Experiment OPTOVERT-2

Die meisten Menschen haben schon einmal von einem wartenden Zug aus beobachtet, wie der Zug auf dem Nebengleis anfährt, und dabei das Gefühl gehabt, sich selbst zu bewegen. In Wirklichkeit steht in diesem Fall der Beobachter als Subjekt still, und das von ihm ruhend geglaubte Objekt bewegt sich. Optische Täuschung, sagt der Laie - eine lineare Vektion, spezifiziert der Fachmann.

Vektion wird als die Empfindung von (scheinbarer) Eigenbewegung definiert, die durch die Verarbeitung visueller Information über die Bewegung der Umgebung entsteht. Der Grund für diese Sinnestäuschung liegt im Zusammenspiel der von den Augen und vom Gleichgewichtsorgan gelieferten Information. Bedingt durch die Anatomie der Bogengänge versiegt der Informationsstrom aus dem Gleichgewichtsorgan bei gleichförmiger Bewegung binnen kurzem. Das heißt, der Gleichgewichtssinn gibt keinen Hinweis darauf, ob sich der Beobachter in Ruhe oder gleichförmiger Bewegung befindet. Er muß allein mit dem von den Augen kommenden Informationsstrom auskommen.

Grundsätzlich gibt es zwei Formen der Raumorientierung: die statische, bei der sowohl das Subjekt als auch die Umgebung (das Objekt) unbewegt sind, und die dynamische, bei der sich das Subjekt und/oder das Objekt bewegen.

Die Untersuchungen, die während des Raumfluges auf den Biosatelliten und Raumstationen durchgeführt wurden, zeigten, daß die Schwerelosigkeit die Funktion der Orientierung wesentlich ändert und ihre deren evolutionär bedingte Interaktion stört.

Forschungsziel

Bei OPTOVERT ging es um die menschliche Orientierung im Raum. Das Ziel war die Erforschung der vestibulären Funktion und der vestibulär-visuellen Interaktionen bei den Kosmonauten aller drei Expeditionen. Dabei sollte die Grundlagen der Theorie der sensorischen Interaktionen und der Adaption der sensorischen Systeme des Gehirns unter veränderten Gravitationsbedingungen erstellt werden, sowie die Arten adaptiver Umstellungen im sensorischen Bereich bei Gravitationsänderungen bestimmt werden.

Funktionsweise, Meßprinzip

Während der Durchführung des Experiments trugen die Kosmonauten einen sogenannten optokinetischen Simulator, einen Zylinder, die sie mit elastischen Bändern wie eine Gesichtsmaske befestigten. Im Inneren des Zylinders befanden sich ein halbkugelförmiger Projektionsschirm, auf den ein bewegtes Lichtpunktmuster projiziert wurde.

Die Kosmonauten führten das Experiment sowohl frei schwebend als auch fest an einer Unterlage angeschnallt durch. Damit wurde die Rolle der Körperfühlorgane für die Raumorientierung geprüft.

Die Reaktion des Auges auf Objektbewegung wird als Optokinetik bezeichnet. Neben objektiven Messungen der Augenbewegungen wurden auch das subjektive Orientierungsempfinden der Kosmonauten erfaßt, die dazu ihre Eindrücke auf Band sprach. Zusätzlich teilten die Kosmonauten mit Hilfe eines beweglichen Lichtzeigers mit, wo ihrer Ansicht nach oben und unten war. Die Steuereinheit dazu war am Gürtel der Kosmonauten befestigt. Ein Programmwahlschalter ermöglicht das Anwählen von Test- und Kalibrationsprogrammen sowie von vier automatisch ablaufenden Programmen für unterschiedliche Experimentteile. Dabei besorgt eine elektronische Speichereinheit die richtige zeitliche Abfolge der Richtungen bzw. Geschwindigkeiten der Musterbewegung und die Ansteuerung der Leuchtdioden des beweglichen Orientierungszeigers.

Obwohl die gleichen Geräte beibehalten werden, unterscheidet sich der Ablauf des Experiments OPTOVERT in einigen Punkten. Das Programm für das Experiment wurde abgeändert.

