Advertisement

Monitoring and Prediction of Nervous Functions in Space

  • W. Ross Addey
  • Don D. Flickinger
Conference paper

Abstract

Initial results obtained from monitoring human performance, during manned orbital flight of 9 hours duration (U. S.) and 96 hours duration (USSR) indicate little, if any, demonstrable degradation from these levels achieved during ground-based simulator runs. With available biomedical instrumentation in current use, however, no critical assessment of central nervous system function has been possible during the U.S. missions. Recognizing the extreme importance of monitoring and evaluating alertness, judgment, purposeful motor responsiveness during critical stages of future space missions, we have developed prototype EEG recording equipment which meets the unique and rigid requirements imposed during space flight.

Concomitantly with the required equipment and test and development there have been conducted a series of studies in animals exposed to simulated stresses of space flight up to 14 days duration. These studies have included the effects of acceleration, vibration, sensory deprivation, hallucinogenic drugs on discriminative performance, alertness and sleep-wakefulness cycles; with concomitant assays being made of steroid and catechol amine metabolism.

As a basic keystone around which our final objective could be realized, the UCLA Space Biology Laboratory has pioneered in the application of 3 complex computer techniques to the analysis of the EEG data recorded. Differences in these various quantitative and qualitative functions analyzed have been seen in many of the responses studied and the results thus far encourage the view that these techniques are more revealing of early significant changes than most others in current use.

Keywords

Nervous Function Space Flight Vestibular Stimulation Central Nervous System Function Discriminative Performance 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

Contrôle Biomédical des fonctions du systfème nerveux central dans l’espace. Les résultats initiaux obtenus en controlant par enregistrement les performances des hommes durant leur vol orbital de 9 heures (U. S.) et 96 heures (U. R. S. S.) nous révèlent peu, sinon pas du tout, de déterioration apparente par rapport aux niveaux enregistrés au cours des expériences en simulateur au sol. Avec l’ instrumentation biomédicale d’ usage courant, cependant, aucune évaluation critique de la fonction du système nerveux n’a été possible durant les missions U.S. Reconnaissant l’ extreme importance de l’ enregistrement et de l’ évaluation de l’ état d’ alerte, du jugement, de la sensibilité motrice réfléchie durant les stages critiques des futures missions spatiales, nous avons développé un prototype d’ équipement d’ enregistrment E. E. G., qui s’ accorde avec les nécessités uniques et rigides qu1 impose un vol spatial.

Allant de pair avec l’ équipement adéquat, les tests et le développement, une série d’ études a été faite sur des animaux exposés à des “stress” simulés de vols spatiaux durant jusqu’à 14 jours. Ces études comprenaient les effetstde l’ accélération, des vibrations, de la perte des sens et des produits hallucinugènes, sur les performances distinctives, l’ état d’ alerte et les cycles sommeil - état de veille; on a parallélement fait des évaluations sur le métabolisme des stéroides et des catécholamines.

Comme clef de voute pour réaliser notre objectif final, le Laboratoire de Biologie Spatiale de l’ UCLA a fait des recherches sur l’ utilisation de trois techniques complexes de computers pour l’ analyse des renseignements d’ E.E.G. enregistrés. Les différences entre les diverses fonctions quantitatives et qualitatives analysées ont été retrouvées dans beaucoup des réponses étudiées, et ainsi encouragent le point de vue qui veut que ces techniques soient plus révélatrices des premiers changements indicatifs que la plupart des autres couramment utilisnes.

резЮме

Биомедицинский контроль функций центральной нервной системы в космосе. Первоначальные результаты оперативной телеметрической проверки функционирования человеческого организма в орбитальных полетах астронавтов в течение 9 часов (США) и 96 часов (СССР) показывают, что было мало, или почти никаких явных сдвигов в худшую сторону по сравнению с наблюдениями в симулированных полетах при тренаже на земле. Все же, при наличии существующей в данное время биомедицинской аппаратуры, не было возможности произвести критическую оценку функционирования центральной нервной системы во время полетов астронавтов США. Признавая чрезвычайную важность оперативной проверки и оценки бдительности и способности суждения и принятия решений в создавшемся положении, и целеустремленной двигательной реакции во время критических стадий будущих космических полетов, мы разработали прототип оборудования, регистрирующего показателиЭЭТ, причем этот аппарат вполне отвечает уникальным и суровым требованиям, налагаемым космическими полетами.

В связи с разработкой и испытанием требуемого оборудования, производились опыты над животными, которые подвергались напряжениям симулированного космического полета длительностью до 14 суток. В этих опытах изучалось влияние ускорения, вибрации, потери сознания, влияние наркотиков, вызывающих галлюцинации, на способность сознательного выполнения обязанностей, на бдительность и на цикл сна и бодрствования; в связи с этим были произведены исследования стероидного и катеколаминного обмена веществ.

