Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Вектор-МБИ-1
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Изучение особенностей вестибулярной стимуляции в невесомости
Цель эксперимента:

Общая цель: исследование спектра ускорений, действующих на вестибулярный аппарат при двигательной активности в невесомости.

Проводимые космические исследования содержат два этапа.

Первый этап направлен на изучение вестибулярной стимуляции и заключается в исследовании спектра ускорений, действующих на вестибулярный аппарат при двигательной активности в невесомости.

Второй этап заключается:

- в исследовании вклада в вестибулярную стимуляцию движений головы и движений тела в условиях невесомости.

- в изучении возможности гальванической коррекции качества стабилизации взора в условиях микрогравитации.

 

Описание эксперимента:

Космический эксперимент “Вектор-МБИ-1” проводится с целью проверки одной из гипотез этиологии космической болезни движения. Суть данной гипотезы заключается в том, что действие невесомости на анализаторы пространственной ориентации осуществляются не только в виде непосредственного влияния измененной афферентации с гравитозависимых структур, но и опосредованно через изменение характера передвижений в условиях невесомости. Предполагается, что опосредованное воздействие невесомости при двигательной активности в относительно безопорном пространстве выражается в воздействии на вестибулярный аппарат и анализаторы пространственной ориентации ускорений, спектр которых укладывается в зону спектра ускорений, вызывающих укачивание в наземных условиях (морская, воздушная болезнь и т.д.).

В процессе эксперимента будут проводиться сравнительные измерения линейных и угловых ускорений, действующих на вестибулярный аппарат человека, при основных естественных формах передвижения в условиях земной силы тяжести (ходьба, бег, прыжки) и в невесомости.

Не анализируя всех теорий этиологии космической болезни движения, следует лишь отметить, что доминирующее положение в данное время занимает теория сенсорного и межанализаторного конфликта, в основе которой лежит предположение, что обычные движения в условиях невесомости в силу измененной афферентации гравитозависимых структур приводят к необычной сенсорной интеграции, являющейся пусковым моментом развития космической болезни движения.

В то же время проведенный нами анализ двигательной активности космонавтов во время телесеансов связи с ЦУПом показал, что передвижения в условиях невесомости отличаются от “обычных” способов передвижения в земных условиях (ходьба, бег, прыжки и т.д.):

- перемещение в невесомости осуществляется путем отталкивания руками и ногами от опоры или перехватывания руками за выступающие элементы интерьера станции;

- перемещения имеют апериодический характер в отличие от циклических локомоций в наземных условиях;

- перемещения осуществляются в сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскостях примерно в одинаковом объеме, в то время как в наземных условиях они выполняются преимущественно в сагиттальной плоскости тела;

- передвижение выполняется в течение более длительного времени, чем в наземных условиях, и состоит из трех фаз: ускорения, свободного полета с равномерной скоростью и замедления;

- при выполнении движений в условиях невесомости постоянно присутствует вращение тела вокруг центра масс или точки опоры за счет сохранения импульса движения.

Полученные факты позволили высказать предположение, что действие невесомости на анализаторы пространственной ориентации осуществляются не только в виде непосредственного влияния, выражающегося в изменении афферентации от гравитозависимых структур (сенсорный конфликт), но и опосредованно - через изменение характеристик ускорений .

Предварительная оценка спектральных составляющих движения в невесомости и в наземных условиях позволяет сделать предположение о существенном изменении спектров ускорений при переходе от земных условий к условиям невесомости, выражающемся в уменьшении доминирующей частоты ускорений, действующих на вестибулярный аппарат.

В последнее время в NASA стали активно применять гальваническую стимуляцию вестибулярного аппарата для имитации дезориентации космонавта в орбитальном полете с целью приблизить имитацию процесса управляемого спуска с орбиты к реальным условиям.

В научном коллективе под руководством акад. В.А Садовничего изучается другая возможность применения гальванической стимуляции вестибулярного аппарата – коррекция качества стабилизации взора космонавта в условиях микрогравитации, когда наличие вестибуло-сенсорного конфликта приводит к увеличению запаздывания при установке взора в два и более раз по сравнению с земными условиями [7]. Как показали теоретические исследования, использование информации с микроакселерометров и микроДУСов, входящих в МЭМС, расположенной на шлеме космонавта, позволяет корректировать выходные сигналы первичных афферентных нейронов вестибулярного аппарата с целью уменьшения запаздывания установки взора на орбите.

Проведение космического эксперимента позволит подтвердить или опровергнуть эти теоретические результаты.

 

Новизна эксперимента:

Впервые предполагается провести длительное непрерывное (до 3 часов) автономное (без использования бортовых источников питания) измерение ускорений, действующих на вестибулярный аппарат человека и его тело во время выполнения реальной деятельности, сопровождающейся двигательной активностью, в условиях относительно безопорного пространства.

Примерно аналогичное оборудование использовалось в космическом эксперименте, проведенном Clarkе еt аl. (1993) с регистрацией 3 линейных и 3 угловых составляющих ускорения с помощью акселерометров и датчиков угловой скорости, а также движений глаз с помощью видеоокулографии. Данная аппаратура не позволяет исследовать ускорения и глазодвигательную активность при неограниченной свободе передвижений, так как требуется связь с бортовым питанием и устройством накопления информации. Использовавшаяся для регистрации движений головы и глаз австрийская аппаратура “Монимир” и французская аппаратура “Физали” также позволяли проводить исследования только в фиксированном положении космонавта.

