Корнилова Л.Н., Наумов И.А., Глухих Д.О., Смирнов Ю.И., Хабарова Е.В.
Созданный и апробированный (2010-2013 гг.) в клинике и модельных экспериментах инновационный компьютерный метод дифференциальной диагностики нарушений вестибулярной системы, межсенсорных взаимодействий и зрительного слежения (АПК «ОКУЛОСТИМ», «ОКУЛОСТИМ – КМ», «ВИРТУАЛ») успешно реализован как в практике пред- и послеполётных обследований космонавтов, так и на борту РС МКС в ходе полёта экипажа МКС-37/38 Рязанского С.Н. и Котова О.В. в 2013 г. (космический эксперимент «ВИРТУАЛ»).
Космический эксперимент (КЭ) «ВИРТУАЛ» направлен на исследование пространственной ориентации и взаимодействия афферентных систем в условиях невесомости и позволит получить новые данные о роли гравитации в функционировании вестибулярного аппарата, характере межсенсорного взаимодействия и точности зрительного восприятии пространства.
В рамках КЭ «ВИРТУАЛ» специалисты лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» ГНЦ РФ – ИМБП РАН впервые смогут получить уникальные данные о функционировании вестибулярного аппарата и зрительном слежении, начиная уже с 2-3 суток пребывания на борту МКС, т.е. в острый период адаптации к невесомости и развития космической болезни движения.
КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ «ВИРТУАЛ»
Эксперимент проводится до, в ходе и после космического полета и состоит из двух этапов:
ЭТАП 1 КЭ «ВИРТУАЛ» – исследуется влияние невесомости на отолитовую функцию и функцию полукружных каналов методом видеоокулографии (ВОГ).
Задачами этапа 1 являются:
- исследование влияния невесомости на отолитовую функцию и функцию полукружных каналов;
- определение характера взаимодействия отолито-окуломоторной и купуло-окуломоторной подсистем в условиях изменённой силы тяжести;
- уточнение роли отолитовой функции в характере взаимодействия афферентных систем;
- исследование спонтанных движений глаз.
Использование ВОГ-комплекса (Рис. 1) особенно важно, т.к., в отличие от других методов регистрации движений глаз, ВОГ позволяет регистрировать торсионное противовращение глаз – т.е. реакцию отолитовой подсистемы вестибулярного аппарата на изменение положения головы или тела в пространстве. Будучи гравитационно-зависимой, отолитовая функция работает в невесомости некорректно, что приводит к развитию сенсорного конфликта между отолитами и полукружными каналами, и является одной из основных причин развития космической болезни движения.
Рис. 1. ВОГ-комплекс ETD, используемый для проведения этапа 1 КЭ «ВИРТУАЛ»
Использование ВОГ-комплекса ETD позволяет получать объективные и точные данные о движении глаз (высокочастотные до 200 Гц инфракрасные камеры для регистрации горизонтальной, вертикальной и торсионной компонент, погрешность < 0.01°) и головы космонавта (3-х осевые акселерометры и датчики угловой скорости) как на Земле, так и в условиях космического полета (Рис. 2).
а) | б) |
Рис. 2. Проведение этапа 1 КЭ «ВИРТУАЛ»: а) на Земле, б) в ходе космического полета на борту РС МКС
Выполнение этапа 1 КЭ «ВИРТУАЛ» на борту РС МС начато с 2013 г. в ходе полёта экипажа МКС-37/38 Рязанского С.Н. и Котова О.В. (Рис. 3).
Рис. 3. Космический эксперимент «ВИРТУАЛ» на борту РС МКС в ходе полёта экипажей МКС-37/38/39 (Котова О.В., Рязанского С.Н., Тюрина М.В.)
Ожидаемые результаты:
- получение новых данных о роли отолитовой функции в формировании пространственной ориентации, о характере взаимодействия афферентных систем и механизмах сенсорных взаимодействий;
- определение характера взаимодействия отолито-окуломоторной и купуло-окуломоторной подсистем в условиях изменённой силы тяжести;
- мониторинг состояния вестибулярной функции космонавтов, начиная с 2-х суток пребывания на борту МКС.