В целях теоретического обоснования разработки нашего нового оборудования, Лаборатория космической биологии Калифорнийского университета в Лос-Анжелос применила впервые три комплексных метода обработки данных вычислительными машинами для анализа зарегистрированных показаний ЭЭТ. Расхождения между этими различными анализированными количественными и качественными функциями были обнаружены во многих из обследованных реакций, и в данное время полученные результаты поддерживают наше мнение, что эти технические методы обнаруживают ранние показательные изменения лучше, чем большинство других, применяемых в данное время, методов.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    W. R. Adey, Use of Correlation Analysis in EEG Studies of Conditioning. In: Symposium, Editor M. A. B. Brazier, “Computer Techniques in EEG Analysis. “ Electroenceph. Clin. Neurophysiol., Suppl. 20, 41 (1961).Google Scholar
  2. 2.
    W. R. Adey, F. R. Bell, and B. J. Dennis, Effects of LSD, Psilocybin and Psilocin on Temporal Lobe EEG Patterns and Learned Behavior in the Cat. Neurology 12, 591 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    W. R. Adey, C. W. Dunlop, and ?. E. Hendrix, Hippocampal Slow Waves; Distribution and Phase Relations in the Course of Approach Learning. Amer. Med. Ass. Arch. Neurol. 3, 74 (1960).CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    W. R. Adey, J. D. French, R. T. Kado, D. F. Lindslay, D. O. Walter, R. Wendt, and W. D. Winters, EEG Records from Cortical and Deep Brain Structures During Centrifugal and Vibrational Accelerations in Cats and Monkeys. Inst. Radio Eng. Trans. Biomed. Electronics, BME, 8, 182 (1961).Google Scholar
  5. 5.
    W. R. Adey and D. O. Walter, Application of Phase Detection and Averaging Techniques in Computer Analysis of EEG Records in the Cat. In press.Google Scholar
  6. 6.
    W. R. Adey, D. O. Walter, and C. E. Hendrix, Computer Techniques in Correlation and Spectral Analysis of Cerebral Slow Waves During Discriminative Behavior. Exper. Neurol. 3, 501 (1961).CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    W. R. Adey, W. D. Winters, R. T. Kado, and M. R. DeLucchi, EEG in Simulated Stresses of Space Flight with Special Reference to Problems of Vibration. Electroenceph. Clin. Neurophysiol., in press.Google Scholar
  8. 8.
    M. Baldwin, S. A. Lewis, and S. A. Bach, The Effects of Lysergic Acid After Cerebral Ablation. Neurology 9, 469 (1959).CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    R. B. Blackman and J. W. Tukey, The Measurement of Power Spectra. New York: Dover Publications, 1959.MATHGoogle Scholar
  10. 10.
    N. R. Goodman, Measuring Amplitude and Phase. J. Franklin Inst. 270, 437 (1960).MathSciNetCrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    A. Graybiel, F. E. Guedry, W. H. Johnson, and R. S. Kennedy, Adaptation to Bizarre Stimulation of the Semicircular Canals as Indicated by the Oculogyral Illusion. Aerospace Med. 32, 321 (1961).Google Scholar
  12. 12.
    M. Jouvet, Research on the Neurophysiological Mechanisms of Sleep and Attention. Technical Final Report, U. S. Air Force of Scientific Research, ARDC, 48 pp., 1961.Google Scholar
  13. 13.
    R. T. Kado and W. R. Adey, A Transistorized Preamplifier for Field Study of EEG, Proc. 4th Internat. Conference on Med. Electronics, 1961, p. 172.Google Scholar
  14. 14.
    D. F. Lindsley, R. H. Wendt, R. Fugett, D. B. Lindsley, and W. R. Adey, Diurnal Activity Cycles in Monkeys under Prolonged Visual-pattern Deprivation. J. Compl. Physiol. Psychol. 55, 633 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    R. D. Middlebrook and A. T. Taylor, Differential Amplifier with Regulator Achieves High Stability, Low Drift. Electronics 34, 56 (1961).Google Scholar
  16. 16.
    L. Molnar, Effet de la stimulation du labyrinthe sur l 1 activity electrique normale et pathologique de llecorce cerebrale du chat et de l’homme. Actualits Neurophysiol. 3, 61 (1961).Google Scholar
  17. 17.
    C. W. Sem. Jacobsen, Electroencephalographic Studies of Pilot Stresses in Flight. Aerospace Med. 30, 797 (1959).Google Scholar
  18. 18.
    D. G. Simons and N. R. Burch, EEG Telemetry and Automatic Analysis under Simulated Flight Conditions: a Comparative Study of Analytic Techniques. Amer. Electroencephalographic Society, Proc. 16th Annual Meeting, Atlantic City, 1962.Google Scholar
  19. 19.
    D. O. Walter, P. H. Crandall, R. W. Rand, C. H. Markham, W. R. Adey, L. F. Chapman, and M. A. B. Brazier, The Use of Depth Electrode Studies as an Aid for the Surgical Selection of Patients with Bilateral Temporal Foci. Proc. American Electroencephalographic Society, 16th Annual Meeting, 1962, pp. 21–22.Google Scholar
  20. 20.
    W. D. Winters, The Effects of Confinement, Centrifugation and Vibration on the Urinary Excretion of 17-ketosteroids, 17-ketogenic Steroids, Catechol Amines and Urinary Output in the Monkey. In press.Google Scholar
  21. 21.
    W. D. Winters, R. T. Kado and W. R. Adey, Neurophysiological Aspects of Space Flight. Proceedings of Symposium, “Manned Lunar Flight 11, American Astronautical Society, Denver, December, 1961. Vol. 10, pp. 181–209, 1963.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag/Wien 1965

Authors and Affiliations

  • W. Ross Addey
    • 1
  • Don D. Flickinger
    • 2
  1. 1.Space Biology Laboratory, Brain Research InstituteUniversity of CaliforniaLos AngelesUSA
  2. 2.Life SciencesUSA

Personalised recommendations