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PowerLab 和 LabChart 致力于微重力研究领域

12 6月 2018

PowerLab 和 LabChart 被用于模拟零重力环境的特殊航班上,以帮助了解我们的大脑在太空中的工作方式。

 

德国运动生理学研究员 Timo Klein 是来自德国科隆体育大学运动与神经科学研究所和澳大利亚阳光海岸大学的团队的一员。 这个团队使用 ADInstruments 的 PowerLab 硬件和 LabChart 软件在由欧洲航天局委托的抛物线飞行研究中进行数据同步。 这项研究的目的是找出为什么人类大脑在微重力下似乎更有效率。

“我们(Wollseiffen et al. 2017, Physiology & Behavior)的研究表明,认知功能在失重期间有所改善,但我们不知道导致这种情况的确切原因。”Timo Klein说,“所以,我们想从这项研究中看下是否是大脑内血流的改变导致这种改善。”

使用 PowerLab 和 LabChart

为了收集研究数据,团队将8通道 PowerLab 安装在定制的 Airbus A-310 内的机架上。Timo 说:“为了安全起见,每件设备都需要在零重力下进行捆绑。 PowerLab 体积小巧便捷,并可收集我们所需的所有不同生理信号。” LabChart 8 Pro 软件可用于整个飞行过程中持续运行的数据信号分析。

飞行中使用 PowerLab 和 LabChart

在飞行期间,受试对象佩戴测量其大脑皮层活动的脑电图(EEG)帽,并通过经颅多普勒超声测量大脑血流速度。同时,受试者还戴上记录血压的指套。 所有这些信息都将在飞行期间发送到 PowerLab,然后使用 LabChart 软件进行分析。“ LabChart 使我们可以轻松地比较不同的信号及和其对准的时间。 如果没有 Powerlab 和 LabChart,时间对准信号不可能达到。”Timo 如是说。

为飞机做准备

自1999年起,德国航空航天中心(DLR)开展了定期飞行计划,每年提供一系列专门用于科学实验和太空设备技术测试的抛物线飞行,并为德国体育大学的许多抛物线飞行研究项目提供资金。十几个研究小组和他们的受试对象在法国波尔多的一家专门机构花了两周的时间准备这个时常3小时的抛物线飞行。

“第一周,我们把所有的研究设备都放在飞机上,所有的设备都经过检查和再次检查以确保安全,并且一切设备都被固定住了。我们需要确保实验所需的一切都带上,因为一旦你在飞机上,就没有回头路 - 你不能忘记任何东西!“ Timo 说道,“这次飞行计划准备了一年半的时间,所以我们必须带上所有的设备确保毫无差池地工作。”

“第二周,参与者就安全问题进行了大量简介 - 安全性至关重要。我们邀请宇航员与我们谈论在零重力情况下是什么样子,因为很多受试对象不确定会发生什么。” Timo 解释说,“许多实验要求一个从未体验过失重的人。”

每次抛物线飞行大约搭载40人:涉及不同项目的受试者和“操作员”。 Timo 说:“在我们的飞行中,涉及从植物学到神经科学的广泛学科的研究人员。”在飞机的一端,有45个参与者的座位。 飞机内部的其余部分 - 约100平方米的大空间则完全被填满。 这是实验设置的地方,以及研究团队在航班期间进行实验的地方。

微重力期间 (Marit Sanders)

抛物线飞行和微重力

在飞行过程中,飞行员将进行被称为抛物线的特殊机位动作,重复的“8”飞行轨迹以模拟微重力环境。从法国波尔多 - 梅里尼亚克机场起飞后,空客 A-310 爬升至稳定的飞行高度。 飞行的开始和结束与通常的商业航班相同。 但在空中高达20000英尺处,飞行进行非同寻常的轨迹。

首先,飞行员严格控制自己的操纵,将飞机推进陡峭的45度爬升。 然后飞行员切断发动机, 飞机的动量保持向上飞升,直到其上升速度减慢并停止......飞机开始下降。 在这个“自由落体”阶段,飞机内部的一切都变成了微重力环境。“当我们上升时,都非常紧张,受试者不知道将发生什么,但是一旦我们进入零重力状态,他们就像小孩子一样!这太棒了!” Timo 说。

大约20秒的下降后,飞行员带回电力使飞行退出俯冲。 然后,他一次又一次的重复这些飞行轨迹。 3小时的飞行过程中,团队体验了超过30个的抛物线飞行,每个抛物线都有一个短20秒的微重力环境,用于收集数据。“这是非常宝贵的时间,” Timo 说道,完成每轮研究只有几秒的时间,所以研究设备的可靠性和运行状况至关重要。“我们对 PowerLab 的质量和可靠性感到非常满意。 它运行良好,使我们收集到可信赖的数据”Timo 说,“ LabChart 在这种情况下也非常理想,它可以让我们一次比较多种数据信号。”

结论

抛物线飞行允许研究人员进行与太空旅行或重力环境相关的实验,但这项研究并不仅仅适用于宇航员。“我们感兴趣的是大脑血流量的信息及其对认知功能的影响,从而进行阿尔茨海默病和痴呆的研究有关,”Timo 如是说,“如果我们知道与认知能力和大脑活动发生变化相关的潜在机制,那么我们可以更好地设计策略 - 例如锻炼计划 - 来帮助这些人。”

团队已经观察到,脑血流量确实会发生变化,并迅速响应重力环境的变化。 该团队现在已回到德国进一步分析他们的发现。今年他们将在更多的抛物线飞行中继续使用相同的 PowerLab 和 LabChart 组合进行数据采集和分析,以模拟火星和月球重力的飞行过程中进行实验。