Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Пилот-Т
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Исследование надежности профессиональной деятельности космонавта в длительном космическом полете
Цель эксперимента:

Разработка и совершенствование средств и методов оценки и прогнозирования надежности выполнения космонавтом сложных и ответственных динамических режимов ручного управления транспортным пилотируемым и грузовым кораблями (при выполнении имитационной задачи ручного управления стыковкой/перестыковкой ТПК "Союз ТМА" и/или выполнения ручного причаливания при проведении ТОРУ ТГК «Прогресс») на фоне тренировочных зон на различных этапах длительного космического полета (ДКП).

Описание эксперимента: Каждая сессия эксперимента «ПИЛОТ-T» включает работу с одной из двух моделей операторской деятельности: 

- «Six-degrees-of-freedom(6df)» программа, моделирующая ручное управление объектами с 6 степенями свободы со встроенными когнитивными тестами;

- «Виртуал-Н»: Изучение когнитивного статуса на фоне выполнения профессиональной операторской деятельности по управлению марсоходом.

Обследования проводятся до, во время и после полета. До- и послеполетные обследования проводятся с использованием стенда виртуальной реальности «ПИЛОТ-Т».При реализации экспериментальной программы «6df» космонавт выполняет имитационные задачи по ручному управлению сложными динамическими объектами с учетом шести степеней свободы движения. Характеристики пространственного движения, а также система ручного управления движением космического корабля реализуются в реальном масштабе времени. Управление КК космонавт производит с помощью двух рукояток. Путь, пройденный космическим кораблем, визуализируется и, с учетом этого, осуществляется навигация движущимся объектом. В ходе выполнения задачи космонавт выполняет secundarytasks для оценки уровня нагрузки и резервов когнитивных функций. Система адаптирует уровень сложности выполнения задания к индивидуальным психофизиологическим особенностям космонавта: уровень сложности повышается после успешного прохождения им предыдущей задачи. Если задача не решена, уровень ее сложности понижается. Повышение сложности выполнения стыковки с вращающимся объектом обеспечивает улучшение навыков ручного управления. Прогрессирующая сложность наряду с актуальностью задачи стыковки для космонавтов обеспечивает повышение уровня мотивации космонавта. У космонавта есть возможность выбирать повышать ли сложность предъявляемых задач.В ходе части «Виртуал-Н» космонавтом выполняются имитационные задачи управления ровером и роботизированным средством при обследовании поверхности другой планеты. Характеристики пространственного движения объектов и система ручного управления ровером реализуется в ПО компьютера для работы с 3D графикой в реальном масштабе времени. Всю информацию о параметрах окружающей среды и движения марсохода космонавт получает с экрана монитора. На мониторе представлено динамическое изображение марсохода, ландшафта, а так же приборные панели. Управление космонавт производит с помощью клавиатуры компьютера. В ходе выполнения задачи космонавт проходит встроенные в профессиональную задачу когнитивные тесты, направленные на оценку оперативной памяти, внимания, мышления, скорости реакции, утомления. Перед началом выполнения операторских задач (в фоне) и по окончании работы (в последействии) в течение 5 минут, а также во время работы, у космонавта регистрируются электрофизиологические показатели, характеризующие его функциональное состояние – на первом этапе – ЭКГ-сигнал, пульсовая волна, электрокожное сопротивление, кожная температура; на втором этапе – пульсовая волна, электрокожное сопротивление, кожная температура, электроэнцефалограмма- 19 каналов (ЭЭГ), электроокулограмма (ЭОГ), электрокардиограмма (ЭКГ), электромиограмма (ЭМГ), визуальная фиксация размера зрачка, движения глаз и мимических мышц.  Общее время одного исследования на первом этапе – 60 минут, включая подготовку к эксперименту – 15 мин, выполнение задачи – 40 мин и заключительные операции – 5 мин; на втором этапе – 90 минут, включая подготовку к эксперименту – 35 мин, выполнение задачи – 40 мин и заключительные операции – 15 мин. В эксперименте участвуют российские члены экипажа. Вычисление показателей качества деятельности, результатов когнитивных тестов и показателей функционального состояния проводятся в реальном времени и передаются после завершения эксперимента по доступным в ЦУП-М каналам (ОСА, БСР-ТМ) на Землю (объем не более 80 Mb). Полный объем первичной информации записывается на USB и возвращается на Землю для проведения углубленного анализа.

