MASSACHUSETTS: Al aterrizar en la superficie del Luna, astronautas pueden desorientarse espacialmente, que es cuando pierden el sentido de su orientación; es posible que no puedan distinguir en qué dirección está arriba. Esta desorientación puede provocar accidentes mortales.
Incluso en la Tierra, entre 1993 y 2013, la desorientación espacial provocó la pérdida de 65 aviones, 2.320 millones de dólares en daños y 101 muertes en Estados Unidos.
¿Podría la tecnología portátil aumentar los sentidos de los astronautas, permitiéndoles superar las limitaciones de su vida? sensores biológicos? ¿Y qué tipo de entrenamiento podría construir un vínculo más profundo entre el astronauta y la tecnología portátil, de modo que los astronautas pudieran confiar en la tecnología cuando no pueden confiar en sus propios sentidos?
Soy investigador científico en el Laboratorio de Orientación Espacial Ashton Graybiel de la Universidad Brandeis. Con mis colaboradores, Alexander Panic, James Lackner y Paul DiZio, estudio el aumento sensorial y la desorientación espacial, que es cuando los astronautas y pilotos pierden el sentido de en qué dirección están orientados.
En un artículo publicado en noviembre de 2023 en Frontiers in Physiology, determinamos si los vibradores (pequeños dispositivos vibratorios colocados sobre la piel) podrían mejorar el rendimiento de los participantes en una condición desorientadora que imitaba un vuelo espacial. También estudiamos qué tipo de entrenamiento podría mejorar la conexión entre el ser humano y el dispositivo.
Los vibrotactores comunican información a través de los receptores táctiles del sistema somatosensorial en lugar del sistema visual. Anteriormente han ayudado a pilotos a pilotar helicópteros y aviones.
Cuando los pilotos están desorientados, su sistema visual suele verse abrumado por la información. Los vibrotactores pueden ayudar porque envían señales táctiles en lugar de señales visuales.
Creando una condición analógica de vuelo espacial
Para nuestro primer experimento, queríamos descubrir si el uso de vibradores mejoraría la capacidad de un participante para estabilizarse en una condición desorientadora de un vuelo espacial.
Atamos a los participantes a un dispositivo de rotación de múltiples ejes, que es una máquina que contiene una silla programada para comportarse como un péndulo invertido. Como un lápiz que cae hacia la izquierda o hacia la derecha mientras intentas equilibrarlo con la punta del dedo, el dispositivo de rotación multieje se inclina hacia la izquierda o hacia la derecha. Los participantes utilizaron un joystick para intentar mantener el equilibrio y mantener la silla en posición vertical.
Vendamos los ojos de los participantes porque la desorientación espacial a menudo ocurre cuando los pilotos no pueden ver, como cuando vuelan de noche o a través de las nubes.
En la Tierra, pequeños órganos en el oído interno llamados otolitos ayudan a las personas a mantener el equilibrio al detectar qué tan lejos está el cuerpo de una posición vertical, también llamada vertical gravitacional. En espacio y especialmente durante las transiciones gravitacionales, como al aterrizar en un planeta o en la Luna, la información gravitacional detectada por los otolitos es muy diferente a la de la Tierra. Esto puede causar desorientación.
Además, los vuelos espaciales de larga duración cambiarán la forma en que el cerebro interpreta las señales provenientes de los otolitos. Esto también puede provocar desorientación al aterrizar.
En nuestra condición análoga a la Tierra, que pretendía ser un control para comparar con la condición del vuelo espacial que probamos, los participantes se sentaron en el dispositivo de rotación de múltiples ejes y usaron un joystick para estabilizarse alrededor del punto de equilibrio. El punto de equilibrio estaba en una posición vertical, o vertical gravitacional.
Debido a que los otolitos pueden detectar la inclinación de la vertical gravitacional, los participantes siempre tuvieron una buena idea de su orientación y la ubicación del punto de equilibrio. A esto lo llamamos la condición análoga de la Tierra porque podían usar señales gravitacionales para realizar la tarea. Cada participante aprendió y mejoró su desempeño en esto con el tiempo.
Luego, en la condición analógica del vuelo espacial, hicimos que el dispositivo de rotación multieje inclinara a los participantes hacia atrás 90 grados. El punto de equilibrio todavía estaba en el centro y el dispositivo de rotación multieje estaba programado para inclinarse hacia la izquierda o hacia la derecha mientras los participantes estaban boca arriba.
