Piattaforma di ottimizzazione delle prestazioni personalizzata (P-POP)

1. Background e significato

   Gli equipaggi delle future missioni di esplorazione dello spazio di lunga durata dovranno far fronte a una vasta gamma di fattori di stress che presentano sfide significative per mantenere prestazioni ottimali. Gli equipaggi dovranno operare in condizioni di alto carico di lavoro, ridotto sonno e disregolazione circadiana, stimolazione sensoriale limitata, confinamento e separazione estesa da familiari e amici [5] e ritardi di comunicazione che li isolano dall'interazione in tempo reale con il supporto a terra, che può essere particolarmente critico in caso di emergenze. Questi fattori presentano rischi significativi al funzionamento e alle prestazioni cognitive/comportamentali ottimali, tra individui e team, e tali sfide aumenteranno solo della criticità mentre l'esplorazione umana va oltre l'orbita terrestre verso obiettivi come la luna e Marte.

   Per aiutare a mitigare questi rischi, il Massachusetts General Hospital, insieme ai collaboratori del Massachusetts Institute of Technology, studiano una nuova tecnologia a piattaforma a circuito chiuso, personalizzato e scalabile per la gestione comportamentale a bordo che adatta un ambiente di lavoro locale di un individuo per ottimizzare le prestazioni, basato sul feedback biosensor.

   Contromisure (CMS) per mantenere/migliorare le prestazioni La premessa di questo lavoro proposto sta modificando dinamicamente l'ambiente locale di un individuo per aiutare a ottimizzare le prestazioni. Poiché i display video richiedono elettronica complessa che potrebbe non funzionare nello spazio profondo, studiare le seguenti contromisure non video (CMS).

   Stimolazione uditiva: i segnali acustici sono comuni nei sistemi di biofeedback, con segnali acustici e campanelli spesso usati per aiutare a innescare il reindirizzamento dell'attenzione. Altri segnali sonori, inclusi i suoni naturali come acqua fluente, o persino la musica, inducono anche risposte fisiologiche benefiche per le prestazioni, comprese i cambiamenti prevedibili nelle misure legate all'eccitazione come la frequenza cardiaca ed EDA. È stato dimostrato che il ritmo di musica sottostante altera l'eccitazione, con diverse modulazioni che promuovono il rilassamento o una maggiore attenzione. Precedenti lavori suggeriscono inoltre che la musica può influire su complesse prestazioni delle attività (ad es. Guida) e può alterare l'apprendimento degli studenti, attraverso i suoi effetti di mediazione sull'eccitazione e sulla vigilanza.

   Stimolazione haptica: feedback tattile-vibrazione, touch o stimolazione elettrica-can-CAN tramite matrici individuali o coordinate di attuatori. Ricerche precedenti mostrano che la posizione del corpo di un dispositivo vibrotattile può determinare l'efficacia della stimolazione, con le aree posteriori, del collo e del polso/dell'avambraccio che presentano siti particolarmente sensibili per la pressione e l'avviso basato su vibrazioni. Il ritmo, la rugosità, l'intensità e la frequenza possono anche essere alterati ottimizzare il design del display vibrotattile. Tali segnali tattili si sono precedentemente dimostrati efficaci nel reindirizzare l'attenzione per promuovere il coinvolgimento degli utenti durante un'attività, oltre a migliorare le prestazioni motorie coordinate (ad esempio, l'ambulazione e l'oscillazione posturale).

   Stimolazione della luce: luminosità dell'illuminazione, intensità e colore di tutte le informazioni sull'impatto. L'influenza cronobiologica della luce blu come pacemaker circadiano, per esempio, è stata ben stabilita. L'aumento della luminosità della luce ha dimostrato di promuovere la vigilanza e il colore può influenzare fortemente la vigilanza e l'elaborazione dell'umore / emotiva, con alcuni colori (ad esempio, il verde) che è utile nella modulazione dell'eccitazione autonomica. La frequenza di sfarfallio della luce può anche influire sulle prestazioni comportamentali, con sfarfallio leggero a 40Hz che supporta l'aumento dell'attenzione/eccitazione e lo sfarfallio a 10Hz a supporto dell'eccitazione ridotta.

   Lavatura della conoscenza: i risultati precedenti di cui sopra dimostrano che le modulazioni di stimoli uditivi, tattili e di luce possono ciascuno produrre cambiamenti affidabili nello stato neurocognitivo e psicologico (ad esempio, eccitazione, attenzione) legate alle prestazioni. Tuttavia, è stato svolto un lavoro limitato per stabilire una connessione diretta tra aumenti ambientali e cambiamenti di prestazione e non siamo a conoscenza di alcun studio specifico per il prestigio comportamentale pertinenti a livello operativo (cioè, compiti complessi).

   Scopo: lo scopo dello studio è di esplorare se possiamo rilevare, misurare e fornire feedback in modo affidabile agli utenti per ottimizzare i loro stati cognitivi usando dispositivi indossabili che misurano la loro attività cerebrale e altri segnali fisiologici, con l'obiettivo di migliorare le prestazioni del compito comportamentale.

   Studia endpoint: modifica del livello di prestazioni dell'utente (miglioramenti o decrementi) durante l'esecuzione di compiti sperimentali.

   Struttura dello studio: questi studi saranno condotti presso il MIT-che è un subappalto ai sensi del premio MGH (= Prime) dalla NASA (Prime Pi = DR. Gary Strangman) -Igli investigatori del MIT, con supporto di progettazione e analisi degli investigatori MGH. Tutti i dati raccolti in forma de-identificati e codificati verranno trasmessi al Dr. Strangman presso MGH (tramite Secure Transfer.Partners.org) Per ulteriori analisi e per implementare la condivisione dei dati richiesta alla NASA. Il personale MGH non avrà accesso alla chiave di codifica.

2. Obiettivi e obiettivi specifici

Il nostro obiettivo generale è quello di esplorare se possiamo (1) misurare in modo affidabile i segnali fisiologici per rilevare gli stati cognitivi della persona come attenzione, affaticamento, carico cognitivo e stress e (2) fornire il feedback all'utente per aiutare a migliorare gli stati comportamentali, i questionari e/o le prestazioni complessive degli utenti.

Quantificare i cambiamenti delle prestazioni associati a semplici manipolazioni sensoriali in compiti cognitivi e compiti che sono rilevanti per le operazioni di volo spaziale. Le attività includeranno una batteria di test cognitivi e compiti che sono rilevanti per la NASA. Le manipolazioni ambientali cercheranno di mantenere un'attenzione ottimale, l'impegno, il carico cognitivo e la vigilanza, come valutato dalle firme psicofisiologiche.

Obiettivo 1: valutare i cambiamenti comportamentali associati a manipolazioni basate su udizioni. Obiettivo 2: valutare i cambiamenti comportamentali associati alle manipolazioni a base tattana. Obiettivo 3: valutare i cambiamenti comportamentali associati a manipolazioni basate sulla luce.

Ipotesi: per ogni obiettivo, ipotizziamo che le modulazioni di ambiente personale del nostro sistema P-POP (ad esempio, suono, tacesino, luce) genereranno miglioramenti significativi nelle prestazioni cognitive e operative degli individui.