Accuracy of Orientation in Space under Increased Acceleration in the Absence of Visual Reference Frame

Abstract

The perception of the apparent vertical without visual cues depends on the position of the longitudinal axes of body and head to the direction of the resultant acceleration above 1 G. With dissociation of the direction of the longitudinal axes of body and head, and exposing them separately in varying angles to the direction of the resultant acceleration, information is obtained on the contribution of systems involved in the perception of the vertical. Conclusions are derived from results of experiments on 15 volunteers subjected to a total of 397 different combinations of body and head positions with resultant accelerations between 1.0 and 3.0 G. The position of the longitudinal axis of body or head influences the direction of the apparent vertical. The effect of the position of body and head is additive. The accurarcy of estimation of the direction of the resultant acceleration is optimal up to 1. 5 G, when body and head are held in the direction of the resultant acceleration. Above 1.5 G the direction of the resultant acceleration is underestimated when the vector of forces moved transiently through a frontal plane to its final position. The direction of the resultant acceleration is increasingly overestimated when the vector of forces moved transiently through a sagittal plane to its final position. The precision of estimation of the apparent vertical is higher during lateral acceleration than during backward acceleration. The precision decreases slightly with tilt of body and head away from the direction of gravity.

Résumé

Précision de l’orientation dans l’espace au cours d’accelerations supérieures à la gravitation terrestre et en l’absence de repères visuels. La perception de la verticale apparente dépend de la position des axes longitudinaux du corps et de la tête par rapport à l’accélération résultanté quand celle-ci est supérieure à la gravitation terrestre. En dissociant la direction des axes longitudinaux du corps et de la tête, et en les exposant séparément sous des angles variés avec la direction de I’accélération, on peut obtenir des renseignements sur la contribution des systèmes impliqués dans la perception de la verticale. Les conclusions rapportées dans ce travail dérivent de résultats obtenus chez 15 volontaires soumis à 397 différentes combinaisons de positions du corps et de la tête, sous une accélération résultante entre 1.0 et 3.0 G. La position de l’axe longitudinal du corps ou de la tête influencent la direction de la verticale apparente. Les effets de la position du corps et de la tête sont additifs. La précision dans l’estimation de la direction de l’accélération résultante est optimale jusqu’à 1.5 G quand le corps et la tête sont maintenus dans la direction de l’accélération résultante. Au-delà de 1.5 G, la direction de l’accélération résultante est sous-estimée quand le vecteur force arrive à sa position finale après un passage intermédiaire par le plan frontal. La direction de l’accélération résultante est de plus en plus surestimée quand le vecteur force arrive à sa position finale après un passage intermédiaire par le plan sagittal. La dispersion des valeurs estimées pour la verticale apparente est moindre quand le sujet regarde dans la direction de rotation que quand il tourne le dos à l’axe de la centrifugeuse. L’erreur dans l’estimation de la verticale apparente augmente quelque peu quand le corps et la tête sont inclinés par rapport à la direction de la gravitation terrestre.

резЮме

Точность ориентации в космосе при повышенном ускорении и при отсутствии визуальной системы координат. Ощущение кажущейся вертикальной линии при отсутствии визуального отвеса зависит от положения продольных осей тела и головы относительно равнодействующей ускорения, когда последнее превышает гравитационное ускорение земли. Получена информация о вкладе систем, связанных с ощущением вертикальной линии, когда направления продольных осей тела и головы разъединены и каждая из них в отдельности направлена под иным углом к направлению равнодействующей ускорения. Из результатов опытов с 15-ю лицами, добровольно подвергнушимися в сумме 397 различным комбинациям положения тела и головы при равнодействующей ускорения от 1.0 до 3.0G, сделаны следующие выводы: Положение продольных осей тела и головы оказывает влияние на направление кажущейся вертикальной линии. Влияние положения тела и головы аддитивно. Направление равнодействующей ускорения оценивается с оптимальной точностью до значения 1.5G, если держать тело и голову в направлении этой равнодействующей. При значениях свыше 1.5 G направление равнодействующей ускорения оказывается заниженным, если вектор сил движется к своему конечному положению, проходя через фронтальную плоскость. Направление равнодействующей ускорения оказывается все более завышенным, когда указанный вектор движется к своему конечному положению, проходя через сагиттальную плоскость. Точность оценки кажущейся вертикальной линии выше при боковом ускорении, чем в случае, когда испытуемое лицо обращено к ускорению спиной. Точность эта уменьшается немного при наклоне тела и головы в сторону от направления земного тяготения.