Künstliche Schwerkraft - Die schwellennahe Adaptation des vestibulären Systems

Bei längeren Aufenthalten in Quasi-Schwerelosigkeit ist künstliche Schwerkraft vermutlich unerlässlich, um Knochen und kardiovaskuläre Fitness zu erhalten. Die dazu erforderlichen Zentrifugen (oder gar rotierende Raumschiffe) stellen besondere Anforderungen an die vestibuläre Adaptation. Es steht außer Frage, dass vestibuläre Adaptation stattfindet. Fraglich ist jedoch, ob sie ohne die typischen Nebeneffekte von Übelkeit und Desorientierung ebenfalls möglich ist. Im Gegensatz zu den üblichen Experimenten mit provokanten überschwelligen Coriolis-Stimulationen, haben wir mit schwellennahen beziehungsweise sehr kurzen Stimulationen gearbeitet. Schwellennahe Adaptation ist möglich. Dabei scheint das vestibuläre System zwar durch Training empfindlicher auf Beschleunigungen zu reagieren, allerdings wird diese gesteigerte Sensitivität durch die verbesserte Interpretation der vestibulären Signale mehr als ausgeglichen.

Artificial gravity appears to be the countermeasure of choice in order to preserve bone density and cardiovascular fitness during prolonged stays in microgravity. The centrifuges (or even rotating spaceships) which are necessary for artificial gravity pose a serious challenge for neuro-vestibular adaptation. While there is no doubt that vestibular adaptation takes place, it is questionable if adaptation is also possible without the typical side effects of nausea and disorientation. In contrast to the usual experiments with provocative Coriolis stimulation above perceptual threshold, we worked with near-threshold and very brief stimulations respectively. Near-threshold adaptation is possible. The vestibular system seems to react to training by increasing its sensitivity to Coriolis stimulation while at the same time reducing the disturbing side-effect, probably by higher-level re-interpretation of the vestibular signals.

Key words

vestibular system - near-threshold adaptation - training - motion sickness

Literatur

• 1 Burton RR.. The role of artificial gravity in the exploration of space.  Acta Astronaut. 1994;  33 217-220
• 2 Cheung CC, Hecht H, Jarchow T, Young LR.. Threshold-based vestibular adaptation to cross-coupled canal stimulation. J Vestib Res; in press
• 3 Hillman EJ, Bloomberg JJ, McDonald PV, Cohen HS.. Dynamic visual acuity while walking in normals and labyrinthine-deficient patients.  J Vestib Res. 1999;  9 49-57
• 4 Jarchow T, Young LR.. Adaptation to head movements during short radius centrifugation.  Acta Astronaut. 2007;  61 881-888
• 5 Lackner JR, DiZio PA.. Adaptation to rotating artificial gravity environments.  J Vestib Res. 2003;  13 321-330
• 6 Parker DE.. Human vestibular function and weightlessness.  J Clin Pharmacol. 1991;  31 904-910
• 7 Reschke MF, Bloomberg JJ, Harm DL. et al. . Posture, locomotion, spatial orientation, and motion sickness as a function of space flight.  Brain Res Rev. 1998;  28 102-117
• 8 Reschke MF, Kozlovskaya IB, Somers JT. et al. . Smooth pursuit deficits in space flights of variable length.  J Gravit Physiol. 2002;  9
• 9 Shelhamer M, Zee DS.. Context-pecific adaptation and its significance for neurovestibular problems of space flight.  J Vestib Res. 2003;  13 345-362
• 10 Tammen H.. Auswirkungen eines vestibulären Trainings auf Drehschwindel, Dynamisches Sehen und Posturale Stabilität. Diplomarbeit, Johannes Gutenberg-Universität Mainz 2007
• 11 Wetzel E.. An Examination of Gaze-holding Performance Following Short-Term Rotation in Pilots and Gymnasts. Diplomarbeit, Johannes Gutenberg-Universität Mainz 2005
• 12 Wong J, Wu A, Jarchow T, Hecht H.. The cognitive effects of artificial gravity created by short-radius centrifugation. 2005, submitted for publication. 
• 13 Young LR.. Artificial gravity. Aus: Mark H (eds.). Encyclopedia of space science and technology, vol 1, New York: John Wiley & Sons 2003: 138-151
• 14 Young LR, Sienko KH, Lyne LE, Hecht H, Natapoff A.. Adaptation of the vestibulo-ocular reflex, subjective tilt, and motion sickness to head movements during short-radius centrifugation.  J Vestib Res. 2003;  13 65-77

Korrespondenz