En resa till Mars kommer inte att bli lätt och det finns ett antal problem som måste lösas innan vi åker. Ett intressant problem är hur vi övervakar astronauterna själva. Självklart, det är lätt att övervaka deras puls och blodtryck, men är det möjligt att övervaka vad som händer i deras huvuden?

En nyligen helkanadensisk forskargrupp inom neurovetenskap tillbringade sju dagar i Mars Habitat (the Hab) vid Hawaii Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) på ett simulerat uppdrag för att försöka ta itu med det exakta problemet – utveckla en förmåga att övervaka hjärnans hälsa och prestanda i realtid.

Använda mobil elektroencefalografi (EEG) för att mäta hjärnvågor, vi kunde framgångsrikt övervaka fem olika aspekter av kognitiv hjärnfunktion:perception, uppmärksamhet, minne, lärande och beslutsfattande. Vi kunde också observera brister i hjärnans funktion till följd av stress, depression och kognitiv trötthet.

Som huvudutredare för Theoretical and Applied Neuroscience Laboratory vid University of Victoria, Jag leder ett forskarteam av doktorander, studenter och forskarassistenter. Två av mina Ph.D. studenter deltog i Mars-projektet – Chad Williams och Tom Ferguson – tillsammans med två av mina kollegor från andra universitet, experimentpsykologen Gordon Binsted och statistikexperten Kent Hecker.

Studerar trötthet

På vårt Mars-uppdrag vid HI-SEAS, vårt mål var att spåra kognitiv trötthet. Fysisk trötthet är när våra muskler blir ömma och vi upplever brist på energi. Kognitiv trötthet är den mentala analogen till det:när vår hjärna blir trött och vi börjar få brister i neurala funktioner.

Det har varit tydligt sedan en tid tillbaka att människor gör fler fel och att hjärnans aktivitet minskar när man upplever kognitiv trötthet. Problemet med kognitiv trötthet är enkelt – hur övervakar vi det?

Den nuvarande standarden är att förlita sig på självrapportering som är helt klart otillräcklig. I vissa situationer kanske personen som tillfrågas om sitt nuvarande tillstånd av kognitiv trötthet helt enkelt inte är medveten om det. Till exempel, man skulle kunna tänka sig en professionell idrottare som är mentalt trött som inte erkänner sin trötthet så att de kan fortsätta spela eller en kirurg som opererar när de är för trötta för att göra det. I båda fallen, personen i fråga kan göra ett avgörande misstag på grund av kognitiv trötthet som kan kosta spelet, eller värre.

Med hjälp av mobil EEG-teknik utvecklade vi ett hjärnbaserat test som ger en fullständig bedömning av hjärnans hälsa och prestanda. Vårt test bygger på händelserelaterade hjärnpotentialer (ERP), som är hjärnans svar på att något händer. För att studera hjärnans ERP:er, vi har människor som spelar videospel och vi använder mobilt EEG för att mäta hjärnans svar på händelser i dessa spel. Viktigt, algoritmerna vi har utvecklat kombinerar dessa ERP-svar för att ge en direkt bild av hjärnans funktion så att vi kan kvantifiera stress, depression, kognitiv trötthet och en rad andra neurala tillstånd.

Simulerat uppdrag

För att testa giltigheten av vårt tillvägagångssätt, vi genomförde ett sju dagars simulerat Mars-uppdrag i HI-SEAS livsmiljö. Folket på HI-SEAS tar dessa simuleringar på allvar:vi fick bara lämna Hab i rymddräkter medan vi andades luft som pumpades in i våra hjälmar från våra livstödssystem för ryggsäckar. Vi åt bara frystorkad mat. Vår kommunikation med omvärlden försenades med 20 minuter för att simulera sändningstiden från Mars. Och trots att du måste träna mer än två timmar om dagen, vi hade åtta minuters total duschtid för veckan.

För att göra simuleringen ännu mer realistisk, vår dag var uppbyggd för att spegla hur livet skulle se ut under ett uppdrag på Mars. Varje morgon började med frukost och ett besättningsmöte för att se över dagens mål. Aktiviteter under dagen berodde på om du fick i uppdrag att gå på en extra fordonsaktivitet (EVA) eller utföra uppgifter inom Hab. På EVA, vi utforskade den omgivande geologin, i synnerhet att lavarör som fanns runt om i Hab. Om du stannade inne i Hab, du skulle träna, laga mat och arbeta med forskningsprojekt. Varje dag avslutades med uppdragsrapporter som beskrev vad vi hade åstadkommit och vad vi planerade att göra nästa dag.

Blandat med vår dagliga rutin, vi testade oss själva med vår hjärnhälsa och prestationsbedömning. För detta projekt, vi använde Muse mobila EEG pannband, ett kommersiellt tillgängligt EEG-headset. Innan vårt Mars-projekt började, vi jämförde Muse med ett EEG-system av medicinsk forskningskvalitet och kunde visa att Muse var tillräcklig för att mäta en EEG-signal av god kvalitet.

Vi arbetade också med Suva Technologies för att utveckla PEER – en iOS-applikation som mätte de ERP-data som vi behövde för att utföra vår hjärnhälsa och prestationsbedömning. En av de häftiga sakerna med tekniken som vi har utvecklat är att den fullständiga bedömningen tar cirka fem minuter från början till slut.

Snabba hälsomätningar

Vårt forskningsprojekt i Mars habitat var en fullständig framgång – vi kunde mäta våra kognitiva trötthetsnivåer. Vi såg tydliga ökningar av kognitiv trötthet över varje dag - att förvänta sig efter en 16-timmars arbetsdag. Dock, även om vi bara var i Hab i en vecka, vi såg också en ökning av kognitiv trötthet under de sju dagarna.

Vi kan mäta astronauthjärnans hälsa och prestanda på mindre än fem minuter med hjälp av mobil EEG-teknik, PEER och de algoritmer vi har utvecklat. Och vi har hittat andra tillämpningar för vår teknik:vi kan mäta hjärnskakning under sportevenemang, undersöka kognitiv trötthet i industriella och medicinska miljöer, förutsäga idrottares prestationer inom sport och, senast, spåra utvecklingen av mild kognitiv funktionsnedsättning till Alzheimers sjukdom och demens.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.