En las condiciones de la Tierra, el punto de equilibrio estaba alineado con el montante, por lo que era fácil utilizar los otolitos para determinar cuánto estaba inclinado. Sin embargo, en la condición de vuelo espacial, los participantes ya no estaban inclinados con respecto a la vertical gravitacional, porque siempre estaban boca arriba. Entonces, aunque el punto de equilibrio que intentaban encontrar era el mismo, ya no podían usar la gravedad para determinar cuánto estaban inclinados con respecto al punto de equilibrio.
De manera similar, los astronautas tienen señales gravitacionales mínimas cuando aterrizan inicialmente. En nuestra condición de vuelo espacial, los participantes mostraron un rendimiento muy pobre y tenían altas tasas de pérdida de control.
Para cada uno de los 13 participantes del grupo experimental, colocamos cuatro vibradores en cada brazo. Cuanto más se inclinaba un participante respecto del punto de equilibrio, más vibrotactores vibraban en el mismo lado.
Descubrimos que la retroalimentación vibrotáctil ayudó al rendimiento en condiciones de desorientación en vuelos espaciales. Pero también provocó una sensación de conflicto entre la percepción incorrecta del participante de su orientación y su orientación real, indicada por los vibradores.
Debido a este conflicto, el desempeño de los participantes en la condición de vuelo espacial no fue tan bueno como lo fue en la condición de la Tierra.
Sorprendentemente, incluso saber que estaban desorientados y reportar altos niveles de confianza en los vibradores no fue suficiente para permitir que las personas continuaran aprendiendo y mejorando su desempeño. Esto sugiere que la confianza cognitiva, o su nivel de confianza autoinformado, puede diferir de su confianza instintiva, y la confianza cognitiva por sí sola no garantiza que las personas puedan confiar en los vibradores cuando estén desorientadas.
Construyendo un vínculo entre humanos y dispositivos
Investigaciones anteriores sobre sustitución sensorial han descubierto que permitir a los participantes explorar y jugar libremente con el dispositivo durante el entrenamiento crea un vínculo entre el ser humano y el dispositivo.
En nuestro primer experimento, brindamos a los participantes tiempo para explorar cómo funciona el dispositivo. Les dimos 40 minutos para explorar la retroalimentación vibrotáctil en la condición de la Tierra el día antes de ser probados en la condición de vuelo espacial. Si bien esto ayudó a los participantes a desempeñarse mejor que aquellos que no tenían vibradores, sus mejoras fueron modestas y estos participantes no mostraron ninguna mejora adicional en el rendimiento después de pasar 40 minutos en condiciones de vuelo espacial.
Entonces, ¿por qué esta exploración libre no fue suficiente para nuestra condición de prueba pero sí para otros experimentos? Una razón podría ser que en la mayoría de los estudios anteriores sobre aumento sensorial el entrenamiento y las pruebas se realizaron en el mismo entorno. Sin embargo, lo más probable es que los astronautas reciban su entrenamiento en la Tierra antes de estar en el espacio, donde su información sensorial será muy diferente.
Para determinar si la capacitación especializada podría conducir a mejores resultados, sometimos a otro grupo de participantes a un programa de capacitación.
Los participantes pasaron el primer día en condiciones análogas a la Tierra, donde tuvieron que estabilizarse mientras buscaban puntos de equilibrio ocultos que fueran diferentes de la vertical o vertical gravitacional. Para encontrar el punto de equilibrio oculto, tuvieron que desligarse de su deseo de alinearse con el montante mientras se concentraban en los vibradores, que indicaban la ubicación del punto de equilibrio.
Cuando este grupo fue evaluado el día 2 en la condición análoga del vuelo espacial, se desempeñaron significativamente mejor que el grupo que tenía los vibradores pero no había recibido el programa de entrenamiento. Nuestros hallazgos sugieren que la simple exposición a dispositivos de aumento sensorial no será suficiente entrenamiento para que los astronautas confíen en el dispositivo cuando no pueden confiar en sus propios sentidos.
Además, la confianza cognitiva en el dispositivo puede no ser suficiente para garantizar la confianza. En cambio, los astronautas necesitarán un entrenamiento especializado que requiera desconectarse de un sentido mientras se concentran en la retroalimentación del dispositivo.