ЭТАП 2 КЭ «ВИРТУАЛ» – исследование нарушений зрительного слежения, развивающихся в условиях невесомости, и их взаимосвязи с нарушениями вестибулярной функции.
Запуск КЭ «Виртуал» с выполнением обоих этапов запланирован в 2015 г. Задачами этапа 2 являются:
- исследование влияния невесомости на точностные и скоростные показатели всех форм зрительного слежения;
- исследование влияния зрительно-индуцированных иллюзий (векций) в условиях невесомости на точностные и скоростные показатели всех форм зрительного слежения;
- исследование зависимости характеристик зрительного слежения от состояния вестибулярной функции в условиях невесомости.
Этап 2 КЭ «ВИРТУАЛ» заключается в выполнении комплекса компьютерных тестов, направленных на исследование глазодвигательных реакций при предъявлении зрительных стимулов. Зрительный стимул представляет собой точечную мишень размером до 1° (фовеальный стимул), перемещающуюся по заданному закону как на безориентирном поле экрана (очков виртуальной реальности), так и на фоне дополнительной ретинальной оптокинетической стимуляции (РОКС) – отображаемые на заднем фоне экрана размытые пятна (эллипсы), разные по форме и диаметру, и движущиеся по определенному закону движения со скоростью ~6-9 град/сек) (Рис. 4).
Рис. 4. Зрительные стимулы, используемые при исследовании следящей функции глаз
В ходе выполнения этапа 2 КЭ «ВИРТУАЛ» планируется использовать бортовой ноутбук RSE Med, комплекса «НЕЙРОЛАБ-2000М» для регистрации движения глаз методом электроокулографии (Рис. 5а, 5в) и очков виртуальной реальности для зрительной и звуковой стимуляции (Рис. 5б), специально разработанных в соответствии с требованиями РКК «Энергия» для использования на борту МКС.
а) |
б) |
в) |
Рис. 5. Оборудование, используемое для выполнения этапа 2 КЭ «ВИРТУАЛ»:
а) комплекс «НЕЙРОЛАБ-2000М», б) очки виртуальной реальности, в) комплекс «НЕЙРОЛАБ-2000М» на борту МКС (космонавт Волков С.А.)
Несмотря на уже накопленный обширный банк данных исследований зрительного слежения до, в ходе и после космического полета (космические эксперименты на орбитальных станциях «Салют» и «МИР», 1984-1999 гг.), этап 2 КЭ «ВИРТУАЛ» впервые позволит получить объективные и точные данные о влиянии невесомости на показатели установки взора и зрительного слежения (фиксационных саккад, удержания взора, плавного слежения в отсутствие и на фоне РОКС) в ходе всего космического полета, причем начиная уже с 2-3 суток пребывания на борту МКС. Отличия между раннее проведенными космическими экспериментами и КЭ «ВИРТУАЛ» заключаются в использовании современных высокоточных средств для регистрации движений глаз и головы, а также в использовании комплекса компьютерных тестов, позволяющих исследовать практически все формы зрительного слежения.
Выполнение обоих этапов КЭ «ВИРТУАЛ» особенно важно еще и тем, что получаемые в ходе полета данные сопоставляются с данными пред- и послеполетных исследований вестибулярной функции и зрительного слежения (научные эксперименты «СЕНСОРНАЯ АДАПТАЦИЯ» и «ГейзСПИН»). Подобное сопоставление и сравнительный анализ уникальных результатов различных научных экспериментов, выполняющихся до, в ходе и после космического полета, позволит разработать методологию прогноза состояния вестибулярной системы, надежности пространственной ориентации и зрительного слежения в сложных динамических и визуальных условиях, вызывающих дезориентацию и иллюзии пространственного положения.
Дальнейшим развитием направления космических экспериментов на борту МКС является КЭ «СЛЕЖЕНИЕ», направленный на исследование зрительного и зрительно-мануальное слежения в условиях невесомости.
Запуск КЭ «СЛЕЖЕНИЕ» запланирован в 2015-2016 гг.
Коллектив лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» выражает особую благодарность за участие в подготовке бортовых экспериментов и соответствующей документации начальнику отдела, врачу-неврологу ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» Васину А.В. и бывшему сотруднику лаборатории Макаровой С.М.