Summary
Влияние невесомости и гипергравитации с обеих гемодинамических и электрофизиологических процессов в мозге будет следовать в ходе параболический полет на ЭЭГ и НИРС техники. Технико-экономическое обоснование более сложном эксперименте, который планируется провести в течение средне-и долгосрочной перспективе космического полета.
Protocol
1. Экспериментальная процедура
- На первом предполетного препарат - предмет подготовки производится в отдельном помещении в аэропорту. (1-2 часа до вылета)
- Монтаж ЭЭГ CAP / НИРС
- Электроды и датчики NIR крепятся к коже головы использованием ЭЭГ шапку. Этот метод гарантирует правильное положение датчиков.
- Размер крышки определяется размером с голову испытуемого
- Оператор гарантирует, из правильного положения крышки. Электрода Cz находится на вершине (точка посередине между Насьон и луком), PO9-PO10 и Fp1-Fp2 электроды горизонтальные, шапка симметрична.
- Электрода частоту сердечных сокращений помещается на груди
- Сведение к минимуму сопротивление
- Мозг электродов Продукты actiCAP подключены к блоку управления.
- Каждый электрод содержит светодиоды, которые становятся красными, когда измерения импеданса запущен.
- Волосы отошли от кончика электрода с тупым наконечником иглы.
- Гель вводится между кончиком электрода и поверхностью кожи.
- Цвет Светодиоды изменят цвет, а сопротивление уменьшается. Начальная красный цвет становится желтым, желтый становится зеленым, если целевым значением сопротивления достигается.
- Целевой импеданс 25 кОм, так как активные электроды обеспечивают хороший сигнал-шум рациона ниже этого значения. Поэтому крышка препарат быстро и удобно.
- Оператор начинает работать на ссылку и наземных электродов, и повторяет для всех остальных электродов.
- Монтаж ЭЭГ CAP / НИРС
- На борту предполетной подготовки
- Предварительно измерений
- Субъекты помещаются в экспериментальной установке, ремни безопасности крепятся свободно
- Кабели подключения батарей загружены.
- Оператор начинает ЭЭГ и НИРС модуль, контролирует соединения и качество ЭЭГ сигнал / НИРС.
- Запись ЭЭГ покоя / НИРС. Субъекты не имеют никаких задач.
- Запись будет остановлена.
- Субъектов выполнять когнитивные задачи на земле. Задача когнитивной это внимания / расчет задачи ( http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8 ), где субъекты должны определить ту сторону уравнения, которое больше другие в зависимости от скорости и точности.
- Хранение оборудования
- Оператор магазинах камеры и IPhones для взлета.
- Предварительно измерений
- В полете измерения
- Подготовка
- Оператор монтирует видео-камеры, чтобы перила и начинает запись.
- Iphones расположены на верхней части ноги субъектов.
- Оператор начинает ЭЭГ и НИРС модуль, контролирует качество ЭЭГ сигнал / НИРС, и начинает запись.
- Измерение
- Субъектов выполнять когнитивные задачи в течение двух блоков из пяти параболы между параболой 11-15 и 16-20. Задача будет выполнена в случайном порядке в невесомости или нормальной тяжести. Только состояние покоя ЭЭГ / НИРС записан в течение первых 10 парабол. Последний параболы будет использоваться в случае отсутствия предыдущих измерений (см. Рисунок 1).
- Оператор управляет записью, и поручает предметам. Оператор запишет все результаты когнитивных тестов и времени.
- Подготовка
- На первом после полета измерения
- Состоянии покоя ЭЭГ / НИРС Измерение проводилось.
Мы ожидаем, чтобы найти увеличился мозговой активации в невесомости, как показано ранее (Шнайдер и др.. Др. 2008 + 2009). Кроме того, мы ожидаем, так что увидеть увеличенный кислородом ткани в лобных мозга в невесомости и нижней кислородом ткани в гипергравитации. Внимание задачей должно быть нарушено в течение всего полета по сравнению с пре-и пост полета и, возможно, даже более в условиях невесомости за счет более высокой центральной активации и возбуждения в невесомости.
2. Представитель Результаты
Отображение перехода от фазы гипергравитации к невесомости, мы имели возможность наблюдать увеличился мозга корковой активности в лобной коре и снижением активности в височной и затылочной коры 2000 - 2350 мс после наступления невесомости (рис. 2а, б). sLORETA позволило локализации этого увеличилась фронтальной активации в Бродмана области 9 из дорсолатеральной префронтальной коре, которая, как известно, участвует в исполнительной функции интеграции сенсорной и мнемонической информации в ходе двигателя планирования, организации и регулирования (рис. 3а, б). Кроме того, с учетом 2 показали увеличение Бродмана области 6, премоторной коры, который играет роль в сенсорной руководством в ходе теле стабилизации (см. рисунок 3б).
Усредненные за первые 10 парабол, НИРС анализ показал, снизилась кислородом гемоглобин (HHB) концентрация обоих субъектов в гипергравитации а также увеличение кислородом гемоглобин (O2Hb) в невесомости. Для HHB гемоглобина в теме 1 мы обнаружили тенденцию увеличения гипергравитации фазе до невесомости, а также уменьшаются в невесомости и гипергравитации фазу после невесомости. В этой теме O2Hb вернулась к исходному уровню 10 до 15 сек после параболы. В отличие от предмета 2 показал небольшой рост, наряду с уменьшением O2Hb в гипергравитации фазе до невесомости, увеличивается во время невесомости и уменьшаются в гипергравитации после невесомости. По этой теме O2Hb остался должен быть уменьшен в течение приблизительно 30 секунд следующие параболы (рис. 4а, б)
Задача когнитивной привело к снижению оценки производительности для обоих участников в нормальном тяжести во время полета по сравнению с предполетной сессии. Только тема 2 показал, снизилась оценка в weightlessnes (рис. 5).
