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3D ETD - Das Gleichgewichtssystem in Schwerelosigkeit (abgeschlossen)

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  • Sergey Krikalev führt ein Experiment mit dem ETD durch

    Sergey Krikalev führt ein Experiment mit dem ETD durch

    Der russische Kosmonaut Sergey Krikalev führte ein Experiment mit dem ETD durch. Das wohl umfangreichste, abgeschlossene deutsche Experiment der Raumfahrtmedizin befasste sich mit der Bewegungskrankheit – auch Kinetose genannt.

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    3D-Eye-Tracking-Device (3D-ETD)

    Die Untersuchung des Gleichgewichtssystems erfolgt in der klinischen Diagnose oft mittels der Messungen der Augenbewegungen. Vestibular-Apparat und Augen sind bei Mensch und Tier evolutionsbedingt eng verschaltet. Eine Bewegung des Kopfes melden die Schwerkraftsensoren im Innenohr sofort ans Gehirn. Binnen Millisekunden geht dann ein unwillkürliches Nervensignal an die Augen, die sich automatisch in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

  • Behandlung von Kurzsichtigkeit

    Behandlung von Kurzsichtigkeit

    Eye-Tracking wird zum Beispiel bei der Verlaufskontrolle bei Laser-Hornhautabtragung zur Behandlung von Kurzsichtigkeit angewandt.

  • Greg Charmitoff mit dem 3D%2dETD%2dExperiment

    Greg Charmitoff mit dem 3D-ETD-Experiment

    NASA-Astronaut Greg Charmitoff mit dem 3D-ETD-Experiment

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

3D-Eye-Tracking-Device (3D-ETD) befasste sich mit der Bewegungskrankheit - auch Kinetose genannt. Die auftretenden Probleme bestehen aus einer Reihe von Symptomen wie Hautblässe, kalter Schweißausbruch, Übelkeit und Erbrechen. Zusätzlich stellt sich oft ein Gefühl von Lethargie und Müdigkeit ein. Diese Phänomene treten häufig bei Schiffsreisen auf und werden daher auch als See- oder Reisekrankheit bezeichnet.

Treten bei Astronauten gleiche Symptome aufgrund von veränderten Schwerkraftbedingungen auf, spricht man von Weltraumkrankheit. Die allgemein anerkannte Ursache für die Kinetose ist ein sensorischer Konflikt, bei dem vorwiegend zwei verschiedene Systeme des Körpers "konkurrieren" - einerseits der Gleichgewichtssinn (vestibuläres System im Innenohr), der zu jeder Zeit die Lage des Kopfes zur Schwerkraft erfasst, andererseits das visuelle System. Liefern uns beide widersprüchliche Informationen, kann es zu einem sensorischen Konflikt kommen. So übermittelt das visuelle System in der Schwerelosigkeit die üblichen Informationen, während das Gleichgewichtsorgan keine Reizung über unsere gewohnte Ausrichtung zur Schwerkraft erfährt. 3D-ETD sollte den Ursachen für die Kinetose auf den Grund gehen.

Experimentbeschreibung:

Die Untersuchung des Gleichgewichtssystems erfolgt in der klinischen Diagnose oft mittels der Messungen der Augenbewegungen. Vestibular-Apparat und Augen sind bei Mensch und Tier evolutionsbedingt eng verschaltet. Eine Bewegung des Kopfes melden die Schwerkraftsensoren im Innenohr sofort ans Gehirn. Binnen Millisekunden geht dann ein unwillkürliches Nervensignal an die Augen, die sich automatisch in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Dieser "vestibulo-okuläre Reflex" war für die räumliche Orientierung entwicklungsgeschichtlich überlebensnotwendig. Diesen Reflex nutzten die Wissenschaftler für das Langzeitexperiment auf der ISS: Über die Messung der kompensatorischen Augenbewegungen wollten sie Funktion und Veränderungen des Gleichgewichtssystems der Astronauten analysieren. Für den Einsatz auf der ISS wurde hierzu das 3D-ETD entwickelt. Mit diesem Gerät wurden vor, während und nach den Weltraummissionen Messungen der kompensatorischen Augenbewegungen bei den Astronauten vorgenommen - eines der umfangreichsten, abgeschlossenen deutschen Experimente der Raumfahrtmedizin.

Status:

Die Messungen auf der ISS begannen bereits im April 2004 und wurden Mitte 2008 abgeschlossen. Bodenmodelle des 3D-ETD wurden anschließend noch bei Otolith - einem weiteren Experiment von Prof. Dr. Andrew Clarke - eingesetzt, das zwischen 2008 und 2011 durchgeführt wurde. Russische Wissenschaftler nutzen das ETD auf der ISS weiterhin für ihre Forschung.

Ergebnisse:

Unsere Augen können um drei Achsen rotieren, jedoch werden normalerweise nur zwei Achsen benutzt. Das Koordinatensystem, das die Bewegung der Augen im Kopf beschreibt, nennt man Listingsche Ebene, in der bei raschen Augenbewegungen alle Drehachsen des Auges liegen. Bereits wenige Wochen nach den ersten Messungen auf der ISS im April 2004 zeigte die Auswertung der Daten, dass sich diese Listingsche Ebene in Abhängigkeit der Schwerkraftbedingungen ändert. Dieser Befund bestätigte sich bei den weiteren Astronauten, die sich bis Mitte 2008 als Versuchspersonen zur Verfügung stellten und passt auch zu den Ergebnissen aus Parabelflügen. Zurück in der Schwerkraft gleichen sich die Systeme nach längerer Zeit wieder an. Zwar sind die Konsequenzen dieses Befundes für unser Verständnis der Raumorientierung noch nicht absehbar. Die Ergebnisse legen aber nahe, dass nicht nur das Gleichgewichtssystem, sondern auch die allgemeine Steuerung der Augenbewegung und damit der Sehvorgang selbst durch die Schwerkraft beeinflusst wurden. Zudem ist die Wechselwirkung im zentralen Nervensystem zwischen dem Gleichgewichtssystem und der Augenmotorik weniger koordiniert. Die Ergebnisse bestätigen die Schwerkraft als maßgebliche Bezugsgröße für unsere räumliche Orientierung.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Das Eye-Tracking-Device wird bereits seit einigen Jahren in verschiedenen kommerziellen Ausgestaltungen von zwei Firmenausgründungen in Berlin erfolgreich vermarktet. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Sie reichen von der klinischen Anwendung - zum Beispiel Verlaufskontrolle bei der Laser-Hornhautabtragung zur Behandlung von Kurzsichtigkeit oder Diagnose bestimmter neurologischer Erkrankungen wie Schwindel - bishin zur Verfolgung der Kopf- und Augenbewegung von Probanden bei der Werbewirkungsforschung und zur Feststellung der Müdigkeit von LKW- und Busfahrern. Die Entwicklung des 3D-ETD wurde mit mehreren Innovationspreisen gewürdigt.

Start: 19. April 2004 / Sojus TMA-4
ISS-Zeitraum April 2004 bis Juli 2008
Unterbringung russischer Teil der ISS
Experimentator Prof. Dr. Andrew Clarke
Einrichtung Charité Berlin
Bereich Humanphysiologie
Partner NASA, ESA, Roskosmos, IBMP Moskau

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 12:08:27 Uhr