Utrzymanie równowagi nie jest tak łatwe jak to się wydaje. Wystarczy spróbować ustać parę minut na jednej nodze, aby zdać sobie spawę, że wymaga to od ciała ciągłego wysiłku. Jednak jest to jedna z tych fundamentalnych złożonych funkcji organizmu, takich jak rówież czytanie, którą gdy już człowiek opanuje, to wykonuje automatycznie i zapomina, jak trudno było się jej nauczyć. Dlatego wydaje się, że trzeba doświadczyć czegoś niezwykłego, aby zapomnieć jak utrzymać równowagę. Rzeczywiście, może to być na przykład podróż kosmiczna.

Naukowcy zaobserwowali, że astronauci wracający z podróży kosmicznych mogą utrzymać równowagę, ale sprawia im to niemałą trudność. Jak wyjaśnia neurolog Bill Paloski, dzieje się tak dlatego, że ich mózgi nie są już pewne, w jaki sposób powinny interpretować otrzymywane dane.

Aby utrzymać równowagę mózg wykorzystuje informacje z trzech źródeł: sensorów znajdujących się w mięśniach, zmysłu równowagi znajdującego się w uchu wewnętrznym który śledzi pozycję głowy, oraz wzroku. Informacje te analizuje, budując model. Jest to więcej niż tylko algorytm postępowania, to sposób, w jaki się uczymy i przystosowujemy. Modele zapewniają kontekst, w którym dane są interpretowane i który wyznacza reakcję. Mózg tworzy je przez cały czas. W ten sposób uczymy się nowego języka, a nawet przystosowujemy do nowych okularów.

Mózg astronauty przebywającego w przestrzeni kosmicznej musi zapomnieć o modelu ruchu ciała w normalnej grawitacji (1-g) i stworzyć nowy model dla stanu nieważkości (0-g). Gdy człowiek znajdzie się z powrotem na Ziemi, jego mózg musi rozpoznać, że znowu powinien się przestawić. Taka zmiana nie jest zawsze prosta.

Znalezienie się w przestrzeni kosmicznej wymaga od mózgu pracy. Musi on się zdecydować, czy zmiana taka będzie stała i czy warto budować model, a następnie musi go stworzyć. Wszystko wymaga czasu: Nowa interpretacja informacji, stworzenie modelu, przestawienie się na inny. A podczas przechodzenia z jednego modelu na drugi mózg czasami interpretuje dane w dziwny sposób. Astronautom może się wydawać, że cały świat się przekręcił, podczas gdy to tylko oni ruszyli głową. Ból głowy, choroba lokomocyjna to inne oznaki dezorientacji. Jak zaznacza Paloski „Złudzenia zmysłowe astronautów są bardzo interesujące„.

Paloski pracuje z astronautami w Johnson Space Center, gdzie stara się zidentyfikować, co dokładnie powoduje przestawienie się na nowy model. Eksperymenty z udziałem astronautów polegają na wysyłaniu do ich mózgów kłopotliwych do zinterpretowania informacji, co może wymusić przejście od jednego modelu do drugiego.

Paloski wspomina, że przed laty po teście polegającym na siedzeniu na obracającym się krześle pewien astronauta ponownie utracił zmysł równowagi i nie mógł ustać podobnie jak to było w dzień lądowania.

„Zdarzyło się wtedy coś, co z powrotem przestawiło jego mózg z modelu 1-g na 0-g. Prawdopodobnie mózg zainterpretował sygnały otrzymywane na krześle jako znak, że znowu znajduje się w przestrzeni kosmicznej. I ponownie przestawił się na model odpowiedni do stanu nieważkości” – mówi Paloski, który teraz będzie się starać powtórzyć ten efekt.

NASA

Na zdjęciu wirówka wraz z pasażerem. Używając tych wirówek, Bill Paloski planuje pokręcić astronautów zbadać ich zmysł równowagi i dowiedzieć się więcej o modelu równowagi jaki powstaje w mózgu człowieka.

W tym celu umieści każdego z astronautów z osobna w specjalnej wirówce. Będą leżeć wygodnie, podczas gdy urządzenie będzie się obracać w tył i przód z różnymi prędkościami. Po dziesięciu minutach astronauci będą badani. Wszystko czego będzie się wymagać od astronauty, to żeby stał jak najbardziej bez ruchu. Będą się znajdować na platformie w specjalnej budce, która izoluje przebywającego wewnątrz człowieka od bodźców, którymi normalnie mózg posługuje się by utrzymać równowagę. Aby mózg nie mógł uwzględniać sygnałów płynących z mięśni, platforma będzie się mogła przemieszczać, kiedy tylko człowiek zacznie się kiwać, tak aby receptory nacisku w kolanach odbierały cały czas te same informacje.

Badaniu temu zostaną poddani astronauci misji STS-107, która jest planowana na styczeń 2003 roku. Paloski ma nadzieję odkryć jak dochodzi do zmiany modelu utrzymania równowagi. Jego badania mogą pomóc astronautom szybciej przystosować się do ziemskiej grawitacji. Mogą też pomóc mózgom astronautów wytworzyć odpowiedni model, jeszcze zanim będzie potrzebny. Pierwsi podróżnicy marsjańscy będą mieli na przykład opanowany model 1/3-g jeszcze zanim znajdą się na Czerwonej Planecie.

Będą stanowić również ważny krok aby lepiej zrozumiec chorobę lokomocyjną. A również w szerszym kontekście, są to badania nad procesem uczenia się i mogą dostarczyć wskazówek, jak można by uczyć się szybciej.