Operationella prestationseffekter och neurofysiologi vid partiell gravitation (OPEN-PG)

Fysiologisk registrering: Dr. Strangmans NINscan-enheter stöder 64-kanals nära-infraröd spektroskopi (NIRS), plus flera elektrofysiologiska och relaterade mätningar. NIRS-dynan kommer att placeras för att sträcka sig över den högra laterala prefrontala cortex till parietal vestibulär cortex, givet den typiska högerlateraliseringen av arbetsminnet, rumslig bearbetning och vestibulära hjärnfunktioner som undersöks 2, 7, 22. En multiseparationssond hjälper till att ta bort hemodynamiska störningar i hårbotten och skallen i fNIRS-signalen 25, 27. Accelerometrar kommer att placeras på huvudet och korsbenet för att upptäcka rörelseartefakter och svaj. Planerade ytterligare sensorer kommer att inkludera EEG över prefrontala och parietala positioner (t.ex. internationella standardplatser Fz/F7/P3 14) plus två elektrookulografisensorer för att mäta ögonrörelser, 1 EKG-sensor för hjärtaktivitet, två ansiktselektromyografisensorer, hudtemperatur och elektrodermal aktivitet (EDA). Hudmarkörer kan användas för att underlätta inställningen av flygdagen.

Fas 0: Ämnesutbildning på marken (förflygning) Preflight-träning: Preflight-träning kommer att fokusera på följande: (i) självutplacering av NINscan-systemet och utförande av (ii) ROBoT-r-uppgiften och (iii) postural vingla. På dag 1 kommer försökspersonerna att delta i en ~90-minuters bekantskapssession, följt av en 1:a ~90-minuters träningssession. Dag 2 kommer försökspersonerna att genomföra det andra träningspasset. Varje träningspass kommer att inkludera en 10-minuters baslinjeperiod i vilotillstånd under vilken försökspersonerna kommer att sitta tyst med öppna ögon (för att öva och tillhandahålla baslinjedata om t.ex. funktionell anslutning, intrakraniell pulsatilitet, BP, EEG och EDA), följt av utförandet av ROBoT-r och posturala svajningsuppgifter.

NINscan: Bekantskap kommer att innefatta instruktioner om hårdvaran, självdistribution, säker drift och grundläggande felsökning. För träningssessioner kommer deltagarna att själva distribuera enheten, inklusive anslutning av alla hjärn- och fysiologiska sensorer, och samla in data medan de utför ROBoT-r och posturala svajningsuppgifter, med instruktörsövervakning hela tiden.

ROBoT-dockning: Deltagarna kommer att utföra ROBoT-r-utbildning via vår publicerade metod 5, inklusive instruktioner om (i) systemkomponenter, (ii) prestandakriterier och (iii) grundläggande felsökning. Under träningssessionerna kommer deltagarna att distribuera ROBoT-r och utföra en hel session (12 körningar) medan de står på en posturografiplattform och bär NINscan.

Postural Sway: Under bekantskapen kommer deltagarna att lära sig att säkert hålla upprätt ställning på en Zibrio-Pro (Zibrio, Houston, TX) datoriserad posturografiplattform. Detta innebär att stå upprätt med huvudet upprätt, armarna bredvid kroppen, med fötterna på plattformen i axelbredd. Försökspersonerna kommer sedan att bekanta sig med de vestibulära utmaningarna: (1) prestanda av ±20⁰ dynamiska huvudlutningssvängningar vid 0,33 Hz stimulerade av en hörbar ton 12, 13, (2) tittar på den cirkulärt roterande visuella stimulansen och rapporterar vektionsförnimmelser och (3) det galvaniska vestibulära stimuleringssystemet. Träningssessionerna kommer inte att innebära några vestibulära utmaningar, bara träna med balans/posturografitestning.

Fas 1: Insamling av baslinjedata på marken (Förflygning) Insamling av baslinjedata på marken (BDC): Efter träning kommer deltagarna att delta i tre baslinjedatainsamlingsprocedurer, fördelade på tre dagar för att minimera störningseffekter. Varje session kommer att innehålla en viloinspelning, postural svajning, dockning och en av våra tre neurovestibulära utmaningar (motvikt för att minimera potentiella ordningseffekter).

BDC Rest Recording: Varje deltagare kommer att fylla i motionssickness susceptibility Questionnaire (MSSQ) först 3. De kommer sedan att själva distribuera NINscan-inspelningsenheten (med försöksledarens tillsyn) för att bära under BDC-perioden, med början med en 10-minuters viloinspelning.

BDC Postural Sway: Deltagarna kommer sedan att utföra postural sway-uppgiften (ovan), med hjälp av NINscan medan de står på den datoriserade posturografiplattformen för att erhålla baslinjesvajning vid 1g.

BDC-dockning: Därefter kommer deltagarna att utföra en uppsättning av 12 ROBoT-r-körningar. Korta viloperioder kommer att förekomma mellan körningarna. Detta kommer att tillhandahålla baslinjedata om operativt relevant uppgiftsutförande i 1g.