Das Programm OPTOVERT-2 bestand aus folgenden 4 Abschnitten
  • Untersuchung der spontanen Augenbewegungen, des Blickrichtungsnystagmus und des optokinetischen Nystagmus.
  • Untersuchung der Latenz, der Intensität, der Ausrichtung und der Dynamik der vertikalen Vektion.
  • Untersuchung der Phasen beziehungen der prädiktiven Sinusbewegung und der motorischen Folgebewegung der Hand sowie der Bewegungsillusion (Vektion).
  • Untersuchung der Phasenbeziehungen der nicht prädiktiven Sinusbewegung und der motorischen Folgebewegung der Hand sowie der Bewegungsillusion (Vektion).
Mitverwendete Apparaturen der österreichischen Nutzlast

DATAMIR

Ergebnisse

Anhand der im Rahmen des Programms OPTOVERT durchgeführten Untersuchungen wurde gezeigt, daß die Mikrogravitation die Aktivität der gravitationsabhängigen Systeme wesentlich ändert. Die ersten Auswirkungen der Mikrogravitation sind Illusionen der Lage oder Bewegung des Körpers im Raum, Schwindel, erhöhte Augenbewegungsaktivität, und die Entwicklung eines spontanes Nystagmus. Anomale perzeptive und sensomotorische Reaktionen sind die direkte Folge sensorischer Veränderungen und anschließender sensorischer Adaptionsprozesse. Die Adaption an die Schwerelosigkeit geht auch bei subjektiv gutem Befinden und beim Fehlen anomaler vegetativer Reaktionen Hand in Hand mit einer Umstellung in der Interaktion der sensorischen Systeme, was dazu führt, daß diese auf einer neuen Ebene funktionieren. So zeigten sich intensive perzeptive, sensomotorische und vegetative Reaktionen bei Yelena Kondakova, bei Aleksandr Viktorenko waren sie nicht vorhanden.

Die Durchführung des Experiments OPTOVERT ermöglichte es, ausgeprägte individuelle Besonderheiten bei den Reaktionen der sensorischen Systeme auf die Langzeiteinwirkung der Schwerelosigkeit festzustellen. Trotz der individuellen Besonderheiten der Reaktionen der sensorischen Systeme auf die Schwerelosigkeit fanden sich allgemein gültige Veränderungen: Veränderung des Charakters der Vertikalen Vektionsillusion (VVI) und Entstehung einer Asymmetrie der VVI; Veränderung der Schwellenwerte und größere Intensität der VVI; Veränderung der Erregbarkeit der Augenbewegungszentren; sinkende Stabilität der dynamischen und statischen Orientierung. Eine wichtige Auswirkung des Einflusses der Mikrogravitation ist die Entkoppelung der evolutionär aufgebauten visuell-vestibulären Interaktion. Das zentralvestibuläre System muß einen neuen Verarbeitungsmodus aufbauen, der im Langzeitflug grundsätzlich perfekt arbeitet, aber bei genauer Untersuchung Unterschiede zu den Erdbedingungen aufweist. So kommt es zu Perioden von Deadaption, in denen spontane Nystagmen, inverse Vektion oder Phasenverschiebungen der vertikalen Vektion auftreten.

Technische Daten

Die Apparatur OPTOVERT bestand aus folgenden Einheiten

Die Apparatur OPTOVERT. Foto: BMBWK, Wien Elektrischer Prinzipschaltplan des Projekts OPTOVERT. Grafik: BMBWK, Wien

Versorgungsblock (VB OPT)

Diese Einheit wurde in die Zentraleinheit des Systems DATAMIR eingebaut geliefert.

Masse: 0,7 kg
Abmessungen: 191 mm x 129 mm x 71 mm
Leistungsaufnahme: 20 W

Aluminiumcontainer mit Zusatz- und Reservebauteilen
  • Optokinetischer Stimulator
  • Optokinetische Projektionseinheit
  • Projektionslampeneinheiten (3 Stück)
  • Steuereinheit zur Steuerung der optischen Stimuli
  • Diktiergerät
  • Energieversorgungssatz für das Diktiergerät (2 Sätze zu je 2 Batterien)
  • Kassettenbox mit 4 Audiokassetten
  • Kopffixator
  • Reservesicherungen
  • Reserveantriebsriemen für die Projektionseinheit
Masse: 7,6 kg
Abmessungen: 460 mm (Durchmesser) x 455 mm (Höhe)

Experimentatoren

Univ.-Prof. Dr. Luder Deecke (Institutsvorstand)
Dr. Christian Müller (Projektverantwortlicher)
Dr. Gerald Wiest
Dr. Nikolaus Steinhoff
U. Wintersperger
Daniela Starkel
alle: Neurologische Universitätsklinik Wien

L. N. Komilova
N. I. Arlaschenko
L. M. Tschernobylskij
S. V. Sagalovich
A. V. Saranzena
alle: IMBP (Institut für Biomedizinische Probleme), Moskau