برنامه‌های آموزشی تخصصی با استفاده از دستگاه های تقویت حسی می‌توانند از گیج شدن فضانوردان در فضا جلوگیری کنند.
دستگاه های تقویت حسی می‌توانند از گیج شدن فضانوردان در فضا جلوگیری کنند؟ هنگام فرود بر سطح ماه، فضانوردان ممکن است دچار گیجی فضایی شوند، یعنی حس جهت‌یابی خود را از دست بدهند – ممکن است نتوانند تشخیص دهند که جهت بالا کدام است. این گیجی می‌تواند به حوادث کشنده ای منجر شود.
حتی در زمین، بین سال‌های ۱۹۹۳ تا ۲۰۱۳، گیجی فضایی منجر به از دست رفتن ۶۵ هواپیما، ۲.۳۲ میلیارد دلار خسارت و ۱۰۱ مرگ در ایالات متحده شده است.
دستگاه های تقویت حسی
آیا فناوری پوشیدنی می‌تواند حواس فضانوردان را تقویت کند و به آن‌ها کمک کند تا محدودیت‌های حسگرهای بیولوژیکی خود را پشت سر بگذارند؟
و چه نوع آموزشی می‌تواند پیوند عمیق‌تری بین فضانورد و فناوری پوشیدنی ایجاد کند، به طوری که فضانوردان بتوانند در مواقعی که نمی‌توانند به حواس خود اعتماد کنند، به آن فناوری تکیه کنند؟
من یک دانشمند پژوهشی در آزمایشگاه جهت‌یابی فضایی Ashton Graybiel در دانشگاه براندیس هستم. با همکارانم، Alexander Panic ، James Lackner و Paul DiZio، مطالعه‌ای بر روی تقویت حسی و گیجی فضایی انجام می‌دهم که در آن فضانوردان و خلبانان حس جهت‌یابی خود را از دست می‌دهند.
در مقاله‌ای که در نوامبر ۲۰۲۳ در مجله Frontiers in Physiology منتشر شد، تعیین کردیم که آیا ویبروتاکتورها – دستگاه‌های کوچک ارتعاشی که روی پوست قرار می‌گیرند – می‌توانند عملکرد شرکت‌کنندگان در شرایط گیج‌کننده‌ای که شبیه به پرواز فضایی است، بهبود بخشند. ما همچنین بررسی کردیم که چه نوع آموزشی می‌تواند ارتباط بین انسان و دستگاه را تقویت کند.
ویبروتاکتورها اطلاعات را از طریق گیرنده‌های لمسی سیستم حس پیکری به جای سیستم بینایی انتقال می‌دهند. آن‌ها قبلاً به خلبانان هلیکوپتر و هواپیما کمک کرده‌اند.
وقتی خلبانان گیج می‌شوند، سیستم بینایی آن‌ها اغلب با اطلاعات زیادی اشباع می‌شود. ویبروتاکتورها می‌توانند کمک کنند، زیرا سیگنال‌های لمسی را به جای سیگنال‌های بصری ارسال می‌کنند.
ایجاد شرایط شبیه‌سازی پرواز فضایی
برای اولین آزمایش، ما می‌خواستیم بفهمیم آیا استفاده از ویبروتاکتورها می‌تواند توانایی شرکت‌کننده در تثبیت خود در شرایط گیج‌کننده پرواز فضایی را بهبود بخشد یا نه.
ما شرکت‌کنندگان را در یک دستگاه چرخش چند محوره قرار دادیم، که دستگاهی شامل یک صندلی است که طوری برنامه‌ریزی شده که مانند یک آونگ معکوس عمل کند.
مانند یک مداد که وقتی سعی می‌کنید آن را روی نوک انگشت خود تعادل دهید، به چپ یا راست می‌افتد، دستگاه چرخش چند محوره نیز به چپ یا راست متمایل می‌شود. شرکت‌کنندگان از یک جوی‌استیک استفاده کردند تا سعی کنند خود را متعادل کنند و صندلی را به حالت عمودی نگه دارند.