 

Новизна эксперимента:

Предлагаемое исследование позволит впервые апробировать в условиях реального ДКП портативный комплекс нейрофизиологической аппаратуры, разработанный с учетом новых подходов к регистрации и анализу данных. Известно, что электрическая активность головного мозга представляет собой сложный процесс с преобладанием иррегулярных компонент, несущих отчетливые признаки хаоса. В двадцать первом веке стало очевидным, что хаотичность есть жизненно необходимая составляющая нормальной активности мозга. [30-32], а количественный анализ фазовых портретов активности здорового мозга подтвердил существование в большинстве отведений ЭЭГ странных аттракторов с фрактальной топологией. Полиморфизм и вариабельность нейронной организации позволяют мозгу реагировать на разнообразие среды [33-36]. В связи с этим, полученные в ДКП ЭЭГ-данные предполагается анализировать с помощью не только традиционно принятого метода FFT, но и с применением wavelet-преобразования, вычисления глобальной корреляционной размерности (D2) и поканальной фрактальной размерности ЭЭГ. Ритм сердца также не является стационарным случайным процессов с эргодическими свойствами. Вариабельность сердечного ритма отражает сложную картину разнообразных управляющих влияний на систему кровообращения с интерференцией периодических компонентов разной частоты и амплитуды, с нелинейным характером взаимодействия разных уровней управления. Нелинейные феномены, несомненно, являются одной из причин ВСР. Они обусловлены комплексными взаимодействиями гемодинамических, электрофизиологических, гуморальных факторов, а также влияния центральной и автономной вегетативной нервной системы. В ходе эксперимента при оценке функционального состояния космонавта в полете кроме спектрального метода анализа ВСР, позволяющего проводить точную количественную оценку периодических процессов в сердечном ритме, будет использоваться анализ ВСР, базирующийся на методах нелинейной динамики [37], который может предоставить важную информацию для физиологической интерпретации вариабельности. Параметры, которые будут применяться для описания нелинейных свойств вариабельности, будут включать масштабирование спектра Фурье на 1/f [38,39], Н масштабирование экспоненты, D2 корреляционные размерности, экспонента Ляпунова и энтропия Холмогорова [40]. Впервые будет изучаться возможность выполнения профессиональных задач по высадке на поверхность другой планеты после продолжительного воздействия факторов ДКП. Для решения данной задачи планируется использовать универсальный динамический стенд виртуальной реальности, позволяющий создавать полноразмерную картину космического пейзажа; нашлемную систему визуализации, органы управления и пр. Модель позволяет одновременно 2-м операторам производить комплекс операций по высадке: исследование поверхности в скафандрах, на ровере и с помощью роботов, забор образцов, бурение - при соблюдении всех требований безопасности. Предусмотрена отработка внештатных ситуаций (аварии, пылевая буря). Сочетание нового подхода к обработке психофизиологических параметров в процессе профессиональной деятельности с возможностями современной техники регистрации физиологических данных позволит получить информацию о нейрофизиологических механизмах когнитивных процессов поддержания и оптимизации операторских навыков в условиях воздействия неблагоприятных факторов длительного космического полета.

Научная аппаратура:

При проведении эксперимента на борту Международной космической станции планируется использовать следующую аппаратуру:

-комплекс «НЕЙРОЛАБ-2010» - на первом и втором этапах;

-комплект «НЕЙРОЛАБ-2010+» - на втором этапе;

-защищенный ноутбук – на втором этапе;

-ручки управления для моделей операторской деятельности «6df» и «Виртуал Н» - на первом и втором этапах; -ПО «6df» - на первом и втором этапах;

-ПО «Виртуал-Н» - на первом и втором этапах.

