

Selvom dette kan virke indlysende - vores faktiske vægt ændres i overensstemmelse hermed - er det vigtigt, fordi opfattelser af vores kropsvægt, form og position er afgørende for vellykket bevægelse og interaktion med vores omgivelser. Det, at vi forsker i så basale ting, viser bare, hvor lidt vi faktisk ved om det. Forestille, for eksempel, at du er en astronaut, der betjener håndtag til at styre en robot-rumarm. Misforståelse af vægten af ​​din egen arm kan få dig til at trække for hårdt, svinge armen ind i siden af ​​dit rumfartøj.

Ultimativt, vi sigter efter at forstå, hvordan den menneskelige hjerne opbygger en repræsentation af tyngdekraften og bruger den i kognition til at styre adfærd. Vi har tidligere vist, at tyngdekraften kan påvirke, hvordan vi træffer beslutninger, med mangel på det potentielt gør os mere risikovillige. Denne form for forskning har aldrig været mere aktuel, og den giver fordele for at forbedre menneskelig præstation i kommende rumudforskning.

Vi kan have undervurderet virkningerne af tyngdekraften på vores kognition indtil videre, fordi tyngdekraften er så stabil på Jorden. It is arguably the most persistent sensory signal in the brain. I predict the next couple of decades will reveal a lot about how gravity has been affecting the way we think, feel and act—without us even noticing.

I mellemtiden, I am enjoying the ride—weightlessness is the best experience I have ever had. The pilots announce "3, 2, 1, INJECT, " and there you are floating. There are no bodily constraints, just effortless movements and unpredicted movements of your limbs that lead to euphoria, excitement and enhanced awareness of your body. It is very hard to sum up experience—I can only say it's a feeling of awe and freedom.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.