Incluso en la Tierra, entre 1993 y 2013, la desorientación espacial provocó la pérdida de 65 aviones, 2.320 millones de dólares en daños y 101 muertes en Estados Unidos.
¿Podría la tecnología portátil aumentar los sentidos de los astronautas, permitiéndoles superar las limitaciones de su vida? sensores biológicos? ¿Y qué tipo de entrenamiento podría construir un vínculo más profundo entre el astronauta y la tecnología portátil, de modo que los astronautas pudieran confiar en la tecnología cuando no pueden confiar en sus propios sentidos?
Soy investigador científico en el Laboratorio de Orientación Espacial Ashton Graybiel de la Universidad Brandeis. Con mis colaboradores, Alexander Panic, James Lackner y Paul DiZio, estudio el aumento sensorial y la desorientación espacial, que es cuando los astronautas y pilotos pierden el sentido de en qué dirección están orientados.
En un artículo publicado en noviembre de 2023 en Frontiers in Physiology, determinamos si los vibradores (pequeños dispositivos vibratorios colocados sobre la piel) podrían mejorar el rendimiento de los participantes en una condición desorientadora que imitaba un vuelo espacial. También estudiamos qué tipo de entrenamiento podría mejorar la conexión entre el ser humano y el dispositivo.
Los vibrotactores comunican información a través de los receptores táctiles del sistema somatosensorial en lugar del sistema visual. Anteriormente han ayudado a pilotos a pilotar helicópteros y aviones.
Cuando los pilotos están desorientados, su sistema visual suele verse abrumado por la información. Los vibrotactores pueden ayudar porque envían señales táctiles en lugar de señales visuales.
Creando una condición analógica de vuelo espacial
Para nuestro primer experimento, queríamos descubrir si el uso de vibradores mejoraría la capacidad de un participante para estabilizarse en una condición desorientadora de un vuelo espacial.
Atamos a los participantes a un dispositivo de rotación de múltiples ejes, que es una máquina que contiene una silla programada para comportarse como un péndulo invertido. Como un lápiz que cae hacia la izquierda o hacia la derecha mientras intentas equilibrarlo con la punta del dedo, el dispositivo de rotación multieje se inclina hacia la izquierda o hacia la derecha. Los participantes utilizaron un joystick para intentar mantener el equilibrio y mantener la silla en posición vertical.
Vendamos los ojos de los participantes porque la desorientación espacial a menudo ocurre cuando los pilotos no pueden ver, como cuando vuelan de noche o a través de las nubes.
En la Tierra, pequeños órganos en el oído interno llamados otolitos ayudan a las personas a mantener el equilibrio al detectar qué tan lejos está el cuerpo de una posición vertical, también llamada vertical gravitacional. En espacio y especialmente durante las transiciones gravitacionales, como al aterrizar en un planeta o en la Luna, la información gravitacional detectada por los otolitos es muy diferente a la de la Tierra. Esto puede causar desorientación.
Además, los vuelos espaciales de larga duración cambiarán la forma en que el cerebro interpreta las señales provenientes de los otolitos. Esto también puede provocar desorientación al aterrizar.
En nuestra condición análoga a la Tierra, que pretendía ser un control para comparar con la condición del vuelo espacial que probamos, los participantes se sentaron en el dispositivo de rotación de múltiples ejes y usaron un joystick para estabilizarse alrededor del punto de equilibrio. El punto de equilibrio estaba en una posición vertical, o vertical gravitacional.
Debido a que los otolitos pueden detectar la inclinación de la vertical gravitacional, los participantes siempre tuvieron una buena idea de su orientación y la ubicación del punto de equilibrio. A esto lo llamamos la condición análoga de la Tierra porque podían usar señales gravitacionales para realizar la tarea. Cada participante aprendió y mejoró su desempeño en esto con el tiempo.
Luego, en la condición analógica del vuelo espacial, hicimos que el dispositivo de rotación multieje inclinara a los participantes hacia atrás 90 grados. El punto de equilibrio todavía estaba en el centro y el dispositivo de rotación multieje estaba programado para inclinarse hacia la izquierda o hacia la derecha mientras los participantes estaban boca arriba.
En las condiciones de la Tierra, el punto de equilibrio estaba alineado con el montante, por lo que era fácil utilizar los otolitos para determinar cuánto estaba inclinado. Sin embargo, en la condición de vuelo espacial, los participantes ya no estaban inclinados con respecto a la vertical gravitacional, porque siempre estaban boca arriba. Entonces, aunque el punto de equilibrio que intentaban encontrar era el mismo, ya no podían usar la gravedad para determinar cuánto estaban inclinados con respecto al punto de equilibrio.
De manera similar, los astronautas tienen señales gravitacionales mínimas cuando aterrizan inicialmente. En nuestra condición de vuelo espacial, los participantes mostraron un rendimiento muy pobre y tenían altas tasas de pérdida de control.
Para cada uno de los 13 participantes del grupo experimental, colocamos cuatro vibradores en cada brazo. Cuanto más se inclinaba un participante respecto del punto de equilibrio, más vibrotactores vibraban en el mismo lado.
Descubrimos que la retroalimentación vibrotáctil ayudó al rendimiento en condiciones de desorientación en vuelos espaciales. Pero también provocó una sensación de conflicto entre la percepción incorrecta del participante de su orientación y su orientación real, indicada por los vibradores.
Debido a este conflicto, el desempeño de los participantes en la condición de vuelo espacial no fue tan bueno como lo fue en la condición de la Tierra.
Sorprendentemente, incluso saber que estaban desorientados y reportar altos niveles de confianza en los vibradores no fue suficiente para permitir que las personas continuaran aprendiendo y mejorando su desempeño. Esto sugiere que la confianza cognitiva, o su nivel de confianza autoinformado, puede diferir de su confianza instintiva, y la confianza cognitiva por sí sola no garantiza que las personas puedan confiar en los vibradores cuando estén desorientadas.
Construyendo un vínculo entre humanos y dispositivos
Investigaciones anteriores sobre sustitución sensorial han descubierto que permitir a los participantes explorar y jugar libremente con el dispositivo durante el entrenamiento crea un vínculo entre el ser humano y el dispositivo.
En nuestro primer experimento, brindamos a los participantes tiempo para explorar cómo funciona el dispositivo. Les dimos 40 minutos para explorar la retroalimentación vibrotáctil en la condición de la Tierra el día antes de ser probados en la condición de vuelo espacial. Si bien esto ayudó a los participantes a desempeñarse mejor que aquellos que no tenían vibradores, sus mejoras fueron modestas y estos participantes no mostraron ninguna mejora adicional en el rendimiento después de pasar 40 minutos en condiciones de vuelo espacial.
Entonces, ¿por qué esta exploración libre no fue suficiente para nuestra condición de prueba pero sí para otros experimentos? Una razón podría ser que en la mayoría de los estudios anteriores sobre aumento sensorial el entrenamiento y las pruebas se realizaron en el mismo entorno. Sin embargo, lo más probable es que los astronautas reciban su entrenamiento en la Tierra antes de estar en el espacio, donde su información sensorial será muy diferente.
Para determinar si la capacitación especializada podría conducir a mejores resultados, sometimos a otro grupo de participantes a un programa de capacitación.
Los participantes pasaron el primer día en condiciones análogas a la Tierra, donde tuvieron que estabilizarse mientras buscaban puntos de equilibrio ocultos que fueran diferentes de la vertical o vertical gravitacional. Para encontrar el punto de equilibrio oculto, tuvieron que desligarse de su deseo de alinearse con el montante mientras se concentraban en los vibradores, que indicaban la ubicación del punto de equilibrio.
Cuando este grupo fue evaluado el día 2 en la condición análoga del vuelo espacial, se desempeñaron significativamente mejor que el grupo que tenía los vibradores pero no había recibido el programa de entrenamiento. Nuestros hallazgos sugieren que la simple exposición a dispositivos de aumento sensorial no será suficiente entrenamiento para que los astronautas confíen en el dispositivo cuando no pueden confiar en sus propios sentidos.
Además, la confianza cognitiva en el dispositivo puede no ser suficiente para garantizar la confianza. En cambio, los astronautas necesitarán un entrenamiento especializado que requiera desconectarse de un sentido mientras se concentran en la retroalimentación del dispositivo.
2023-11-12 05:05:00
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