ما چشمان شرکت‌کنندگان را بستیم، زیرا گیجی فضایی اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که خلبانان نمی‌توانند ببینند – مانند زمانی که در شب یا از میان ابرها پرواز می‌کنند.
در زمین، اندام‌های کوچکی در گوش داخلی به نام اوتولیت‌ها به افراد کمک می‌کنند تا تعادل خود را با حس کردن میزان انحراف بدن از وضعیت عمودی، که به آن عمودی گرانشی نیز می‌گویند، حفظ کنند. در فضا و به‌ویژه در طول انتقالات گرانشی، مانند هنگام فرود روی یک سیاره یا ماه، اطلاعات گرانشی که توسط اوتولیت‌ها حس می‌شود بسیار متفاوت از زمین است. این می‌تواند باعث گیجی شود.
علاوه بر این، پرواز فضایی طولانی‌مدت نحوه تفسیر مغز از سیگنال‌های ارسالی از اوتولیت‌ها را تغییر خواهد داد. این نیز می‌تواند باعث گیجی هنگام فرود شود.
در شرایط شبیه‌سازی زمین که به عنوان یک کنترل برای مقایسه با شرایط پرواز فضایی استفاده شد، شرکت‌کنندگان در دستگاه چرخش چند محوره نشستند و از یک جوی‌استیک برای تثبیت خود در اطراف نقطه تعادل استفاده کردند. نقطه تعادل در حالت عمودی، یا عمودی گرانشی بود.
زیرا اوتولیت‌ها می‌توانند انحراف از عمودی گرانشی را حس کنند، شرکت‌کنندگان همیشه حس خوبی از جهت‌یابی خود و موقعیت نقطه تعادل داشتند. ما این شرایط را شرایط شبیه‌سازی زمین نامیدیم زیرا آن‌ها می‌توانستند از نشانه‌های گرانشی برای انجام وظیفه استفاده کنند. هر شرکت‌کننده‌ای در طول زمان یاد گرفت و عملکرد خود را بهبود بخشید.
سپس، در شرایط شبیه‌سازی پرواز فضایی، دستگاه چرخش چند محوره شرکت‌کنندگان را به میزان 90 درجه به عقب متمایل کرد. نقطه تعادل همچنان در مرکز قرار داشت و دستگاه چرخش چند محوره به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده بود که به چپ یا راست متمایل شود در حالی که شرکت‌کنندگان به پشت بودند.
در شرایط زمین، نقطه تعادل با وضعیت عمودی هماهنگ بود، بنابراین استفاده از اوتولیت‌ها برای تعیین میزان انحراف آسان بود.
اما در شرایط پرواز فضایی، شرکت‌کنندگان دیگر نسبت به عمودی گرانشی متمایل نبودند، زیرا همیشه به پشت بودند. بنابراین حتی اگر نقطه تعادلی که آن‌ها سعی می‌کردند پیدا کنند همان بود، دیگر نمی‌توانستند از جاذبه برای تعیین میزان انحراف از نقطه تعادل استفاده کنند.
به طور مشابه، فضانوردان هنگام فرود اولیه حداقل نشانه‌های گرانشی را دارند. در شرایط شبیه‌سازی پرواز فضایی ما، شرکت‌کنندگان عملکرد بسیار ضعیفی نشان دادند و نرخ بالایی از از دست دادن کنترل داشتند.
برای هر یک از ۱۳ شرکت‌کننده در گروه تجربی، چهار ویبروتاکتور به هر بازو متصل کردیم. هرچه شرکت‌کننده از نقطه تعادل بیشتر متمایل می‌شد، ویبروتاکتورهای بیشتری در همان سمت ارتعاش می‌کردند.
ما دریافتیم که بازخورد ویبروتاکتایل عملکرد را در شرایط گیج‌کننده پرواز فضایی بهبود می‌بخشد. اما این امر همچنین به احساس تضاد بین درک نادرست شرکت‌کننده از موقعیت خود و موقعیت واقعی آن‌ها که توسط ویبروتاکتورها نشان داده می‌شود، منجر شد.