BDC neurovestibulära utmaningar: För våra prediktiva modeller (Syfte 3) kommer utredarna att bedöma deltagarnas preflight-svar på tre neurovestibulära utmaningar, var och en baserad på en distinkt typ av sensorisk input. NINscan-inspelningar kommer att spelas in under varje exponeringsperiod. Utmaningar kommer att tillhandahållas var och en av 3 på varandra följande dagar, i motviktsordning. En åksjukaskala av Likert-stil (0-10) kommer att användas för att bedöma akuta symtom 11, medan enkäten om åksjuka (MSSQ) kommer att administreras före och efter varje datainsamlingssession. Alla vestibulära utmaningar kommer att utföras när du står på Zibrio posturografiplattan. Postural Sway-inspelningar startar 2 minuter före vestibulära utmaningar och fortsätter till 2 minuter efter avslutade utmaningar, var och en enligt beskrivningen nedan.

1. Galvanisk vestibulär stimulering (GVS) och anpassning (elektrisk ingång) 1, 8, 9. Deltagare som står på posturografiplattformen kommer att genomgå 25s perioder av GVS över mastoidprocesserna (interfolierade med viloperioder) med hjälp av en pseudoslumpmässig strömvågformstimulus bestående av en summa -of-sines (0,16, 0,33, 0,43, 0,61 Hz) med en toppamplitud på 5 mA. Dessa parametrar är utformade för att replikera astronauternas sensomotoriska upplevelse efter flygning 1. Tre cykler med tolv växlingar kommer att presenteras var 15:e minut under totalt 45 minuter för att bedöma anpassningen.
2. Rullvektion och anpassning (visuell ingång, icke-otolit) 10, 15, 23. Stående personer kommer att se ett centralt fixeringskors på en datorskärm. Ett gles fält av stjärnor kommer att roteras runt den centrala punkten (60 grader/s), medan stjärnorna själva roterar i samma riktning för att förstärka vektoreffekten (60 grader/s) 10. Deltagarna trycker på en tangent när vektion (självrotation i motsatt riktning av den visuella stimulansen) uppfattas och släpper den när perceptionen upphör 10. Stimulansperioder kommer att vara 25s långa, sammanflätade med 25s perioder av en tom skärm. Under de tomma skärmarna kommer deltagarna verbalt att rapportera styrkan av vektoruppfattningen på en skala 0-100 (0=ingen, 50=samma vektor som uppfattas i en första, förtest enstaka exponering för en globalt roterande stimulus 10). Återigen kommer tre cykler med tolv stimulus/blankexponeringar att presenteras var 15:e minut under totalt 45 minuter för att bedöma anpassning.
3. Oscillerande huvudstigning (mekanisk ingång) 12, 13. Stående deltagare kommer antingen att hålla huvudet upprätt och statiskt (HS), eller utföra kontinuerliga ±20 dynamiska tonhöjdssvängningar (huvuddynamiska, HD) vid 0,33 Hz, taktade av en hörbar ton som sänds genom lätta hörlurar. Vitt brus som tillförs genom hörlurar kommer att maskera externa hörselorienteringssignaler. Tre cykler med 12 HS- och HD-växlingar kommer att utföras under 45 minuter för att bedöma anpassningen.

Fas 2: Insamling av flygdata

Flygtestning: På flygdagen kommer deltagarna att förinstrumenteras på marken för snabb NINscan-utbyggnad. Medicin mot åksjuka kommer inte att tillåtas för dessa deltagare, eftersom det stör de neurovestibulära mätningarna som utredarna gör. Deltagarna går ombord på Airbus A310 ZERO-G och spänner fast säkerhetsbältena för start. Efter start flyger piloterna flygplanet till en specifik luftzon där parabolerna kommer att ta plats. Med andra medlemmar i deltagargruppen och instruktören kommer deltagarna sedan att flytta till området i stugan. Deltagarna kommer att få instruktioner från Novespace för att upprätthålla säkerheten under parabolflygningen. När deltagarna når nivåflyget kommer deltagarna att ta på sig NINscan, starta NINscan-inspelning och initialisera ROBoT-r-utrustningen. Varje deltagare kommer att stå på en datoriserad posturografiplattform och utföra två uppgifter under de 10 parabolerna vid varje gravitationsbelastning (och under motsvarande tidsperioder under nivåflygning vid 1g): (1) operationellt relevant ROBoT-r-uppgift för de första 7 parabolerna, och (2) bedömning av postural svajning på de sista 3 parabolerna. Som planerat kommer det att finnas två flygningar för varje deltagare. Den första flygningen kommer att omfatta alla n=12 deltagare och flyga 31 paraboler, varav den första är för allmän orientering. Grupper om 4 försökspersoner kommer samtidigt att utföra de beskrivna uppgifterna för 10 paraboler, och sedan byter de plats med nästa grupp med 4 försökspersoner. På den andra flygningen för varje deltagare kommer planet att flyga 31 paraboler igen, den första är för orientering. Därefter kommer 3 set med 10 paraboler att flygas, var och en med olika gravitationsnivå (nominellt 0,25, 0,5 och 0,75g). Deltagarna kommer att utföra uppgifter under alla tre grupperna om 10 paraboler, identiska med de 10 parabolerna vid 0. En ytterligare period av nivåflygning kommer att utföras där deltagarna återigen utför samma uppgifter på samma tidslinje, men vid 1g. Deltagarna kommer att övervakas noga genomgående av en dedikerad experimentator och/eller utnyttjas (enligt Novespace kräver) för att garantera säkerheten.

Om en deltagare samtycker till foto-/videoklausulen i det informerade samtycket, kan bilder/videor av deras deltagande tas upp under flygningen. Dessa kommer antingen att tas bakom deltagaren, eller så kommer alla ansiktsdrag att suddas ut och före användning i någon presentation eller publiceringsform.

Det kommer inte att finnas några aktiviteter efter flygningen för deltagarna.