Die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns kann während eines Weltraumaufenthalts durch mehrere Faktoren beeinträchtigt werden: unter anderem durch die Schwerelosigkeit und ihre Auswirkungen auf den menschlichen Körper, die Veränderungen des Schlaf-Wach-Rhythmus und den durch einen intensiven Arbeitseinsatz bedingten Streß. Es handelt sich dabei um höhere und höchste Hirnleistungen. Beispiele dafür sind die Koordination zwischen visueller Wahrnehmung und Bewegung, die visuell-räumliche Wahrnehmung und Verarbeitung, die Sprache, das Gedächtnis und gewisse Steuerungsfunktionen des Gehirns.
Ein an gesunden Patienten durchgeführtes Experiment befaßte sich beispielsweise mit den unterschiedlichen kognitiven Verarbeitungsmechanismen in den beiden Hemisphären des menschlichen Gehirns. Außerdem wurde eine Studie an Patienten mit chronischen Hirnschäden nach Borrelioseerkrankung durchgeführt, und eine arbeitsmedizinische Studie soll den Einfluß von Schichtarbeit auf kognitive Funktionen erfassen. Eine Anwendung der entwickelten Software im neuropharmakologischen und therapeutischen Bereich, etwa bei der Rehabilitation Hirnverletzter, ist bereits in Erprobung.
Forschungsziel
Ziel des Experiments ist es herauszufinden, wie diese Faktoren die sogenannten kognitiven Funktionen des Menschen beeinflussen. COGIMIR analysiert die kognitive Leistung des österreichischen Wissenschaftskosmonauten vor dem Raumflug, während des Aufenthalts auf der Raumstation und nach der Rückkehr auf die Erde.
Funktionsweise, Meßprinzip
Während seines Aufenthalts auf MIR mußte der Kosmonaut in drei Durchgängen insgesamt sieben Tests durchführen. Die Aufgaben stellte ihm der Bordcomputer in Form von visuellen Reizen, die Antwort des Kosmonauten erfolgten durch Tastendruck auf einem Keyboard. Ein Beispiel: Hundert Millisekunden lang erschien auf dem Bildschirm eine drei Zentimeter lange Gerade. Das nächste Bild zeigte eine aus neunzehn mit Buchstaben gekennzeichneten Geraden geformte Rosette. Der Kosmonaut mußte nun „seine“ Gerade identifizieren und den Kennbuchstaben eintippen. Wie bei allen anderen Tests wurde die Reaktionsgenauigkeit (Prozent der korrekten Antworten und die Reaktionszeit) registriert. An Hand einer Testreihe wurde die Reaktionsfähigkeit des Kosmonauten mit und ohne Wahlmöglichkeit, die Reproduktion von Zeitspannen, die Aufmerksamkeit und das operative Gedächtnis sowie das zweidimensionale visuell-räumliche Denken und das räumliche Arbeitsgedächtnis beurteilt. Um dem Lerneffekt nach mehrmaliger Durchführung der Tests entgegenzuwirken, wurden die Aufgaben nach dem Zufallsprinzip gestellt bzw. alternative Testformen verwendet.
Mitverwendete Apparaturen der österreichischen Nutzlast
DATAMIR
Ergebnisse
Die Auswertung der Daten ergab keine wesentlichen Veränderungen in der Erkenntnisleistungen des Kosmonauten. Die beobachteten Leistungsschwankungen sind möglicherweise durch funktionelle Umstellungen im Zusammenhang mit der Anpassung an die Schwerelosigkeit bedingt.
Bemerkenswert ist vor allem, daß die visuell-räumlichen Verarbeitungsfunktionen während des Aufenthalts auf MIR und nach dem Flug unverändert blieben. Die gute kognitive Leistung des Kosmonauten war auf mehrere Faktoren zurückzuführen: die lange Lern- und Trainingsphase, das gute Arbeitsklima auf der Raumstation, seine hohe Motivation und seinen guten körperlichen Zustand während des Flugs.
Generell kann gesagt werden, daß die wissenschaftlichen Ziele des Experimentes erreicht wurden. Die in verschiedenen Phasen der Untersuchung – vor und während des Flugs und in der Regenerationsphase danach – gewonnenen Daten erlauben eine zuverlässige Bewertung des kognitiven Zustands des Kosmonauten. Die wissenschaftlichen Prinzipien zur laufenden Bewertung der höheren psychischen Funktionen, die Methodik und Software zur Durchführung der Untersuchung bzw. zur Auswertung der Ergebnisse haben sich somit bewährt. Sie haben bewiesen, daß man mit ihrer Hilfe die nötigen objektiven Informationen gewinnen kann. Dies ist nicht nur für die Praxis der medizinischen Betreuung bei Langzeitflügen, sondern auch für eine ganze Reihe von Fachrichtungen der terrestrischen praktischen Medizin von Bedeutung. Ausschlaggebend für den praktischen Einsatz sind die Aussagekraft der entwickelten Methodik, die Einfachheit der Realisierung und der Automatisierungsgrad.
Praktische Anwendung
Anwendungsgebiete
- Psychophysiologie
- Klinische Neurologie
- Arbeitsmedizin
- Experimentelle Psychologie
Anwendungsziele
- Untersuchung der Funktion beider Gehirnhälften
- Medizinische Zustandskontrolle von Kosmonauten
- Studium des Zustandes der psychischen Funktionen bei Patienten mit Erkrankungen des Gehirns
- Bewertung der Effektivität neuropharmakologischer und anderer therapeutischer Interventionen
- Bewertung des Einflusses des Berufs und der Schichtarbeit auf die kognitiven Funktionen des Menschen
- Behandlungsmethoden für Patienten mit zerebralen Schäden
An der Nutzung der Experimentergebnisse direkt interessierte Institutionen
- Universitätsklinik für Neurologie, Innsbruck
- Institut für biomedizinische Probleme, Moskau
Technische Daten
Die bei COGIMIR verwendete Testsoftware umfaßte folgende Programme, welche auf dem Zentralcomputer DATAMIR, auf dem das Experiment auch durchgeführt wurde, installiert waren:
- Bewertung einer einfachen Reaktion (SREACT)
- Bewertung einer wahl-sensomotorischen Reaktion (CREACT)
- Reproduktion und Merken von Zeitintervallen (TIMEST)
- Bewertung der Aufmerksamkeit und des operativen Gedächtnisses (ARROWS)
- zwei Aufgabenstellungen zur Bewertung des zweidimensionalen visuell-räumlichen Denkens und Wahrnehmens (LINE 1 und LINE 2)
- Bestimmung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses (SPATLO)
Experimentatoren
o. Univ.-Prof. Dr. Franz Gerstenbrand (Institutsvorstand)
Univ.-Doz. Dr. Thomas Benke (Projektverantwortlicher)
alle: Universitätsklinik für Neurologie, Innsbruck