Przeprowadzony w ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS eksperyment PhotonGrav miał na celu sprawdzenie, czy interfejs mózg-komputer (BCI) może działać w warunkach braku ciążenia. Technologia ta pozwala na komunikację i kontrolowanie aplikacji bezpośrednio przez sygnały z mózgu, z pominięciem mięśni.

Badacze wykorzystali autorskie urządzenie fNIRS (funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni). Działa ono podobnie do stosowanych w smartwatchach czy opaskach pulsoksymetrów, tylko że przyłożonych do czaszki. Urządzenie wysyła wiązkę światła przez czaszkę do kory mózgowej i mierzy poziom tlenu we krwi w danym obszarze mózgu. Gdy dana część mózgu pracuje intensywniej, np. podczas mnożenia liczb w pamięci, zapotrzebowanie na tlen rośnie, co rejestrują sensory. Kiedy mózg nie jest zajęty intensywnym zadaniem - utlenowanie mózgu (zawartość tlenu w jego tkance - PAP) ma zupełnie inny wzorzec.

- Nie wiedzieliśmy, jak sygnał z urządzenia zachowa się w kosmosie; po pierwsze - ze względu na zakłócenia w modułach stacji, a po drugie - ponieważ krew jest płynem, który w mikrograwitacji zachowuje się inaczej niż na Ziemi. Nasze analizy wykazały jednak, że jakość danych zebranych w kosmosie nie odbiegała od tych ziemskich - podsumował w rozmowie PAP dr Dariusz Zapała z Cortivision.

W eksperymencie na orbicie wzięły udział dwie osoby - dr Sławosz Uznański-Wiśniewski i jeszcze jeden, nieujawniony z nazwiska członek misji Ax-4. Na ISS zrealizowano trzy sesje z każdym z astronautów. Każda z nich trwała około pół godziny. W pierwszej części algorytm uczył się wzorców aktywności mózgu konkretnego astronauty. W drugiej części zadaniem uczestników było poruszanie obiektem na ekranie – kolorowym paskiem – jedynie za pomocą intencji, czyli poprzez wprowadzanie się w stan skupienia lub relaksu.

Analizy wykazały, że w stanie mikrograwitacji sygnał rejestrowany z mózgu był nawet silniejszy niż na Ziemi. Wynika to z faktu, że w kosmosie płyny ustrojowe przemieszczają się w stronę głowy, a mózg delikatnie dryfuje wewnątrz czaszki, przybliżając się do czujników umieszczonych na powierzchni skóry.

Dr Zapała tłumaczy, że na Ziemi płyny w organizmie są rozmieszczone równomiernie. W kosmosie natomiast gromadzą się w górnych partiach ciała.

- Obserwowaliśmy to w doświadczeniu: zespół musiał zapewnić czepki z sensorami w różnych rozmiarach, bo głowa astronauty realnie zwiększała swoją objętość. Czepki, które były idealnie dopasowane na Ziemi, stawały się na orbicie zbyt ciasne - wspomina dr Zapała.

Te fizjologiczne zmiany było też widać na twarzy dr. Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego - astronauta wyglądał na ISS inaczej niż na Ziemi, właśnie z powodu braku grawitacji.

Badacze założyli, że sukcesem będzie, jeśli algorytm poprawnie rozpozna intencję astronauty w co najmniej 70 proc. przypadków. - Trafność przewidywań u astronautów była istotnie powyżej tej granicy, średnio na poziomie 82 proc. Oznacza to, że byli oni w stanie efektywnie kontrolować ruch obiektu bez użycia mięśni. W warunkach kosmicznych tego typu badanie przeprowadzono po raz pierwszy - zapewnia badacz z Cortivision.

Kolejnym etapem badań będzie próba powtórzenia wyników na Ziemi w warunkach symulowanej mikrograwitacji: badani będą korzystali z urządzenia, leżąc z nogami uniesionymi powyżej głowy, co wymusza podobny jak w mikrograwitacji przepływ płynów w organizmie.

Technologia fNIRS pozwala na autonomiczne monitorowanie stanu mózgu. Jeśli nauczymy się robić to skutecznie bez asysty personelu medycznego, radykalnie zwiększymy bezpieczeństwo ludzi pracujących w odcięciu od świata. To technologia, która może uratować życie polarnikowi czy nurkowi, informując bazę o ich przeciążeniu lub pogarszającym się stanie zdrowia - mówi dr Zapała. jego zdaniem to daje nadzieję na rozwój wiedzy o mózgu w jego naturalnym, aktywnym środowisku, a nie tylko w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.

- Jesteśmy obecnie jedyną firmą na świecie, która może poszczycić się takim „Flight Heritage” (doświadczeniem lotu w kosmos) w zakresie spektroskopii bliskiej podczerwieni w kosmosie. Nasze usługi wsparcia eksperymentów na ISS są już częścią stałej oferty Axiom Space - podsumował dr Zapała.

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala 

lt/ zan/