Un viaggio su Marte non sarà facile e ci sono una serie di problemi che devono essere risolti prima di partire. Un problema interessante è come monitoriamo gli astronauti stessi. Certo, è facile monitorare la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna, ma è possibile monitorare cosa sta succedendo nelle loro teste?

Un recente team di ricerca neuroscientifico tutto canadese ha trascorso sette giorni nel Mars Habitat (lo Hab) presso l'Hawaii Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) in una missione simulata cercando di affrontare quel problema esatto, sviluppando una capacità di monitorare la salute del cervello e prestazioni in tempo reale.

Utilizzando l'elettroencefalografia mobile (EEG) per misurare le onde cerebrali, siamo stati in grado di monitorare con successo cinque diversi aspetti della funzione cognitiva del cervello:percezione, Attenzione, memoria, apprendimento e decisione. Siamo stati anche in grado di osservare deficit nella funzione cerebrale causati dallo stress, depressione e stanchezza cognitiva.

In qualità di investigatore principale del Laboratorio di neuroscienze teoriche e applicate presso l'Università di Victoria, Dirigo un gruppo di ricerca di studenti laureati, studenti universitari e assistenti di ricerca. Due dei miei dottorati studenti hanno preso parte al progetto Mars, Chad Williams e Tom Ferguson, insieme a due miei colleghi di altre università, lo psicologo sperimentale Gordon Binsted e l'esperto di statistica Kent Hecker.

Studiare la stanchezza

Nella nostra missione su Marte ad HI-SEAS, il nostro obiettivo era monitorare l'affaticamento cognitivo. L'affaticamento fisico è quando i nostri muscoli si indolenzino e sperimentiamo una mancanza di energia. La fatica cognitiva è l'analogo mentale di quella:quando il nostro cervello si stanca e cominciamo ad avere deficit nelle funzioni neurali.

È chiaro da tempo che le persone commettono più errori e che l'attività cerebrale è ridotta quando si sperimenta un affaticamento cognitivo. Il problema con l'affaticamento cognitivo è semplice:come lo monitoriamo?

Lo standard attuale è quello di fare affidamento su un'autovalutazione che è chiaramente inadeguata. In determinate situazioni la persona a cui viene chiesto il suo attuale stato di stanchezza cognitiva potrebbe semplicemente non esserne consapevole. Per esempio, si potrebbe immaginare un atleta professionista mentalmente stanco che non riconosce la propria fatica per poter continuare a giocare o un chirurgo che opera quando è troppo stanco per farlo. In entrambi i casi, la persona in questione potrebbe commettere un errore cruciale a causa di un affaticamento cognitivo che potrebbe costare il gioco, o peggio.

Utilizzando la tecnologia EEG mobile, abbiamo sviluppato un test basato sul cervello che fornisce una valutazione completa della salute e delle prestazioni del cervello. Il nostro test si basa sui potenziali cerebrali correlati agli eventi (ERP), quali sono le risposte del cervello a qualcosa che accade. Per studiare gli ERP del cervello, abbiamo persone che giocano ai videogiochi e usiamo l'EEG mobile per misurare le risposte del cervello agli eventi in questi giochi. È importante sottolineare che gli algoritmi che abbiamo sviluppato combinano queste risposte ERP per fornire una visione diretta della funzione cerebrale in modo da poter quantificare lo stress, depressione, stanchezza cognitiva e una serie di altri stati neurali.

Missione simulata

Per testare la validità del nostro approccio, abbiamo intrapreso una missione simulata su Marte di sette giorni nell'habitat HI-SEAS. Le persone di HI-SEAS prendono sul serio queste simulazioni:ci è stato permesso di lasciare lo Hab solo in tute spaziali mentre respiravamo l'aria che veniva pompata nei nostri caschi dai nostri sistemi di supporto vitale dello zaino. Abbiamo mangiato solo cibo liofilizzato. Le nostre comunicazioni con il mondo esterno sono state ritardate di 20 minuti per simulare il tempo di trasmissione da Marte. E nonostante debba fare esercizio per più di due ore al giorno, abbiamo avuto otto minuti di doccia totale per la settimana.

Per rendere la simulazione ancora più realistica, la nostra giornata è stata strutturata per rispecchiare come sarebbe stata la vita durante una missione su Marte. Ogni mattina è iniziata con la colazione e una riunione dell'equipaggio per rivedere gli obiettivi fissati per la giornata. Le attività durante il giorno dipendevano dal fatto che tu fossi assegnato a svolgere un'attività extra-veicolare (EVA) o svolgere compiti all'interno dello Hab. Sugli EVA, abbiamo esplorato la geologia circostante, in particolare quei tubi di lava che erano tutt'intorno allo Hab. Se sei rimasto dentro lo Hab, ti alleneresti, preparare i pasti e lavorare a progetti di ricerca. Ogni giornata si concludeva con rapporti di missione che descrivevano ciò che avevamo realizzato e ciò che avevamo programmato di fare il giorno successivo.

Mescolato con la nostra routine quotidiana, ci siamo messi alla prova con la nostra valutazione della salute e delle prestazioni del cervello. Per questo progetto, abbiamo usato la fascia EEG mobile Muse, un auricolare EEG disponibile in commercio. Prima che iniziasse il nostro progetto su Marte, abbiamo confrontato il Muse con un sistema EEG per la ricerca medica e siamo stati in grado di dimostrare che il Muse era sufficiente per misurare un segnale EEG di buona qualità.

Abbiamo anche collaborato con Suva Technologies per sviluppare PEER, un'applicazione iOS che ha misurato i dati ERP di cui avevamo bisogno per eseguire la nostra valutazione della salute del cervello e delle prestazioni. Una delle cose interessanti della tecnologia che abbiamo sviluppato è che la valutazione completa richiede circa cinque minuti dall'inizio alla fine.

Misurazioni rapide della salute

Il nostro progetto di ricerca nell'habitat di Marte è stato un completo successo:siamo stati in grado di misurare i nostri livelli di affaticamento cognitivo. Abbiamo visto un chiaro aumento dell'affaticamento cognitivo ogni giorno, prevedibile dopo una giornata lavorativa di 16 ore. Però, anche se siamo stati nello Hab solo per una settimana, abbiamo anche visto un aumento della fatica cognitiva durante i sette giorni.

Possiamo misurare la salute e le prestazioni del cervello degli astronauti in meno di cinque minuti utilizzando la tecnologia EEG mobile, PEER e gli algoritmi che abbiamo sviluppato. E abbiamo trovato altre applicazioni per la nostra tecnologia:possiamo misurare le commozioni cerebrali durante gli eventi sportivi, esaminare la fatica cognitiva in ambienti industriali e medici, prevedere le prestazioni degli atleti nello sport e, più recentemente, monitorare la progressione del deterioramento cognitivo lieve nella malattia di Alzheimer e nella demenza.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.