Al pasar de la microgravedad de una nave espacial al entorno rico en gravedad de la Luna o Marte, los astronautas experimentan déficits en las funciones motoras y de percepción. El sistema vestibular del oído interno, que detecta la posición y el movimiento de la cabeza, debe ajustarse para reinterpretar nuevas señales de gravedad.

Un equipo dirigido por la Universidad de Michigan, que incluye investigadores del Laboratorio de Bioastronáutica de la Universidad de Colorado Boulder y el Laboratorio de Neurociencia de la NASA en el Centro Espacial Johnson, desarrolló una tarea de tapping multidireccional administrada en realidad aumentada (RA) para detectar deficiencias sensoriomotoras similares a las observadas en los astronautas después de vuelo espacial.

Los resultados, publicados en Aerospace Medicine and Human Performance , podría respaldar las decisiones de operaciones de la misión al establecer cuándo los astronautas son capaces de realizar tareas que requieren una coordinación total, como pilotar vehículos u operar otros sistemas complejos.

Anteriormente se habían realizado pruebas de campo para evaluar el deterioro sensoriomotor tras el regreso de los miembros de la tripulación de la Estación Espacial Internacional a la Tierra. La mayor parte de la tripulación recuperó por completo la capacidad de realizar pruebas de coordinación vestibular entre dos y cuatro días después del aterrizaje. Sin embargo, los miembros de la tripulación recibieron un tratamiento intensivo por parte de especialistas en fuerza, acondicionamiento y rehabilitación durante su recuperación.

Al realizar transiciones de gravedad a destinos más allá de la Tierra, los astronautas necesitarán un método para probar la recuperación dentro del espacio limitado de su nave espacial sin la ayuda de expertos.

"El espacio es realmente un tipo de telesalud en el que necesitamos tomar decisiones sin la presencia de expertos. Las herramientas para apoyar esa toma de decisiones pueden hacer que las futuras misiones espaciales sean más eficientes y ayudar a disminuir los riesgos", dijo Leia Stirling, coautora del artículo y profesor asociado de ingeniería industrial y de operaciones y robótica en la Universidad de Michigan.

El equipo de investigación desarrolló una tarea de coordinación mano-ojo, vista a través de gafas AR, como una solución liviana y que ocupa poco espacio. Este formato permite el seguimiento de manos y ojos al tiempo que permite a los usuarios ver su entorno físico junto con información de percepción generada por computadora.

AR facilita el desarrollo de evaluaciones personalizadas, adaptando tareas funcionales para cumplir con los requisitos de la misión o las necesidades individuales de la tripulación. Aprovechando los sensores integrados, estas evaluaciones basadas en AR rastrean y analizan la coordinación mano-ojo, la cinemática de la cabeza y las métricas de desempeño de tareas específicas de los astronautas, ofreciendo información valiosa sobre sus capacidades sensoriomotoras.

"Los datos de las evaluaciones basadas en RA permiten recibir comentarios específicos y la creación de programas o contramedidas de rehabilitación personalizados", afirmó Hannah Weiss, coautora del artículo y doctorada de la Universidad de Michigan.

La tarea de coordinación mano-ojo presenta 16 objetivos, adaptados de un estándar establecido de interacción entre humanos y computadoras, proyectados holográficamente en el espacio físico del usuario y dispuestos en una matriz circular equidistante. El objetivo es alcanzar los objetivos con la mayor rapidez y precisión posible en una secuencia predeterminada.

Para probar el impacto de la alteración vestibular en esta tarea, los investigadores aplicaron estimulación eléctrica a los procesos mastoideos de los participantes del estudio, justo detrás de la oreja, para alterar su sensación de movimiento. Según el movimiento de balanceo de los participantes, el deterioro vestibular resultante simuló la desorientación vestibular que los astronautas experimentarían entre una y cuatro horas después del vuelo.

Tanto la velocidad como la precisión de los objetivos disminuyeron después de la estimulación vestibular, lo que indica que este tipo de deterioro puede obstaculizar la capacidad de una tripulación para adquirir ubicaciones conocidas de los objetivos mientras se encuentra en una postura estática de pie. Las aceleraciones lineales de la cabeza también aumentaron, lo que indica que el intento de mantener el equilibrio interfirió con su rendimiento.

Los esfuerzos de investigación futuros explorarán tareas de equilibrio y movilidad para complementar esta evaluación de la coordinación ojo-mano y proporcionar una imagen más clara del ajuste de un astronauta a la gravedad local. Antes del despliegue, también será necesario determinar los umbrales de preparación para guiar las decisiones. Weiss, ahora ingeniero de investigación de factores humanos en el Centro Espacial Johnson de la NASA, está ampliando este trabajo para respaldar las pruebas con astronautas.

"Probaremos esta tarea en microgravedad a través de un programa en Aurelia Aerospace que permite a los estudiantes realizar estudios en microgravedad simulada utilizando vuelos parabólicos", dijo Sitrling.

"Los desafíos sensoriomotores plantean riesgos importantes para los miembros de la tripulación, y estamos trabajando para utilizar la estimulación vestibular eléctrica para entrenar a los astronautas para que operen en estos estados deteriorados antes del vuelo espacial para mejorar sus resultados", dijo Aaron Allred, primer autor del artículo y estudiante de doctorado. de Bioastronáutica de la Universidad de Colorado Boulder.

"Aquí en la Tierra, las evaluaciones y los paradigmas de deterioro que estamos desarrollando podrían informar la atención al paciente mediante telesalud, por ejemplo para aquellos que experimentan pérdida vestibular con la edad", añadió Allred.

Más información: Aaron R. Allred et al, Evaluación del deterioro sensoriomotor ojo-mano con realidad aumentada para operaciones de vuelos espaciales, Medicina aeroespacial y desempeño humano (2024). DOI:10.3357/AMHP.6313.2024

Proporcionado por la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Michigan