Passando dalla microgravità di un veicolo spaziale all’ambiente ricco di gravità della Luna o di Marte, gli astronauti sperimentano deficit nelle funzioni percettive e motorie. Il sistema vestibolare nell'orecchio interno, che rileva la posizione e il movimento della testa, deve adattarsi per reinterpretare nuovi segnali di gravità.
Un team guidato dall'Università del Michigan, che comprende ricercatori del Laboratorio di Bioastronautica dell'Università del Colorado Boulder e del Laboratorio di Neuroscienze della NASA presso il Johnson Space Center, ha sviluppato un compito multidirezionale somministrato in realtà aumentata (AR) per rilevare disturbi sensomotori simili a quelli osservati negli astronauti dopo volo spaziale.
I risultati, pubblicati su Aerospace Medicine and Human Performance , potrebbe supportare le decisioni sulle operazioni di missione stabilendo quando gli astronauti sono in grado di svolgere compiti che richiedono il pieno coordinamento, come pilotare veicoli o utilizzare altri sistemi complessi.
Test sul campo per valutare i disturbi sensomotori sono stati precedentemente condotti al ritorno sulla Terra dei membri dell'equipaggio della Stazione Spaziale Internazionale. La maggior parte dell'equipaggio ha recuperato completamente la capacità di eseguire test di coordinazione vestibolare entro due o quattro giorni dall'atterraggio. Tuttavia, durante il recupero, i membri dell'equipaggio hanno ricevuto cure intensive da specialisti di forza, condizionamento e riabilitazione.
Quando effettuano transizioni gravitazionali verso destinazioni oltre la Terra, gli astronauti avranno bisogno di un metodo per testare il recupero nello spazio limitato della loro navicella spaziale senza l'assistenza di esperti.
"Lo spazio è davvero un tipo di telemedicina in cui dobbiamo prendere decisioni senza la presenza di esperti. Gli strumenti a supporto del processo decisionale possono rendere le future missioni spaziali più efficienti e contribuire a ridurre i rischi", ha affermato Leia Stirling, coautrice dell'articolo e coautrice dello studio. professore associato di ingegneria industriale e operativa e robotica presso l'Università del Michigan.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un compito di coordinazione occhio-mano, visualizzato attraverso occhiali AR, come soluzione leggera e attenta allo spazio. Questo formato consente il tracciamento delle mani e degli occhi consentendo agli utenti di visualizzare l'ambiente fisico circostante insieme alle informazioni percettive generate dal computer.
L'AR facilita lo sviluppo di valutazioni su misura, adattando i compiti funzionali per soddisfare i requisiti della missione o le esigenze dei singoli equipaggi. Sfruttando i sensori incorporati, queste valutazioni basate sulla realtà aumentata tracciano e analizzano la coordinazione occhio-mano degli astronauti, la cinematica della testa e i parametri prestazionali specifici dell'attività, offrendo preziose informazioni sulle loro capacità sensomotorie.
"I dati provenienti dalle valutazioni basate sulla AR consentono un feedback mirato e la creazione di programmi di riabilitazione o contromisure personalizzate", ha affermato Hannah Weiss, coautrice dell'articolo e dottoranda presso l'Università del Michigan.
Il compito di coordinazione occhio-mano prevede 16 bersagli, adattati da uno standard stabilito di interazione uomo-computer, proiettati olograficamente nello spazio fisico dell'utente e disposti in una matrice circolare equidistante. L'obiettivo è toccare i bersagli nel modo più rapido e preciso possibile in una sequenza predeterminata.
Per testare l'impatto dell'interruzione vestibolare su questo compito, i ricercatori hanno applicato la stimolazione elettrica ai processi mastoidei dei partecipanti allo studio, proprio dietro l'orecchio, per interrompere la loro sensazione di movimento. In base al movimento oscillante dei partecipanti, il danno vestibolare risultante ha simulato il disorientamento vestibolare che gli astronauti avrebbero sperimentato da una a quattro ore dopo il volo.
Sia la velocità che la precisione nel colpire i bersagli sono diminuite dopo la stimolazione vestibolare, indicando che questo tipo di compromissione può ostacolare la capacità dell'equipaggio di acquisire posizioni conosciute dei bersagli mentre si trova in una postura eretta statica. Anche le accelerazioni lineari della testa sono aumentate, indicando che il tentativo di mantenere l'equilibrio ha interferito con le loro prestazioni.
I futuri sforzi di ricerca esploreranno compiti di equilibrio e mobilità per integrare questa valutazione della coordinazione occhio-mano e fornire un quadro più chiaro dell'adattamento di un astronauta alla gravità locale. Prima dell’implementazione, sarà inoltre necessario determinare le soglie di preparazione per guidare le decisioni. Weiss, ora ingegnere ricercatore sui fattori umani presso il Johnson Space Center della NASA, sta estendendo questo lavoro per supportare i test sugli astronauti.
"Testeremo questo compito in microgravità attraverso un programma presso l'Aurelia Aerospace che consente agli studenti di eseguire studi in microgravità simulata utilizzando il volo parabolico", ha affermato Sitrling.
"Le sfide sensomotorie comportano gravi rischi per i membri dell'equipaggio e stiamo lavorando per utilizzare la stimolazione vestibolare elettrica per addestrare gli astronauti a operare in questi stati alterati prima del volo spaziale per migliorare i loro risultati", ha affermato Aaron Allred, primo autore dell'articolo e studente di dottorato. di Bioastronautica presso l'Università del Colorado Boulder.
"Qui sulla Terra, le valutazioni e i paradigmi di compromissione che stiamo sviluppando potrebbero informare la cura dei pazienti in telemedicina, ad esempio quelli che soffrono di perdita vestibolare con l'età", ha aggiunto Allred.
Ulteriori informazioni: Aaron R. Allred et al, Una valutazione del deficit sensomotorio occhio-mano in realtà aumentata per le operazioni di volo spaziale, Medicina aerospaziale e prestazioni umane (2024). DOI:10.3357/AMHP.6313.2024
Fornito dal College of Engineering dell'Università del Michigan