Рисунок 1. Параболические последовательности полета. Орден задач и измерений во время полета; число парабол выделены серым цветом, номера с апострофа указывает длину длительных перерывов между парабол.
Рисунок 2 карты зрения двух лиц старше срок от 500 мс до невесомости (в гипергравитации) до 2500 мс в невесомости. Посмотреть это сверху головы; кружочки показывают электрода позиции, синий цвет и уменьшается желтого до красного цвета увеличивает электрокорковых деятельности в микро Volt.
Рисунок 3 Три LORETA взглядов. (Сверху: сверху, внизу слева: с левой стороны, внизу справа: со спины) двух субъектов в течение срока от 2000 мс до 2350 мс после наступления невесомости. Красный цвет указывает на усиление мозговой активности.
Рисунок 4 НИРС следы (красный: оксигемоглобина, синий: венозная гемоглобина, черный: гравитация уровне). За период одного параболы от 40 сек до параболы в нормальной тяжести (1G: желтая область), в течение первой фазы гипергравитации (1,8 G: синяя область), невесомости (0G: красная зона) и второй этап гипергравитации (1,8 г: синяя область) до 40 сек после параболы. Гравитация уровень отображается обратный (уменьшение следов означает увеличение тяжести, начиная с 0 равна нормальной тяжести (1G). Отображаются данные о среднем более 10 парабол.
Рисунок 5. Производительность оценка познавательных задач участником 1 (синяя линия) и 2 (красная линия) для измерения подготовку перед полетом и на борту в невесомости (0G) и нормальной силы тяжести (1G).
Discussion
Из-за отсутствия мозгов изображений методы в экстремальных условиях до сих пор лежащий в основе нейрофизиологических процессов на предмет обесценения в когнитивных функций и психического состояния не были оценены. В этой статье мы были в состоянии отображать изменения в мозговой активности коры и оксигенации уровне в ходе параболический полет и локализовать эти изменения внутри мозга с помощью ЭЭГ в сочетании с LORETA и НИРС. Как и ожидалось, мы обнаружили увеличение электрокорковых деятельности в невесомости, который был локализован в лобных областях мозга (Бродмана районах 9 +6). Результаты показывают, что около 2000 мс после перехода мозга корковой активности изменяется в основном в лобных областях мозга. Можно предположить, что этот рост активности в области Бродмана 6 и 9 отражает механизмы мозга обнаружения и обработки изменившихся условиях гравитации для того, чтобы держать тело стабильности, а также двигатель способности в изменившихся условиях гравитации.
Что касается изменений гемодинамики, НИРС, показало, что O2Hb лобного мозга резко уменьшается в первой фазе гипергравитации и увеличивается в невесомости, в то время, HHB показал лишь умеренные изменения. Соответственно этот эффект не может быть отнесена к изменению объема крови исключительно. Скорее всего, это, кажется, отражают своего рода мозговой саморегуляции, тем более что увеличение O2Hb происходит задолго до перехода с 1,8 G на 0G (особенно в рисунок 4). В отличие O2Hb и HHB как снижение во второй фазе гипергравитации.
Результаты указывают на когнитивные задачи нет четкого нарушения при нормальной гравитации или невесомости полете по сравнению с предполетной сессии. По результатам двух субъектов нет четкого заявления можно ли параболических полетов или невесомости вместе с его увеличением активности мозга и оксигенации уровня имеют влияние на когнитивные функции. Ранее проведенные исследования дают основания полагать, что в этом контексте стресс может также сыграть определенную роль (Schneider и соавт. 2007), тем не менее, никаких изменений в концентрации кортизола может быть получена для обоих субъектов. Дальнейшие данные необходимы для подтверждения этих выводов и чтобы соотношение изменения в мозговой активности коры головного мозга, гемодинамические изменения, а также когнитивных функций.
Эта статья призвана показать, что мониторинг локальных изменений мозга корковой активности и оксигенации уровне на протяжении различных этапов изменили тяжести можно с помощью ЭЭГ в сочетании с НИРС и LORETA. Эти результаты успеха для космических исследований и позволит отображать сложные и локальные изменения головного мозга корковой активности в гипергравитации или невесомости и корреляции психических и моторных испытаний с объективными изменениями в мозгу. Следующим шагом является применение этого метода при длительном космических миссий.
Disclosures
Производство этой статьи был организован мозг Продукты, GmbH. Роланд Csuhaj является сотрудником мозга Продукты, GmbH, которая производит инструмент, используемый в этой статье.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить мозга Products GmbH для обеспечения их оборудованием, знаниями и помощью. Это исследование было профинансировано Федеральным министерством экономики и технологий через грант от немецкого космического агентства (DLR) 50WB0819.
References
- Santo, N. G. D. e, Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i, Bellini, L., Gunga, H. C. Anemia and erythropoietin in space flights. Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).
- Ellis, S. Collisions in space. , 4-9 (2000).
- Genik, R. J. 2nd, Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76. , 208-212 (2005).
- Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography. Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).
- Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task. Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).
- Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones. Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).
