Een reis naar Mars zal niet gemakkelijk zijn en er zijn een aantal problemen die moeten worden opgelost voordat we vertrekken. Een interessant probleem is hoe we de astronauten zelf in de gaten houden. Natuurlijk, het is gemakkelijk om hun hartslag en bloeddruk te controleren, maar is het mogelijk om te volgen wat er in hun hoofd omgaat?

Een recent volledig Canadees neurowetenschappelijk onderzoeksteam bracht zeven dagen door in de Mars Habitat (de Hab) bij de Hawaii Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) op een gesimuleerde missie om dat exacte probleem aan te pakken - het ontwikkelen van een mogelijkheid om de gezondheid van de hersenen te monitoren en prestaties in realtime.

Met behulp van mobiele elektro-encefalografie (EEG) om hersengolven te meten, konden we met succes vijf verschillende aspecten van de cognitieve hersenfunctie volgen:perceptie, aandacht, geheugen, leren en beslissen. We waren ook in staat om door stress veroorzaakte stoornissen in de hersenfunctie waar te nemen, depressie en cognitieve vermoeidheid.

Als hoofdonderzoeker van het Theoretical and Applied Neuroscience Laboratory aan de Universiteit van Victoria, Ik leid een onderzoeksteam van afstudeerders, studenten en onderzoeksassistenten. Twee van mijn Ph.D. studenten namen deel aan het Mars-project - Chad Williams en Tom Ferguson - samen met twee van mijn collega's van andere universiteiten, experimenteel psycholoog Gordon Binsted en statistiekexpert Kent Hecker.

Vermoeidheid bestuderen

Op onze Mars-missie bij HI-SEAS, ons doel was om cognitieve vermoeidheid te volgen. Fysieke vermoeidheid is wanneer onze spieren pijnlijk worden en we een gebrek aan energie ervaren. Cognitieve vermoeidheid is de mentale analoog daarvan:wanneer onze hersenen moe worden en we tekorten in de neurale functie beginnen te krijgen.

Het is al langer duidelijk dat mensen meer fouten maken en dat er sprake is van verminderde hersenactiviteit bij cognitieve vermoeidheid. Het probleem met cognitieve vermoeidheid is eenvoudig:hoe controleren we het?

De huidige norm is om te vertrouwen op zelfrapportage, die duidelijk ontoereikend is. In bepaalde situaties is de persoon die wordt gevraagd naar zijn huidige staat van cognitieve vermoeidheid zich er misschien gewoon niet van bewust. Bijvoorbeeld, je kunt je een professionele atleet voorstellen die mentaal moe is en zijn vermoeidheid niet erkent zodat hij kan blijven spelen, of een chirurg die opereert wanneer hij te moe is om dat te doen. In beide gevallen, de persoon in kwestie zou een cruciale fout kunnen maken door cognitieve vermoeidheid die het spel zou kunnen kosten, of erger.

Met behulp van mobiele EEG-technologie hebben we een hersengebaseerde test ontwikkeld die een volledige beoordeling geeft van de gezondheid en prestaties van de hersenen. Onze test is gebaseerd op gebeurtenisgerelateerde hersenpotentialen (ERP's), dat zijn de reacties van de hersenen op iets dat gebeurt. Om de ERP's van de hersenen te bestuderen, we laten mensen videogames spelen en we gebruiken mobiele EEG om de reacties van de hersenen op gebeurtenissen in deze games te meten. belangrijk, de algoritmen die we hebben ontwikkeld combineren deze ERP-reacties om een ​​direct beeld te geven van de hersenfunctie, zodat we stress kunnen kwantificeren, depressie, cognitieve vermoeidheid en een reeks andere neurale toestanden.

Gesimuleerde missie

Om de validiteit van onze aanpak te testen, we ondernamen een zevendaagse gesimuleerde Mars-missie in de HI-SEAS-habitat. De mensen van HI-SEAS nemen deze simulaties serieus:we mochten de Hab alleen in ruimtepakken verlaten terwijl we lucht inademden die in onze helmen werd gepompt vanuit onze rugzak-levensondersteunende systemen. We aten alleen gevriesdroogd voedsel. Onze communicatie met de buitenwereld was 20 minuten vertraagd om de zendtijd van Mars te simuleren. En ondanks dat ik meer dan twee uur per dag moet sporten, we hadden de hele week acht minuten totale douchetijd.

Om de simulatie nog realistischer te maken, onze dag was gestructureerd om te weerspiegelen hoe het leven eruit zou zien tijdens een missie op Mars. Elke ochtend begon met een ontbijt en een crewmeeting om de doelen voor de dag te bespreken. Activiteiten gedurende de dag waren afhankelijk van of je was toegewezen om op een extra-vehicular activity (EVA) te gaan of taken uit te voeren binnen de Hab. op EVA's, we verkenden de omringende geologie, in het bijzonder die lavabuizen die overal rond de Hab waren. Als je in de Hab bleef, jij zou sporten, maaltijden bereiden en aan onderzoeksprojecten werken. Elke dag eindigde met missieverslagen waarin werd beschreven wat we hadden bereikt en wat we de volgende dag van plan waren te doen.

Vermengd met onze dagelijkse routine, we hebben onszelf getest met onze hersengezondheid en prestatiebeoordeling. Voor dit project, we gebruikten de Muse mobiele EEG-hoofdband, een in de handel verkrijgbare EEG-headset. Voordat ons Mars-project begon, we vergeleken de Muse met een EEG-systeem van medische onderzoekskwaliteit en konden aantonen dat de Muse voldoende was om een ​​EEG-signaal van goede kwaliteit te meten.

We werkten ook samen met Suva Technologies om PEER te ontwikkelen, een iOS-applicatie die de ERP-gegevens meet die we nodig hebben om onze hersengezondheid en prestatiebeoordeling uit te voeren. Een van de leuke dingen van de technologie die we hebben ontwikkeld, is dat de volledige beoordeling van begin tot eind ongeveer vijf minuten duurt.

Snelle gezondheidsmetingen

Ons onderzoeksproject in de habitat van Mars was een groot succes - we waren in staat om onze cognitieve vermoeidheidsniveaus te meten. We zagen elke dag een duidelijke toename van cognitieve vermoeidheid, wat te verwachten is na een werkdag van 16 uur. Echter, hoewel we maar een week in de Hab waren, we zagen ook een toename van cognitieve vermoeidheid gedurende de zeven dagen.

We kunnen de gezondheid en prestaties van de astronautenhersenen in minder dan vijf minuten meten met behulp van mobiele EEG-technologie, PEER en de algoritmen die we hebben ontwikkeld. En we hebben andere toepassingen gevonden voor onze technologie:we kunnen hersenschuddingen meten tijdens sportevenementen, onderzoek naar cognitieve vermoeidheid in industriële en medische omgevingen, de prestaties van atleten in de sport voorspellen en, meest recent, volg de progressie van milde cognitieve stoornissen naar de ziekte van Alzheimer en dementie.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.