به دلیل این تضاد، عملکرد شرکت‌کنندگان در شرایط پرواز فضایی به خوبی عملکرد آن‌ها در شرایط زمینی نبود.
به طرز شگفت‌آوری، حتی دانستن اینکه آن‌ها گیج شده‌اند و گزارش دادن سطح بالای اعتماد به ویبروتاکتورها نیز کافی نبود تا افراد بتوانند به یادگیری و بهبود عملکرد خود ادامه دهند. این نشان می‌دهد که اعتماد شناختی، یا سطح اعتماد گزارش‌شده آن‌ها، ممکن است با اعتماد درونی آن‌ها متفاوت باشد – و اعتماد شناختی به تنهایی تضمین نمی‌کند که افراد بتوانند در حالت گیجی به ویبروتاکتورها تکیه کنند.
ایجاد پیوند بین انسان و دستگاه
تحقیقات قبلی در زمینه جایگزینی حسی نشان داده است که اجازه دادن به شرکت‌کنندگان برای کاوش آزادانه و بازی با دستگاه در طول آموزش، پیوندی بین انسان و دستگاه ایجاد می‌کند.
ما در اولین آزمایش ، به شرکت‌کنندگان اجازه کاوش در نحوه کار دستگاه را دادیم. به آن‌ها ۴۰ دقیقه زمان دادیم تا بازخورد ویبروتاکتایل را در شرایط زمینی روز قبل از آزمایش در شرایط پرواز فضایی بررسی کنند. در حالی که این امر به شرکت‌کنندگان کمک کرد عملکرد بهتری نسبت به کسانی که ویبروتاکتور نداشتند، داشته باشند، بهبودهای آن‌ها کم بود و این شرکت‌کنندگان پس از دادن ۴۰ دقیقه در شرایط پرواز فضایی، بهبود بیشتری در عملکرد نشان ندادند.
خب چرا این کاوش آزادانه برای شرایط آزمایش ما کافی نبود ولی برای آزمایش‌های دیگر کافی بود؟ یک دلیل می‌تواند این باشد که اکثر مطالعات قبلی در زمینه تقویت حسی، آموزش و آزمایش را در همان محیط انجام داده‌اند.
با این حال، فضانوردان به احتمال زیاد قبل از اینکه در فضا باشند، آموزش خود را در زمین دریافت خواهند کرد ، جایی که اطلاعات حسی آن‌ها بسیار متفاوت خواهد بود. برای تعیین اینکه آیا آموزش‌های تخصصی می‌تواند به نتایج بهتری منجر شود، گروه دیگری از شرکت‌کنندگان را از یک برنامه آموزشی گذراندیم.
شرکت‌کنندگان روز اول را در شرایط شبیه‌سازی زمین گذراندند، جایی که باید خود را در حالی که به دنبال نقاط تعادل مخفی بودند، تثبیت می‌کردند. این نقاط تعادل با وضعیت عمودی یا عمودی گرانشی متفاوت بودند.
برای پیدا کردن نقطه تعادل مخفی، آن‌ها باید از تمایل به هماهنگ شدن با عمودی گرانشی فاصله می‌گرفتند و بر ویبروتاکتورها تمرکز می‌کردند که مکان نقطه تعادل را نشان می‌دادند.
وقتی این گروه در روز دوم در شرایط شبیه‌سازی پرواز فضایی آزمایش شدند، عملکرد آن‌ها به طور قابل توجهی بهتر از گروهی بود که ویبروتاکتور داشتند اما برنامه آموزشی را دریافت نکرده بودند. یافته‌های ما نشان می‌دهد که صرفاً قرار گرفتن در معرض دستگاه‌های تقویت حسی برای اینکه فضانوردان بتوانند به دستگاه تکیه کنند وقتی نمی‌توانند به حواس خود اعتماد کنند، کافی نیست.
همچنین، اعتماد شناختی به دستگاه ممکن است برای اطمینان از اتکا کافی نباشد. در عوض، فضانوردان نیاز به آموزش‌های تخصصی دارند که مستلزم قطع ارتباط از یک حس در حالی که بر بازخورد دستگاه تمرکز می‌کنند، باشد.