Таким образом, по сравнению с экспериментами, проведенными при полетах орбитальных комплексов “Салют”, “МИР” и МТКК “Спейс Шаттл” (Корнилова Л.Н., и др., 1993; СlarkeA.H. etal.,1993; Andre-DeshaysC. etal.,1993) в целях изучения вестибулоглазодвигательного взаимодействия, предлагаемый эксперимент позволит обеспечить полную свободу перемещений космонавта в течение длительного времени, и, таким образом, позволит исследовать спектр ускорений, наиболее полно характеризующий гравитоинерционную среду при перемещениях в условиях невесомости.

 

Научная аппаратура:

Принципиальных препятствий для создания НА при современных технологиях и имеющихся аналогах не существует. Прототипами могут служить уже имеющиеся разработки, выполненные для проведения КЭ в 1999 году («ВЕКТОР-МБИ»), а также аппаратура для измерения ускорений на космических спутниках «Татьяна-2» и «Ломоносов» (Садовничий В.А. и др., 2010).

 

Ожидаемые результаты:

1. Основными результатами КЭ будут следующие:

1.1. Сведения о параметрах ускорений, действующих на вестибулярный аппарат человека при двигательной активности в условиях невесомости.

1.2. Сведения о вкладе движений головы и движений тела в вестибулярную стимуляцию в процессе двигательной адаптации к условиям невесомости.

2. Результаты предполагается использовать в следующих направлениях:

2.1 Анализ спектра ускорений, действующих на вестибулярный аппарат человека, в наземных условиях при естественных и искусственных способах перемещения в пространстве в сравнении с условиями невесомости даст возможность проверить рабочую гипотезу об опосредованном влиянии невесомости (через изменение характеристик передвижений) на анализаторы пространственной ориентации. Доказательство значимости спектра ускорений, действующих на вестибулярный аппарат в невесомости, в этиологии космической болезни движения позволит выделить причинные факторы, объединяющие земные и космическую формы болезни движения.

2.2 Сравнение спектров ускорений, действующих на вестибулярный аппарат человека при двигательной активности на различных этапах полета и в реадаптационном периоде, позволит определить некоторые закономерности двигательной адаптации к условиям новой гравитоинерционной среды в зависимости от временного фактора и состояния организма в данный период.

Эти данные, в частности, можно было бы использовать для разработки средств и методов объективной диагностики наличия у космонавта космической болезни движения, основываясь на данных динамики характера двигательной активности (известно, что при наличии укачивания космонавты резко ограничивают двигательную активность) и вестибулоглазодвигательного взаимодействия.

2.3 Результаты эксперимента (параметры ускорений, действующих на вестибулярный аппарат в невесомости) предполагается также использовать для разработки средств и методов предполетных вестибулярных тренировок в интересах прогнозирования и профилактики космической болезни движения, а также разработки автоматического корректора установки взора.

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2017-19 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»
Организации участники: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина, Институт Медико-Биологических Проблем Российской Академии Наук, Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королёва 141070, Россия, Московская обл., г. Королев, ул. Ленина, 4а
Научный руководитель: Садовничий В. А., МГУ имени М.В.Ломоносова, ректор, д.ф.-м.н., профессор, академик РАН
Публикации по эксперименту:

1. Каспранский Р.Р., Алексеев В.Н., Воронин Л.И. “Принцип апериодического воздействия вестибулярных раздражителей как основа повышения эффективности вестибулярной подготовки”// Профессиональная деятельность космонавтов и пути повышения её эффективности. 1993. Звездный городок. С. 220-222.

2. Томиловская Е.С., Козловская И.Б. “Влияние длительных космических полетов на организацию реакции горизонтальной установки взора”// Физиология человека. 2010. Т. 36. № 6. С. 1-9.

3. Садовничий В.А., Александров В.В., Александрова Т.Б., Э. Сото, Сидоренко Г.Ю., Тихонова К.В. “Об автоматической коррекции вестибуло-сенсорного конфликта в условиях невесомости, основанной на принципе гальванической стимуляции и на компьютерном моделировании”// Интеграл, 2012, № 2(64), с.70-74.

4. В.В.Александров, Т.Б.Александрова, А.Ангелес Вазкез, Р.Вега, М.Рейес Ромеро, Э.Сото, К.В.Тихонова, Н.Э.Шуленина “Алгоритм коррекции выходных сигналов вестибулярных механорецепторов для имитации пассивного поворота”\\ Вестник Московского университета. Серия 1. Математика. Механика. 2015. № 5 (в печати).

5. Ю.К.Столбков, Е.С.Томиловская, И.Б.Козловская, Ю.П.Герасименко “Гальваническая вестибулярная стимуляция в физиологических и клинических исследованиях последних лет”\\ Успехи физиологических наук. 2014, Том 45. №2.

 

Последнее обновление: 14.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения