Lorsqu’ils passent de la microgravité d’un vaisseau spatial à l’environnement riche en gravité de la Lune ou de Mars, les astronautes connaissent des déficits dans leurs fonctions perceptuelles et motrices. Le système vestibulaire de l'oreille interne, qui détecte la position et le mouvement de la tête, doit s'ajuster pour réinterpréter les nouveaux signaux de gravité.

Une équipe dirigée par l'Université du Michigan, comprenant des chercheurs du laboratoire de bioastronautique de l'Université du Colorado à Boulder et du laboratoire de neurosciences de la NASA au Johnson Space Center, a développé une tâche de tapotement multidirectionnelle administrée en réalité augmentée (AR) pour détecter des déficiences sensorimotrices similaires à celles observées chez les astronautes après vol spatial.

Les résultats, publiés dans Aerospace Medicine and Human Performance , pourrait soutenir les décisions relatives aux opérations de mission en déterminant quand les astronautes sont capables d'effectuer des tâches qui nécessitent une coordination totale, comme piloter des véhicules ou faire fonctionner d'autres systèmes complexes.

Des tests sur le terrain visant à évaluer les déficiences sensorimotrices ont déjà été menés au retour des membres de l'équipage de la Station spatiale internationale sur Terre. La plupart des membres de l'équipage ont complètement récupéré la capacité d'effectuer des tests de coordination vestibulaire dans les deux à quatre jours suivant l'atterrissage. Cependant, les membres de l'équipage ont reçu un traitement intensif de la part de spécialistes de la force, du conditionnement et de la réadaptation pendant leur convalescence.

Lorsqu'ils effectuent des transitions gravitationnelles vers des destinations au-delà de la Terre, les astronautes auront besoin d'une méthode pour tester la récupération dans l'espace limité de leur vaisseau spatial sans l'aide d'experts.

"L'espace est vraiment un type de télésanté dans lequel nous devons prendre des décisions sans la présence d'experts. Les outils d'aide à la prise de décision peuvent rendre les futures missions spatiales plus efficaces et contribuer à réduire les risques", a déclaré Leia Stirling, co-auteur de l'article et professeur agrégé d'ingénierie industrielle et opérationnelle et de robotique à l'Université du Michigan.

L’équipe de recherche a développé une tâche de coordination œil-main, vue à travers des lunettes AR, comme solution légère et soucieuse de l’espace. Ce format permet le suivi manuel et oculaire tout en permettant aux utilisateurs de visualiser leur environnement physique ainsi que les informations perceptuelles générées par ordinateur.

AR facilite le développement d’évaluations sur mesure, en adaptant les tâches fonctionnelles pour répondre aux exigences de la mission ou aux besoins individuels de l’équipage. Tirant parti de capteurs intégrés, ces évaluations basées sur la réalité augmentée suivent et analysent la coordination œil-main, la cinématique de la tête et les mesures de performance spécifiques aux tâches des astronautes, offrant ainsi des informations précieuses sur leurs capacités sensorimotrices.

"Les données des évaluations basées sur la RA permettent un retour ciblé et la création de programmes de réadaptation personnalisés ou de contre-mesures", a déclaré Hannah Weiss, co-auteur de l'article et doctorante de l'Université du Michigan.

La tâche de coordination œil-main comprend 16 cibles, adaptées d'une norme d'interaction homme-machine établie, projetées de manière holographique dans l'espace physique de l'utilisateur et disposées dans un réseau circulaire équidistant. L'objectif est d'atteindre les cibles aussi rapidement et précisément que possible dans un ordre prédéterminé.

Pour tester l'impact de la perturbation vestibulaire sur cette tâche, les chercheurs ont appliqué une stimulation électrique aux processus mastoïdiens des participants à l'étude, juste derrière l'oreille, pour perturber leur sensation de mouvement. Sur la base du mouvement de balancement des participants, la déficience vestibulaire qui en résulte simulait la désorientation vestibulaire que les astronautes connaîtraient une à quatre heures après le vol.

La vitesse et la précision des frappes sur les cibles ont diminué après une stimulation vestibulaire, ce qui indique que ce type de déficience peut entraver la capacité d'un équipage à acquérir des emplacements de cibles connus en position debout statique. Les accélérations linéaires de la tête ont également augmenté, indiquant que la tentative de maintenir l'équilibre interférait avec leurs performances.

Les futurs efforts de recherche exploreront les tâches d’équilibre et de mobilité pour compléter cette évaluation de la coordination œil-main afin de fournir une image plus claire de l’adaptation d’un astronaute à la gravité locale. Avant le déploiement, il sera également nécessaire de déterminer les seuils de préparation pour orienter les décisions. Weiss, aujourd'hui ingénieur de recherche sur les facteurs humains au Johnson Space Center de la NASA, étend ce travail pour soutenir les tests des astronautes.

"Nous testerons cette tâche en microgravité grâce à un programme d'Aurelia Aerospace qui permet aux étudiants d'effectuer des études en microgravité simulée en utilisant un vol parabolique", a déclaré Sitrling.

"Les défis sensorimoteurs posent des risques majeurs aux membres d'équipage, et nous travaillons à l'utilisation de la stimulation vestibulaire électrique pour entraîner les astronautes à opérer dans ces états altérés avant le vol spatial afin d'améliorer leurs résultats", a déclaré Aaron Allred, premier auteur de l'article et doctorant. de bioastronautique à l'Université du Colorado à Boulder.

"Ici sur Terre, les évaluations et les paradigmes de déficience que nous développons pourraient éclairer les soins aux patients en télésanté, par exemple pour ceux qui subissent une perte vestibulaire avec l'âge", a ajouté Allred.

Plus d'informations : Aaron R. Allred et al, Une évaluation des déficiences sensorimotrices œil-main en réalité augmentée pour les opérations de vols spatiaux, Médecine aérospatiale et performance humaine (2024). DOI :10.3357/AMHP.6313.2024

Fourni par le Collège d'ingénierie de l'Université du Michigan