Wanneer astronauten na maanden in een baan om de aarde terugkeren naar de aarde, worden ze niet alleen geconfronteerd met fysieke vermoeidheid; ze worden geconfronteerd met een diepgaande zintuiglijke ontkoppeling. Uit een recent onderzoek, het resultaat van bijna twintig jaar onderzoek, blijkt dat het menselijk brein moeite heeft om zijn begrip van gewicht en beweging te ‘herprogrammeren’ bij de overgang tussen zwaartekracht en microzwaartekracht.
De wetenschap van spiergeheugen
Onderzoekers van de Katholieke Universiteit Leuven in België en de Baskische Stichting voor Wetenschap in Spanje voerden een longitudinaal onderzoek uit om te begrijpen hoe ruimtevluchten de motorische vaardigheden veranderen. De studie volgde elf astronauten (twee vrouwen en negen mannen) die minstens vijf maanden aan boord van het International Space Station (ISS) hadden doorgebracht.
De kern van het onderzoek was gericht op de manier waarop mensen objecten manipuleren. Op aarde wordt onze grip voornamelijk bepaald door één enkele noodzaak: voorkomen dat objecten vallen. In de microzwaartekracht van het ISS verdwijnt deze noodzaak. Voorwerpen vallen niet; ze drijven gewoon weg. Bijgevolg verschuift het doel van een greep van iets omhoog houden naar iets door de ruimte verplaatsen.
Hoe het onderzoek werd uitgevoerd
Om deze subtiele verschuivingen in perceptie te meten, voerden astronauten specifieke taken uit vóór, tijdens en na hun missies:
- Ritmische beweging: Een voorwerp tussen duim en wijsvinger vasthouden terwijl u de arm op en neer beweegt, hetzij door een metronoom te volgen, hetzij vrij te bewegen.
- Wrijvings- en slipcontrole: De greep op en neer laten glijden over een vast voorwerp om de minimale kracht te bepalen die nodig is om uitglijden te voorkomen.
De bevindingen: een brein gevangen tussen werelden
De gegevens onthulden een fascinerende discrepantie tussen hoe het lichaam beweegt en hoe de hersenen beweging voorspellen.
In microzwaartekracht: overcompensatie voor een geest
Zelfs na maanden van gewichtloosheid konden astronauten zich niet volledig aanpassen aan het gebrek aan zwaartekracht. Ze bleven een aanzienlijk hogere grijpkracht uitoefenen dan eigenlijk nodig was. Hun hersenen ‘anticipeerden’ in wezen op een gevecht tegen de zwaartekracht dat er niet was, door een niveau van spierspanning toe te passen dat werd gebruikt om de aantrekkingskracht van de aarde te bestrijden.
Op aarde: het gewichtsverschil
De meest opvallende resultaten deden zich voor bij terugkeer. Toen astronauten terugkeerden naar de aarde, ondervonden ze een ‘voorspellingsfout’.
- Waargenomen gewicht: Veel astronauten meldden dat voorwerpen veel zwaarder aanvoelden dan verwacht.
- Bewegingssymmetrie: Op aarde gebruiken we van nature meer kracht om een voorwerp op te tillen dan om het te laten zakken (asymmetrie). In de ruimte worden bewegingen symmetrischer omdat ‘omhoog’ en ‘omlaag’ dezelfde inspanning vergen. Bij terugkeer op aarde duurde het enige tijd voordat deze natuurlijke asymmetrie terugkeerde.
“De robuuste koppeling tussen grip en kracht die is verkregen door jarenlang leren op aarde, kan dus worden verstoord na voldoende tijd in gewichtloosheid te hebben doorgebracht.”
Waarom dit ertoe doet: het voorspellende brein
Dit onderzoek belicht een fundamenteel aspect van de menselijke biologie: onze bewegingen zijn niet alleen maar reacties; het zijn voorspellingen.
Het menselijke zenuwstelsel bouwt voortdurend modellen van de wereld om te anticiperen hoeveel kracht er nodig is om een taak te voltooien. Wanneer een astronaut maanden in de ruimte verblijft, wordt dat interne model bijgewerkt om een gewichtloze omgeving weer te geven. Omdat deze neurale processen echter zo diep geworteld zijn door jarenlang leven op aarde, is de ‘herprogrammering’ geleidelijk en onvolmaakt.
De hersenen ervaren in wezen een periode van ‘sensorische vertraging’, waarin ze proberen de regels van de ruimte toe te passen op de realiteit van de aarde, wat leidt tot onhandigheid en onverwachte fysieke sensaties.
Conclusie: Het onderzoek toont aan dat langdurige ruimtevluchten de voorspellende natuurkundige modellen van de hersenen fundamenteel veranderen, waardoor astronauten een aanzienlijke periode van neurologische herkalibratie nodig hebben om veilig en nauwkeurig weer door de zwaartekracht van de aarde te kunnen navigeren.