Ожидаемые результаты:

Сочетанное использование физических стендов (динамических платформ, скафандров и т.д.), используемых в послеполетном КФО по программе ЦПК и виртуальных моделей профессиональной деятельности применяемых в КЭ «Пилот-Т» - позволит достоверно ответить на вопрос о возможности успешного выполнения высадки на планету после длительного космического полета.Сочетание нового подхода к обработке психофизиологических параметров в процессе профессиональной деятельности с возможностями современной техники регистрации физиологических данных позволит получить информацию о нейрофизиологических механизмах когнитивных процессов поддержания и оптимизации операторских навыков в условиях воздействия неблагоприятных факторов длительного космического полета.Регистрация параметров электромагнитного излучения в зоне головы космонавта во время тренировочных сессий позволит оценить его влияние на точность регистрируемых электрофизиологических параметров и возможность воздействия на ПФС космонавта.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2014-2017 гг.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ИМБП РАН
Организации участники: РКК "Энергия" имени С.П. Королёва, ЦПК им. Ю.А. Гагарина
Научный руководитель: Бубеев Ю.А., ИМБП РАН, зав. отд., д.м.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1.Рыжов Б.Н., Сальницкий В.П. Методика оценки уровня психофизиологической напряженности у операторов. //Космическая биология и авиакосмическая медицина, М., “Медицина”, 1983, N 5, с.83-84.

2.Salnitskiy V.P., Shevchenko L.G. The Study of Cosmonaut's Efficiency at the Initial weghtlessness Period. In: K.Boda (Ed.). Current Events in Cosmic Biology and Medicine. Leningrad, V. 2.1991, pp 95-102.

3.Сальницкий В.П., Бронников С.В., Шевченко Л.Г. Исследование вопросов сохранности профессиональных навыков в космическом полете //XXXI чтения К.Э. Циолковского (Россия, г. Калуга, 1996 г.).

4.Сальницкий В.П., Мясников В.И., Бобров А.Ф., Шевченко Л.Г. Интегральная оценка и прогноз профессиональной надежности космонавтов в полете. //В журнале авиакосмическая и экологическая медицина (1999, Т.33, N- 5., С.16–22)

5.Сальницкий В.П., Александров А.П., Бобров А.Ф. и др.: Изучение надежности профессиональной деятельности космонавтов в полете //47 Международный астронавтический конгресс (Китай, 1996).

6.Сальницкий В.П., Поляков В.В., Мясников В.И., Шлыков Ю.В., Йоганнес Б., Шевченко Л.Г. Психодиагностический комплекс-тренажер и его использование в практике пилотируемой космонавтики. //В материалах Х1 конференции по космической биологии и авиакосмической медицине 22-26 июня 1998 г., Москва.

7.Johannes B., Salnitski V.P., Kirsch K., Gunga H.-C. Preliminary results of the experiment „Regulation“ from two Mir-missions. //ВматериалахХ1 конференции по космической биологии и авиа-космической медицине 22-26 июня 1998 г., Москва.

8.Кузнецова Е.П., Степанова С.И. «Исследование качества деятельности с использованием теста «Манометры», реализуемого на базе аппаратурного комплекса «Нейролаб-2000М».

9.Кузнецова Е.П., Степанова С.И. «Качество операторской деятельности и сопутствующие физиологические реакции при различном уровне стрессоустойчивости».

10.Johannes B., Salnitski V.P., Thieme K., Kirscjh K.A. Differences in the autonomic reactivity pattern to psychological load in patients with hypertension and rheumatic diseases // Авиакосм. иэкол. Мед. 2003. Т. 37. №1. С. 28-42.

11.Н.Н. Лебедева, Т.И. Котровская, С.П. КоноплевДинамикаЭЭГ-реакцийипсихо-физиологическихпоказателейчеловека-операторапривоздействии сложно-модулированного электромагнитного излучения Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2008, № 8-9, с.58-64.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения