Uczestnicy misji M6 Żuławski w bazie Lunares (fot. Lunares Research Station)

Już dwa tygodnie zamknięcia w analogowej bazie kosmicznej wystarczają, by uczestnicy misji odczuwali zawroty głowy, ból oczu czy mieli problemy z regulacją poziomu oświetlenia. Doświadczają ich, mimo że funkcjonują w ziemskiej grawitacji i nie są wystawieni na działanie zwiększonego promieniowania kosmicznego. Część problemów z widzeniem astronautów może więc wynikać po prostu z tzw. stresu punktu bliży. A to – paradoksalnie – dobra wiadomość, bo będzie można im dość łatwo zapobiec – przekonują badaczki z PWr, które właśnie opublikowały pierwsze wyniki swoich badań analogowych astronautów w czasopiśmie naukowym „Acta Astronautica”.

Publikacja „The impact of space habitat conditions on visual performance and cognitive load in analogue astronauts” to efekt współpracy dr inż. Izabeli Garaszczuk z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, dr hab. inż. arch. Marty Rusnak z Wydziału Architektury i studentki Karoliny Komorowskiej, także z W11. Swoje badania prowadziły z wykorzystaniem wyposażenia laboratorium eye trackingowego Let’s GO*.

Dr Garaszczuk to specjalistka w zakresie optometrii i optyki, zajmująca się tymi dziedzinami zawodowo i naukowo. Dr Rusnak od lat prowadzi badania architektury z wykorzystaniem eye trackingu, a Karolina Komorowska oprócz tego, że studiuje na trzecim roku fizyki technicznej, to była także uczestniczką misji w polskiej analogowej bazie kosmicznej, a obecnie pracuje tam jako Crew Coordinator.

Mowa o Lunares Research Station zlokalizowanej na lotnisku w Pile. To największy w Europie analogowy habitat, w którym regularnie symulowane są załogowe misje kosmiczne z maksymalnie ośmioma uczestnikami. Pozwalają na prowadzenie badań związanych z izolacją.

– Zauważyliśmy, że uczestnicy naszych misji po takiej dwutygodniowej izolacji zgłaszają objawy, które wskazywałyby na problemy wzrokowe, m.in. zawroty głowy, ból oczu, problemy z oceną odległości czy negatywną reakcją na zmieniający się poziom oświetlenia – opowiada Karolina. – Są to więc częściowo te same objawy, których doświadczają także astronauci odbywający misje w przestrzeni kosmicznej.

Co wpływa na widzenie astronautów?

Dr Garaszczuk przypomina, że problemy z widzeniem, które zgłaszają przebywający na ISS (Międzynarodowej Stacji Kosmicznej), wiąże się głównie mikrograwitacją i wyższymi poziomami promieniowania kosmicznego. Tą pierwszą podejrzewa się o powodowanie tzw. zespołu SANS (ang. Speceflight-associated neuro-ocular syndrome). Naukowcy sądzą, że pod wpływem swobodnego spadania, jakiego doświadczają astronauci na stacji kosmicznej, płyny z rdzenia kręgowego trafiają do głowy, podnoszą ciśnienie w czaszce i naciskają na gałki oczne, powodując m.in. zaburzenia widzenia, problemy z koncentracją czy rozbłyski pod zamkniętymi powiekami. Natomiast zwiększone promieniowanie kosmiczne może prowadzić do wystąpienia zaćmy.

– Jednak część trudności, jakich doświadczają astronauci, może wynikać nie tyle z przebywania w przestrzeni kosmicznej, co z samego faktu zamknięcia w niewielkiej przestrzeni, a do tego pod wpływem stresu – opowiada. – To ważne czynniki, bo jeśli przez dłuższy czas nie mamy możliwości spojrzenia na odległość większą niż sześć metrów, a do tego nasz układ nerwowy jest stale napięty ze względu na stres, to może odbić się na naszym wzroku.

Badaczka wskazuje na to, że takie warunki mogą prowadzić do tzw. stresu punktu bliży, który objawia się m.in. niespodziewanymi bólami głowy, dwojeniem się obrazu czy światłowstrętem. Jak tłumaczy – o ile na astronautów w przestrzeni kosmicznej działa tak wiele czynników, że nie sposób powiedzieć, które objawy wynikają bezpośrednio z SANS (lub innych powodów), a które mogą wiązać się ze stresem punktu bliży, o tyle w przypadku analogowych astronautów dużo łatwiej ustalić przyczyny problemów ze wzrokiem.

Badania uczestników pięciu misji

Po rozpoznaniu literaturowym badaczki przygotowały eksperymenty, którym poddały następnie uczestników pięciu misji w bazie Lunares. Każdego z ich członków i członkiń badały przed wejściem do habitatu i po opuszczeniu go po dwóch tygodniach izolacji. Swoje analizy prowadziły w sumie przez 11 miesięcy i przebadały 32 osoby (wykluczyły jedynie uczestników misji z poważnymi wadami wzroku, które uniemożliwiałyby przeprowadzenie testów widzenia za pomocą przygotowanego do badań zestawu).

– Zawęziłyśmy nasz protokół badań do podstawowych i prostych do wykonania pomiarów, tak aby w przyszłości można je było łatwo powtórzyć w kolejnych misjach. A być może te same testy mogliby przeprowadzić astronauci w przestrzeni kosmicznej, zatem ważne było, by aparatura nie ważyła dużo, a testy były łatwe do samodzielnego wykonania po odpowiednim przeszkoleniu – opowiada dr Rusnak.

Badanie każdego uczestnika misji trwało około pół godziny. Przechodził typowy wywiad medyczny oraz badanie optometryczne i krótki test eye trackingowy (z odpowiednią korekcją wzroku – indywidualną dla każdej osoby). Jego zadaniem było przepisywanie zdań zapisanych w języku angielskim (to obowiązujący język misji w bazie Lunares) z prezentacji wyświetlonej na komputerze oddalonym o 6 metrów na kartkę, którą piszący miał przed sobą. Ruch gałek ocznych w tym czasie śledził eye tracker.

– To zadanie ma rozluźnić akomodację, czyli swojego rodzaju napięcie układu wzrokowego, które pojawia się, gdy próbujemy wyraźnie zobaczyć przedmioty znajdujące w bliskiej odległości. Zatem kazałyśmy badanym wykonywać „wzrokowe pompki”, raz koncentrując wzrok na dalekim punkcie, a za chwilę na bliższym i sprawdzałyśmy, czy mieli z tym jakieś problemy, np. ile czasu potrzebowali, żeby skoncentrować wzrok na tych napisach, czy wracali do nich wzrokiem po kilka razy itd. – opowiada dr Garaszczuk – Ponadto, eye trackery są już stosowane przez NASA do oceny tzw. przeciążenia poznawczego, które pojawia się w trakcie wykonywania wymagających zadań w pełnym skupieniu.

Wszystkie badania i testy sprawdzały ostrość wzroku, współpracę oczu i akomodację. Wyniki pokazały, m.in. zmniejszoną zdolność uczestników analogowych misji kosmicznych do utrzymywania ostrości na bliskich obiektach i problemy ze skupieniem (badani byli mniej skoncentrowani na ekranie komputera i kartce papieru, a bardziej na obszarach niezwiązanych z zadaniem). Badaczki zaobserwowały także, że po misji częściej występowały takie objawy jak krótki czas skupienia uwagi, problemy z percepcją głębi, w tym niezdarność czy mylenie słów podczas czytania, a badani częściej także zgłaszali problemy z uciążliwym oświetleniem fluorescencyjnym. Ze szczegółami można zapoznać się w artykule opublikowanym w „Acta Astronautica”.

– Na podstawie tych wyników można zatem wnioskować, że objawy zgłaszane przez astronautów mogą być również spowodowane izolowanym środowiskiem architektonicznym, obciążeniem poznawczym i wymagającymi zadaniami – podkreśla dr Rusnak.

Takim przyczynom problemów ze wzrokiem można stosunkowo łatwo zaradzić.

– Czynniki stresogenne dla oczu można złagodzić za pomocą terapii wzroku, ćwiczeń oczu czy zmianami w otoczeniu astronautów – opowiada dr Garaszczuk. – A w kontekście planów związanych z tworzeniem habitatów, np. na Marsie, wyniki takich badań jak nasze mogą mieć znaczenie przy projektowaniu przestrzeni dla astronautów, tak by otoczenie, w którym spędzą długi czas, nie powodowało u nich stresu punktu bliży.

Kolejne eksperymenty w planach

Badaczki podkreślają, że w planach mają już kolejne analizy związane z analogowymi astronautami. Myślą np. o tym, by próbować zidentyfikować, jakie ćwiczenia wzrokowe będą odnosiły najlepsze rezultaty w zapobieganiu występowania objawów, które teraz zgłaszają uczestnicy misji. Albo by badać, czy korzystanie przez analogowych astronautów z okularów do czytania wpłynie na występowanie stresu punktu bliży. Możliwych jest także wiele kierunków analiz związanych z modyfikacjami np. oświetlenia w bazie na kolorowe itp.

– Na naszej uczelni stworzyliśmy koło naukowe Visionary PWr, które skupia się na badaniach eye trackingowych, zatem liczymy na to, że część z tych kierunków badań przejmą za chwilę zespoły z naszego koła – opowiada Karolina Komorowska. – W ten sposób będziemy w stanie podejść do zagadnienia problemów wzrokowych zgłaszanych przez analogowych astronautów jak najszerzej.

Lucyna Róg

* Laboratorium eye trackingowe Let’s GO działa w Katedrze Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych na Wydziale Budownictwa Wodnego i Lądowego Politechniki Wrocławskiej. Powstało w wyniku współpracy naukowców, doktorantów i studentów z trzech Wydziałów: Architektury, Budownictwa i Podstawowych Problemów Techniki. W 2022 roku pomysł wygrał konkurs „Polytechnica Nova”. Laboratorium umożliwia prowadzenie interdyscyplinarnych badań z wykorzystaniem eye-trackerów